EP4200524A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, steuergerät für eine brennkraftmaschine, und brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, steuergerät für eine brennkraftmaschine, und brennkraftmaschine

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EP4200524A1
EP4200524A1 EP21762478.2A EP21762478A EP4200524A1 EP 4200524 A1 EP4200524 A1 EP 4200524A1 EP 21762478 A EP21762478 A EP 21762478A EP 4200524 A1 EP4200524 A1 EP 4200524A1
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EP
European Patent Office
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pressure gradient
combustion chamber
injector
internal combustion
combustion engine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21762478.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg REMELE
Aron Toth
Tobias Frank
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
Rolls Royce Solutions GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, a control unit for an internal combustion engine, and an internal combustion engine with such a control unit.
  • a pre-injection is often carried out. Last but not least, this also enables internal combustion engines to be operated efficiently and with low emissions.
  • the amount of fuel that is introduced into the combustion chamber during pre-injection must be measured precisely. This is because the combustion chamber pressure gradient increases significantly not only when the pre-injected fuel quantity is too small, but also when the pre-injected fuel quantity is too high.
  • injectors typically installed on internal combustion engines do not have sufficient reproducibility, particularly when comparatively small amounts of fuel are to be injected.
  • the invention is based on the object of creating a method for operating an internal combustion engine, a control unit for an internal combustion engine and an internal combustion engine, the disadvantages mentioned being at least partially reduced, preferably avoided.
  • the object is achieved in particular by creating a method for operating an internal combustion engine, in which a) an injector is activated in order to introduce a pre-injection quantity of fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a pressure gradient parameter which is characteristic of a combustion chamber pressure gradient in the combustion chamber, is determined b) for a working cycle of the combustion chamber in which the injector was activated in step a).
  • Steps a) and b) are c) repeated several times.
  • a skewness of a distribution of the pressure gradient characteristic values determined in step c) is determined, and the triggering of the injector is e) changed or maintained as a function of the skewness determined in step d).
  • suitable control signals that do not require any appreciable correction can already be recognized without iteration, and in particular rapid convergence of the extreme value search for the suitable control is possible.
  • the method proposed here does not evaluate an average integral metric in order to obtain the optimum triggering of the injector in terms of a minimum combustion chamber pressure gradient, but instead selects a statistical approach.
  • the method according to the invention makes advantageous use of the fact that the connection between the Pilot injection quantity and the combustion chamber pressure gradient or its estimation is not linear. If one considers the effect of several pre-injections, which scatter around a mean value in the amount of fuel actually introduced, on the resulting values of the combustion chamber pressure gradient or its estimate, a statistical distribution of these values results. This distribution differs significantly depending on whether you are near or away from the minimum of the function.
  • FIG. 2 a plot of the combustion chamber pressure gradient or, alternatively, an estimate of the combustion chamber pressure gradient as a function of the pilot injection quantity according to a certain metric.
  • the combustion chamber pressure gradient will be discussed below, but this includes the fact that this can be an estimated value for the combustion chamber pressure gradient according to a specific metric.
  • the plot of the combustion chamber pressure gradient against the pre-injection quantity shows a minimum at an optimal value of the pre-injection quantity, which is also assigned to an optimal triggering of the injector. Starting from this minimum, the combustion chamber pressure gradient increases to both lower and higher pre-injection quantities.
  • the combustion chamber pressure gradient curve is very flat in the area of the minimum, with it rising steeply for smaller pre-injection quantities, while for larger pre-injection quantities it initially rises comparatively slowly and then later more steeply.
  • the fact that the area of the minimum is flat means in particular that in the area of the minimum of the combustion chamber pressure gradient curve, a variation in the pre-injection quantity around the optimum value hardly leads to a change in the combustion chamber pressure gradient.
  • the result is that the associated combustion chamber pressure gradient values are essentially in the range of the minimum combustion chamber pressure gradient, with the associated distribution of the combustion chamber pressure gradients having no values that are smaller than the minimum, the relative frequency of the combustion chamber pressure gradient values decreasing toward larger combustion chamber pressure gradient values.
  • the distribution of the combustion chamber pressure gradient values is therefore maximally skewed near the minimum, i.e. asymmetrical. The most frequent values are at the edge of the distribution near the minimum, since both a Deviation in the direction of larger pre-injection quantities as well as in the direction of smaller pre-injection quantities leads to higher combustion chamber pressure gradients.
  • the maximum of the distribution of the combustion chamber pressure gradient values moves more and more towards the middle of the value range of the sample or value group considered, the further away the mean value of the - still symmetrically conceived - pre-injection quantity distribution is from the optimal value.
  • the distribution of the combustion chamber pressure gradient values thus becomes less and less skewed and more and more symmetrical the further away from the optimal value the mean value of the pre-injection quantity distribution is.
  • the skewness of the distribution of the combustion chamber pressure gradient values - and thus also the pressure gradient characteristic values of the method proposed here - represents a robust and clear criterion for how well suited the momentary activation of the injector is to lead to a pre-injection quantity on average , which keeps the combustion chamber pressure gradient close to its minimum.
  • the injector is preferably controlled with a specific energization duration.
  • activation of the injector means activation with a specific energization duration.
  • a change in the control means in particular, a change in the duration of the energization.
  • maintaining the control means in particular maintaining the specific energization duration. The actuation is thus defined in particular by the energization duration with which the injector is actuated.
  • a self-igniting fuel in particular diesel or dimethyl ether, or a combustible gas, is introduced into the combustion chamber as the fuel via the injector.
  • the pre-injection quantity of the fuel is introduced into the combustion chamber by the injector, in particular by way of a pre-injection, with a main injection that follows within the same working cycle.
  • a typical injector is set up to introduce the main injection quantity as precisely as possible. Since the pre-injection quantity is much smaller than the main injection quantity, it is hardly possible to precisely define this by controlling the injector.
  • the pressure gradient characteristic can be derived from the combustion chamber pressure gradient or, conversely, the combustion chamber pressure gradient can be derived—at least in principle—from the pressure gradient characteristic.
  • the combustion chamber pressure gradient is preferably in particular a peak pressure gradient.
  • a pressure gradient is understood to mean a derivation of the pressure over time.
  • the pressure gradient is therefore a temporal pressure gradient.
  • step c) steps a) and b) are repeated several times in particular with the same triggering of the injector.
  • Step c) is therefore preferably carried out in a stationary state of the internal combustion engine.
  • the entire method is preferably carried out in a stationary state of the internal combustion engine. In this way, the evaluation of the distribution of the pressure gradient characteristic is not disturbed and falsified by load changes and thus in particular by changes in the amount of fuel introduced.
  • steps a) and b) in step c) are repeated approximately 100 times, preferably 100 times. In any case, this results in a representative random sample with a meaningful distribution of the pressure gradient characteristic values.
  • An internal combustion engine is preferably operated as part of the method
  • the procedure is carried out individually for each combustion chamber in this case, i.e. in particular for each combustion chamber individually. This takes into account in particular the knowledge that different injectors, which are assigned to different combustion chambers, can exhibit very different behaviors, especially when introducing very small amounts of fuel.
  • steps a) to e) are repeated with the changed triggering.
  • This procedure is preferably iterated until the activation in step e) is maintained.
  • steps a) to e) are repeated each time the triggering of the injector is changed in step e), and this is continued until the triggering in step e) is maintained for the first time.
  • iteratively—preferably with rapid convergence—a suitable triggering of the injector can be found in terms of a combustion chamber pressure gradient that is as small as possible.
  • a direction of the change in the activation ie in particular the energization duration, of the injector in step e) is selected depending on whether a last change in the activation resulted in a larger change in the pressure gradient characteristic value, in particular a mean pressure gradient characteristic value, has led to a penultimate change in the control.
  • the direction of the change is in particular the sign of the change.
  • the sign is changed compared to the sign selected in the last change step if the last change made to the control, i.e. energization duration, has led to a greater change in the pressure gradient characteristic value than the penultimate change in control.
  • the sign is retained compared to the last change if the last change in activation did not result in a greater change in the pressure gradient characteristic value than the penultimate change in activation.
