WO2014040713A1 - Verfahren zur berechnung motorischer kenngrössen, datenverarbeitungssystem und computerprogrammprodukt - Google Patents

Verfahren zur berechnung motorischer kenngrössen, datenverarbeitungssystem und computerprogrammprodukt Download PDF

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WO2014040713A1
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replacement
combustion
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PCT/EP2013/002685
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Ralf Speetzen
Yvan BRONNER
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Mtu Friedrichshafen Gmbh
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system

Definitions

  • the invention relates to a method for calculating engine characteristics of an internal combustion engine according to claim 1, a data processing system according to
  • At least one engine characteristic of an internal combustion engine is calculated using a combustion model which allows the zero-dimensional (OD) calculation of the energy release rate, namely the so-called combustion curve of the internal combustion engine.
  • OD zero-dimensional
  • the term "zero-dimensional" is based on the fact that an integral combustion process is calculated purely on a time-dependent basis for a cylinder under consideration, so that no dependency of the combustion process on the location within a combustion chamber of a cylinder is considered.
  • an indicated mean pressure or a cylinder peak pressure can finally be used for simulation, influencing and / or
  • German Offenlegungsschrift DE 10 2007 034 340 A1 discloses a method for determining a substitute combustion profile, in which a description is given of the course of combustion, including a so-called premixed region and a
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method for calculating engine characteristics of an internal combustion engine, which is a Simplified, less space-consuming and computation-intensive calculation of engine characteristics, in particular a replacement combustion course allowed, while at the same time
  • Relationships between the result of the calculation and the incoming into the calculation motor characteristics are easier to recognize than in known methods.
  • the invention is further based on the object, a
  • Data processing system in particular an engine control unit to create, which can perform the calculation mentioned here.
  • the invention is also based on the object to provide a computer program product, which allows a corresponding calculation.
  • the object is achieved by providing a method with the steps of claim 1.
  • a replacement injection curve is determined, for which a first waveform is assumed, which is described by interpolation points.
  • Support points are calculated from at least one motor characteristic. It is determined a particular zero-dimensional alterbrennverlauf, for a second
  • a relationship between the replacement injection course and the replacement combustion course can be recognized comparatively easily, that is, a change in the replacement combustion course can be predicted relatively easily if a change in the replacement injection course is known.
  • Both the replacement injection process and the replacement combustion process are not described by analytical functions, but also not completely by - possibly interpolated - measurement data, but rather, by a predetermined first or a second waveform, are set for the bases. In essence, therefore, only the position of the interpolation points is to be calculated, with, if appropriate, additionally calculating a few parameters which describe the curve in more detail.
  • the engine control unit with less power and computing time, so that these resources can be used elsewhere.
  • the engine control unit with less power and computing time, so that these resources can be used elsewhere.
  • the relationships between the replacement injection process and the replacement combustion process are physically modelable and can be recorded in mathematical conversion instructions, so that it is readily possible to calculate the replacement combustion process from the replacement injection process. If the method is carried out in an engine control unit, the engine characteristics which are used for the calculation are at least largely, preferably completely, anyway in the engine
  • Engine control unit available because they are monitored or recorded there. Thus, no additional effort for the collection and / or calculation of necessary data is required.
  • the method is preferably carried out for a diesel engine, more preferably for a diesel engine with direct injection.
  • a typical first waveform for the replacement injection course and also a typical second waveform for the substitute combustion course are selected, which are characteristic of diesel engines.
  • a method is preferred, which is characterized in that a trapezoidal shape is assumed for the replacement injection curve, with at most ten,
  • a predetermined functional course is assumed, preferably a linear course.
  • exactly four interpolation points are provided, between which extend straight line sections, resulting in a diagrammatic representation of the replacement injection curve, the shape of a trapezoid whose corners are given by the four points. It is obvious that only the location of the four interpolation points has to be calculated in order to fully establish the replacement injection course. Therefore, a very low computational effort and at the same time very low storage requirements are required.
  • the trapezoidal shape is typical of the course of injection, in particular of a diesel engine, so that the actual
  • Abscissa value and the support point with the highest abscissa value are not connected by a straight line section. These two last bases are preferably connected together by a hyperbola instead.
  • a hyperbola trajectory corresponds to a curve shape typical of the combustion history of a diesel engine, so that it can be described with sufficient accuracy by the substitute firing process.
  • a method is preferred, which is characterized in that the at least one first engine characteristic, with the aid of which the replacement injection sequence is determined, is selected from a group consisting of a rotational speed, an injection start, an injection duration, an injected fuel quantity, Fuel temperature, a fuel density, an injection pressure, a cylinder internal pressure at the time of injection start, and a compression ratio in a cylinder under consideration. It is possible that more than one of the engine parameters mentioned here is included in the determination of the replacement injection course. In particular, it is also possible that all of the engine characteristics mentioned here are used to determine the replacement injection course. If the method is carried out in an engine control unit, the parameters mentioned there are generally available anyway, so that no further measures are needed to determine them.
  • a method is also preferred, which is characterized in that the
  • Cylinder a speed of the internal combustion engine, a charge movement in the cylinder, in particular a swirl, an exhaust gas recirculation rate, a piston shape, and an injection parameter.
  • a motor parameter which is selected from the group which is specified for the first engine parameter, and therefore in particular an injection start, an injection duration, an injected fuel quantity, a fuel temperature, is considered as an injection parameter Fuel density, an injection pressure, an in-cylinder pressure at the time of
  • Injection start and / or a compression ratio.
  • At least one breakpoint of the backup burnout is calculated based on both the at least one second engine characteristic and the replacement injection history. Preferably, more than one vertex is calculated on this basis. However, it is possible that at least one interpolation point of the substitute combustion course is calculated exclusively on the basis of at least one second engine parameter without the use of the substitute injection profile. It is also possible that at least one support point of the substitute burning process
  • a method is also preferred which is characterized in that at least one further engine characteristic is calculated from the substitute combustion profile.
  • the replacement combustion profile is used as input for a
  • the further motor characteristic is a parameter that has been included as the first and / or second engine characteristic in the calculation. It is therefore quite possible, in particular within the scope of a regulation, to calculate the replacement injection course, the replacement combustion course and finally a motor parameter which is also used as the starting value, namely as the first and / or second motor
  • the further engine characteristic is selected from a group consisting of a cumulative combustion curve, a cylinder pressure as a function of a crank angle, an indicated mean pressure, an emission value, an efficiency and a power of the internal combustion engine.
  • the cumulative combustion process is defined as being integral with the combustion process, indicating the total amount of heat released during the combustion.
  • An emission value comprises, in particular, a pollutant emission of the internal combustion engine, for example an NO x concentration emitted by the latter.
  • Crank angle describes the amount of heat released, can be considered in the context of the method as a motor parameter, the work process of the
  • Replacement combustion history to calculate a further engine characteristic of the internal combustion engine This can - for example, in a simulation of the internal combustion engine or particularly preferably in an engine control unit - are used to predict engine characteristics such as in particular the efficiency, performance and / or emissions of the engine or a change of these variables when changing further boundary conditions. It is also possible to use the method for controlling the internal combustion engine or for controlling at least one engine characteristic of the internal combustion engine.
  • a method is preferred, which is characterized in that the determined for an internal combustion engine Jardinenverlauf and / or the at least one further engine characteristic is / is used to influence the operating condition of the internal combustion engine. So it is - especially in an engine control unit - possible, based on the detected motor
  • Internal combustion engine and in particular on the basis of this assessment can also be used to influence it. If the method is performed in an engine control unit, based on the present there, so recorded on the engine engine characteristics of
  • At least one motor parameter can be changed in order to counteract the identified problem.
  • a method is preferred which is characterized in that a change in the substitute combustion profile and / or the further engine characteristic is calculated when a selected engine characteristic changes, the change predicted in this way being evaluated. It is therefore possible to experimentally change a selected engine characteristic - preferably only virtually at first - and use the method to determine how this change affects the replacement combustion process and / or the further engine characteristic. In particular, by comparison with at least one desired value or a Sbll combustion process, an assessment of the change is possible. On the basis of this evaluation, it is then again possible to either change or to keep the selected engine characteristic variable - this time real in the internal combustion engine. In this way, in particular, the operating state of the internal combustion engine can be influenced, for example to increase its efficiency or power, or to lower emission values.
  • a method is also preferred in which a large number of changes of the selected engine characteristic are evaluated with regard to resulting changes in the replacement combustion process and / or the further engine characteristic.
  • these changes are preferably only made virtually in order to use the calculation method to investigate the effects of such changes.
  • the selected engine characteristic can then be changed on the basis of these ratings - this time real in the internal combustion engine - or kept constant.
  • the change value is preferably used for a change in the selected engine characteristic, in which the effect on the replacement combustion process and / or on the other motor performance was rated best under the given conditions.
  • this method is carried out iteratively.
  • Evaluation of the changes of the replacement combustion history and / or the further engine characteristic is achieved. In this way it is possible, for example, to maximize the efficiency or the performance of the internal combustion engine or to minimize emission values or even fuel consumption thereof.
  • the method is used to control a motor characteristic in the operation of the internal combustion engine.
  • a desired value for a selected engine characteristic is preferably specified, and a current value of the
  • Engine control unit detected value for the selected Motor characteristic is compared with the target value.
  • the method can be used, in particular on the basis of the substitute combustion profile, to predict how a change in engine parameters affects the control deviation of the selected engine characteristic.
  • a method is also preferred which is characterized in that the replacement injection profile and / or the replacement combustion profile are determined for at least one operating point in the characteristic diagram of an internal combustion engine.
  • the replacement combustion profile is then converted on the basis of the replacement injection curve for further operating points of the characteristic map. It is therefore possible to match the replacement combustion process and / or the replacement injection process only at a few points of the characteristic map with measured data, wherein the replacement combustion process can be easily converted on the basis of the replacement injection course for other operating points in the map.
  • a combustion model based on measured data or an empirical, mathematical / physical combustion model is selected that does not yet parameterize with regard to a specific internal combustion engine is.
