WO2006120209A1

WO2006120209A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des verhältnisses zwischen der in einem zylinder einer brennkraftmaschine verbrannten kraftstoffmasse und der in dem zylinder eingesetzten kraftstoffmasse

Info

Publication number: WO2006120209A1
Application number: PCT/EP2006/062193
Authority: WO
Inventors: Erwin Bauer; Dietmar Ellmer; Thorsten Lauer
Original assignee: Siemens Vdo Automotive Ag
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2006-11-16
Also published as: US20080196488A1; CN101171412A; KR20080011434A; DE102005021528B3; JP2008540912A

Abstract

Anhand der Signale eines Zylinderdrucksensors und eines Kurbelwellensensors werden der Isentropenexponent (?) und die Konstante (k) der Gleichung p.V

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Verhältnisses zwischen der in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Verhältnisses zwischen der in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse mit Hilfe eines Zylinderdrucksensors.

Eine wichtige Größe zur Beschreibung und Beherrschung des innerhalb von Zylindern von Brennkraftmaschinen stattfindenden Verbrennungsprozesses stellt die Brennfunktion dar. Die Brennfunktion wird aus dem Verhältnis von verbrannter zu eingesetzter Kraftstoffmasse (MBR (Mass Burn Rate) ) in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel gebildet. Aus der Brennfunktion kann mit der Schwerpunktlage der Verbrennung eine weitere für den Verbrennungsprozess charakteristische Größe entnommen werden. Die Schwerpunktlage der Verbrennung kennzeichnet den Arbeits^¬ punkt der Brennfunktion, bei dem 50 % der eingesetzten Kraftstoffmasse verbrannt sind. Der Wirkungsgrad, das akustische und emissionstechnische Verhalten einer Brennkraftmaschine werden im Wesentlichen durch die Brennfunktion bestimmt. Voraussetzung für die Ermittlung der Brennfunktion ist die Kenntnis des Zylinderdrucks in Abhängigkeit des Kurbelwin^¬ kels. Mit Kenntnis dieser Abhängigkeit und mit Hilfe der Druckverlaufsanalyse und der Arbeitsprozessrechnung kann die MBR und somit die Brennfunktion unter Anwendung von thermody- namischen Modellen von Verbrennungsprozessen berechnet werden.

Weitere Einzelheiten bezüglich thermodynamischer Modelle von Verbrennungsprozessen finden sich beispielsweise im „Handbuch Verbrennungsmotor", von Richard van Basshuysen/Fred Schäfer, 1. Auflage, April 2002, Kapitel 5.2 und 5.3 und in „Kraft- fahrtechnisches Taschenbuch" von Bosch, 22. Auflage, September 1995, Seiten 358 bis 363.

Bei der Bestimmung der MBR und der Brennfunktion anhand ther- modynamischer Modelle tritt das Problem auf, dass die erfor^¬ derlichen Rechenoperationen sehr komplex sind und hohe Abtastraten für Signale eines Zylinderdrucksensors und eines Kurbelwellensensors benötigt werden. Hierdurch kann die Be^¬ stimmung der MBR und der Brennfunktion in Motorsteuergeräten nur unter hohem Kostenaufwand realisiert werden. Weiterhin kann die Bestimmung trotzt der hohen Kosten oftmals nicht in Echtzeit erfolgen.