  • This procedure is based in particular on the idea that the combustion chamber pressure gradient curve, starting from its minimum, has a pronounced curvature, so that the slope of the combustion chamber pressure gradient curve, starting from the minimum, changes in both directions and, in particular, with increasing distance from it Minimum increases in both directions.
  • this behavior indicates that the sign of the change should be changed to move along the chamber pressure gradient curve in direction to move the minimum.
  • the sign for the change is preferably chosen randomly or initialized in a predetermined manner.
  • the direction of the change in triggering of the injector in step e) is selected depending on whether a previous change in triggering influenced the pressure gradient characteristic in the direction of a smaller combustion chamber pressure gradient or in the direction of a larger combustion chamber pressure gradient.
  • the effect of the previous change is therefore preferably taken into account when choosing the sign of the subsequent change, in order to accelerate the convergence of the method.
  • the direction—that is, the sign—of the change is preferably retained if the previous change in the activation has influenced the pressure gradient characteristic in the direction of a smaller combustion chamber pressure gradient. This means that the change has led in the direction of the desired minimum, so that it makes sense to continue on the path we have taken.
  • the direction of the change is preferably changed if the previous change in the activation has influenced the pressure gradient characteristic value in the direction of a greater combustion chamber pressure gradient. In fact, in this case, the change has contributed to a further distance from the desired minimum.
  • a mean value of the pressure gradient characteristic value is preferably considered here, so it is checked in particular whether the previous change in the control has changed the mean value of the pressure gradient characteristic value in the direction of a smaller one or a larger combustion chamber pressure gradient.
  • step e When the method is carried out for the first time, no previous change is available for evaluation. In this case, preference is given to the direction of change in step e) guessed or determined at random, or a change is made in a predetermined direction.
  • the skewness of the distribution in step e) is compared with a predetermined skewness threshold value.
  • the triggering of the injector is then preferably changed when the skew is less than the skew threshold value.
  • Drive is preferably maintained when the skew is greater than the skew threshold or when the skew is equal to the skew threshold. If the skew threshold value is exceeded, it is ensured that the control signal is already sufficiently close to the optimal value and therefore does not have to be corrected any further.
  • the skew threshold is defined appropriately to ensure this.
  • the triggering of the injector is changed and the skewness is determined again. This is preferably repeated until the skewness reaches or exceeds the skew threshold.
  • the skewness of the distribution is determined as a measure of the skewness. This represents a particularly simple detection of the skewness, which can be done in particular with little computational effort.
  • the skewness index is determined from the distribution itself, in particular using a histogram! deriving the pressure gradient characteristics and evaluating the histogram appropriately. This represents a particularly accurate detection of skewness.
  • the skewness index is determined directly from the determined pressure gradient characteristic values, in particular without an explicit determination of the distribution, in particular without requiring a histogram. In this way, the skewness index can be determined very quickly and with particularly little computing effort.
  • the skewness index is preferably determined by subtracting the mean value of the pressure gradient characteristic values from the current pressure gradient characteristic value, with the result normalized to the empirical standard deviation or random sample scatter, raised to the third power, and preferably by forming a mean value, in particular one moving average or using a low-pass filter, is smoothed over several measured values. It is necessary advantageously no explicit determination of the distribution. In particular, both the mean value and the empirical standard deviation can be recursively estimated from the continuously recorded pressure gradient characteristic values. It is only important that the triggering of the injector is kept constant, ie the internal combustion engine runs in particular in a stationary operating state.
  • the skewness measure is preferably calculated as the empirical skewness v according to the following equation: where Xi is the current pressure gradient characteristic, x is the mean value of the pressure gradient characteristic, .s is the empirical standard deviation or random sample scatter, and n is the size of the random sample, ie in particular the number of pressure gradient characteristic values considered.
  • a combustion chamber pressure variable or a structure-borne noise value is used as the pressure gradient characteristic.
  • the pressure gradient parameter can be determined simply and cost-effectively, in particular with a combustion chamber pressure sensor system that is typically built into the internal combustion engine anyway.
  • the method is carried out during operation of the internal combustion engine at predetermined time intervals—in particular at predetermined operating hour intervals—or event-controlled, for example initialized by detected knocking events. In this way, safe operation of the internal combustion engine can be permanently guaranteed.
  • control unit for an internal combustion engine, which is set up to carry out the method according to the invention or one of the preferred embodiments of the method described above.
  • control unit is set up to activate an injector, in particular to specify an energization duration for the injector.
  • the control unit is also set up to detect a pressure gradient parameter that is characteristic of a combustion chamber pressure gradient in a combustion chamber of the internal combustion engine that is assigned to the injector.
  • the control unit is also set up to determine a skewness in a distribution of determined pressure gradient characteristic values and to change or maintain the actuation of the injector depending on the determined skewness.
  • the object is also achieved by creating an internal combustion engine that has at least one combustion chamber, an injector being assigned to the combustion chamber in order to introduce fuel into the combustion chamber.
  • the injector can be controlled in particular in order to introduce a pre-injection quantity of the fuel into the combustion chamber.
  • the injector is operatively connected to a control unit of the internal combustion engine, so that the control unit can control the injector.
  • the internal combustion engine also has a pressure gradient sensor that is operatively connected to the control unit and is set up to detect a measured variable from which the control unit can determine a pressure gradient parameter that is characteristic of a combustion chamber pressure gradient in the combustion chamber.
  • the pressure gradient sensor is preferably set up to detect a combustion chamber pressure variable or structure-borne noise.
  • the pressure gradient sensor can be designed as a structure-borne noise sensor.
  • the control device is set up to carry out the method according to the invention or one of the previously described embodiments of the method.
  • the control unit is the control unit according to the invention or a control unit according to one of the exemplary embodiments described above.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an internal combustion engine with an exemplary embodiment of a control device
  • FIG. 2 shows a plot of a pressure gradient characteristic against a pre-injection quantity to explain the theoretical background of an embodiment of a method for operating the internal combustion engine
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the method in the form of a flowchart.
  • the internal combustion engine 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an internal combustion engine 1 which has at least one combustion chamber 3 .
  • the internal combustion engine 1 is designed here in a preferred embodiment as a reciprocating piston engine, with the combustion chamber 3 being assigned a piston 5 that can be lifted.
  • the internal combustion engine 1 preferably has a plurality of combustion chambers 3, which are in particular of identical design.
  • An injector 7 is assigned to the combustion chamber 3 and is set up to introduce a fuel into the combustion chamber 3 .
  • the injector 7 can be controlled in particular in order to introduce a pre-injection quantity of the fuel into the combustion chamber 3 .
  • the internal combustion engine 1 also has a control unit 9, which is operatively connected to the injector 7 for controlling the injector 7, in particular in such a way that the injector 7 can be controlled by the control unit 9 in order to introduce the pre-injection quantity of fuel into the combustion chamber 3.
  • Internal combustion engine 1 also has a pressure gradient sensor 11 that is operatively connected to control unit 9 and is set up to detect a measured variable from which control unit 9 can determine a pressure gradient parameter that is characteristic of a combustion chamber pressure gradient in combustion chamber 3.
  • the pressure gradient sensor 11 is a structure-borne noise sensor.
  • Control unit 9 is preferably set up to specify an energization duration for injector 7 .
  • the control unit 9 is also set up to a described in more detail below
  • Procedure to perform In this case, a) the injector 7 is activated in order to introduce the pre-injection quantity into the combustion chamber 3, with b) the pressure gradient characteristic being determined for a working cycle of the combustion chamber 3 in which the injector 7 was activated in step a), with c) steps a) and b) are repeated several times, with d) a skewness of a distribution of the pressure gradient characteristic values determined in step c) being determined, and with e) the activation of the injector 7 being changed depending on the skewness determined in step d). or retained.
  • steps a) to e) are repeated with the changed activation, this preferably being iterated until the activation in step e) is maintained for the first time.