  • the first waveform and the number of vertices necessary for their description are selected. Initially, only the pure curve form and the number of interpolation points are specified, without these having already been parameterized. It is then possible to parameterize the replacement injection course with the aid of specific engine characteristics for a specific internal combustion engine, with the position of the interpolation points in particular being determined. From this parameterized substitute injection curve, it is possible to set a parameterized
  • a completely parameterized combustion model for a specific internal combustion engine is used, either on the basis of measured data or on the basis of an empirical, mathematical / physical model, to which a first curve shape and the number of Support points matching replacement injection history is adjusted. If the interpolation points are placed precisely on the parameterized model, this results in a parameterization of the substitute injection profile at the same time. Accordingly, parameterization and adaptation errors do not add up because only once does an adaptation take place to the already parameterized model. From the replacement injection profile parameterized in this way, a parameterized substitute combustion profile can then be calculated. Although this procedure offers greater accuracy than the procedure described above, it is necessary to first set up a fully parameterized model, which involves a considerable outlay. As already indicated several times, the method is preferred in one
  • Engine control unit performed. It is particularly possible to influence the operating state of the engine and / or to control the internal combustion engine. It is also possible to inform the driver on the basis of the procedure information
  • the object is also achieved by providing a data processing system having the features of claim 12.
  • the data processing system is preferably designed as an engine control unit. It is set up so that it can calculate motor characteristics with its help.
  • the data processing system is characterized in that it is set up to carry out a method according to one of claims 1 to 11. This results in the already in connection with the
  • such a data processing system can have a smaller memory and / or a smaller computing power than
  • Engine controller is stored to perform a method according to any one of claims 1 to 11, when the program is executed on a computer, in particular on a computer of an engine control unit.
  • Fig. 1a is a schematic, diagrammatic representation of a replacement injection course
  • Fig. 1 b is a schematic, diagrammatic representation of a
  • FIG. 1a shows a schematic, diagrammatic representation of a replacement injection profile EV.
  • the ordinate indicates the course of the injection EV, which is typically specified in fuel mass injected per unit time, in particular in kg / s. Plotted on the abscissa is the crank angle ⁇ of
  • the injection curve EV has a substantially trapezoidal curve shape, which is described by four support points E1, E2, E3, E4, these being connected to one another by straight line sections.
  • Embodiment of the method is preferably at least one straight line section connecting two interpolation points, replaced by another function, preferably by a rounded and / or weighted function.
  • the entire, substantially trapezoidal replacement injection profile EV is described by a course weighted with a predetermined function.
  • a rounded function is preferably rounded in particular in the region of the support points E1, E2, E3, E4 in order not to be differentiable
  • the position of the bases E1, E2, E3, E4 is calculated for a specific operating point of a specific internal combustion engine from at least a first engine characteristic, in which case in particular the speed, the start of injection, the duration of injection, the injected fuel quantity, the fuel temperature, the fuel density , the injection pressure, the in-cylinder pressure at the time of start of injection, and / or the compression ratio of a concretely considered cylinder of the internal combustion engine are used for calculation.
  • a first engine characteristic in which case in particular the speed, the start of injection, the duration of injection, the injected fuel quantity, the fuel temperature, the fuel density , the injection pressure, the in-cylinder pressure at the time of start of injection, and / or the compression ratio of a concretely considered cylinder of the internal combustion engine are used for calculation.
  • Cylinder internal pressure is quasi a pressure against which the injection must work. However, this influence is marginal. Finally, the temperature of the fuel and thus its density on the replacement injection course affects.
  • FIG. 1 b shows a schematic, diagrammatic illustration of a replacement combustion curve BV calculated on the basis of the replacement injection curve shown in FIG. 1 a), wherein the replacement combustion curve BV, and thus the amount of heat released per degree of crankshaft, preferably in J / ° CA, are on the ordinate is worn away. On the abscissa, in turn, the crank angle ⁇ , preferably indicated in ° CA, is removed. It turns out that the replacement combustion process in a preferred
  • Embodiment of the method is described by a polygon with subsequent hyperbola, preferably six bases B1, B2, B3, B4, B5, B6 are calculated to describe the replacement firing curve.
  • the bases B1 to B5 here by straight line sections, ie linear functions, connected to each other, while the two bases with the highest abscissa values, thus the last two bases B5, B6 are connected by a hyperbola, which by the
  • a weighted and / or rounded function is preferably rounded, in particular in the region of the support points B1 to B5, in order to avoid as far as possible undifferentiable regions of the replacement combustion profile. It is also possible to weight the course of the hyperbola between the bases B5, B6 with a predetermined function. Finally, it is possible to fully describe the replacement combustion history BV by a predetermined, weighted and / or rounded function passing through the bases B1 to B6.
  • the first interpolation point B1 of the substitute combustion course BV is preferably calculated as a function of an injection start and an ignition delay time Atzv. Particularly preferred is its position relative to the time - indicated in ° C - - the start of injection given by this plus the Zündverzugszeit At Z v - also indicated in ° CA.
  • the ordinate value of the first interpolation point B1 can be set to zero, because no heat has been released at least in the first approximation to the ignition point marked by the first interpolation point B1.
  • the second node B2 and the third node B3 are preferably calculated from the replacement injection history EV and the ignition delay time Atzv.
  • the fourth and fifth interpolation points B4, B5 are preferably calculated from the substitute injection profile. This will be discussed in more detail below.
  • the sixth interpolation point B6 is preferably calculated from an opening time of an exhaust valve of the considered cylinder of the internal combustion engine.
  • the additional parameter b which describes the hyperbola connecting the interpolation points B5, B6, is calculated in a preferred embodiment of the method as a function of the rotational speed and / or as a function of a charge movement in the considered cylinder, in particular a swirl.
  • Figure 2 shows a schematic, diagrammatic representation of a superposition of the replacement injection course EV with two Brennverieriri BV, as intermediate steps in the Calculation of the replacement combustion curve according to Figure 1 b) occur. Based on Figure 2, the calculation of the nodes of the replacement combustion history is explained in detail from the replacement injection course. The same and functionally identical elements are the same
  • the combustion in the cylinder substantially comprises two phases that overlap.
  • a first phase of the so-called premixed combustion following the ignition delay time Atzveine, abrupt combustion of the fuel quantity injected up to the ignition point and premixed with combustion air takes place.
  • This first combustion phase is represented in FIG. 2 by the firing curve BV1 shown in dot-dash lines. It begins in the first interpolation point B1, which is at an abscissa distance from the first interpolation point E1 of the replacement injection profile, and therefore from the start of injection, by the ignition delay time Atzv. That is the
  • Burning chamber chemically requires a certain amount of time to ignite and burn. This results in the ignition delay time At Z v. within which by continuous injection a certain fuel mass m K , p is injected and mixed with air, which is a hatched area under the replacement injection course EV between the bases E1 and B1, thus by integration of the replacement injection course EV between the points E1, B1 and thus according to the following equation (1) gives:
  • premixed combustion The phenomenon that during the Zündverzugszeit At Z v injected into the combustion chamber and mixed with combustion air fuel mass m K, p after ignition to the ignition point indicated by the base B1 almost instantaneously, is referred to as premixed combustion or premixed combustion. This is described by the dot-dashed combustion curve BV1, which runs approximately triangular, and whose left flank connects the first support point B1 with the second support point B2. The location of the base B2 is therefore by the premixed
  • the amount of heat Q p released in the premixed combustion is given as the area under the firing curve BV 1, that is to say as the area under the dotted line in FIG. 2, which extends from the first support point B 1 to the second support point B 2 and further to the support point B 3 ". it is therefore given firstly as the integral of the combustion characteristic BV1 over the duration of the premixed combustion, and consequently on the - stated in ° KW -. interval ⁇ t pm on the other results in the liberated during the premixed combustion amount of heat Q p as a product of the calorific value H u of the fuel multiplied by that injected during the ignition delay time ⁇ tzv
  • a second combustion phase which overlaps with the premixed combustion, is referred to as diffusion combustion and described in FIG. 2 by the firing curve BV2 shown in dashed lines.
  • the basic assumption of diffusion combustion is based on the fact that the fuel injected during the injection period after the expiry of the ignition delay time At Z v is not sufficiently mixed with combustion air at the moment of injection in order to be ignited. The mixing with combustion air takes place in
  • Time period Et D is offset, which is determined by a diffusion constant of the fuel in the combustion air. Furthermore, it is believed that the reaction rate of the once ignited fuel is much faster than that by the
  • the position of the third base point of the combustion curve BV2 for the diffusion combustion results essentially from the course of the replacement injection profile EV between the support points E2, E3.
  • the position of the support point B5 correlates with the plateau end of the injection curve EV at the support point E3, taking into account the characteristic diffusion time At D.
  • the interpolation point E3 of the replacement injection course represents the point in time when an injector injecting the fuel also begins its closing stroke. Since this takes a finite period of time, fuel is introduced into the combustion chamber until the actual end of injection at the base E4.
  • Burn-out phase which is described by the hyperbola, which the bases B5, B6 combines.
  • the parameter b and the position of the base B6 are therefore in
  • Diffusion combustion can be calculated from the replacement injection curve EV.
  • the total combustion curve BV now results from a superposition or sum of the combustion curve BV1 for the premixed combustion and the combustion curve BV2 for the diffusion combustion.
  • both the replacement injection course and the replacement combustion course are characterized by
  • the derivation of the replacement combustion curve BV described here from the replacement injection profile EV is essentially based on the assumption of a proportionality between the course of the injection and the course of the combustion.
  • it is possible to refine this assumption by weighting the assumed proportionality with a predetermined function.
  • Replacement burn BV by a few bases, preferably four or six bases, and optionally a few, preferably an additional parameter by taking a basic assumption about both a first waveform for the replacement injection course EV and a second waveform for the substitute combustion course BV.
  • an additional parameter by taking a basic assumption about both a first waveform for the replacement injection course EV and a second waveform for the substitute combustion course BV.