DE 102 37 328 Al offenbart ein Verfahren zum Regeln des Verbrennungsprozesses einer Brennkraftmaschine, die zumindest in bestimmten Betriebszuständen mit kontrollierter Selbstzündung (HCCI-Modus (Homogeneous Charge Compression Ignition- Modus)) betrieben werden kann. Hierbei wird der Verbrennungs- prozess im HCCI-Modus anhand von Kreisprozessen modelliert, wobei die Beschreibung des Verbrennungsprozesses mit Hilfe interner Zustandsgrößen, wie z. B. Verbrennungsverlauf, Druckverlauf, Temperaturverlauf oder dem Schwerpunkt der Verbrennung, erfolgt. Die Ausgangsgrößen, wie z. B. das Signal eines Klopfsensors, die Abgastemperatur oder das Luft- kraftstoffverhältnis, des modellierten und des realen Verbrennungsprozesses werden einem Regler zugeführt, der den Verbrennungsprozess beeinflussende Stellgrößen, wie z. B. die Kraftstoffeinspritzung oder Abgasrückführung, regelt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die Ermittlung des Verhältnisses zwischen der in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zy^¬ linder eingesetzten Kraftstoffmasse mit geringem Rechenauf^¬ wand gestatten. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung des Verhältnisses zwischen der in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse mit Hilfe eines Zylinderdrucksensors. Hierzu werden für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder ein Isentropenexponent χ_v und eine Konstante k_v aus mehreren Wertepaaren von Zylindervolumen V und zugehörigem Zylinderdruck p bestimmt. Das Zylindervolumen wird dabei aus dem Signal eines einer Kurbelwelle zugehörigen Kurbelwel^¬ lensensors und der Zylinderdruck durch das Signal des Zylinderdrucksensors ermittelt.

Nach erfolgter Bestimmung der beiden Größen χ_v und k_v wird für den Arbeitpunkt, bei dem das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse ermittelt werden soll, der Zylinderdruck für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder anhand der Größen χ_v und k_v bestimmt .

Folgend wird für den oben genannten Arbeitspunkt während der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder der Messwert des Zylinderdrucksensors erfasst. Anschließend werden, analog zu dem Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder, für den Prozess nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder ein Isentropenexponent χ_n und eine Konstante k_n aus mehreren Wertepaaren von Zylindervolumen und zugehörigem Zylinderdruck bestimmt.

Nach erfolgter Bestimmung der beiden Größen χ_n und k_n wird für den Arbeitpunkt, bei dem das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zy- linder eingesetzten Kraftstoffmasse ermittelt werden soll, der Zylinderdruck für den Prozess nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder anhand der Größen χ_n und k_n bestimmt .

Folgend wird das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse für den oben genannten Arbeitspunkt mit Hilfe der oben bestimmten Zylinderdrücke vor, während und nach der Verbrennung von Kraftstoff ermittelt.

Das Verfahren gestattet die Ermittlung des Verhältnisses zwi^¬ schen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse für beliebige Arbeitspunkte, obwohl das Verfahren nur wenige Wertepaare für die Zylindervolumen und zugehörigen Zylinderdrücke (minimal vier) anhand messtechnisch erfasster Signale des Zylinderdrucksensors und Kurbelwellensensors benötigt. Das erfin^¬ dungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass keine auf^¬ wendigen thermodynamisehen Modelle benutzt werden und so der Rechenaufwand gering ausfällt. Hierdurch kann das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse in einem Motorsteuergerät in Echtzeit ermittelt werden ohne den Kosten^¬ aufwand, aufgrund gesteigerter Anforderungen an eine in Motorsteuergeräte eingesetzte Hardware zu erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für Ottomotoren, für Dieselmotoren als auch für gasbetriebene Motoren anwendbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem für mehrere Arbeitspunkte ermittelten Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse die Brennfunktion gebildet. Die Brennfunktion kann zur Regelung des Verbrennungsprozesses von Brennkraftmaschinen verwendet werden. Wir- kungsgrad, akustisches und emissionstechnisches Verhalten ei^¬ ner Brennkraftmaschine können so optimiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird aus der Brennfunktion die Schwerpunktlage der Verbrennung ermittelt. Die Schwerpunktlage der Verbrennung stellt eine charakteris^¬ tische Größe zur Beschreibung des Verbrennungsprozesses von Brennkraftmaschinen dar und kann zur Regelung des Verbrennungsprozesses verwendet werden. Wirkungsgrad, akustisches und emissionstechnisches Verhalten einer Brennkraftmaschine können so optimiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der Isentropenexponent χ_v und die Konstante k_v für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder anhand folgender Gleichung ermittelt:

p-V^x* =k_v (Gleichung 1),

wobei der Zylinderdruck mit p und das Zylindervolumen mit V bezeichnet sind. Für den Prozess nach der Verbrennung (Index n) von Kraftstoff in dem Zylinder werden der Isentropenexponent χ_n und die Konstante k_n anhand folgender Gleichung er^¬ mittelt:

p-V^z" =k_n (Gleichung 2) .