  • a direction of the change in the activation of the injector 7 in step e) is preferably selected depending on whether a previous change in the activation—in the immediately preceding iteration—has influenced the pressure gradient characteristic in the direction of a smaller or in the direction of a larger combustion chamber pressure gradient.
  • the skewness of the distribution is preferably compared with a predetermined skewness threshold value, the activation of the injector 7 being changed if the skewness is less than the predetermined skewness threshold value, and the activation of the injector 7 being maintained. when the skew is greater than or equal to the predetermined skew threshold.
  • the skewness is preferably determined as a measure of skewness, in particular from the distribution of the pressure gradient characteristic values themselves, or in a particularly preferred embodiment directly from the determined pressure gradient characteristic values, in particular without explicitly determining the distribution.
  • a combustion chamber pressure variable or a structure-borne noise value is used as the pressure gradient parameter.
  • the method is preferably carried out during the operation of the internal combustion engine 1 at predetermined times or in an event-controlled manner.
  • the pressure gradient characteristic value D follows a curve K as a function of the pre-injection quantity, which has a minimum at a specific pre-injection quantity and, on the one hand, decreases with pre-injection quantities than the determined pre-injection quantity Vmin and, on the other hand, to pre-injection quantities greater than the determined pre-injection quantity Vmin.
  • the curve K is flat, which makes a classic search for the minimum more difficult.
  • a pre-injection quantity distribution of the pre-injection quantities V actually introduced into the combustion chamber 3 results.
  • This pre-injection quantity distribution can be assumed to be symmetrical; In particular, this pre-injection quantity distribution can take the form of a bell-shaped curve, in particular a Gaussian bell-shaped curve.
  • FIG. 2 now shows a first pre-injection quantity distribution VV1, which results for an activation of the injector 7 in the area of the minimum of the curve K.
  • the maximum of the first pre-injection quantity distribution VV1 lies in particular on the determined pre-injection quantity Vmin.
  • Due to the course of the curve K a corresponding first pressure gradient characteristic value distribution DV1 now results.
  • This has a pronounced skewness with a pronounced shift of its maximum towards small pressure gradient characteristic values, in particular since most pre-injection quantity values within the first pre-injection quantity distribution W1 lead to pressure gradient characteristic values in the area of the minimum.
  • there is the pronounced asymmetry and the flat Course of the curve K towards larger pre-injection quantities which ultimately means that virtually the entire right-hand branch of the first pre-injection quantity distribution VV1 is mapped to comparatively small pressure gradient characteristic values.
  • the skewness of the distribution of the pressure gradient characteristic values is a suitable measure for determining how close a specific activation of the injector 7 brings the pre-injection quantity V thereby introduced into the range of the minimum of the pressure gradient characteristic brings value.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an embodiment of a method for operating the internal combustion engine 1 in the form of a flow chart.
  • the method starts in a first step S1.
  • a second step S2 an energization duration BD for the injector 7 is initialized with a predetermined starting value BDStart.
  • a pressure gradient characteristic value DKW is determined for the working cycle of combustion chamber 3 in which injector 7 was previously activated in third step S3, pressure gradient characteristic value DKW being characteristic of a combustion chamber pressure gradient in combustion chamber 3 .
  • a predetermined number n of repetitions of steps S3, S4 it is queried whether a predetermined number n of repetitions of steps S3, S4 has been carried out. As long as this is not the case, the method is continued in the third step S3; that is, steps S3 to S5 are repeated until the predetermined number n of repetitions is reached.
  • the predetermined number n can be 100, for example.
  • a total of n pressure gradient characteristic values and insofar also - either explicitly or at least implicitly - receive a distribution of the Druckgradi ent characteristic values.
  • a skewness S of the distribution of the pressure gradient characteristic values DKW is determined.
  • the skewness S can be determined either after the distribution has been determined from the distribution itself or without explicitly determining the distribution.
  • the skewness S is calculated as the empirical skewness v according to equation (1) given above.
  • a seventh step S7 the skewness S is compared with a predetermined skewness threshold value SSW. If it is determined that the skew S is not greater than the predetermined skew threshold value SSW, a sign for an otherwise preferably constant, in particular predetermined change value DeltaBD for changing the energization duration BD is determined in an eighth step S8.
  • the energization duration BD is redefined as the sum of the previous value of the energization duration BD and the change value DeltaBD for the energization duration, including the sign, ie the change value DeltaBD itself has a sign.
  • the method is then continued in the third step S3 with the new value for the energization duration BD determined in the ninth step S9, ie the injector 7 is controlled with the new value for the energization duration BD.
  • the sign for the change value DeltaBD is selected in the eighth step S8 depending in particular on whether a last change made to the control led to a greater change in the pressure gradient characteristic, in particular the mean pressure gradient characteristic, than a penultimate one Change of control.
  • the sign is changed in comparison to the sign selected in the last change step if the last change made in the energization duration has led to a greater change in the pressure gradient characteristic value than the penultimate change in the energization duration.
  • the sign is retained compared to the last change if the last change in the energization period did not result in a greater change in the pressure gradient characteristic than the penultimate change in the energization period.
  • the sign for the change value DeltaBD is preferably chosen randomly or initialized in a predetermined manner.
  • the amount of the change value DeltaBD and/or the amount of the start value BDStart is/are preferably parameterizable.
  • the skew threshold value SSW can preferably be parameterized.
  • the method ends in a tenth step S10.
  • the method is preferably repeated overall during the operation of the internal combustion engine 1 at predetermined time intervals or in an event-controlled manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), wobei a) ein Injektor (7) angesteuert wird, um eine Voreinspritzmenge eines Brennstoffs in einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) einzubringen, wobei b) ein Druckgradienten-Kennwert (DKW), der für einen Brennraumdruckgradienten in dem Brennraum (3) charakteristisch ist, für ein Arbeitsspiel des Brennraums (3) ermittelt wird, in dem der Injektor (7) in Schritt a) angesteuert wurde, wobei c) die Schritte a) und b) mehrfach wiederholt werden, wobei d) eine Schiefe (S) einer Verteilung der in Schritt c) ermittelten Druckgradienten-Kennwerte (DKW) ermittelt wird, wobei e) die Ansteuerung des Injektors (7) abhängig von der in Schritt d) ermittelten Schiefe (S) geändert oder beibehalten wird.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, und Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Steuergerät.
Um bei einer innermotorischen Verbrennung im Betrieb einer Brennkraftmaschine einen Brennraumdruckgradienten, insbesondere Spitzendruckgradienten, zu reduzieren und damit die mechanische Belastung für die Brennkraftmaschine zu verringern, wird häufig eine Voreinspritzung vorgenommen. Dies ermöglicht nicht zuletzt auch, Brennkraftmaschinen effizient und mit niedrigen Emissionen zu betreiben. Um den Brennraumdruckgradient gering zu halten, muss jedoch die Brennstoffmenge, die bei der Voreinspritzung in den Brennraum eingebracht wird, präzise bemessen werden. Der Brennraumdruckgradient steigt nämlich nicht nur bei einer zu geringen voreingespritzten Brennstoffmenge, sondern auch bei einer zu hohen voreingespritzten Brennstoffmenge deutlich an. Typischerweise an Brennkraftmaschinen verbaute Injektoren weisen jedoch insbesondere dann, wenn vergleichsweise kleine Brennstoffmengen injiziert werden sollen, keine hinreichende Reproduzierbarkeit auf. Insbesondere ist eine Schuss-Zu-Schuss-Streuung der eingespritzten Brennstoffmenge hoch, wenn ein solcher Injektor aufeinanderfolgend immer wieder exakt gleich angesteuert wird. Weiterhin können Alterungseffekte auftreten, die über die Lebensdauer des Injektors - bei unveränderter Ansteuerung - zu Veränderungen in der Einspritzmenge führen können. Somit ist aber bei definierter Ansteuerung eines Injektors die genaue in den Brennraum eingebrachte Brennstoffmenge in der Regel unbekannt. Des Weiteren ist der Effekt einer Voreinspritzung nicht unmittelbar kontrollierbar.