  • the essential engine parameters that are required for the calculation can be read directly from the engine control unit, without requiring further measures. Accordingly, an engine control unit is also preferred, which is suitable for carrying out the method, and a computer program product is preferred by means of which the method can be carried out when the program is executed on a computer, in particular on a computer of an engine control unit.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Berechnung motorischer Kenngrößen eines Verbrennungsmotors mit folgenden Schritten vorgeschlagen: Ermitteln eines Ersatz-Einspritzverlaufs (EV) in einer ersten durch Stützpunkte (E1, E2, E3, E4) beschriebenen ersten Kurvenform, indem die Stützpunkte (E1, E2, E3, E4) aus mindestens einer ersten motorischen Kenngröße berechnet werden, und Ermitteln eines Ersatzbrennverlaufs (BV) in einer zweiten durch Stützpunkte (B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8) beschriebenen zweiten Kurvenform, indem mindestens ein Stützpunkt (B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8) aus dem Ersatz-Einspritzverlauf (EV) und mindestens einer zweiten motorischen Kenngröße berechnet wird.

Description

Verfahren zur Berechnung motorischer Kenngrößen, Datenverarbeitungssystem und
Computerprogrammprodukt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung motorischer Kenngrößen eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 , ein Datenverarbeitungssystem gemäß
Oberbegriff des Anspruchs 12, und ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 13.
Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Bei diesen wird mindestens eine motorische Kenngröße eines Verbrennungsmotors mithilfe eines Verbrennungsmodells berechnet, welches die nulldimensionale (OD) Berechnung der Energiefreisetzungsrate, nämlich des sogenannten Brennverlaufs des Verbrennungsmotors erlaubt. Dabei spricht der Begriff„nulldimensional" an, dass für einen betrachteten Zylinder ein integraler Brennverlauf rein zeitabhängig berechnet wird. Es wird demnach keine Abhängigkeit des Brennverlaufs vom Ort innerhalb eines Brennraumes eines Zylinders berücksichtigt.
Dabei ist es möglich, bereits den Brennverlauf selbst als motorische Kenngröße zu betrachten. Es ist jedoch auch möglich, aus dem Brennverlauf weitere motorische
Kenngrößen wie beispielsweise Schadstoff-Emissionen, einen indizierten Mitteldruck oder einen Zylinderspitzendruck zu berechnen. Die Berechnung der mindestens einen motorischen Kenngröße kann schließlich zur Simulation, Beeinflussung und/oder
Regelung des Verbrennungsmotors herangezogen werden. Es sind
Verbrennungsmodelle bekannt, die vollständig auf Messdaten beruhen. Dabei ist es nötig, für jeden Motor und für jede Anwendung Messdaten in großer Zahl zu erheben, was einen erheblichen Aufwand bedeutet. In Hinblick auf einen Einzelmotor müssen
Messdaten für verschiedene Betriebszustände umgerechnet werden, was einen erheblichen Rechenaufwand und eine große Ungenauigkeit mit sich bringt. Allein aufgrund der Vielzahl der beteiligten Datenpunkte ist die Berechnung eines Brennverlaufs auf der Grundlage eines solchen Verbrennungsmodells aufwändig, speicherintensiv und erfordert hohe Rechenleistung. Alternativ ist es bekannt, empirische Verbrennungsmodelle zu nutzen, die mathematische Ansätze zur Beschreibung einzelner physikalischer Mechanismen und Phänomene der Verbrennung umfassen. Auch hier ist es jedoch nötig, eine große Zahl von Modellparametern zu bestimmen und für verschiedene Bereiche eines Kennfeldes eines Verbrennungsmotors, mithin für verschiedene Betriebszustände, umzurechnen beziehungsweise anzupassen. Auch Brennverläufe, die auf solchen empirischen Verbrennungsmodellen fußen, werden typischerweise mit einer hohen Zahl von Stützpunkten berechnet, sodass auch hierbei ein erheblicher Speicher- und Rechenaufwand anfällt.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 034 340 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Ersatzbrennverlaufs bekannt, bei welchem zur Beschreibung des Brennverlaufs einschließlich eines sogenannten Premixed-Bereichs und eines
diffusionskontrollierten Bereichs der Verbrennung zwei Vibe-Funktionen überlagert werden. Diese Vorgehendweise ist ein Beispiel für die Berechnung eines Brennverlaufs, welche auf einem empirischen, mathematisch/physikalischen Modell, hier nämlich der Vibe-Funktion, basiert.
Aus dem Artikel„Die Vorausberechnüng des Brennverlaufs von Dieselmotoren mit direkter Einspritzung auf der Basis des Einspritzverlaufs" von Franz Chmela et al., MTZ 59 (1998), Nr. 7/8, ist ein nulldimensionaler Ansatz zur Berechnung eines Berennverlaufs bekannt, wobei ein Einspritzverlauf in die Berechnung insoweit einbezogen wird, als die kinetische Energie des Einspritzstrahls berücksichtigt wird. Auch dies ist ein Beispiel für die Berechnung eines Brennverlaufs auf der Grundlage eines empirischen,
mathematisch/physikalischen Modells.
Zusätzlich zu den genannten Nachteilen einer komplizierten Berechnung sowie eines hohen Bedarfs an Speicherkapazität und Rechenleistung kommt bei den bekannten Ansätzen noch hinzu, dass direkte Zusammenhänge zwischen dem berechneten
Brennverlauf oder Ersatzbrennverlauf und den in die Modellierung eingehenden motorischen Kenngrößen schwer zu erkennen sind. Es ist also nicht ohne Weiteres vorherzusagen, welche Änderungen sich bezüglich des Ersatzbrennverlaufs ergeben, wenn eine bestimmte motorische Kenngröße in bestimmter Weise verändert wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Berechnung motorischer Kenngrößen eines Verbrennungsmotors zu schaffen, welches eine vereinfachte, wenig Speicherplatz- und rechenleistungsintensive Berechnung motorischer Kenngrößen, insbesondere eines Ersatzbrennverlaufs erlaubt, wobei zugleich
Zusammenhänge zwischen dem Ergebnis der Berechnung und den in die Berechnung eingehenden motorischen Kenngrößen einfacher zu erkennen sind als bei bekannten Verfahren. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein
Datenverarbeitungssystem, insbesondere ein Motorsteuergerät, zu schaffen, welches die hier angesprochene Berechnung durchführen kann. Schließlich liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, ein Computerprogrammprodukt zu schaffen, welches eine entsprechende Berechnung ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Im Rahmen des Verfahrens zur Berechnung motorischer Kenngrößen eines Verbrennungsmotors wird ein Ersatz-Einspritzverlauf ermittelt, für den eine erste Kurvenform angenommen wird, die durch Stützpunkte beschrieben wird. Diese
Stützpunkte werden aus mindestens einer motorischen Kenngröße berechnet. Es wird ein insbesondere nulldimensionaler Ersatzbrennverlauf ermittelt, für den eine zweite
Kurvenform zugrunde gelegt wird, die durch Stützpunkte beschrieben wird. Dabei wird mindestens einer der Stützpunkte für die zweite Kurvenform des Ersatzbrennverlaufs berechnet, indem der Ersatz-Einspritzverlauf und mindestens eine zweite motorische Kenngröße zur Berechnung herangezogen werden. Sowohl für den Ersatz- Einspritzverlauf als auch für den Ersatzbrennverlauf wird demnach ein vergleichsweise einfacher Ansatz gewählt, indem durch Stützpunkte beschriebene, vorherbestimmte Kurvenformen gewählt werden, wobei die Lage der Stützpunkte leicht und schnell zu berechnen ist. Es ergibt sich ein vergleichsweise einfacher Zusammenhang zwischen der mindestens einen ersten motorischen Kenngröße und dem Ersatz-Einspritzverlauf, so dass Änderungen, die sich bezüglich des Ersatz-Einspritzverlaufs ergeben, wenn die erste motorische Kenngröße geändert wird, leicht vorherzusagen sind. Das gleiche gilt für den Ersatzbrennverlauf, weil mindestens einer von dessen Stützpunkten unter
Heranziehung des Ersatz-Einspritzverlaufs und einer motorischen Kenngröße berechnet wird. Dabei ist ein Zusammenhang zwischen dem Ersatz-Einspritzverlauf und dem Ersatzbrennverlauf vergleichsweise leicht zu erkennen, das heißt eine Änderung des Ersatzbrennverlaufs ist vergleichsweise leicht vorherzusagen, wenn eine Änderung des Ersatz-Einspritzverlaufs bekannt ist. Sowohl der Ersatz-Einspritzverlauf als auch der Ersatzbrennverlauf werden nicht durch analytische Funktionen, aber auch nicht vollständig durch - gegebenenfalls interpolierte - Messdaten beschrieben, sondern vielmehr durch eine vorherbestimmte erste beziehungsweise eine zweite Kurvenform, für die Stützpunkte festgelegt werden. Im Wesentlichen ist daher lediglich die Lage der Stützpunkte zu berechnen, wobei gegebenenfalls zusätzlich noch wenige, die Kurvenform näher beschreibende Parameter berechnet werden. Insgesamt werden also ein parametrierbarer Ersatz-Einspritzverlauf und ein parametrierbarer Ersatzbrennverlauf berechnet, wobei eine vergleichsweise kleine Zahl von Werten berechnet werden muss. Der Speicherbedarf und der Bedarf an Rechenleistung sind daher gering, und die Berechnung ist vergleichsweise einfach. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, in einem Motorsteuergerät, in welchen das Verfahren implementiert ist, Speicherplatz,
Rechenleistung und Rechenzeit einzusparen, sodass diese Ressourcen anderweitig genutzt werden können. Alternativ kann das Motorsteuergerät mit geringerem
Speicherplatz beziehungsweise Rechenleistung ausgestattet sein, was Kosten spart.
Die Zusammenhänge zwischen dem Ersatz-Einspritzverlauf und dem Ersatzbrennverlauf sind physikalisch modellierbar und in mathematischen Umrechnungsvorschriften erfassbar, sodass es ohne Weiteres möglich ist, den Ersatzbrennverlauf aus dem Ersatz- Einspritzverlauf zu berechnen. Wird das Verfahren in einem Motorsteuergerät durchgeführt, stehen die motorischen Kenngrößen, die zur Berechnung herangezogen werden, zumindest weitgehend, vorzugsweise vollständig ohnehin in dem
Motorsteuergerät zur Verfügung, weil sie dort überwacht beziehungsweise erfasst werden. Somit fällt kein zusätzlicher Aufwand zur Erfassung und/oder Berechnung notwendiger Daten an.