Gleichung 1 und Gleichung 2 ermöglichen die Bestimmung des jeweiligen Isentropenexponenten und der jeweiligen Konstanten mit geringem Rechenaufwand.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden der I- sentropenexponent für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder oder der Isentropenexponent für den Prozess nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder mittels folgender Gleichung bestimmt: (Gleichung 3)

In Gleichung 3 bezeichnen pi und p∑ Messwerte des Zylinder^¬ drucksensors und Vi und V₂ die dazugehörigen Zylinderdruckvo^¬ lumina, die anhand der Signale des Kurbelwellensensors ermit^¬ telt werden. Gleichung 3 ermöglicht eine Bestimmung des jeweiligen Isentropenexponenten χ mit geringem Rechenaufwand.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraft- stoffmasse (MBR) anhand folgender Gleichung ermittelt:

MBR = C--—^-100% (Gleichung 41

In der Gleichung 4 bezeichnet MBR das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse, c eine Konstante, p_w den Messwert des Zylinderdrucksensors während der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder, p_v den mittels Gleichung 1 bestimmten Zylinderdruck vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder und p_n den mittels Gleichung 2 bestimmten Zylinderdruck nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder. Für die Ermittlung des Verhältnisses zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse nach Gleichung 4 ist der erforderliche Rechenaufwand niedrig. Somit wird nur ein relativ geringer Speicherbedarf und geringe Rechenleistung für die Ermittlung benötigt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei dem Vorliegen von mehr als zwei Wertepaaren für das Zylindervolumen und dem zugehörigen Zylinderdruck ein Mittelwert des Isentropenexponenten bestimmt. Dieser Mittelwert wird in der entsprechenden Gleichung 1 oder 2 zur Bestimmung des Zylinderdrucks vor oder nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder verwendet. Durch die Verwendung eines Mittelwertes wird der Einfluss einzelner Messfehler bei der Erfassung der Messwerte des Kurbelwinkelsensors oder des Zy^¬ linderdrucksensors auf die Bestimmung der Zylinderdrücke mit^¬ tels Gleichung 1 oder 2 verringert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei dem Vorliegen von mehr als zwei Wertepaaren für das Zylindervolumen und dem zugehörigen Zylinderdruck ein Mittelwert der in Gleichung 1 oder 2 angegebenen Konstanten bestimmt. Dieser Mittelwert wird in der entsprechenden Glei^¬ chung 1 oder 2 zur Bestimmung des Zylinderdrucks vor oder nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder verwendet. Durch die Verwendung eines Mittelwertes wird der Ein^¬ fluss einzelner Messfehler bei der Erfassung der Messwerte des Kurbelwinkelsensors oder des Zylinderdrucksensors auf die Bestimmung der Zylinderdrücke mittels Gleichung 1 oder 2 verringert .