Selbst wenn der Brennraumdruckgradient indirekt, beispielsweise über einen Körperschallsensor, erfasst werden kann, bleibt eine Auswertung schwierig. Wird beispielsweise eine iterative Suche nach einem Extremwert über eine Metrik implementiert, kann das Optimum nur durch Probieren, das heißt durch Variation einer Ansteuerkorrektur, ermittelt werden, insbesondere da Metriken, die aus Körperschallsignalen gewonnen werden, keinen absoluten Rückschluss auf den tatsächlichen Brennraumdruckgradienten zulassen. Dies kostet Zeit und hat darüber hinaus zur Folge, dass selbst eigentlich geeignete Ansteuerungen durch ständiges tastendes Probieren von dem Optimum entfernt oder weiterhin einer iterativen Optimierung unterzogen werden, was schlicht daraus folgt, dass keine Kenntnis darüber herrscht, ob die aktuelle Ansteuerung des Injektors bereits in der Nähe des Optimalwerts liegt oder nicht. Dies führt ganz besonders dann zu langwierigen und schlecht konvergierenden Verfahren, wenn die benutzte Metrik im Bereich des gesuchten Extremwerts einen sehr flachen Verlauf aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise reduziert, vorzugsweise vermieden sind.
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.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, bei welchem a) ein Injektor angesteuert wird, um eine Voreinspritzmenge eines Brennstoffs in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzubringen. Es wird b) für ein Arbeitsspiel des Brennraums, in dem der Injektor in Schritt a) angesteuert wurde, ein Druckgradienten-Kennwert ermittelt, der für einen Brennraumdruckgradient in dem Brennraum charakteristisch ist. Die Schritte a) und b) werden c) mehrfach wiederholt. Es wird d) eine Schiefe einer Verteilung der in Schritt c) ermittelten Druckgradienten-Kenn werte ermittelt, und die Ansteuerung des Injektors wird e) in Abhängigkeit von der in Schritt d) ermittelten Schiefe geändert oder beibehalten. Vorteilhaft können geeignete Ansteuerungssignale, die keiner nennenswerten Korrektur bedürfen, bereits ohne Iteration erkannt werden, und es wird insbesondere eine schnelle Konvergenz der Extremwertsuche nach der geeigneten Ansteuerung möglich. Dabei wertet das hier vorgeschlagene Verfahren keine mittlere integrale Metrik aus, um die optimale Ansteuerung des Injektors im Sinne eines minimalen Brennraumdruckgradienten zu erhalten, sondern wählt vielmehr einen statistischen Ansatz. Dabei macht sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft zunutze, dass der Zusammenhang zwischen der Voreinspritzmenge und dem Brennraumdruckgradienten beziehungsweise dessen Schätzung nicht linear ist. Betrachtet man die Auswirkung mehrerer Voreinspritzungen, die in der tatsächlich eingebrachten Brennstoffmenge um einen Mittelwert streuen, auf die resultierenden Werte des Brennraumdruckgradienten beziehungsweise dessen Schätzung, ergibt sich eine statistische Verteilung dieser Werte. Diese Verteilung unterscheidet sich deutlich, je nachdem, ob man sich in der Nähe des Minimums der Funktion oder davon entfernt befindet.
Um dies zu verstehen, betrachte man (vgl. Fig. 2) eine Auftragung des Brennraumdruckgradienten oder alternativ eines Schätzwerts des Brennraumdruckgradienten in Abhängigkeit von der Voreinspritzmenge gemäß einer bestimmten Metrik. Der Einfachheit wegen wird im Folgenden nur noch von dem Brennraumdruckgradienten die Rede sein, dies schließt aber ein, dass es sich dabei um einen Schätzwert für den Brennraumdruckgradienten gemäß einer bestimmten Metrik handeln kann. Die Auftragung des Brennraumdruckgradienten gegen die Voreinspritzmenge weist ein Minimum bei einem optimalen Wert der Voreinspritzmenge auf, der zugleich einer optimalen Ansteuerung des Injektors zugeordnet ist. Ausgehend von diesem Minimum steigt der Brennraumdruckgradient sowohl zu geringeren als auch zu höheren Voreinspritzmengen an. Allerdings verläuft die Brennraumdruckgradient-Kurve im Bereich des Minimums sehr flach, wobei sie zu kleineren Voreinspritzmengen steil ansteigt, während sie zu größeren Voreinspritzmengen zunächst vergleichsweise langsam und dann später steiler ansteigt. Dass der Bereich des Minimums flach ist, bedeutet insbesondere, dass im Bereich des Minimums der Brennraumdruckgradienten-Kurve eine Variation der Voreinspritzmenge um den optimalen Wert herum kaum zu einer Änderung des Brennraumdruckgradienten führt.
Nimmt man nun an, dass die tatsächlich eingebrachten Voreinspritzmengen gaußförmig oder gemäß einer anderen symmetrischen Verteilung um den optimalen Wert verteilt sind, ergibt sich, dass die zugehörigen Brennraumdruckgradienten-Werte im Wesentlichen im Bereich des minimalen Brennraumdruckgradienten liegen, wobei die zugehörige Verteilung der Brennraumdruckgradienten keine Werte aufweist, die kleiner sind als das Minimum, wobei die relative Häufigkeit der Brennraumdruckgradienten-Werte zu größeren Brennraumdruckgradienten-Werten hin abnimmt. In der Nähe des Minimums ist die Verteilung der Brennraumdruckgradienten-Werte daher maximal schief, das heißt unsymmetrisch, die häufigsten Werte liegen am Rand der Verteilung in der Nähe des Minimums, da sowohl eine Abweichung in Richtung größerer Voreinspritzmengen als auch in Richtung kleinerer Voreinspritzmengen zu höheren Brennraumdruckgradienten führt.
Dagegen wandert das Maximum der Verteilung der Brennraumdruckgradienten-Werte immer mehr in Richtung der Mitte des Wertebereichs der betrachteten Stichprobe oder Wertegruppe, je weiter entfernt der Mittelwert der - weiterhin symmetrisch gedachten - Voreinspri tzm engen - Verteilung von dem optimalen Wert entfernt liegt. Die Verteilung der Brennraumdruckgradienten-Werte wird also immer weniger schief und immer symmetrischer, je weiter von dem optimalen Wert entfernt der Mittelwert der Voreinspritzmengen- Verteilung liegt.
Die Schiefe der Verteilung der Brennraumdruckgradienten-Werte - und damit auch der Druckgradienten-Kenn werte des hier vorgeschlagenen Verfahrens - stellt also ein robustes und deutliches Kriterium dafür dar, wie gut geeignet die momentane Ansteuerung des Injektors ist, um im Mittel zu einer Voreinspritzmenge zu führen, die den Brennraumdruckgradienten in der Nähe seines Minimums hält.
Somit kann in einfacher und schneller Weise, insbesondere ohne Iteration, festgestellt werden, wie gut die momentane Ansteuerung des Injektors ist, und es kann gegebenenfalls eine schnelle Konvergenz hin zu einer geeigneten Ansteuerung gefunden werden.
Der Injektor wird bevorzugt mit einer bestimmten Bestromungsdauer angesteuert. Insbesondere bedeutet eine Ansteuerung des Injektors eine Ansteuerung mit einer bestimmten Bestromungsdauer. Eine Änderung der Ansteuerung bedeutet insbesondere eine Änderung der Bestromungsdauer. Entsprechend bedeutet ein Beibehalten der Ansteuerung insbesondere ein Beibehalten der bestimmten Bestromungsdauer. Die Ansteuerung ist also insbesondere definiert durch die Bestromungsdauer, mit der der Injektor angesteuert wird.
Als Brennstoff wird über den Injektor bevorzugt ein selbstzündender Brennstoff, insbesondere Diesel oder Dimethylether, oder ein Brenngas, in den Brennraum eingebracht.