Das Verfahren wird bevorzugt für einen Dieselmotor durchgeführt, besonders bevorzugt für einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung. Dabei wird eine typische erste Kurvenform für den Ersatz-Einspritzverlauf und ebenso eine typische zweite Kurvenform für den Ersatzbrennverlauf gewählt, die für Dieselmotoren charakteristisch sind.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass für den Ersatz- Einspritzverlauf eine Trapezform angenommen wird, wobei höchstens zehn,
vorzugsweise höchstens acht, vorzugsweise höchstens sechs und besonders bevorzugt genau vier Stützpunkte zur Beschreibung der ersten Kurvenform herangezogen werden. Für die Form der Kurve zwischen den Stützpunkten wird ein vorherbestimmter funktionaler Verlauf angenommen, vorzugsweise ein linearer Verlauf. Sind also bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens genau vier Stützpunkte vorgesehen, zwischen denen sich Geradenabschnitte erstrecken, ergibt sich in einer diagrammatischen Darstellung des Ersatz-Einspritzverlaufs die Form eines Trapezes, dessen Ecken durch die vier Stützpunkte gegeben sind. Es ist offensichtlich, dass lediglich die Lage der vier Stützpunkte berechnet werden muss, um den Ersatz- Einspritzverlauf vollständig festzulegen. Daher fällt hier ein sehr geringer Rechenaufwand bei zugleich sehr geringem Speicherbedarf an. Die Trapezform ist typisch für den Einspritzverlauf insbesondere eines Dieselmotors, sodass der tatsächliche
Einspritzverlauf mit hinreichender Genauigkeit durch den Ersatz-Einspritzverlauf beschrieben werden kann.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der
Ersatzbrennverlauf durch höchstens zwölf, vorzugweise höchstens zehn, vorzugsweise höchstens acht, bevorzugt genau sechs Stützpunkte, und durch einen vorherbestimmten funktionalen Verlauf zwischen den Stützpunkten beschrieben wird. Die zweite Kurvenform wird dabei bevorzugt als Polygonzug mit sich anschließender Hyperbel angenommen. Dies bedeutet, dass die ersten Stützpunkte mit Ausnahme des vorletzten und des letzten Stützpunkts jeweils durch Geradenabschnitte verbunden werden, was einem linearen Verlauf zwischen den Stützpunkten entspricht. Dabei spricht der Begriff„erste
Stützpunkte" die Stützpunkte mit von dem niedrigsten Abszissenwert ausgehend aufsteigenden Abszissenwerten an, wobei der Stützpunkt mit dem zweithöchsten
Abszissenwert und der Stützpunkt mit dem höchsten Abszissenwert nicht durch einen Geradenabschnitt miteinander verbunden sind. Diese beiden letzten Stützpunkte sind vorzugsweise stattdessen durch eine Hyperbel miteinander verbunden. Sind also bei einer bevorzugten Ausführungsform genau sechs Stützpunkte für den Ersatzbrennverlauf vorgesehen, sind die - vom niedrigsten Abszissenwert aus gesehen - ersten fünf Stützpunkte jeweils durch Geradenabschnitte miteinander verbunden, während der fünfte und der sechste Stützpunkt durch einen hyperbolischen Verlauf miteinander verbunden sind. Ein solcher Polygonzug mit Hyperbel entspricht einer Kurvenform, die typisch ist für den Brennverlauf eines Dieselmotors, sodass dieser mit hinreichender Genauigkeit durch den Ersatzbrennverlauf beschrieben werden kann. Es zeigt sich, dass in diesem Fall lediglich die Lage der Stützpunkte berechnet werden muss, wobei zusätzlich noch ein Parameter für den Verlauf der Hyperbel berechnet wird. Dies fällt jedoch bezüglich des gesamten Rechenaufwandes kaum ins Gewicht. Insgesamt zeigt sich damit, dass auch zur Berechnung des Ersatzbrennverlaufs nur ein geringer Rechenaufwand sowie eine geringe Speicherkapazität nötig sind. Sowohl in Hinblick auf den Ersatz-Einspritzverlauf als auch in Hinblick auf den
Ersatzbrennverlauf ist es möglich, verschiedene Stützpunkte verbindende
Geradenabschnitte durch andere Funktionen, insbesondere mindestens eine gewichtete und/oder abgerundete Funktion zu ersetzen, um eine noch genauere Beschreibung des tatsächlichen Einspritzverlaufs und/oder des Brennverlaufs zu erhalten. Der Rechen- und Speicheraufwand steigt dabei nur geringfügig, weil nur eine geringe Zahl zusätzlicher Parameter hinzutritt, die gegebenenfalls berechnet werden müssen. Eine abgerundete Funktion ist bevorzugt insbesondere im Bereich der Stützpunkte abgerundet. Hierdurch ist es möglich, Knicke und damit nicht differenzierbare Bereiche des Ersatz- Einspritzverlaufs und/oder des Ersatzbrennverlaufs zu vermeiden.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine erste motorische Kenngröße, mithilfe derer der Ersatz-Einspritzveriauf ermittelt wird, ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus einer Drehzahl, einem Einspritzbeginn, einer Einspritzdauer, einer eingespritzten Kraftstoff menge, einer Kraftstoff-Temperatur, einer Kraftstoffdichte, einem Einspritzdruck, einem Zylinderinnendruck zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns, und einem Verdichtungsverhältnis in einem betrachteten Zylinder. Dabei ist es möglich, dass mehr als eine der hier genannten motorischen Kenngrößen in die Ermittlung des Ersatz-Einspritzverlaufs eingeht. Insbesondere ist es auch möglich, dass alle hier genannten motorischen Kenngrößen zur Ermittlung des Ersatz-Einspritzverlaufs herangezogen werden. Wird das Verfahren in einem Motorsteuergerät durchgeführt, stehen die genannten Kenngrößen dort im Allgemeinen ohnehin zur Verfügung, sodass es keiner weiteren Maßnahmen zu deren Ermittlung bedarf.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die
mindestens eine zweite motorische Kenngröße, die zur Ermittlung des
Ersatzbrennverlaufs herangezogen wird, ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus einer Zündverzugszeit, einem Öffnungszeitpunkt eines Auslassventils eines
Zylinders, einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, einer Ladungsbewegung in dem Zylinder, insbesondere einem Drall, einer Abgasrückführrate, einer Kolbenform, und einem Einspritzparameter. Als Einspritzparameter kommt dabei insbesondere eine motorische Kenngröße in Frage, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die für die erste motorische Kenngröße angegeben ist, mithin insbesondere ein Einspritzbeginn, eine Einspritzdauer, eine eingespritzte Kraftstoffmenge, eine Kraftstoff-Temperatur, eine Kraftstoffdichte, ein Einspritzdruck, ein Zylinderinnendruck zum Zeitpunkt des
Einspritzbeginns, und/oder ein Verdichtungsverhältnis. Selbstverständlich ist es möglich, mehr als eine der hier für die zweite motorische Kenngröße genannten Größen zur Ermittlung des Ersatzbrennverlaufs heranzuziehen. Es ist auch möglich, dass alle hier genannten motorischen Kenngrößen zur Ermittlung des Ersatzbrennverlaufs
herangezogen werden.
Mindestens ein Stützpunkt des Ersatzbrennverlaufs wird sowohl auf Grundlage der mindestens einen zweiten motorischen Kenngröße als auch auf der Grundlage des Ersatz-Einspritzverlaufs berechnet. Bevorzugt werden mehr als ein Stützpunkt auf dieser Grundlage berechnet. Es ist allerdings möglich, dass mindestens ein Stützpunkt des Ersatzbrennverlaufs ausschließlich auf der Grundlage mindestens einer zweiten motorischen Kenngröße ohne Heranziehung des Ersatz-Einspritzverlaufs berechnet wird. Es ist auch möglich, dass mindestens ein Stützpunkt des Ersatzbrennverlaufs
ausschließlich auf der Grundlage des Ersatz-Einspritzverlaufs ohne Hinzuziehung einer zweiten motorischen Kenngröße berechnet wird.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass aus dem Ersatzbrennverlauf mindestens eine weitere motorische Kenngröße berechnet wird. Bevorzugt wird der Ersatzbrennverlauf als Eingangsgröße für eine
Arbeitsprozessrechnung verwendet, mithilfe derer die mindestens eine weitere motorische Kenngröße berechnet wird. Dabei dient der Begriff„weitere motorische Kenngröße" der sprachlichen Unterscheidung der in die Berechnung eingehenden ersten und zweiten motorischen Kenngrößen von der aus der Berechnung resultierenden mindestens einen weiteren motorischen Kenngröße. Dabei ist keineswegs
ausgeschlossen, dass die weitere motorische Kenngröße eine Kenngröße ist, die als erste und/oder zweite motorische Kenngröße in die Berechnung eingegangen ist. Es ist also durchaus möglich, insbesondere im Rahmen einer Regelung den Ersatz- Einspritzverlauf, den Ersatzbrennverlauf und schließlich eine motorische Kenngröße zu berechnen, die auch als Startwert, nämlich als erste und/oder zweite motorische
Kenngröße in die Berechnung Eingang gefunden hat. Typischerweise unterscheidet sich dabei der aus der Berechnung resultierende Wert der motorischen Kenngröße von dem in die Berechnung eingegangenen Wert. Auf diese Weise ist - insbesondere wiederum im Rahmen einer Regelung - auch eine iterative Berechnung motorischer Kenngrößen möglich. Es wird demnach deutlich, dass als weitere motorische Kenngröße Größen berechnet werden können, die bereits in Zusammenhang mit der ersten motorischen Kenngröße und mit der zweiten motorischen Kenngröße erwähnt wurden.
Insbesondere ist es aber auch möglich, dass die weitere motorische Kenngröße ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Summenbrennverlauf, einem Zylinderdruck in Abhängigkeit eines Kurbelwinkels, einem indizierten Mitteldruck, einem Emissionswert, einem Wirkungsgrad und einer Leistung des Verbrennungsmotors. Dabei ist der Summenbrennverlauf definiert als integral über den Brennverlauf, wobei er die insgesamt bei der Verbrennung freigesetzte Wärmemenge angibt. Ein Emissionswert umfasst insbesondere eine Schadstoff-Emission des Verbrennungsmotors, zum Beispiel eine von diesem emittierte NOx-Konzentration.