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden den Verbrennungsprozess beeinflussende Stellgrößen der Brennkraftmaschine, wie z. B. Menge des einzuspritzenden Kraftstoffes oder Zündungs Zeitpunkt, in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse verändert. Hierdurch kann der Verbrennungsprozess hin^¬ sichtlich Kraftstoffverbrauch, akustisches Verhalten und Schadstoffemissionen optimiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird ein Vergleich zwischen dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse und dem aus einem in einem Steuergerät abgelegten Kennfeld ermittelten Verhältnis zwischen der in dem Zylinder ver- brannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse durchgeführt. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird einem Regler zugeführt der den Verbrennungsprozess be^¬ einflussende Stellgrößen der Brennkraftmaschine, wie z. B. Menge des einzuspritzenden Kraftstoffes oder Zündungszeit^¬ punkt, bestimmt. Hierdurch kann der Verbrennungsprozess hin^¬ sichtlich Kraftstoffverbrauch, akustisches Verhalten und Schadstoffemissionen optimiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Brennkraftmaschine, die zumindest in bestimmten Betriebszuständen mit kontrollierter Selbstzündung (HCCI-Modus) betrieben werden können, angewendet. Die Regelung des Verbrennungsprozesses dieser Brennkraftmaschinen kann hierdurch optimiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse oder die Brennfunktion oder die Schwerpunktlage der Verbrennung für mehrere Zylinder einer Brennkraftmaschine ermittelt. Somit wird eine optimale Regelung der in den je^¬ weiligen Zylindern stattfindenden Verbrennungsprozesse ermöglicht. Toleranzen zwischen den Zylindern, verursacht durch Fertigung oder Alterung, können dadurch ausgeglichen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in einem Steuergerät die Abtastrate für die Erfassung der Signale des Zylinderdrucksensors oder für die Erfassung der Signale des Kurbelwellensensors verändert, in Abhängig^¬ keit des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Ergebnisses für das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder eingesetzten Kraftstoffmasse. Hierdurch können Verbrennungsprozes^¬ se in dem Zylinder bei entsprechenden Ergebnissen in erhöhter zeitlicher Auflösung erfasst und die Regelung des Verbrennungsprozesses somit optimiert werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Figur 2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung weist einen Motorblock 1 auf, der einen Zylinder 2 umfasst. Innerhalb des Zylinders 2 befindet sich ein Kolben 3, der über eine Pleuelstange 4 mit einer Kurbelwelle 5 ver^¬ bunden ist. Durch einen in dem Zylinder 2 stattfindenden Verbrennungsprozess führt der Kolben 3 in dem Zylinder 2 eine translatorische Bewegung in vertikaler Richtung aus. Das Zylindervolumen und der Zylinderdruck sind von der Stellung des Kolbens 3 in dem Zylinder 2 abhängig. Zu Gunsten einer übersichtlichen Darstellung, sind andere für das ordnungsgemäße Funktionieren einer Brennkraftmaschine erforderliche Kompo^¬ nenten, wie z. B. Ein- und Auslassventile, Zündkerzen, ein Ansaugtrakt oder ein Abgastrakt, nicht eingezeichnet. Inner^¬ halb des Zylinders 2 befindet sich ein Zylinderdrucksensor 6 zur Erfassung des Zylinderdrucks. Weiterhin befindet sich innerhalb des Motorblocks 1 ein Kurbelwellensensor 7 zur Erfas^¬ sung des Kurbelwinkels. Die Signale beider Sensoren werden von einem Steuergerät 8 erfasst. In dem Steuergerät 8 wird mittels der Signale beider Sensoren und anderer in dem Steuergerät 8 vorliegenden Informationen, wie z. B. Drehzahl der Brennkraftmaschine, das Verhältnis zwischen der in einem Zy^¬ linder 2 der Brennkraftmaschine verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder 2 eingesetzten Kraftstoffmasse erfindungsgemäß ermittelt. Durch rechts von dem Steuergerät 8 be^¬ findliche Pfeile wird verdeutlicht, dass das Steuergerät 8 Signale weiterer Sensoren verarbeiten kann oder ein Datenaustausch mit weiteren Steuergeräten möglich ist. Des Weiteren können den Verbrennungsprozess beeinflussende Stellgrößen der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwi^¬ schen der in dem Zylinder 2 verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder 2 eingesetzten Kraftstoffmasse verändert werden und entsprechende Stellsignale von dem Steuergerät 8 zu entsprechenden Stellgliedern übermittelt werden. Als Steuergerät 8 kann z. B. ein Motorsteuergerät Anwendung finden.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dem Schritt Sl werden die Messwerte des Kurbelwellensensors 7 und des Zylinderdrucksen^¬ sors 6 für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 erfasst und hieraus ein Wertepaar für das Zylindervolumen Vi_v und den zugehörigen Zylinderdruck p_iv bestimmt. In Schritt S2 werden für einen anderen Zeitpunkt vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 die Messwerte des Kurbelwellensensors 7 und des Zylinderdrucksensors 6 erfasst und hieraus ein weiteres Wertepaar für das Zylinder^¬ volumen V_2v und den zugehörigen Zylinderdruck p_2v bestimmt. In Schritt S3 werden der Isentropenexponent χ_v und die Konstante k_v der Gleichung 1 für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 mittels der in Schritt Sl und S2 bestimmten Wertepaare ermittelt. Der Isentropenexponent χ_v wird durch die folgende Gleichung bestimmt:

In Plv χ = —^- (Gleichung 5)

In-^

V_2v

Die Konstante k_v wird anhand der vorliegenden Größen ermit^¬ telt:

p_u .y_iv ^z" =k_x (Gleichung 6) .