Die Voreinspritzmenge des Brennstoffs wird durch den Injektor insbesondere im Wege einer Voreinspritzung, mit innerhalb desselben Arbeitsspiels nachfolgender Haupteinspritzung, in den Brennraum eingebracht. Dabei wird im Wege der Voreinspritzung eine im Vergleich zu der mit der Haupteinspritzung eingebrachten Brennstoffmenge sehr viel kleinere Brennstoffmenge eingebracht, die einen geringeren Anteil an der innerhalb des Arbeitsspiels in den Brennraum eingebrachten chemischen Energie umfasst als die mit der Haupteinspritzung eingebrachte Brennstoffmenge. Aus diesem Zusammenhang ergibt sich zugleich die zuvor beschriebene Problematik bei der Bemessung der Voreinspritzmenge: Ein typischer Injektor ist eingerichtet zur möglichst präzisen Einbringung der Haupteinspritzmenge. Da die Voreinspritzmenge sehr viel kleiner ist als die Haupteinspritzmenge, ist es kaum möglich, diese über die Ansteuerung des Injektors präzise zu definieren.
Dass der Druckgradienten-Kennwert für einen Brennraumdruckgradienten charakteristisch ist, bedeutet insbesondere, dass der Druckgradienten-Kennwert mit dem Brennraumdruckgradient korreliert; insbesondere ist der Druckgradienten-Kennwert aus dem Brennraumdruckgradient ableitleitbar oder abgeleitet, oder es ist umgekehrt der Brennraumdruckgradient - zumindest prinzipiell - aus dem Druckgradienten-Kennwert ableitbar.
Der Brennraumdruckgradient ist bevorzugt insbesondere ein Spitzendruckgradient.
Unter einem Druckgradient wird eine Ableitung des Drucks nach der Zeit verstanden. Der Druckgradient ist also ein zeitlicher Druckgradient.
In dem Schritt c) werden die Schritte a) und b) insbesondere mehrfach bei gleicher Ansteuerung des Injektors wiederholt. Der Schritt c) wird also bevorzugt in einem stationären Zustand der Brennkraftmaschine durchgeführt. Bevorzugt wird das gesamte Verfahren in einem stationären Zustand der Brennkraftmaschine durchgeführt. Somit wird die Auswertung der Verteilung des Druckgradienten-Kenn werts nicht durch Laständerungen und somit insbesondere Änderungen in der eingebrachten Brennstoffmenge gestört und verfälscht.
Bevorzugt werden die Schritte a) und b) in dem Schritt c) ungefähr hundertmal, vorzugsweise hundertmal, wiederholt. Somit ergibt sich jedenfalls eine repräsentative Stichprobe mit aussagefähiger Verteilung der Druckgradienten-Kennwerte.
Bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens eine Brennkraftmaschine betrieben, die eine
Mehrzahl von - vorzugsweise identisch ausgebildeten - Brennräumen aufweist. Das Verfahren wird in diesem Fall brennraumindividuell durchgeführt, das heißt insbesondere für jeden Brennraum einzeln. Dies trägt insbesondere der Erkenntnis Rechnung, dass verschiedene Injektoren, die verschiedenen Brennräumen zugeordnet sind, gerade beim Einbringen sehr kleiner Brennstoffmengen ein sehr verschiedenes Verhalten aufweisen können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dann, wenn in Schritt e) die Ansteuerung des Injektors geändert wird, die Schritte a) bis e) mit der geänderten Ansteuerung wiederholt werden. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob die geänderte Ansteuerung zu einem verbesserten Verhalten des Injektors geführt oder vielmehr die Situation verschlechtert hat. Vorzugsweise wird diese Vorgehensweise solange iteriert, bis die Ansteuerung in Schritt e) beibehalten wird. Es werden also insbesondere die Schritte a) bis e) jedes Mal dann, wenn in Schritt e) die Ansteuerung des Injektors geändert wird, wiederholt, und dies wird solange fortgesetzt, bis die Ansteuerung in Schritt e) erstmals beibehalten wird. Auf diese Weise kann iterativ - vorzugsweise mit schneller Konvergenz - eine geeignete Ansteuerung des Injektors im Sinne eines möglichst kleinen Brennraumdruckgradienten aufgefunden werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Richtung der Änderung der Ansteuerung, d.h. insbesondere Bestromungsdauer, des Injektors in dem Schritt e) abhängig davon gewählt wird, ob eine zuletzt vorgenommene Änderung der Ansteuerung zu einer größeren Veränderung des Druckgradienten-Kennwerts, insbesondere eines mittleren Druckgradienten-Kenn werts, geführt hat als eine vorletzte Änderung der Ansteuerung. Die Richtung der Änderung ist insbesondere das Vorzeichen der Änderung. Insbesondere wird das Vorzeichen im Vergleich zu dem im letzten Änderungsschritt gewählten Vorzeichen verändert, wenn die zuletzt vorgenommene Änderung der Ansteuerung, d.h. Bestromungsdauer, zu einer größeren Veränderung des Druckgradienten-Kennwerts geführt hat als die vorletzte Änderung der Ansteuerung. Dagegen wird das Vorzeichen im Vergleich zu der letzten Änderung beibehalten, wenn die letzte Änderung der Ansteuerung nicht zu einer größeren Veränderung des Druckgradienten-Kennwerts geführt hat als die vorletzte Änderung der Ansteuerung.
Dieser Vorgehensweise liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, dass die Brennraumdruckgradienten-Kurve ausgehend von ihrem Minimum eine ausgeprägte Krümmung aufweist, sodass sich die Steigung der Brennraumdruckgradienten-Kurve ausgehend von dem Minimum in beide Richtungen ändert und insbesondere mit zunehmendem Abstand von dem Minimum in beide Richtungen größer wird. Geht man also von konstanten Änderungswerten oder Änderungsschritten aus, ergibt sich mit zunehmender Entfernung von dem Minimum eine zunehmende Veränderung des Druckgradienten-Kennwerts, sodass dieses Verhalten darauf hinweist, dass das Vorzeichen der Änderung geändert werden sollte, um sich entlang der Brennraumdruckgradienten-Kurve in Richtung des Minimums zu bewegen.
Wenn zu Beginn des Verfahrens noch keine vorhergehenden Durchläufe zur Auswertung zur Verfügung stehen, wird das Vorzeichen für die Änderung bevorzugt zufällig gewählt oder in vorbestimmter Weise initialisiert.
Alternativ oder zusätzlich wird die Richtung der Änderung der Ansteuerung des Injektors in dem Schritt e) abhängig davon gewählt wird, ob eine vorangegangene Änderung der Ansteuerung den Druckgradienten-Kennwert in Richtung eines kleineren Brennraumdruckgradienten oder in Richtung eines größeren Brennraumdruckgradienten beeinflusst hat. Der Effekt der vorangegangenen Änderung wird also bevorzugt bei der Wahl des Vorzeichens der nachfolgenden Änderung berücksichtigt, um die Konvergenz des Verfahrens zu beschleunigen. Dabei wird die Richtung - das heißt das Vorzeichen - der Änderung bevorzugt beibehalten, wenn die vorangegangene Änderung der Ansteuerung den Druckgradienten-Kennwert in Richtung eines kleineren Brennraumdruckgradienten beeinflusst hat. Dies bedeutet nämlich, dass die Änderung in Richtung des angestrebten Minimums geführt hat, sodass es sinnvoll ist, den eingeschlagenen Weg weiter fortzusetzen. Die Richtung der Änderung wird dagegen bevorzugt geändert, wenn die vorangegangene Änderung der Ansteuerung den Druckgradienten-Kennwert in Richtung eines größeren Brennraumdruckgradienten beeinflusst hat. In diesem Fall hat die Änderung nämlich zu einer weiteren Entfernung von dem angestrebten Minimum beigetragen.
Bevorzugt wird dabei ein Mittelwert des Druckgradienten-Kennwerts, insbesondere ein Mittelwert der Verteilung der in Schritt c) ermittelten Druckgradienten-Kenn werte, betrachtet, es wird also insbesondere geprüft, ob die vorangegangene Änderung der Ansteuerung den Mittelwert des Druckgradienten-Kennwerts in Richtung eines kleineren oder eines größeren Brennraumdruckgradienten beeinflusst hat.