Es zeigt sich Folgendes: Bereits der Ersatzbrennverlauf selbst, der die pro Grad
Kurbelwinkel freigesetzte Wärmemenge beschreibt, kann im Rahmen des Verfahrens als motorische Kenngröße aufgefasst werden, die den Arbeitsprozess des
Verbrennungsmotors charakterisiert. Es ist aber auch möglich, aus dem
Ersatzbrennverlauf eine weitere motorische Kenngröße des Verbrennungsmotors zu berechnen. Dies kann - beispielsweise bei einer Simulation des Verbrennungsmotors oder besonders bevorzugt in einem Motorsteuergerät - genutzt werden, um motorische Kenngrößen wie insbesondere den Wirkungsgrad, die Leistung und/oder die Emissionen des Verbrennungsmotors beziehungsweise eine Änderung dieser Größen bei Änderung weiterer Randbedingungen vorherzusagen. Auch ist es möglich, das Verfahren zur Regelung des Verbrennungsmotors beziehungsweise zur Regelung mindestens einer motorischen Kenngröße des Verbrennungsmotors heranzuziehen.
In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der für einen Verbrennungsmotor ermittelte Ersatzbrennverlauf und/oder die mindestens eine weitere motorische Kenngröße herangezogen wird/werden, um den Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu beeinflussen. Es ist also - insbesondere in einem Motorsteuergerät - möglich, auf der Grundlage der erfassten motorischen
Kenngrößen den Ersatzbrennverlauf und/oder die mindestens eine weitere motorische Kenngröße zu berechnen, wobei diese zur Bewertung des Betriebszustands des
Verbrennungsmotors und insbesondere auf der Grundlage dieser Bewertung auch zu dessen Beeinflussung herangezogen werden können. Wird das Verfahren in einem Motorsteuergerät durchgeführt, kann auf der Grundlage der dort vorliegenden, also am Motor erfassten motorischen Kenngrößen der
Ersatzbrennverlauf und/oder die mindestens eine weitere motorische Kenngröße ermittelt beziehungsweise berechnet werden. Wird dabei ein nicht optimaler Brennverlauf oder ein nicht optimaler Wert der weiteren motorischen Kenngröße erkannt, oder wird eine Abweichung von einem Soll-Brennverlauf oder einem Soll-Wert für die weitere motorische Kenngröße festgestellt, ist es möglich, auf Grundlage dieser Erkenntnis beziehungsweise Feststellung den Betriebszustand des Verbrennungsmotors gezielt zu beeinflussen.
Dabei kann mindestens eine motorische Kenngröße verändert werden, um dem erkannten Problem entgegenzuwirken.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Änderung des Ersatzbrennverlaufs und/oder der weiteren motorischen Kenngröße bei Änderung einer ausgewählten motorischen Kenngröße berechnet wird, wobei die auf diese Weise vorhergesagte Änderung bewertet wird. Es ist also möglich, versuchsweise eine ausgewählte motorische Kenngröße - vorzugsweise zunächst nur virtuell - zu ändern und mithilfe des Verfahrens festzustellen, wie sich diese Änderung auf den Ersatzbrennverlauf und/oder die weitere motorische Kenngröße auswirkt. Insbesondere durch Vergleich mit mindestens einem Soll-Wert oder einem Sbll-Brennverlauf ist eine Bewertung der Änderung möglich. Auf der Grundlage dieser Bewertung ist es dann wiederum möglich, die ausgewählte motorische Kenngröße - diesmal real in dem Verbrennungsmotor - entweder zu verändern oder konstant zu halten. Auf diese Weise kann insbesondere der Betriebszustand des Verbrennungsmotors beeinflusst werden, um beispielsweise dessen Wirkungsgrad oder Leistung zu erhöhen, oder um Emissionswerte zu erniedrigen.
In diesem Zusammenhang wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei dem eine Vielzahl von Änderungen der ausgewählten motorischen Kenngröße in Hinblick auf resultierende Änderungen des Ersatzbrennverlaufs und/oder der weiteren motorischen Kenngröße bewertet werden. Dabei werden vorzugsweise diese Änderungen auch zunächst nur virtuell vorgenommen, um mithilfe des Berechnungsverfahrens die Auswirkungen solcher Änderungen zu untersuchen. Die ausgewählte motorische Kenngröße kann sodann auf der Grundlage dieser Bewertungen - diesmal real in dem Verbrennungsmotor - verändert oder auch konstant gehalten werden. Dabei wird für eine Veränderung der ausgewählten motorischen Kenngröße vorzugsweise der Änderungswert herangezogen, bei welchem die Auswirkung auf den Ersatzbrennverlauf und/oder auf die weitere motorische Kenngröße unter den gegebenen Rahmenbedingungen am besten bewertet wurde.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass dieses Verfahren iterativ durchgeführt wird. Insbesondere ist es möglich, wiederum Änderungen der zuvor geänderten ausgewählten motorischen Kenngröße zu untersuchen, um festzustellen, ob weitere positive
Änderungen des Ersatzbrennverlaufs und/oder der weiteren motorischen Kenngröße zu erwarten sind. Ist dies der Fall, kann die ausgewählte motorische Kenngröße erneut geändert werden. Dies kann fortgesetzt werden, bis ein Extremum bezüglich der
Bewertung der Änderungen des Ersatzbrennverlaufs und/oder der weiteren motorischen Kenngröße erreicht ist. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, den Wirkungsgrad oder die Leistung des Verbrennungsmotors zu maximieren oder Emissionswerte oder auch einen Kraftstoffverbrauch desselben zu minimieren.
Vorzugsweise wird das Verfahren zur Regelung einer motorischen Kenngröße im Betrieb des Verbrennungsmotors herangezogen. Dabei wird vorzugsweise ein Soll-Wert für eine ausgewählte motorische Kenngröße vorgegeben, und ein aktuell von dem
Motorsteuergerät erfasster Wert für die ausgewählte. motorische Kenngröße wird mit dem Soll-Wert verglichen. Mithilfe des Verfahrens kann insbesondere auf der Grundlage des Ersatzbrennverlaufs prognostiziert werden, wie sich eine Änderung von motorischen Kenngrößen auf die Regelabweichung der ausgewählten motorischen Kenngröße auswirkt. Somit können effizient und gezielt mögliche Änderungen motorischer
Kenngrößen ermittelt werden, die zu einer raschen Verringerung der Regelabweichung führen.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Ersatz- Einspritzverlauf und/oder der Ersatzbrennverlauf für mindestens einen Betriebspunkt im Kennfeld eines Verbrennungsmotors ermittelt wird/werden. Der Ersatzbrennverlauf wird dann anhand des Ersatz-Einspritzverlaufs für weitere Betriebspunkte des Kennfelds umgerechnet. Es ist demnach möglich, den Ersatzbrennverlauf und/oder den Ersatz- Einspritzverlauf nur an wenigen Stellen des Kennfelds mit Messdaten abzugleichen, wobei der Ersatzbrennverlauf auf Grundlage des Ersatz-Einspritzverlaufs leicht für weitere Betriebspunkte im Kennfeld umgerechnet werden kann. Um den Ersatz-Einspritzverlauf und den Ersatzbrennverlauf zu erhalten, ist es möglich, auf folgende Weise vorzugehen: Es wird zunächst ein Verbrennungsmodell auf der Basis von Messdaten oder ein empirisches, mathematisch/physikalisches Verbrennungsmodell gewählt, welches noch nicht in Hinblick auf einen konkreten Verbrennungsmotor parametriert ist. Anhand dieses Verbrennungsmodells werden die erste Kurvenform und die Anzahl der zu ihrer Beschreibung notwendigen Stützpunkte gewählt. Dabei sind zunächst nur die reine Kurvenform und die Zahl der Stützpunkte festgelegt, ohne dass diese bereits parametriert sind. Es ist dann möglich, den Ersatz-Einspritzverlauf mithilfe konkreter motorischer Kenngrößen für einen konkreten Verbrennungsmotor zu parametrieren, wobei insbesondere die Lage der Stützpunkte festgelegt wird. Aus diesem parametrierten Ersatz-Einspritzverlauf ist es möglich, einen parametrierten
Ersatzbrennverlauf zu berechnen.
Bei dieser Vorgehensweise können Ungenauigkeiten auftreten, weil zunächst der nicht parametrierte Ersatz-Einspritzverlauf nur grob an das nicht parametrierte Modell angepasst wird, woraufhin danach erst eine Parametrierung des Ersatz-Einspritzverlaufs erfolgt. Dabei sind demnach Fehler sowohl bei der Anpassung des nicht parametrierten Ersatz-Einspritzverlaufs an das nicht parametrierte Modell sowie auch bei der
Parametrierung des Ersatz-Einspritzverlaufs möglich.