Nach der Bestimmung von dem Isentropenexponent χ_v und der Konstante k_v kann für jeden Arbeitspunkt vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 der Zylinderdruck p_v mittels Gleichung 1 bestimmt werden. Folgend wird in dem Schritt S4 für einen ausgewählten Arbeitspunkt der Zylinderdruck p_v vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 mittels Gleichung 1 bestimmt. In dem Schritt S5 wird für den oben ge^¬ nannten Arbeitspunkt der Messwert p_w des Zylinderdrucksensors

6 erfasst.

Folgend werden in dem Schritt S6 die Messwerte des Kurbelwel^¬ lensensors 7 und des Zylinderdrucksensors 6 für den Prozess nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 erfasst und hieraus ein Wertepaar für das Zylindervolumen V_1n und den zugehörigen Zylinderdruck p_in bestimmt. In Schritt S7 werden für einen anderen Zeitpunkt nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 die Messwerte des Kurbelwellensensors

7 und des Zylinderdrucksensors 6 erfasst und hieraus ein wei^¬ teres Wertepaar für das Zylindervolumen V_2n und den zugehörigen Zylinderdruck p_2n bestimmt. In Schritt S8 werden der I- sentropenexponent χ_n und die Konstante k_n der Gleichung 2 für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 mittels der in Schritt S6 und S7 bestimmten Wertepaare ermittelt. Der Isentropenexponent χ_n wird durch die folgende Gleichung bestimmt:

χ = —— (Gleichung 1]

V_2n

Die Konstante k_n wird anhand folgender Gleichung ermittelt:

=K (Gleichung 8).

Nach der Bestimmung von dem Isentropenexponent χ_n und der Konstante k_n kann für jeden Arbeitspunkt nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 der Zylinderdruck p_n mittels Gleichung 2 bestimmt werden. Folgend wird in dem Schritt S9 für den oben genannten Arbeitspunkt der Zylinderdruck p_n nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 mittels Gleichung 2 bestimmt. In dem Schritt SlO wird das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder 2 der Brennkraftmaschine verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder 2 eingesetzten Kraftstoffmasse MBR mittels Gleichung 4 ermittelt. In Gleichung 4 bezeichnet c eine Konstante.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung des Verhältnisses zwischen der in einem Zylinder (2) einer Brennkraftmaschine verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse (MBR) , bei dem das Zylindervolumen (V) von einem einer Kurbelwelle (5) zugehörigen Kurbelwellensensor (7) abgeleitet wird und der Zylinderdruck (p) von einem dem Zylinder (2) zugehörigen Zylinderdrucksensor (6) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass

- für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder (2) ein Isentropenexponent (χ_v) und eine Konstante (k_v) aus mehreren Wertepaaren von Zylindervolumen (V) und zugehörigem Zylinderdruck (p) bestimmt werden,

- für einen Arbeitspunkt, bei dem das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder (2) verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse

(MBR) ermittelt werden soll, der Zylinderdruck (p_v) für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff anhand der Größen χ_v und k_v bestimmt wird,

- während der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder

(2) für den oben genannten Arbeitspunkt ein Messwert (p_w) des Zylinderdrucksensors (6) erfasst wird,

- für den Prozess nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder (2) ein Isentropenexponent (χ_n) und eine Konstante (k_n) aus mehreren Wertepaaren von Zylindervolumen (V) und zugehörigem Zylinderdruck (p) bestimmt werden,