Bei einer ersten Durchführung des Verfahrens steht noch keine vorangegangene Änderung zur Bewertung zur Verfügung. In diesem Fall wird bevorzugt die Richtung der Änderung in Schritt e) geraten oder per Zufall bestimmt, oder es wird eine Änderung in einer vorbestimmten Richtung vorgenommen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schiefe der Verteilung in Schritt e) mit einem vorbestimmten Schiefen-Schwellwert verglichen wird. Die Ansteuerung des Injektors wird dann vorzugsweise geändert, wenn die Schiefe kleiner ist als der Schiefen- Schwellwert. Die Ansteuerung wird bevorzugt beibehalten, wenn die Schiefe größer ist als der Schiefen-Schwellwert oder wenn die Schiefe gleich dem Schiefen-Schwellwert ist. Ist der Schiefen-Schwellwert überschritten, ist gewährleistet, dass das Ansteuersignal bereits hinreichend in der Nähe des Optimalwerts liegt und somit nicht weiter korrigiert werden muss. Insbesondere wird der Schiefen-Schwellwert entsprechend definiert, sodass dies gewährleistet ist. Ist die Schiefe dagegen kleiner als der Schiefen-Schwellwert, wird die Ansteuerung des Injektors geändert, und die Schiefe wird erneut ermittelt. Dies wird bevorzugt solange wiederholt, bis die Schiefe den Schiefen-Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schiefe der Verteilung als Schiefen-Maßzahl ermittelt wird. Dies stellt eine besonders einfache Erfassung der Schiefe dar, die insbesondere mit geringem Rechenaufwand erfolgen kann.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung wird die Schiefen-Maßzahl aus der Verteilung selbst ermittelt, insbesondere durch Histogramm! er en der Druckgradienten-Kennwerte und geeignetes Bewerten des Histogramms. Dies stellt eine besonders genaue Erfassung der Schiefe dar.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird die Schiefen-Maßzahl direkt aus den ermittelten Druckgradienten-Kenn werten ermittelt, insbesondere ohne explizite Bestimmung der Verteilung, insbesondere ohne, dass es einer Histogrammierung bedarf. Die Schiefen-Maßzahl kann auf diese Weise mit besonders geringem Rechenaufwand und sehr schnell ermittelt werden.
Vorzugsweise wird die Schiefen-Maßzahl ermittelt, indem von dem aktuellen Druckgradienten- Kennwert der Mittelwert der Druckgradienten-Kennwerte abgezogen wird, wobei das Ergebnis auf die empirische Standardabweichung oder Stichprobenstreuung normiert, in die dritte Potenz erhoben, und vorzugsweise durch Bilden eines Mittelwerts, insbesondere eines gleitenden Mittelwerts oder mittels Tiefpassfilter, über mehrere Messwerte geglättet wird. Dabei bedarf es vorteilhaft keiner expliziten Bestimmung der Verteilung. Insbesondere können sowohl der Mittelwert als auch die empirische Standardabweichung rekursiv aus den fortlaufend erfassten Druckgradienten-Kenn werten geschätzt werden. Wichtig ist nur, dass die Ansteuerung des Injektors konstant gehalten wird, die Brennkraftmaschine also insbesondere in einem stationären Betriebszustand läuft.
Insbesondere wird die Schiefen-Maßzahl bevorzugt berechnet als empirische Schiefe v gemäß der folgenden Gleichung: wobei Xi der aktuelle Druckgradienten-Kennwert, x der Mittelwert der Druckgradienten- Kennwerte, .s die empirische Standardabweichung oder Stichproben Streuung, und n die Größe der Stichprobe, d.h. insbesondere die Anzahl der betrachteten Druckgradienten-Kennwerte ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Druckgradienten-Kennwert eine Brennraumdruckgröße oder ein Körperschallwert, insbesondere ein Integral eines Körperschallsensor-Messwerts, verwendet wird. Auf diese Weise kann der Druckgradienten- Kennwert einfach und kostengünstig, insbesondere mit typischerweise ohnehin an der Brennkraftmaschine verbauter Brennraumdrucksensorik ermittelt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren während des Betriebs der Brennkraftmaschine in vorbestimmten Zeitabständen - insbesondere in vorbestimmten Betriebsstunden-Intervallen -, oder aber ereignisgesteuert, beispielsweise initialisiert durch detektierte Klopfereignisse, durchgeführt wird. Auf diese Weise kann ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine dauerhaft gewährleistet werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches eingerichtet ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens. In Zusammenhang mit dem Steuergerät verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden. Insbesondere ist das Steuergerät eingerichtet, um einen Injektor anzusteuern, insbesondere um eine Bestromungsdauer für den Injektor vorzugeben. Das Steuergerät ist weiter eingerichtet, um einen Druckgradienten-Kennwert zu erfassen, der für einen Brennraumdruckgradienten in einem dem Injektor zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine charakteristisch ist. Das Steuergerät ist weiter eingerichtet, um eine Schiefe einer Verteilung ermittelter Druckgradienten- Kennwerte zu ermitteln, und um die Ansteuerung des Injektors abhängig von der ermittelten Schiefe zu ändern oder beizubehalten.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die wenigstens einen Brennraum aufweist, wobei dem Brennraum ein Injektor zugeordnet ist, um Brennstoff in den Brennraum einzubringen. Der Injektor ist insbesondere ansteuerbar, um eine Voreinspritzmenge des Brennstoffs in den Brennraum einzubringen. Der Injektor ist hierzu mit einem Steuergerät der Brennkraftmaschine wirkverbunden, sodass das Steuergerät den Injektor ansteuem kann. Die Brennkraftmaschine weist außerdem einen mit dem Steuergerät wirkverbundenen Druckgradienten-Sensor auf, der eingerichtet ist, um eine Messgröße zu erfassen, aus der das Steuergerät einen Druckgradienten-Kennwert ermitteln kann, der für einen Brennraumdruckgradienten in dem Brennraum charakteristisch ist. Vorzugsweise ist der Druckgradienten-Sensor eingerichtet, um eine Brennraumdruckgröße oder Körperschall zu erfassen. Insbesondere kann der Druckgradienten-Sensor als Körperschall sensor ausgebildet sein. Das Steuergerät ist eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens. Insbesondere ist das Steuergerät das erfindungsgemäße Steuergerät oder ein Steuergerät gemäß einem der zuvor b eschri eb enen Ausführungsb ei spi el e .
In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und dem Steuergerät erläutert wurden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Ausführungsbeispiel eines Steuergeräts; Figur 2 eine Auftragung eines Druckgradienten-Kennwerts gegen eine Voreinspritzmenge zur Erläuterung des theoretischen Hintergrunds einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine, und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1, die wenigstens einen Brennraum 3 aufweist. Die Brennkraftmaschine 1 ist hier in bevorzugter Ausgestaltung als Hubkolbenmotor ausgebildet, wobei dem Brennraum 3 ein hubbeweglicher Kolben 5 zugeordnet ist. Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine 1 eine Mehrzahl insbesondere identisch ausgebildeter Brennräume 3 auf.
Dem Brennraum 3 ist ein Injektor 7 zugeordnet, der eingerichtet ist, um einen Brennstoff in den Brennraum 3 einzubringen. Der Injektor 7 ist insbesondere ansteuerbar, um eine Voreinspritzmenge des Brennstoffs in den Brennraum 3 einzubringen.
Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem ein Steuergerät 9 auf, das mit dem Injektor 7 zur Ansteuerung des Injektors 7 wirkverbunden ist, insbesondere derart, dass der Injektor 7 durch das Steuergerät 9 angesteuert werden kann, um die Voreinspritzmenge des Brennstoffs in den Brennraum 3 einzubringen.
Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem einen mit dem Steuergerät 9 wirkverbundenen Druckgradienten-Sensor 11 auf, der eingerichtet ist, um eine Messgröße zu erfassen, aus der das Steuergerät 9 einen Druckgradienten-Kennwert ermitteln kann, der für einen Brennraumdruckgradienten in dem Brennraum 3 charakteristisch ist. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Druckgradienten-Sensor 11 ein Körperschallsensor.
Das Steuergerät 9 ist bevorzugt eingerichtet, um eine Bestromungsdauer für den Injektor 7 vorzugeben.
Das Steuergerät 9 ist außerdem eingerichtet, um ein im Folgenden näher beschriebenes
Verfahren durchzuführen: Dabei wird a) der Injektor 7 angesteuert, um die Voreinspritzmenge in den Brennraum 3 einzubringen, wobei b) der Druckgradienten-Kennwert für ein Arbeitsspiel des Brennraums 3 ermittelt wird, in dem der Injektor 7 in dem Schritt a) angesteuert wurde, wobei c) die Schritte a) und b) mehrfach wiederholt werden, wobei d) eine Schiefe einer Verteilung der in Schritt c) ermittelten Druckgradienten-Kenn werte ermittelt wird, und wobei e) die Ansteuerung des Injektors 7 abhängig von der in Schritt d) ermittelten Schiefe geändert oder beibehalten wird.
Insbesondere wenn in Schritt e) die Ansteuerung des Injektors 7 geändert wird, werden die Schritte a) bis e) mit der geänderten Ansteuerung wiederholt, wobei dies vorzugsweise solange iteriert wird, bis die Ansteuerung in Schritt e) erstmals beibehalten wird.
Eine Richtung der Änderung der Ansteuerung des Injektors 7 in dem Schritt e) wird bevorzugt abhängig davon gewählt, ob eine vorausgegangene Änderung der Ansteuerung - in der unmittelbar vorausgehenden Iteration - den Druckgradienten-Kennwert in Richtung eines kleineren oder in Richtung eines größeren Brennraumdruckgradienten beeinflusst hat.
Die Schiefe der Verteilung wird in dem Schritt e) bevorzugt mit einem vorbestimmten Schiefen- Schwellwert verglichen, wobei die Ansteuerung des Injektors 7 geändert wird, wenn die Schiefe kleiner ist als der vorbestimmte Schiefen-Schwellwert, und wobei die Ansteuerung des Injektors 7 beibehalten wird, wenn die Schiefe größer als der oder gleich dem vorbestimmten Schiefen- Schwellwert ist.
Die Schiefe wird bevorzugt als Schiefen-Maßzahl ermittelt, insbesondere aus der Verteilung der Druckgradienten-Kenn werte selbst, oder in besonders bevorzugter Ausgestaltung direkt aus den ermittelten Druckgradienten-Kenn werten, insbesondere ohne explizite Bestimmung der Verteilung.
Als Druckgradienten-Kennwert wird in bevorzugter Ausgestaltung eine Brennraumdruckgröße oder ein Körperschallwert, insbesondere ein Integral eines Körperschallsensor-Messwerts, verwendet. Bevorzugt wird das Verfahren während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 in vorbestimmten Zei tab ständen oder ereignisgesteuert durchgeführt.
Fig. 2 zeigt eine diagrammatische Auftragung eines Druckgradienten-Kennwerts D in beliebigen Einheiten gegen eine Voreinspritzmenge V, ebenfalls in beliebigen Einheiten, wobei die Voreinspritzmenge V insbesondere eine in den Brennraum 3 im Wege der Voreinspritzung durch den Injektor 7 eingebrachte Brennstoffmasse ist. Der Druckgradienten-Kennwert D folgt dabei in Abhängigkeit von der Voreinspritzmenge einer Kurve K, die bei einer bestimmten Voreinspritzmenge ein Minimum aufweist, und einerseits zu Voreinspritzmengen kleiner als die bestimmte Voreinspritzmenge Vmin und andererseits zu Voreinspritzmengen größer als die bestimmte Voreinspritzmenge Vmin ansteigt. Im Bereich des Minimums ist die Kurve K flach, was eine klassische Minimumsuche erschwert.
Anhand von Figur 2 soll im Folgenden das Konzept der Minimumsuche anhand der Schiefe der Verteilung der Druckgradienten-Kenn werte und damit der theoretische Hintergrund des hier vorgeschlagenen Verfahrens näher erläutert werden.
Wird der Injektor 7 zur Einspritzung einer Voreinspritzmenge V mehrfach mit derselben Ansteuerung, insbesondere derselben Bestromungsdauer, angesteuert, ergibt sich eine Voreinspritzmengen- Verteilung der tatsächlich in den Brennraum 3 eingebrachten Voreinspritzmengen V. Diese Voreinspritzmengen- Verteilung kann als symmetrisch angenommen werden; insbesondere kann diese Voreinspritzmengen- Verteilung die Form einer Glockenkurve, insbesondere einer gaußschen Glockenkurve annehmen.
In Figur 2 ist nun eine erste Voreinspritzmengen- Verteilung VV1 dargestellt, die sich für eine Ansteuerung des Injektors 7 im Bereich des Minimums der Kurve K ergibt. Das Maximum der ersten Voreinspritzmengen- Verteilung VV1 liegt insbesondere auf der bestimmten Voreinspritzmenge Vmin. Aufgrund des Verlaufs der Kurve K ergibt sich nun eine korrespondierende erste Druckgradienten-Kennwert-Verteilung DV1. Diese weist eine ausgeprägte Schiefe mit ausgeprägter Verschiebung ihres Maximums hin zu kleinen Druckgradienten-Kenn werten auf, insbesondere da die meisten Voreinspritzmengenwerte innerhalb der ersten Voreinspritzmengen- Verteilung W1 zu Druckgradienten-Kennwerten im Bereich des Minimums führen. Hinzu kommt die ausgeprägte Asymmetrie sowie der flache Verlauf der Kurve K zu größeren Voreinspritzmengen hin, was letztlich dazu führt, dass quasi der gesamte rechte Ast der ersten Voreinspritzmengen-Verteilung VV1 auf vergleichsweise kleine Druckgradienten-Kennwerte abgebildet wird.
Betrachtet man demgegenüber eine zweite Voreinspritzmengen-Verteilung VV2, deren Maximum bei einer sehr viel größeren Voreinspritzmenge liegt, so fällt diese insbesondere in einen Bereich, indem die Kurve K nahezu linear ansteigt. Dementsprechend ergibt sich hier aufgrund des Verlaufs der Kurve K eine korrespondierende zweite Druckgradienten-Verteilung DV2, die zumindest im Wesentlichen symmetrisch ist, und deren Form im Wesentlichen der Form der zweiten Voreinspritzmengen-Verteilung VV2 entspricht.
Anhand von Figur 2 wird somit unmittelbar klar, dass die Schiefe der Verteilung der Druckgradienten-Kennwerte ein geeignetes Maß ist, um zu bestimmen, wie nah eine bestimmte Ansteuerung des Injektors 7 die dadurch eingebrachte Voreinspritzmenge V bereits in den Bereich des Minimums des Druckgradienten-Kenn werts bringt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 in Form eines Flussdiagrams. Das Verfahren startet in einem ersten Schritt Sl. In einem zweiten Schritt S2 wird eine Bestromungsdauer BD für den Injektor 7 mit einem vorbestimmten Startwert BDStart initialisiert.
In einem dritten Schritt S3 wird der Injektor 7 mit der Bestromungsdauer BD angesteuert, um eine Voreinspritzmenge eines Brennstoffs in den Brennraum 3 einzubringen. In einem vierten Schritt S4 wird ein Druckgradienten-Kenn wert DKW für das Arbeitsspiel des Brennraums 3 ermittelt, in dem der Injektor 7 zuvor in dem dritten Schritt S3 angesteuert wurde, wobei der Druckgradienten-Kenn wert DKW für einen Brennraumdruckgradienten in dem Brennraum 3 charakteristisch ist.
In einem fünften Schritt S5 wird abgefragt, ob eine vorbestimmte Anzahl n an Wiederholungen der Schritte S3, S4 durchgeführt wurde. Solange dies noch nicht der Fall ist, wird das Verfahren in dem dritten Schritt S3 fortgesetzt; das heißt die Schritte S3 bis S5 werden solange wiederholt, bis die vorbestimmte Anzahl n an Wiederholungen erreicht ist. Dabei kann die vorbestimmte Anzahl n beispielsweise 100 sein. Insgesamt werden also n Druckgradienten-Kennwerte und insoweit auch - entweder explizit oder zumindest implizit - eine Verteilung der Druckgradi enten-Kenn werte erhalten .
Ist die vorbestimmte Anzahl n an Wiederholungen erreicht, wird das Verfahren in einem sechsten Schritt S6 fortgesetzt, in dem eine Schiefe S der Verteilung der Druckgradi enten- Kennwerte DKW bestimmt wird. Die Bestimmung der Schiefe S kann entweder nach einer Ermittlung der Verteilung aus der Verteilung selbst oder aber ohne explizite Ermittlung der Verteilung geschehen. Vorzugsweise wird die Schiefe S als empirische Schiefe v gemäß der oben angegebenen Gleichung (1) berechnet.
In einem siebten Schritt S7 wird die Schiefe S mit einem vorbestimmten Schiefen-Schwellwert SSW verglichen. Wird dabei festgestellt, dass die Schiefe S nicht größer ist als der vorbestimmte Schiefen-Schwellwert SSW, wird in einem achten Schritt S8 ein Vorzeichen für einen im Übrigen bevorzugt konstanten, insbesondere vorbestimmten Änderungswert DeltaBD zur Änderung der Bestromungsdauer BD bestimmt. In einem neunten Schritt S9 wird die Bestromungsdauer BD neu definiert als Summe aus dem vorhergehenden Wert der Bestromungsdauer BD und dem Änderungswert DeltaBD für die Bestromungsdauer, inklusive des Vorzeichens, das heißt der Änderungswert DeltaBD selbst ist vorzeichenbehaftet. Anschließend wird das Verfahren in dem dritten Schritt S3 mit dem neuen, in dem neunten Schritt S9 bestimmten Wert für die Bestromungsdauer BD fortgesetzt, das heißt der Injektor 7 wird mit dem neuen Wert für die Bestromungsdauer BD angesteuert.
Das Vorzeichen für den Änderungswert DeltaBD wird dabei in dem achten Schritt S8 insbesondere abhängig davon gewählt, ob eine zuletzt vorgenommene Änderung der Ansteuerung zu einer größeren Veränderung des Druckgradi enten-Kenn werts, insbesondere des mittleren Druckgradi enten-Kenn werts, geführt hat als eine vorletzte Änderung der Ansteuerung. Insbesondere wird das Vorzeichen im Vergleich zu dem im letzten Änderungsschritt gewählten Vorzeichen verändert, wenn die zuletzt vorgenommene Änderung der Bestromungsdauer zu einer größeren Veränderung des Druckgradi enten-Kennwerts geführt hat, als die vorletzte Änderung der Bestromungsdauer. Dagegen wird das Vorzeichen im Vergleich zu der letzten Änderung beibehalten, wenn die letzte Änderung der Bestromungsdauer nicht zu einer größeren Veränderung des Druckgradi enten-Kennwerts geführt hat als die vorletzte Änderung der Bestromungsdauer. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass die Kurve K gemäß Figur 2 ausgehend von ihrem Minimum eine ausgeprägte Krümmung aufweist, sodass sich die Steigung der Kurve K ausgehend von dem Minimum in beide Richtungen ändert und insbesondere mit zunehmendem Abstand von dem Minimum in beide Richtungen größer wird. Geht man also von konstanten Änderungswerten DeltaBD aus, ergibt sich mit zunehmender Entfernung von dem Minimum eine zunehmende Veränderung des Druckgradienten-Kennwerts, sodass dieses Verhalten drauf hinweist, dass das Vorzeichen des Änderungswerts DeltaBD geändert werden sollte, um sich entlang der Kurve K in Richtung des Minimums zu bewegen.
Stehen in dem achten Schritt S8 noch keine vorhergehenden Durchläufe des Verfahrens zur Auswertung zur Verfügung, wird das Vorzeichen für den Änderungswert DeltaBD bevorzugt zufällig gewählt oder in vorbestimmter Weise initialisiert.
Der Betrag des Änderungswerts DeltaBD und/oder der Betrag des Startwerts BDStart ist/sind vorzugsweise parametrierbar. Ebenso ist vorzugsweise der Schiefen-Schwellwert SSW parametrierbar.
Wird in dem siebten Schritt S7 festgestellt, dass die Schiefe S größer ist als der vorbestimmte Schiefen-Schwellwert SSW, endet das Verfahren in einem zehnten Schritt S10.
Das Verfahren wird insgesamt bevorzugt während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 in vorbestimmten Zeitabständen oder ereignisgesteuert wiederholt.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), wobei a) ein Injektor (7) angesteuert wird, um eine Voreinspritzmenge eines Brennstoffs in einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) einzubringen, wobei b) ein Druckgradienten-Kennwert (DKW), der für einen Brennraumdruckgradienten in dem Brennraum (3) charakteristisch ist, für ein Arbeitsspiel des Brennraums (3) ermittelt wird, in dem der Injektor (7) in Schritt a) angesteuert wurde, wobei c) die Schritte a) und b) mehrfach wiederholt werden, wobei d) eine Schiefe (S) einer Verteilung der in Schritt c) ermittelten Druckgradienten- Kennwerte (DKW) ermittelt wird, wobei e) die Ansteuerung des Injektors (7) abhängig von der in Schritt d) ermittelten Schiefe (S) geändert oder beibehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn in Schritt e) die Ansteuerung des Injektors (7) geändert wird, die Schritte a) bis e) mit der geänderten Ansteuerung wiederholt werden, wobei dies vorzugsweise solange iteriert wird, bis die Ansteuerung des Injektors (7) in Schritt e) beibehalten wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtung der Änderung der Ansteuerung des Injektors (7) in Schritt e) abhängig davon gewählt wird, ob eine zuletzt vorgenommene Änderung der Ansteuerung zu einer größeren Veränderung des Druckgradienten-Kennwerts (DKW), insbesondere eines mittleren Druckgradienten-Kenn werts, geführt hat als eine vorletzte Änderung der Ansteuerung.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiefe (S) der Verteilung in Schritt e) mit einem vorbestimmten Schiefen-Schwellwert (SSW) verglichen wird, wobei die Ansteuerung des Injektors (7) geändert wird, wenn die Schiefe (S) kleiner ist als der vorbestimmte Schiefen-Schwellwert (SSW), und wobei die Ansteuerung des Injektors (7) beibehalten wird, wenn die Schiefe (S) größer als der vorbestimmte Schiefen-Schwellwert (SSW) oder gleich dem vorbestimmten Schiefen- Schwellwert (SSW) ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiefe (S) als Schiefen-Maßzahl ermittelt wird, insbesondere aus der Verteilung der Druckgradienten-Kenn werte (DKW), oder direkt aus den ermittelten Druckgradienten-Kenn werten (DKW). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckgradienten-Kenn wert (DKW) eine Brennraumdruckgröße oder ein Körperschallwert, insbesondere ein Integral eines Körperschallsensor-Messwerts, verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) in vorbestimmten Zeitabständen oder ereignisgesteuert durchgeführt wird. Steuergerät (9) für eine Brennkraftmaschine (1), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einem Brennraum (3), wobei dem Brennraum (3) ein Injektor (7) zugeordnet ist, um Brennstoff in den Brennraum (3) einzubringen, wobei der Injektor (7) mit einem Steuergerät (9) der Brennkraftmaschine (1) wirkverbunden ist, sodass das Steuergerät (9) den Injektor (7) ansteuern kann, wobei die Brennkraftmaschine (1) einen mit dem Steuergerät (9) wirkverbundenen Druckgradienten-Sensor (11) aufweist, der eingerichtet ist, um eine Messgröße zu erfassen, wobei das Steuergerät (9) eingerichtet ist, um aus der Messgröße einen Druckgradienten-Kennwert zu ermitteln, der für einen Brennraumdruckgradienten in dem Brennraum (3) charakteristisch ist, wobei das Steuergerät (9) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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