Alternativ ist es möglich, auf folgende Weise vorzugehen: Es wird ein vollständig parametriertes Verbrennungsmodell für einen konkreten Verbrennungsmotor entweder auf der Grundlage von Messdaten oder auf der Grundlage eines empirischen, mathematisch/physikalischen Modells herangezogen, an welches ein bezüglich seiner ersten Kurvenform und der Zahl der Stützpunkte passender Ersatz-Einspritzverlauf angepasst wird. Werden dabei die Stützpunkte passgenau auf das parametrierte Modell gelegt, ergibt sich zugleich eine Parametrierung des Ersatz-Einspritzverlaufs. Hierbei addieren sich demnach nicht Parametrierungs- und Anpassungsfehler, weil nur einmalig eine Anpassung an das bereits parametrierte Modell stattfindet. Aus dem auf diese Weise parametrierten Ersatz-Einspritzverlauf kann dann ein parametrierter Ersatzbrennverlauf berechnet werden. Diese Vorgehensweise bietet zwar eine höhere Genauigkeit als die zuvor beschriebene Vorgehensweise, es ist jedoch nötig, zunächst ein vollständig parametriertes Modell aufzustellen, was mit erheblichem Aufwand verbunden ist. Wie bereits mehrfach angedeutet, wird das Verfahren bevorzugt in einem
Motorsteuergerät durchgeführt. Dabei ist es insbesondere möglich, den Betriebszustand des Motors zu beeinflussen und/oder den Verbrennungsmotor zu regeln. Es ist auch möglich, dem Fahrer auf der Grundlage des Verfahrens Informationen über den
Verbrennungsmotor beziehungsweise dessen Verbrennungsverhalten zur Verfügung zu stellen. Diese Möglichkeit kann auch genutzt werden, wenn das Verfahren in einem Motorsteuergerät auf einem Motorprüfstand durchgeführt wird, wobei hier einem Werker, der einen Testlauf des Verbrennungsmotors überwacht, wertvolle Informationen zur Verfügung gestellt werden, die gegebenenfalls nicht ohne Weiteres anderweitig verfügbar sind.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Datenverarbeitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 geschaffen wird. Dabei ist das Datenverarbeitungssystem bevorzugt als Motorsteuergerät ausgebildet. Es ist so eingerichtet, dass mit seiner Hilfe motorische Kenngrößen berechnet werden können. Das Datenverarbeitungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass es zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist. Dabei ergeben sich die bereits in Zusammenhang mit dem
Verfahren genannten Vorteile. Insbesondere kann ein solches Datenverarbeitungssystem einen kleineren Speicher und/oder eine kleinere Rechenleistung aufweisen als
Datenverarbeitungssysteme, in welchen bekannte Verfahren zur Berechnung motorischer Kenngrößen implementiert sind; oder ein Datenverarbeitungssystem mit gleich großem Speicherplatz und/oder gleich großer Rechenleistung kann zusätzliche Aufgaben übernehmen, für die ansonsten zusätzlicher Speicherplatz und/oder zusätzliche
Rechenleistung erforderlich wären. Dies schlägt letztlich als Gewichts- und/oder
Preisvorteil für das Datenverarbeitungssystem, insbesondere für das Motorsteuergerät zu Buche.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 13 geschaffen wird. Dieses umfasst Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger, der insbesondere als Mikrochip eines
Motorsteuergeräts ausgebildet ist, gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer, insbesondere auf einem Computer eines Motorsteuergeräts, ausgeführt wird. Dabei ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und mit dem Datenverarbeitungssystem erläutert wurden. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1a) eine schematische, diagrammatische Darstellung eines Ersatz- Einspritzverlaufs;
Fig. 1 b) eine schematische, diagrammatische Darstellung eines
Ersatzbrennverlaufs, und
Fig. 2 eine schematische, diagrammatische Überlagerung eines Ersatz-
Einspritzverlaufs mit Zwischenergebnissen für den Ersatzbrennverlauf für eine erste Verbrennungsphase und eine zweite Verbrennungsphase.
Figur 1a) zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung eines Ersatz- Einspritzverlaufs EV. Auf der Ordinate ist der Einspritzverlauf EV abgetragen, der typischerweise in pro Zeiteinheit eingespritzter Kraftstoffmasse, insbesondere in kg/s angegeben wird. Auf der Abszisse abgetragen ist der Kurbelwinkel φ des
Verbrennungsmotors als Maß für die Zeit, der typischerweise in °KW (Grad Kurbelwinkel) angegeben wird. Der Einspritzverlauf EV weist eine im Wesentlichen trapezförmige Kurvenform auf, die durch vier Stützpunkte E1 , E2, E3, E4 beschrieben wird, wobei diese durch Geradenabschnitte miteinander verbunden sind. Bei einer alternativen
Ausführungsform des Verfahrens ist vorzugsweise mindestens ein Geradenabschnitt, der zwei Stützpunkte miteinander verbindet, durch eine andere Funktion, vorzugsweise durch eine abgerundete und/oder gewichtete Funktion ersetzt. Besonders bevorzugt wird der gesamte, im Wesentlichen trapezförmige Ersatz-Einspritzverlauf EV durch einen mit einer vorherbestimmten Funktion gewichteten Verlauf beschrieben. Insbesondere ist es möglich, mindestens eine lineare Verbindung der Stützpunkte mit einer vorherbestimmten Funktion zu gewichten. Eine abgerundete Funktion ist dabei vorzugsweise insbesondere im Bereich der Stützpunkte E1 , E2, E3, E4 abgerundet, um nicht differenzierbare
Bereiche des Ersatz-Einspritzverlaufs EV zu vermeiden. Die Lage der Stützpunkte E1 , E2, E3, E4 wird für einen konkreten Betriebspunkt eines konkreten Verbrennungsmotors aus mindestens einer ersten motorischen Kenngröße berechnet, wobei hier insbesondere die Drehzahl, der Einspritzbeginn, die Einspritzdauer, die eingespritzte Kraftstoffmenge, die Kraftstoff-Temperatur, die Kraftstoffdichte, der Einspritzdruck, der Zylinderinnendruck zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns, und/oder das Verdichtungsverhältnis eines konkret betrachteten Zylinders des Verbrennungsmotors zur Berechnung herangezogen werden. Dabei zeigt sich Folgendes: Eine Variation des Einspritzdrucks, insbesondere des Drucks in einem Druckspeicher, einem sogenannten Rail, verändert im Wesentlichen die
Steigung der Flanke zwischen den Stützpunkten E1 , E2. Eine Variation der
Einspritzdauer wirkt sich im Wesentlichen auf die Plateaulänge zwischen den
Stützpunkten E2, E3 aus. Ein Zylinderinnendruck zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns wirkt sich auf die Höhe des Plateaus zwischen den Punkten E2, E3 aus, weil der
Zylinderinnendruck quasi einen Druck darstellt, gegen den die Einspritzung anarbeiten muss. Dieser Einfluss ist allerdings marginal. Schließlich wirkt sich auch die Temperatur des Kraftstoffs und damit dessen Dichte auf den Ersatz-Einspritzverlauf aus.
Figur 1b) zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung eines auf der Grundlage des in Figur 1a) dargestellten Ersatz-Einspitzverlaufs berechneten Ersatzbrennverlaufs BV, wobei der Ersatzbrennverlauf BV, mithin die pro Grad Kurbelwelle freigesetzte Wärmemenge, vorzugsweise angegeben in J/°KW, auf der Ordinate abgetragen ist. Auf der Abszisse ist wiederum der Kurbelwinkel φ, vorzugsweise angegeben in °KW, abgetragen. Dabei zeigt sich, dass der Ersatzbrennverlauf bei einer bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens beschrieben ist durch einen Polygonzug mit sich anschließender Hyperbel, wobei vorzugsweise sechs Stützpunkte B1 , B2, B3, B4, B5, B6 zur Beschreibung des Ersatzbrennverlaufs berechnet werden. Dabei sind die Stützpunkte B1 bis B5 hier durch Geradenabschnitte, also lineare Funktionen, miteinander verbunden, während die beiden Stützpunkte mit den höchsten Abszissenwerten, mithin die letzten beiden Stützpunkte B5, B6 durch eine Hyperbel verbunden sind, die durch den
zusätzlichen Parameter b beschrieben wird.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist es möglich, mindestens einen der die Stützpunkte B1 bis B5 verbindenden Geradenabschnitte durch eine gewichtete und/oder abgerundete Funktion zu ersetzen, beziehungsweise mindestens eine lineare Verbindung zwischen zwei Stützpunkten mit einer vorherbestimmten Funktion zu gewichten. Dabei ergibt sich auch hier, dass eine abgerundete Funktion vorzugsweise insbesondere im Bereich der Stützpunkte B1 bis B5 abgerundet ist, um undifferenzierbare Bereiche des Ersatzbrennverlaufs nach Möglichkeit zu vermeiden. Es ist auch möglich, den Verlauf der Hyperbel zwischen den Stützpunkten B5, B6 mit einer vorherbestimmten Funktion zu gewichten. Schließlich ist es möglich, den Ersatzbrennverlauf BV vollständig durch eine vorherbestimmte, gewichtete und/oder abgerundete Funktion zu beschreiben, die durch die Stützpunkte B1 bis B6 verläuft. Der erste Stützpunkt B1 des Ersatzbrennverlaufs BV wird vorzugsweise berechnet als Funktion eines Einspritzbeginns und einer Zündverzugszeit Atzv. Besonders bevorzugt ist seine Lage relativ zu dem Zeitpunkt - angegeben in °KW - des Einspritzbeginns gegeben durch diesen zuzüglich der Zündverzugszeit AtZv - ebenfalls angegeben im °KW. Dabei kann der Ordinatenwert des ersten Stützpunkts B1 in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zu Null gesetzt werden, weil zu dem von dem ersten Stützpunkt B1 gekennzeichneten Zündzeitpunkt zumindest in erster Nährung noch keine Wärmemenge freigesetzt wurde.
Der zweite Stützpunkt B2 und der dritte Stützpunkt B3 werden vorzugsweise aus dem Ersatz-Einspritzverlauf EV und der Zündverzugszeit Atzv berechnet. Die vierten und fünften Stützpunkte B4, B5 werden bevorzugt aus dem Ersatz-Einspritzverlauf berechnet. Hierauf wird im Folgenden noch näher eingegangen.
Der sechste Stützpunkt B6 wird vorzugsweise aus einem Öffnungszeitpunkt eines Auslassventils des betrachteten Zylinders des Verbrennungsmotors berechnet. Der zusätzliche Parameter b, der die Hyperbel beschreibt, welche die Stützpunkte B5, B6 verbindet, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens als Funktion der Drehzahl und/oder als Funktion einer Ladungsbewegung in dem betrachteten Zylinder, insbesondere einem Drall, berechnet.
In einer bevorzugten, besonders einfachen Ausführungsform des Verfahrens werden Vor- Verbrennungseffekte in dem betrachteten Zylinder des Verbrennungsmotors
vernachlässigt, sodass nur der in Figur 1 b) durchgezogen dargestellte Ersatzbrennverlauf BV betrachtet wird, der durch die Stützpunkte B1 , B2, B3, B4, B5, B6 beschrieben wird.
Bei einer anderen, komplexeren Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, auch Vor-Verbrennungseffekte zu berücksichtigen, indem die weiteren Stützpunkte B7, B8 hinzugenommen werden, die bei kleineren Abszissenwerten angeordnet sind als der erste Stützpunkt B1 und strichliert dargestellt sowie durch strichlierte Geradenabschnitte miteinander und mit dem ersten Stützpunkt B1 verbunden sind.
Figur 2 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung einer Überlagerung des Ersatz-Einspritzverlaufs EV mit zwei Brennverläuferi BV, die als Zwischenschritte in der Berechnung des Ersatzbrennverlaufs gemäß Figur 1 b) auftreten. Anhand von Figur 2 wird die Berechnung der Stützstellen des Ersatzbrennverlaufs aus dem Ersatz-Einspritzverlauf näher erläutert. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind dabei mit gleichen
Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Um den Ersatzbrennverlauf BV aus dem Ersatz-Einspritzverlauf EV zu berechnen, wird angenommen, dass die Verbrennung in dem Zylinder im Wesentlichen zwei Phasen umfasst, die sich überlappen. Dabei findet in einer ersten Phase der sogenannten Premixed-Verbrennung im Anschluss an die Zündverzugszeit Atzveine schlagartige Verbrennung der bis zum Zündzeitpunkt eingespritzten und dabei mit Brennluft vorvermischten Kraftstoffmenge statt.
Diese erste Verbrennungsphase wird in Figur 2 durch den strichpunktiert dargestellten Brennverlauf BV1 dargestellt. Er beginnt in dem ersten Stützpunkt B1 , der auf der Abszisse von dem ersten Stützpunkt E1 des Ersatz-Einspritzverlaufs, mithin von dem Einspritzbeginn, durch die Zündverzugszeit Atzv beabstandet ist. Dem liegt die
Beobachtung zugrunde, dass der Kraftstoff nach Beginn der Einspritzung in den
Brennraum chemisch bedingt eine gewisse Zeit benötigt, um zu zünden und zu verbrennen. Hieraus resultiert die Zündverzugszeit AtZv. innerhalb der durch fortgesetzte Einspritzung eine gewisse Kraftstoffmasse mK,p eingespritzt und mit Luft vermischt wird, die sich als schraffierte Fläche unter dem Ersatz-Einspritzverlauf EV zwischen den Stützpunkten E1 und B1 , also durch Integration des Ersatz-Einspritzverlaufs EV zwischen den Punkten E1 , B1 und damit nach folgender Gleichung (1 ) ergibt:
Figure imgf000017_0001
mit der pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffmasse m
Das Phänomen, dass diese während der Zündverzugszeit AtZv in den Brennraum eingespritzte und mit Brennluft vermischte Kraftstoffmasse mK,p nach der Zündung zu dem durch den Stützpunkt B1 angegebenen Zündzeitpunkt nahezu schlagartig verbrennt, wird als vorgemischte Verbrennung oder Premixed-Verbrennung bezeichnet. Diese wird durch den strichpunktierten Brennverlauf BV1 beschrieben, der annähernd dreieckig verläuft, und dessen linke Flanke den ersten Stützpunkt B1 mit dem zweiten Stützpunkt B2 verbindet. Die Lage des Stützpunkts B2 ist demnach durch die vorgemischte
Verbrennung bestimmt, wobei sie sich insbesondere aus Gleichung (1 ) in
Zusammenhang mit der in der folgenden Gleichung (2) formulierten Bedingung ergibt. Die bei der vorgemischten Verbrennung freigesetzte Wärmemenge Qp ergibt sich als Fläche unter dem Brennverlauf BV1 , also als Fläche unter der strichpunktierten Linie in Figur 2, die sich von dem ersten Stützpunkt B1 zu dem zweiten Stützpunkt B2 und weiter zu dem Stützpunkt B3" erstreckt. Sie ist also zum einen gegeben als Integral des Brennverlaufs BV1 über die Dauer der vorgemischten Verbrennung, mithin über das - in °KW angegebene - Intervall Ätpm. Zum anderen ergibt sich die bei der vorgemischten Verbrennung freigesetzte Wärmemenge Qp auch als Produkt des Heizwerts Hu des Kraftstoffs multipliziert mit der während der Zündverzugszeit Ätzv eingespitzten
Kraftstoffmasse mK,p Hieraus folgt Gleichung (2):
Figure imgf000018_0001
mit der pro Zeiteinheit während der vorgemischten Verbrennung freigesetzten
Wärmemenge
<-""- ; ("
Da die Lage des ersten Stützpunkts B1 für den Brennverlauf bereits durch die
Zündverzugszeit Atzv vorgegeben ist, und sich die Lage des Endpunkts B3" der vorgemischten Verbrennung bei Kenntnis der während der Zündverzugszeit Ätzv eingespritzten Kraftstoffmasse mK,p und der entsprechenden Reaktionsgeschwindigkeiten aus der Dauer der vorgemischten Verbrennung Atpm berechnen lässt, lässt sich die Lage des zweiten Stützpunkts B2 insbesondere dann mithilfe der Gleichungen (1 ) und (2) eindeutig bestimmen, wenn man fordert, dass der Brennverlauf BV1 der vorgemischten Verbrennung bezüglich einer mittig zwischen den Punkten B1 und B3" angeordneten Spiegelebene symmetrisch ausgebildet ist, der zweite Stützpunkt B2 mithin auf der Mittellinie zwischen den Stützpunkten B1 , B3" liegt. Damit ergibt sich insgesamt die Lage des zweiten Stützpunkts B2 vorzugsweise aus der Annahme einer symmetrischen Dreiecksform für den Brennverlauf BV1 der vorgemischten Verbrennung und den
Gleichungen (1 ) und (2).
Eine zweite Verbrennungsphase, die mit der vorgemischten Verbrennung überlappt, wird als Diffusionsverbrennung bezeichnet und in Figur 2 durch den strichliert dargestellten Brennverlauf BV2 beschrieben. Die Grundannahme der Diffusionsverbrennung beruht darauf, dass der während der Einspritzdauer nach Ablauf der Zündverzugszeit AtZv eingespritzte Kraftstoff im Moment des Einspritzens nicht hinreichend mit Brennluft vermischt ist, um gezündet zu werden. Die Vermischung mit Brennluft erfolgt im
Wesentlichen durch Diffusion, sodass der in Figur 2 durch den Stützpunkt B3'
dargestellte Zeitpunkt, zudem die Diffusionsverbrennung einsetzt, von dem
Zündzeitpunkt, der in Figur 2 durch den Stützpunkt B1 dargestellt wird, um eine
Zeitspanne ÄtD versetzt ist, die durch eine Diffusionskonstante des Kraftstoffs in der Brennluft bestimmt ist. Weiterhin wird angenommen, dass die Reaktionsgeschwindigkeit des einmal entzündeten Kraftstoffs sehr viel schneller ist als die durch die
charakteristische Diffusionszeit ÄtD bestimmte Diffusion, sodass die Reaktion vollständig diffusionskontrolliert abläuft. Damit ergibt sich die Lage des zweiten Stützpunkts B4 des Brennverlaufs BV2 für die Diffusionsverbrennung aus dem Verlauf des Ersatz- Einspritzverlaufs EV von dessen Schnittpunkt mit einer Ordinaten-Parallele im Stützpunkt B1 zu dessen zweitem Stützpunkt E2 unter Berücksichtigung der charakteristischen Diffusionszeit AtD.
Die Lage des dritten Stützpunkts des Brennverlaufs BV2 für die Diffusionsverbrennung ergibt sich im Wesentlichen aus dem Verlauf des Ersatz-Einspritzverlaufs EV zwischen den Stützpunkten E2, E3. Insbesondere korreliert die Lage des Stützpunkts B5 mit dem Plateau-Ende des Einspritzverlaufs EV bei dem Stützpunkt E3 unter Berücksichtigung der charakteristischen Diffusionszeit AtD.
Der Stützpunkt E3 des Ersatz-Einspritzverlaufs stellt dabei den Zeitpunkt dar, zudem ein den Kraftstoff eindüsender Injektor seinen Schließhub beginnt. Da dieser eine endliche Zeitspanne in Anspruch nimmt, wird noch bis zu dem tatsächlichen Einspritzende bei dem Stützpunkt E4 Kraftstoff in den Brennraum eingebracht.
Der nach dem Einspritzende noch nicht umgesetzte Kraftstoff verbrennt in einer
Ausbrandphase, die durch die Hyperbel beschrieben wird, welche die Stützpunkte B5, B6 verbindet. Der Parameter b und die Lage des Stützpunktes B6 sind demnach im
Wesentlichen durch diese Ausbrandphase bestimmt.
Als weitere Bedingungen für die Lage der Stützpunkte B4, B5 und B6 sowie den weiteren Parameter b kommt folgendes hinzu: Für die Diffusionsverbrennung steht eine
Kraftstoffmasse mK,D zur Verfügung, die sich als Fläche unter dem Einspritzverlauf EV von dem Stützp
Einspritzende e
diesen Punkten
Figure imgf000020_0001
Die während der Diffusionsverbrennung freigesetzte Wärmemenge QD ergibt sich nun einerseits als Produkt des Heizwerts des Kraftstoffs multipliziert mit der für die
Diffusionsverbrennung zur Verfügung stehenden Kraftstoffmasse mK,D, und andererseits aus der Fläche unter dem Brennverlauf BV2 für die Diffusionsverbrennung, mithin aus dem Integral über den Brennverlauf BV2 von dem Stützpunkt B3' bis zu dem Stützpunkt B6. Hieraus resultiert insgesamt die folgende Gleichung (4):
Figure imgf000020_0002
mit der pro Zeiteinheit während der Diffusionsverbrennung freigesetzten Wärmemenge
Figure imgf000020_0003
Damit ist insgesamt aus den beschriebenen Zusammenhängen und unter den
Bedingungen der Gleichungen (3) und (4) der Brennverlauf BV2 für die
Diffusionsverbrennung aus dem Ersatz-Einspritzverlauf EV berechenbar.
Der Gesamtbrennverlauf BV ergibt sich nun aus einer Superposition beziehungsweise Summe des Brennverlaufs BV1 für die vorgemischte Verbrennung und des Brennverlaufs BV2 für die Diffusionsverbrennung. Damit ist der dritte Stützpunkt B3 des Ersatzbrennverlaufs insbesondere gegeben durch die Lage der Stützpunkte Β3', B3" und der linearen Verbindungen zwischen den Stützpunkten B2 und B3" einerseits, sowie B3' und B4 andererseits.
Es zeigt sich, dass bei einer besonders einfachen Ausführungsform des Verfahrens sowohl der Ersatz-Einspritzverlauf als auch der Ersatzbrennverlauf durch im
Wesentlichen linear miteinander verbundene Stützpunkte beschrieben werden. Bei anderen Ausführungsformen des Verfahrens ist es möglich, mindestens einen solchen linearen Verlauf zwischen zwei Stützpunkten zu ersetzen durch eine vorherbestimmte gewichtete und/oder abgerundete Funktion. Es ist auch möglich, mindestens eine lineare Verbindung zwischen zwei Stützpunkten durch eine vorherbestimmte Funktion zu gewichten. Hierdurch ist es möglich, eine noch genauere Beschreibung des tatsächlichen Einspritzverlaufs und/oder des tatsächlichen Brennverlaufs zu erhalten, ohne dass dabei der Rechen- und Speicheraufwand übermäßig ansteigen würde, weil nur eine geringe Zahl zusätzlicher Parameter hinzutritt, die gegebenenfalls berechnet werden müssen. Insbesondere ist es auch möglich, den Ersatz-Einspritzverlauf und/oder den
Ersatzbrennverlauf durch eine vorherbestimmte, gewichtete und/oder abgerundete Funktion zu beschreiben, die durch die jeweiligen Stützpunkte verläuft.
Es zeigt sich auch, dass die hier beschriebene Ableitung des Ersatzbrennverlaufs BV aus dem Ersatz-Einspritzverlauf EV wesentlich auf der Annahme einer Proportionalität zwischen dem Einspritzverlauf und dem Brennverlauf beruht. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist es jedoch möglich, diese Annahme zu verfeinern, indem die angenommene Proportionalität mit einer vorherbestimmten Funktion gewichtet wird. So ist es möglich, ohne eine erhebliche Erhöhung des Rechen- und Speicheraufwands eine noch genauere Beschreibung der tatsächlichen Vorgänge, insbesondere des
tatsächlichen Einspritzverlaufs und/oder des tatsächlichen Brennverlaufs zu erhalten.
Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens möglich ist, mit geringem
Rechenaufwand, geringer Speicherkapazität und geringer Rechenleistung einen
Ersatzbrennverlauf BV aus einem Ersatz-Einspritzverlauf EV und wenigen motorischen Kenngrößen zu berechnen. Hierbei wirkt sich vereinfachend und Speicherplatz sparend im Wesentlichen aus, dass sowohl der Ersatz-Einspritzverlauf EV als auch der
Ersatzbrennverlauf BV durch wenige Stützpunkte, vorzugsweise vier beziehungsweise sechs Stützpunkte, und gegebenenfalls wenige, vorzugweise einen Zusatzparameter beschrieben sind, indem eine Grundannahme über sowohl eine erste Kurvenform für den Ersatz-Einspritzverlauf EV als auch eine zweite Kurvenform für den Ersatzbrennverlauf BV herangezogen wird. Dabei sind die Zusammenhänge zwischen motorischen
Kenngrößen, welche in die Berechnung des Ersatz-Einspitzverlaufs EV eingehen und dem resultierenden Ersatz-Einspritzverlauf EV vergleichsweise einfach und verständlich. Weiterhin ergibt sich der Ersatzbrennverlauf BV durch relativ einfache Zusammenhänge aus dem Ersatz-Einspritzverlauf EV unter Zuhilfenahme weiterer motorischer
Kenngrößen. Insgesamt entsteht so eine nicht nur mathematisch sehr einfache, leicht und schnell berechenbare, sondern auch physikalisch verständliche Modellierung. Aus dem Ersatzbrennverlauf BV sind wiederum weitere motorische Kenngrößen berechenbar. Die wesentlichen Kenngrößen gemessener Brennverläufe werden durch den mithilfe des Verfahrens berechneten Ersatzbrennverlauf BV genau wiedergegeben. Insbesondere in der Reglersoftware eines Motorsteuergeräts ist eine schnelle und einfache Berechnung des Ersatzbrennverlaufs BV sowie gegebenenfalls mindestens einer weiteren
motorischen Kenngröße möglich. Dabei sind die Wesentlichen motorischen Kenngrößen, die zur Berechnung benötigt werden, direkt aus dem Motorsteuergerät ablesbar, ohne das es weiterer Maßnahmen bedarf. Entsprechend wird auch ein Motorsteuergerät bevorzugt, welches zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, und es wird ein Computerprogrammprodukt bevorzugt, mithilfe dessen das Verfahren durchführbar ist, wenn das Programm auf einem Computer, insbesondere auf einem Computer eines Motorsteuergeräts ausgeführt wird.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Berechnung motorischer Kenngrößen eines Verbrennungsmotors mit folgenden Schritten: Ermitteln eines Ersatz-Einspritzverlaufs (EV) in einer ersten durch Stützpunkte (E1 ,E2,E3,E4) beschriebenen Kurvenform, indem die
Stützpunkte (E1 ,E2,E3,E4) aus mindestens einer ersten motorischen Kenngröße berechnet werden, und Ermitteln eines Ersatzbrennverlaufs (BV) in einer zweiten durch Stützpunkte (B1 ,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8) beschriebenen Kurvenform, indem mindestens ein Stützpunkt (B1 ,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8) aus dem Ersatz- Einspritzverlauf (EV) und mindestens einer zweiten motorischen Kenngröße berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für den Ersatz- Einspritzverlauf (EV) eine Trapezform mit höchstens zehn, vorzugsweise höchstens acht, vorzugsweise höchstens sechs, besonders bevorzugt genau vier Stützpunkten (E1 ,E2,E3,E4) angenommen wird, wobei jeweils ein vorherbestimmter funktionaler Verlauf, vorzugsweise ein linearer und/oder ein mit mindestens einer
vorherbestimmten Funktion gewichteter und/oder abgerundeter Verlauf, zwischen den Stützpunkten (E1 ,E2,E3,E4) angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ersatzbrennverlauf (BV) durch höchstens zwölf, vorzugsweise höchstens zehn, vorzugsweise höchstens acht, bevorzugt genau sechs Stützpunkte
(B1 ,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8) sowie einen vorherbestimmten funktionalen Verlauf zwischen den Stützpunkten (B1 ,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8) beschrieben wird, wobei die zweite Kurvenform vorzugsweise als ein die Stützpunkte
(B1 ,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8) mit Ausnahme des letzten Stützpunkts (B6) mit dem höchsten Abszissenwert verbindender, bevorzugt mit mindestens einer vorherbestimmten Funktion gewichteter und/oder abgerundeter Polygonzug mit einer die letzten beiden Stützpunkte (B5.B6) verbindenden Hyperbel (b)
angenommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste motorische Kenngröße ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus einer Drehzahl, einem Einspritzbeginn, einer Einspritzdauer, einer eingespritzten Kraftstoffmenge, einer Kraftstoff-Temperatur, einer
Kraftstoffdichte, einem Einspritzdruck, einem Zylinderinnendruck zum Zeitpunkt des Einspritzbeginns, und einem Verdichtungsverhältnis.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite motorische Kenngröße ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus einer Zündverzugszeit, einem Öffnungszeitpunkt eines Auslassventils eines Zylinders, einer Drehzahl, einer Ladungsbewegung in dem Zylinder, insbesondere einem Drall, einer Abgasrückführrate, einer Kolbenform, und einem Einspritzparameter.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Ersatzbrennverlauf (BV) mindestens eine weitere motorische
Kenngröße berechnet wird, die vorzugsweise ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Summenbrennverlauf, einem Zylinderdruck in Abhängigkeit eines Kurbelwinkels, einem indizierten Mitteldruck, einem Emissionswert, einem Wirkungsgrad und einer Leistung des Verbrennungsmotors.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für einen Verbrennungsmotor ermittelte Ersatzbrennverlauf (BV) und/oder die mindestens eine weitere motorische Kenngröße herangezogen wird/werden, um den Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu beeinflussen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des Ersatzbrennverlaufs und/oder der weiteren motorischen Kenngröße bei Änderung einer ausgewählten motorischen Kenngröße berechnet wird, wobei die auf diese Weise vorhergesagte Änderung bewertet wird, und wobei die ausgewählte motorische Kenngröße auf der Grundlage der Bewertung verändert oder konstant gehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Änderungen der ausgewählten motorischen Kenngröße in Hinblick auf resultierende Änderungen des Ersatzbrennverlaufs (BV) und/oder der weiteren motorischen Kenngröße bewertet werden, wobei die ausgewählte motorische Kenngröße auf der Grundlage dieser Bewertungen verändert oder konstant gehalten wird, und/oder dass das Verfahren iterativ durchgeführt wird, wobei das Verfahren vorzugsweise zur Regelung einer motorischen Kenngröße im Betrieb des Verbrennungsmotors herangezogen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ersatz-Einspritzverlauf EV) und/oder der Ersatzbrennverlauf (BV) für mindestens einen Betriebspunkt im Kennfeld eines Verbrennungsmotors ermittelt wird/werden, wobei der Ersatzbrennverlauf (BV) anhand des Ersatz- Einspritzverlaufs (EV) für weitere Betriebspunkte des Kennfeld umgerechnet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Motorsteuergerät durchgeführt wird.
12. Datenverarbeitungssystem, insbesondere Motorsteuergerät, ausgebildet zur
Berechnung motorischer Kenngrößen, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungssystem, insbesondere das Motorsteuergerät, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.
13. Computerprogrammprodukt, mit Programmcode-Mitteln, die auf einem Computerlesbaren Datenträger, insbesondere einem Mikrochip eines Motorsteuergeräts, gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11
durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer, insbesondere einem Computer eines Motorsteuergeräts, ausgeführt wird.
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