- für den oben genannten Arbeitspunkt der Zylinderdruck (P_n) für den Prozess nach der Verbrennung von Kraftstoff anhand der Größen χ_n und k_n bestimmt wird,

- das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder (2) verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse (MBR) für den oben genannten Arbeitspunkt mit Hilfe der oben bestimmten Zylinder- drücke vor (p_v) , während (p_w) und nach (p_n) der Verbrennung von Kraftstoff ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der in dem Zylinder (2) verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse (MBR) für mehrere Arbeitpunkte ermittelt wird und aus den Ergebnissen die Brennfunktion bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwerpunktlage der Verbrennung mittels der Brennfunktion bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isentropenexponent (χ_v) und die Kon^¬ stante (k_v) für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder (2) anhand folgender Gleichung ermittelt werden:

p-V^z' =k_v

und der Isentropenexponent χ_n und die Konstante k_n für den Prozess nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder (2) anhand folgender Gleichung ermittelt werden:

p-V*- =k_n.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isentropenexponenten (χ) für den Prozess vor der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder (2) und/oder für den Prozess nach der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder (2) mittels folgender Gleichung ermittelt werden:

X = -

In V₁

V_n

wobei χ den jeweiligen Isentropenexponenten, pi und p_∑ Messwerte des Zylinderdrucksensors (6) und V_x und V₂ die dazuge^¬ hörigen Zylinderdruckvolumina bezeichnen.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der in dem Zy^¬ linder (2) verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse (MBR) mittels folgender Gleichung ermittelt wird:

MBR = c- ,

wobei c eine Konstante bezeichnet.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Vorliegen von mehr als zwei Wer^¬ tepaaren für das Zylindervolumen (V) und dem zugehörigen Zylinderdruck (p) ein Mittelwert der jeweiligen Isentropenexponenten (χ_v, χ_n) bestimmt wird und dieser Mittelwert zur Be^¬ stimmung des Zylinderdrucks vor (p_v) oder nach (p_n) der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder (2) verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Vorliegen von mehr als zwei Wer^¬ tepaaren für das Zylindervolumen (V) und dem zugehörigen Zylinderdruck (p) ein Mittelwert der jeweiligen Konstanten (k_v, k_n) bestimmt wird und dieser Mittelwert zur Bestimmung des Zylinderdrucks vor (p_v) oder nach (p_n) der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder (2) verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Verbrennungsprozess beeinflussende Stellgrößen der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen der in dem Zylinder (2) verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse (MBR) verändert werden.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich zwischen dem Verhältnis zwischen der in dem Zylinder (2) verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse

(MBR) und dem aus einem in einem Steuergerät (8) abgelegten Kennfeld ermittelten Verhältnis zwischen der in dem Zylinder

(2) verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse durchgeführt wird und den Verbrennungsprozess beeinflussende Stellgrößen der Brenn^¬ kraftmaschine in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs verändert werden.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anwendung bei Brennkraftmaschinen, die zumindest in bestimmten Betriebszuständen mit kontrollierter Selbstzündung betrieben werden können, erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der in dem Zy^¬ linder (2) verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse (MBR) oder die Brennfunktion oder die Schwerpunktlage der Verbrennung für mehrere Zylinder (2) der Brennkraftmaschine ermittelt werden.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Steuergerät (8) die Abtastrate für die Erfassung der Signale des Zylinderdrucksensors (6) oder für die Erfassung der Signale des Kurbelwellensensors (7) in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen der in dem Zylinder (2) verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse (MBR) verändert wird.

14. Vorrichtung zur Ermittlung des Verhältnisses zwischen der in einem Zylinder (2) einer Brennkraftmaschine verbrannten Kraftstoffmasse und der in dem Zylinder (2) eingesetzten Kraftstoffmasse (MBR) , bei der das Zylindervolumen (V) von einem einer Kurbelwelle (5) zugehörigen Kurbelwellensensor (7) abgeleitet wird und der Zylinderdruck (p) von einem dem Zylinder (2) zugehörigen Zylinderdrucksensor (6) gemessen wird, gekennzeichnet durch Mittel, mit denen

- während der Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder