WO2017148671A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines einspritzzeitpunkts zum einspritzen eines kraftstoffs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines einspritzzeitpunkts zum einspritzen eines kraftstoffs Download PDF

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Gerhard Eser
Erwin Achleitner
Florian Kleiner
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining an injection time for injecting a fuel into a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
  • the He ⁇ invention further relates to a device for determining a fuel injection timing for injecting a fuel into a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
  • DE 10 2006 010 094 AI discloses a method for Tempe ⁇ rule determination in the exhaust system of an internal combustion engine with a control device, starting from at least one operating variable, a temperature or a temperature profile of an exhaust gas in the exhaust system is calculated from an energy balance.
  • DE 10 2008 020 933 B4 discloses a method for plausibility check of a temperature measurement in an internal combustion engine.
  • DE 44 33 631 AI discloses a method for forming a signal, with respect to a temperature in the exhaust system of a
  • a signal for the exhaust gas temperature upstream of the catalyst ge ⁇ forms or a signal for the temperature in the catalyst or a signal for the temperature downstream of the catalyst.
  • the DE 10 2007006 341 Al discloses a method for controlling an internal combustion engine in motor vehicles with determination of various setting parameters by means of an electronic control device in dependence on operating parameters, the adjustment parameters is formed from a base value and at least one correction value and a correction value in depen ⁇ dependence of a estimated combustion chamber wall temperature is determined.
  • the object underlying the invention is to help reduce emissions.
  • the invention is characterized by a method for determining an injection time for injecting a fuel into a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
  • the invention is further characterized by a device for determining an injection time for injecting a fuel into a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
  • a torque of the internal combustion engine is determined.
  • a speed of the internal combustion engine is determined.
  • a cylinder wall temperature of the cylinder is determined.
  • the injection time is determined.
  • the torque can also be referred to as a load torque or as a load.
  • the injection time is only determined by parameters such as load and speed, these parameters are only valid for certain combustion chamber temperatures.
  • the temperature is changed, for example, the exhaust steam obtained from the fuel is changed and incomplete combustion occurs. The result is an exceedance of the particle limit values.
  • the injection timing can be determined depending on a coolant temperature. However, this temperature does not represent the relevant reference in the combustion chamber.
  • a piston head temperature of the cylinder is determined, and depending on the Kol ⁇ benbodentemperatur the injection timing is determined.
  • the piston crown temperature can be determined, for example by means of a ge ⁇ suitable model.
  • a first characteristic map is provided, which is representative of a characteristic map for determining the injection time point, which is provided for an internal combustion engine in a first operating mode.
  • a first value of the first characteristic map is determined.
  • the first value is weighted depending on the cylinder wall temperature.
  • the injection time is determined.
  • a second map is provided which is representative of a map for determining the injection timing, which is provided for an internal combustion engine in a second operating mode, which differs from the first operating mode.
  • a second value of the second characteristic map is determined.
  • the second value is weighted depending on the cylinder wall temperature.
  • the injection time is determined. This makes it possible, in particular when using the first and second maps, to be easily selected between two parameter sets, or to be blended from one parameter set into the other parameter set.
  • the first map is representative of a map for determining the injection timing, which is provided for an internal combustion engine in a normal operating mode and the second map is representative of a map for determining the injection timing, which is provided for an internal combustion engine at a load change is.
  • the cylinder wall temperature is determined by means of a predetermined cylinder wall temperature model.
  • the cylinder wall temperature model is a thermodynamic Temperaturmo ⁇ dell.
  • thermodynamic model that play based at ⁇ on the first law of thermodynamics
  • the real cylinder wall temperature can be modeled very accurately.
  • the determined cylinder wall temperature is representative of a dynamic cylinder wall temperature, which is determined as a function of a static cylinder wall temperature.
  • the thermal inertia of the cylinder head and the Mo ⁇ torblocks can be taken into account, so that the real cylinder ⁇ wall temperature can be modeled very accurately.
  • the cylinder wall temperature is determined as a function of a determined cylinder pressure, a determined displacement volume of the cylinder, a determined air mass and a determined indexed engine torque.
  • the cylinder wall temperature is determined as a function of a determined exhaust gas temperature.
  • the cylinder wall temperature can be determined very accurately.
  • the cylinder wall temperature can also be determined free of the exhaust gas temperature, the exhaust gas temperature is therefore not necessary for the determination of the cylinder wall temperature. Thus, no exact modeling of the exhaust gas temperature or an exhaust gas temperature sensor is necessary.
  • the cylinder wall temperature model comprises the modular intermediate variables average gas temperature in the cylinder chamber, indicated mean pressure of the cylinder, heat transfer coefficient in the combustion chamber and static cylinder wall temperature.
  • FIG. 1 shows a flow chart for determining an injection time
  • FIG. 2 shows a further flowchart for determining a
  • Figure 3 is a graph with values of determined cylinder wall temperatures.
  • FIG. 1 shows a flowchart of a program for determining an injection time for injecting a
  • the program can be processed by a control device 50, for example.
  • This is the control device 50 includes in particular an arithmetic unit, a program and data memory ⁇ , as well as one or more communica ⁇ tion interface.
  • the program and data memory and / or the arithmetic unit and / or the communication ⁇ interfaces can be formed in a unit and / or distributed over several units.
  • the program is stored on the data and program memory of the control device 50 for this purpose.
  • the control device 50 can also be referred to as an apparatus for determining the injection time.
  • a step Sl the program is started and, if necessary, variables are initialized.
  • a torque M of the internal combustion engine is determined.
  • a rotational speed N of the internal combustion engine is determined.
  • a cylinder wall temperature ZT of the cylinder is determined.
  • the injection timing is determined as a function of the cylinder wall temperature ZT, the torque M and the rotational speed N.
  • step S the program is completed and can be ge ⁇ optionally re-started in step Sl. Al ⁇ tively, the program is again continued in step S3 and not finished.
  • FIG. 2 shows another flow chart for determining a fuel injection timing, and in particular Figure 2 shows a detail ⁇ profiled example of the step S7.
  • a first map is provided which is repre sentative ⁇ of a map for determining the injection timing, which is provided for an internal combustion engine in a first mode of operation.
  • a first value of the first characteristic map is determined in a step S701.
  • the first value is weighted depending on the cylinder wall temperature ZT, for example, by the Cylinder wall temperature ZT is normalized and multiplied by the first value.
  • a second map is provided which is representative of a map for determining the injection timing, which is provided for an internal combustion engine in a second operating mode, which differs from the first operating mode.
  • a second value of the second characteristic map is determined in a step S705.
  • the second value is weighted depending on the cylinder wall temperature ZT, for example, by normalizing the cylinder wall temperature ZT and subtracting it from the value 1 and multiplying the result thereof by the second value.
  • the injection instant is determined as a function of the weighted first value and / or as a function of the weighted second value, for example by adding the first value to the second value.
  • the cylinder wall temperature is determined, for example, by means of a predetermined cylinder wall temperature model.
  • thermodynamics dQ fuel
  • this energy balancing can be converted, for example, into a balancing of the heat flows. It will the relationship between the convective heat flow to the cylinder wall temperature, which transported through the cylinder wall by heat conduction and in turn convection transmitted heat flow to the coolant:
  • A. CW effective heat flow cross-section of the cylinder wall, lcw mean cylinder wall temperature of the combustion chamber side, mean cylinder wall temperature of the coolant side,
  • ⁇ a calculation model for the stationary case can be derived ⁇ , which consists in principle of three parts.
  • the first part is the determination of the gas-side model parameters.
  • the third part deals with calculations from thermal management. In the second part, these calculations are combined by calculating the wall transitions.
  • the average gas temperature T G can be calculated with knowledge of the cylinder pressure P cyl , the stroke volume V of the air mass MAF and the gas constant R:
  • the inlet temperature T in must be taken into account.
  • the parameters al and a2 must be determined empirically.
  • the exhaust gas temperature weighted by the parameter a3 can also be included in the equation.
  • the gas temperature can still be corrected by the lambda value, since the firing temperature is cooler at lambda values ⁇ > 1.
  • the indicated mean pressure P cyl is calculated via the indicated torque TQI and the displacement V ,.
  • the calculation of the heat transfer coefficient a G in the combustion chamber can be determined according to Woschni
  • a G 130-5 - P, - T G - v G
  • the speed of the charge movement is approximated in the first approach on the basis of the piston speed.
  • the charge movement by Swirl, Tumble, etc. are taken into account.
  • the coolant velocity and kinematic viscosity can be estimated. This dependence can be approximated as a polynomial or as a characteristic field in the engine control.
  • the number of radicals Re t can then be calculated from the inside diameter D. of the cooling channel and the coolant velocity v coolant , as well as the kinematic viscosity n.
  • the kinema ⁇ diagram viscosity n is an expression of the internal friction of a liquid.
  • the kinematic viscosity is the quotient of the dynamic viscosity and the density of the liquid.
  • the prism number has a strong temperature dependence and can also be determined as a polynomial winding or with the aid of a characteristic map.
  • the Nusselt number can be determined from the prantl number and the Reynolds number.
  • the parameter k is determined from the effective thermal mass of the cylinder and the specific heat capacity he ⁇ averages
  • Tcyi oid stands for the dynamic cylinder temperature from a previous calculation cycle.
  • FIG. 3 shows a graph with values of determined cylinder wall temperatures ZT.
  • the top two lines are representative of the (dynamic) cylinder wall temperature ZT determined by means of the above cylinder wall model and a reference temperature RT determined by means of sensor technology.
  • the references rence temperature RT is the line with the stronger noise.
  • the third line from the top is representative of the coolant temperature KT.
  • the fourth line from above is representative of the torque M and the fifth line for the rotational speed N.
  • the injection time is determined only by parameters such as load and speed, so when changing the temperature, for example, the Abdampf the fuel is changed and there is an incomplete combustion, since the parameters load and speed are valid only at certain combustion chamber temperatures. Consequently, the particle limit values may be exceeded.
  • the cylinder wall temperature ZT an improvement in the emission can be achieved, in particular with regard to the number of particles and particle size, in particular in comparison with a determination as a function of the coolant temperature KT. If the cylinder wall temperature ZT is determined free from the exhaust gas temperature, then no exact modeling of the exhaust gas temperature or an exhaust gas temperature sensor is necessary.
  • An advantage of the cylinder wall temperature model described above resides in the modular physical modeling. Thus, depending on the component, intermediate sizes can be determined.
  • a piston head temperature of the cylinder can be determined and determined depending on the piston head temperature of the injection timing.
  • the piston bottom temperature can likewise be determined similarly to the cylinder wall temperature by means of a suitable model.
  • the first value of the first characteristic map and the second value of the second characteristic field can thus optionally also be weighted as a function of the cylinder wall temperature and the piston bottom temperature.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines Kraftstoffs Zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines Kraftstoffs ineinen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine wird ein Drehmoment (M) der Brennkraftmaschine ermittelt. Eine Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine wird ermittelt. Eine Zylinderwandtemperatur (ZT) des Zylinders wird ermittelt. Abhängig von der Zylinderwandtemperatur (ZT), dem Drehmoment (M) und der Drehzahl (N) wird der Einspritzzeitpunkt ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines Kraftstoffs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Die Er¬ findung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine.
Bei zunehmender Schärfe an gesetzlichen Anforderungen bezüglich Emission von limitierten Schadstoffen ist es erforderlich, den Kraftstoff exakt zum richtigen Zeitpunkt in der idealen Weise in die Brennkammer einzubringen.
Die DE 10 2006 010 094 AI offenbart ein Verfahren zur Tempe¬ raturbestimmung im Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung, wobei ausgehend von mindestens einer Betriebsgröße eine Temperatur bzw. ein Temperaturverlauf eines Abgases im Abgassystem aus einer Energiebilanzierung berechnet wird . Die DE 10 2008 020 933 B4 offenbart ein Verfahren zur Plau- sibilitätsprüfung einer Temperaturmessung bei einer Brennkraftmaschine .
Die DE 44 33 631 AI offenbart ein Verfahren zur Bildung eines Signals, bezüglich einer Temperatur im Abgassystem einer
Brennkraftmaschine. Mit dem Verfahren kann beispielsweise ein Signal für die Abgastemperatur stromauf des Katalysators ge¬ bildet werden oder ein Signal für die Temperatur im Katalysator oder ein Signal für die Temperatur stromab des Katalysators. Die DE 10 2007006 341 AI offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit Bestimmung von verschiedenen Einstellparametern mittels eines elektronischen Steuergeräts in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wobei die Einstellparameter aus einem Grundwert und mindestens einem Korrekturwert gebildet wird und ein Korrekturwert in Abhän¬ gigkeit von einer geschätzten Brennraumwandtemperatur bestimmt wird . Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es dazu beizutragen Emissionen zu vermindern.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung zeichnet sich des Weiteren aus durch eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine . Bei dem Verfahren wird ein Drehmoment der Brennkraftmaschine ermittelt. Eine Drehzahl der Brennkraftmaschine wird ermittelt. Eine Zylinderwandtemperatur des Zylinders wird ermittelt.
Abhängig von der Zylinderwandtemperatur, der Drehzahl und dem Drehmoment wird der Einspritzzeitpunkt ermittelt.
Anschließend kann abhängig von dem ermittelten Einspritzzeitpunkt das Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine gesteuert werden. Das Drehmoment kann auch als Lastmoment oder als Last bezeichnet werden .
Wird der Einspritzzeitpunkt nur durch Parameter wie Last und Drehzahl bestimmt, so sind diese Parameter nur für bestimmte Brennraumtemperaturen gültig. Bei Änderung der Temperatur wird zum Beispiel das Abdampf erhalten des Kraftstoffs verändert und es kommt zu einer unvollständigen Verbrennung. Die Folge ist eine Überschreitung der Partikelgrenzwerte. Alternativ kann der Einspritzzeitpunkt abhängig von einer Kühlmitteltemperatur ermittelt werden. Allerdings stellt diese Temperatur nicht die in der Brennkammer relevante Bezugsgröße dar.
Durch obiges Verfahren kann durch Verwenden der Zylinder- wandtemperatur eine Verbesserung in der Emissionierung, insbesondere eine Verminderung der Partikelanzahl und Partikelgröße erreicht werden, insbesondere im Vergleich zu einer Ermittlung abhängig von der Kühlmitteltemperatur. Gemäß einer optionalen Ausgestaltung wird eine Kolbenbodentemperatur des Zylinders ermittelt und abhängig von der Kol¬ benbodentemperatur wird der Einspritzzeitpunkt ermittelt. Die Kolbenbodentemperatur kann beispielsweise mittels eines ge¬ eigneten Modells ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird ein erstes Kennfeld bereitgestellt, das repräsentativ ist für ein Kennfeld zur Ermittlung des Einspritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebsmodus vorgesehen ist . Abhängig von dem Drehmoment und der Drehzahl wird ein erster Wert des ersten Kennfelds ermittelt. Der erste Wert wird abhängig von der Zylinderwandtemperatur gewichtet. Abhängig von dem gewichteten ersten Wert wird der Einspritzzeitpunkt ermittelt. Hierdurch kann ein abhängig von dem Drehmoment und der Drehzahl ermittelter Einspritzzeitpunkt einfach abhängig von der Zylinderwandtemperatur angepasst werden. Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird ein zweites Kennfeld bereitgestellt, das repräsentativ ist für ein Kennfeld zur Ermittlung des Einspritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebsmodus vorgesehen ist, der sich von dem ersten Betriebsmodus unterscheidet. Abhängig von dem Drehmoment und der Drehzahl wird ein zweiter Wert des zweiten Kennfelds ermittelt. Der zweite Wert wird abhängig von der Zylinderwandtemperatur gewichtet. Abhängig von dem gewichteten zweiten Wert wird der Einspritzzeitpunkt ermittelt. Hierdurch kann, insbesondere bei Verwenden des ersten und zweiten Kennfelds, auf einfache Weise zwischen zwei Parametersätzen ausgewählt werden, bzw. von einem Parametersatz in den anderen Parametersatz überblendet werden. Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung ist das erste Kennfeld repräsentativ für ein Kennfeld zur Ermittlung des Einspritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine in einem normalen Betriebsmodus vorgesehen ist und das zweite Kennfeld ist repräsentativ für ein Kennfeld zur Ermittlung des Einspritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine bei einem Lastwechsel vorgesehen ist.
Insbesondere bei einem Lastwechsel ist ein Parametersatz für eine geringe Emission notwendig, welcher sich von einem Parametersatz für einen normalen Betriebsmodus unterscheidet. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Überblendfunktion zwischen dem ersten Kennfeld und dem zweiten Kennfeld erreicht werden. Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird die Zylinderwandtemperatur mittels eines vorgegebenen Zylinderwandtemperaturmodells ermittelt.
Hierdurch ist kein Referenzsensor notwendig. Durch die Verwendung eines Zylinderwandtemperaturmodells kann die reale Zylinderwandtemperatur sehr exakt nachgebildet werden.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung ist das Zylinderwandtemperaturmodell ein thermodynamisches Temperaturmo¬ dell.
Gerade mit einem thermodynamischen Modell, welches bei¬ spielsweise auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik basiert, kann die reale Zylinderwandtemperatur sehr exakt nachgebildet werden .
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung ist die ermittelte Zylinderwandtemperatur repräsentativ für eine dynamische Zylinderwandtemperatur, die abhängig von einer statischen Zylinderwandtemperatur ermittelt wird.
Durch die Ermittlung einer dynamischen Zylinderwandtemperatur kann die thermische Trägheit des Zylinderkopfs und des Mo¬ torblocks berücksichtigt werden, so dass die reale Zylinder¬ wandtemperatur sehr exakt nachgebildet werden kann.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird die Zylinderwandtemperatur abhängig von einem ermittelten Zylinderdruck, einem ermittelten Hubvolumen des Zylinders, einer ermittelten Luftmasse und einem ermittelten indizierten Motormoment ermittelt. r
Diese Größen, also der Zylinderdruck, das Hubvolumen des Zylinders, die Luftmasse und das indizierte Motormoment, sind sehr einfach durch meist schon vorhandene Sensorik und/oder durch Motordaten ermittelbar, so dass hiermit das Zylinderwandtem- peratur sehr einfach und kostengünstig realisiert werden kann.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird die Zylinderwandtemperatur abhängig von einer ermittelten Abgastemperatur ermittelt.
Durch die Ermittlung abhängig von einer ermittelten Abgastemperatur kann die Zylinderwandtemperatur sehr exakt bestimmt werden .
Alternativ kann die Zylinderwandtemperatur auch frei von der Abgastemperatur ermittelt werden, die Abgastemperatur ist also für die Bestimmung der Zylinderwandtemperatur nicht notwendig. Es ist somit auch keine exakte Modellierung der Abgastemperatur bzw. ein Abgastemperatursensor notwendig.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung umfasst das Zylinderwandtemperaturmodell die modularen Zwischengrößen mittlere Gastemperatur im Zylinderraum, indizierten Mitteldruck des Zylinders, Wärmeübergangskoeffizient im Brennraum und statische Zylinderwandtemperatur .
Der Vorteil eines solchen Zylinderwandtemperaturmodells liegt in der modularen physikalischen Modellierung. Somit können komponentenabhängig Zwischengrößen bestimmt werden. Dies erlaubt eine einfache Kalibrierung der Zylinderwandtemperatur, da keine mehrdimensionalen Abhängigkeiten in Kennfeldern für die Ermittlung der Zylinderwandtemperatur bestimmt werden müssen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Ablaufdiagramm zum Ermitteln eines Einspritz- Zeitpunkts,
Figur 2 ein weiteres Ablaufdiagramm zum Ermitteln eines
Einspritz Zeitpunkts , Figur 3 ein Graph mit Werten von ermittelten Zylinderwandtemperaturen .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines
Kraftstoffs in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine . Das Programm kann beispielsweise von einer Steuervorrichtung 50 abgearbeitet werden. Die Steuervorrichtung 50 weist hierfür insbesondere eine Recheneinheit, einen Programm- und Daten¬ speicher, sowie beispielsweise eine oder mehrere Kommunika¬ tionsschnittstellen auf. Der Programm- und Datenspeicher und/oder die Recheneinheit und/oder die Kommunikations¬ schnittstellen können in einer Baueinheit und/oder verteilt auf mehrere Baueinheiten ausgebildet sein. Auf dem Daten- und Programmspeicher der Steuervorrichtung 50 ist hierfür insbesondere das Programm gespeichert.
Die Steuervorrichtung 50 kann auch als Vorrichtung zum Ermitteln des Einspritzzeitpunkts bezeichnet werden. In einem Schritt Sl wird das Programm gestartet und es werden gegebenenfalls Variablen initialisiert.
In einem Schritt S3 wird ein Drehmoment M der Brennkraftmaschine ermittelt.
In einem Schritt S5 wird eine Drehzahl N der Brennkraftmaschine ermittelt . In einem Schritt S7 wird eine Zylinderwandtemperatur ZT des Zylinders ermittelt.
In einem Schritt S9 wird abhängig von der Zylinderwandtemperatur ZT, dem Drehmoment M und der Drehzahl N der Einspritzzeitpunkt ermittelt.
In einem Schritt Sil wird das Programm beendet und kann ge¬ gebenenfalls wieder in dem Schritt Sl gestartet werden. Al¬ ternativ wird das Programm wieder in dem Schritt S3 fortgesetzt und nicht beendet.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts, insbesondere zeigt Figur 2 ein detail¬ liertes Beispiel des Schrittes S7.
Hierbei wird ein erstes Kennfeld bereitgestellt, das reprä¬ sentativ ist für ein Kennfeld zur Ermittlung des Einspritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebsmodus vorgesehen ist. Abhängig von dem Drehmoment M und der Drehzahl N wird in einem Schritt S701 ein erster Wert des ersten Kennfelds ermittelt.
In einem Schritt S703 wird der erste Wert abhängig von der Zylinderwandtemperatur ZT gewichtet, beispielsweise indem die Zylinderwandtemperatur ZT normiert wird und mit dem ersten Wert multipliziert wird.
Optional wird ein zweites Kennfeld bereitgestellt, das re- präsentativ ist für ein Kennfeld zur Ermittlung des Einspritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebsmodus vorgesehen ist, der sich von dem ersten Betriebsmodus unterscheidet. Abhängig von dem Drehmoment M und der Drehzahl N wird in einem Schritt S705 ein zweiter Wert des zweiten Kennfelds ermittelt.
In einem Schritt S707 wird der zweite Wert abhängig von der Zylinderwandtemperatur ZT gewichtet, beispielsweise indem die Zylinderwandtemperatur ZT normiert wird und von dem Wert 1 subtrahiert wird und das Ergebnis davon mit dem zweiten Wert multipliziert wird.
In einem Schritt S709 wird abhängig von dem gewichteten ersten Wert und/oder abhängig von dem gewichteten zweiten Wert der Einspritzszeitpunkt ermittelt, beispielsweise indem der erste Wert mit dem zweiten Wert addiert wird.
Die Zylinderwandtemperatur wird beispielsweise mittels eines vorgegebenen Zylinderwandtemperaturmodells ermittelt.
Zur Ermittlung des Zylinderwandtemperaturmodells kann bei¬ spielsweise der erste Hauptsatz der Thermodynamik angewendet werden : dU = dQfuel | dQw | dWt | dHinlet | dHexhaust | dHblowby dCRK dCRK dCRK dCRK dCRK dCRK dCRK '
Die Summe aus der über den Kraftstoff zugeführten Wärme dQfuel = dmfuel
dCRK dCRK entspricht dem Wandwärmestrom
Figure imgf000012_0001
der technischen Arbeit
dWt dVcyl
dCRK Pcyl dCRK ' dem über Einlassventile eintretenden Enthalpiestrom
dHinlet _ y » ^minlet,k
dCRK " in!et'k dCRK dem entsprechenden über Auslassventile austretenden Enthai piestrom dH0Utlet _ dmoutiet,k y ^ * dmouüe k
dCRK dCRK ^'* dCRK und dem Leckagaeenthalpiestrom
Figure imgf000012_0002
Als Vereinfachung kann diese Energiebilanzierung beispielsweise in eine Bilanzierung der Wärmeströme überführt werden. Dabei wird der Zusammenhang zwischen dem konvektiven Wärmestrom an die Zylinderwandtemperatur, der durch die Zylinderwand durch Wärmeleitung transportierten und wiederum durch Konvektion übertragenen Wärmestrom an das Kühlmittel hergestellt:
Figure imgf000013_0001
dZ CW
^coolant ' ^cool ' ^ CW ,cool ^ cool)
dt
Hierbei werden folgende Abkürzungen verwendet: mittlerer Wärmeübergangskoeffizient der Gasseite,
A G wirksamer Wärmestromquerschnitt der Gasseite,
T mittlere Temperatur der Gasseite (Zylinderraum) , λ ',CW Wärmeleitfähigkeit der Brennraumwand,
' CW (wirksame) Dicke der Brennraumwand,
A. CW wirksamer Wärmestromquerschnitt der Zylinderwand, lcw mittlere Zylinderwandtemperatur der Brennraumseite, mittlere Zylinderwandtemperatur der Kühlmittelseite,
^coolant Wärmeübergangskoeffizient des Kühlmittels,
wirksame Fläche der Kühlmittelseite, cool Kühlmitteltemperatur,
M cyl wirksame Masse des Zylinders,
C cyl spezifische Wärmekapazität des Zylinders.
Daraus kann ein Berechnungsmodell für den Stationärfall her¬ geleitet werden, welches im Prinzip aus drei Teilen besteht. Der erste Teil ist die Bestimmung der gasseitigen Modellparameter. Der dritte Teil beschäftigt sich mit Berechnungen aus dem Thermomanagement . Im zweiten Teil werden diese Berechnungen durch die Berechnung der Wandübergänge zusammengeführt. αΰΑβ (Τα Tcw) — CW ACW (TCW Tcw.cool) — acoolantACool (Tcw,cool Tcool)
Die mittlere Gastemperatur TG kann unter Kenntnis des Zylinderdrucks Pcyl , des Hubvolumens V der Luftmasse MAF und der Gaskonstante R berechnet werden:
P - V
MAF R 1 m
Hierbei muss die Einlasstemperatur Tin berücksichtigt werden.
Die Parameter al und a2 müssen empirisch ermittelt werden. Optional kann auch noch die Abgastemperatur gewichtet durch den Parameter a3 in die Gleichung einbezogen werden. Die Gastemperatur kann noch durch den Lambdawert korrigiert werden, da die Brenntemperatur bei Lambdawerten <> 1 kühler ist.
Der indizierte Mitteldruck Pcyl wird über das indizierte tormoment TQI und dem Hubvolumen V , berechnet
Die Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten aG im Brennraum kann nach Woschni bestimmt werden
1 D-0,2 r> 0,8 -0,53
aG =130-5 - P , - TG - vG
Die Geschwindigkeit der Ladungsbewegung wird im ersten Ansatz anhand der Kolbengeschwindigkeit approximiert. Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann auch die Ladungsbewegung durch Swirl, Tumble, etc. berücksichtigt werden.
Das Thermomanagement einer Brennkraftmaschine ist sehr komplex aufgrund einer Vielzahl an hydraulischen Steuerelementen
(diverse Pumpen und Schaltventile) . Somit ist es vorteilhaft auf vereinfachte Modelle bzw. Schätzungen zurückzugreifen.
Ein Ansatz ist eine Dimensionsanalyse, beispielsweise durch eine Regressionsanalyse auf Basis des Levenberg-Marquardt- Algorithmus. Aufgrund dieser empirischen Herangehensweise kann die Kühlmittelgeschwindigkeit und die kinematische Viskosität geschätzt werden. Diese Abhängigkeit kann als Polynom bzw. als Kennfeld in der Motorsteuerung approximiert werden. Die Rey- noltszahl Ret kann anschließend aus dem Innendurchmesser D. des Kühlkanals und der Kühlmittelgeschwindigkeit vcoolant, sowie der kinematischen Viskosität n berechnet werden. Die kinema¬ tische Viskosität n ist ein Ausdruck für die innere Reibung einer Flüssigkeit. Die kinematische Viskosität ist der Quotient aus der dynamischen Viskosität und der Dichte der Flüssigkeit.
D i. v cool ,ant
k n
Die Prantlzahl besitzt eine starke Temperaturabhängigkeit und kann auch als eine Polynomentwicklung bzw. mit Hilfe eines Kennfelds bestimmt werden. Aus der Prantlzahl und der Rey- noldtszahl kann die Nusselt-Zahl ermittelt werden.
Aus der Nusselt-Zahl Nucoolant, der Wärmeleitfähigkeit des
Kühlmittels λ und des Durchmesses des Kühlkanals D. kann der Wärmeübergangskoeffizient occoolant berechnet werden = NUcoolant - coolant j~
Als letzter Schritt wird aus diesen Zwischengrößen die statische Zylinderwandtemperatur Tcyl sm bestimmt a Z +U
z crool
cyl,stat G+U
U stellt hier den Ersatzwärmeleitwert dar
T _ T
L CW 1 cool)
Zur Bestimmung der dynamischen Zylinderwandtemperatur Γ ; muss noch die thermische Trägheit des Zylinderkopfs berücksichtigt werden. Der Parameter k wird dabei aus der wirksamen thermischen Masse des Zylinders und der spezifischen Wärmekapazität er¬ mittelt
Figure imgf000016_0002
Tcyi oid steht hierbei für die dynamische Zylindertemperatur aus einem vorigen Berechnungszyklus.
Figur 3 zeigt einen Graph mit Werten von ermittelten Zylinderwandtemperaturen ZT. Die obersten beiden Linien sind re- präsentativ für die mittels des obigen Zylinderwandmodells ermittelte (dynamische) Zylinderwandtemperatur ZT und eine mittels Sensorik ermittelte Referenztemperatur RT . Die Refe- renztemperatur RT ist hierbei die Linie mit dem stärkeren Rauschen. Die dritte Linie von oben ist repräsentativ für die Kühlmitteltemperatur KT. Die vierte Linie von oben ist repräsentativ für das Drehmoment M und die fünfte Linie für die Drehzahl N.
Wie in Figur 3 zu sehen ist, folgt die dynamische Zylinder¬ wandtemperatur ZT der Referenztemperatur RT im dargestellten Instationärfall , wo hingegen die Kühlmitteltemperatur KT nur sehr langsam absinkt.
Wird der Einspritzzeitpunkt nur durch Parameter wie Last und Drehzahl bestimmt, so wird bei einer Änderung der Temperatur zum Beispiel das Abdampfverhalten des Kraftstoffs verändert und es kommt zu einer unvollständigen Verbrennung, da die Parameter Last und Drehzahl nur bei bestimmten Brennraumtemperaturen gültig sind. Folglich kann es zu einer Überschreitung der Partikelgrenzwerte kommen. Somit kann durch Verwenden der Zylinderwandtemperatur ZT eine Verbesserung in der Emissionierung insbesondere bei der Partikelanzahl und Partikelgröße erreicht werden, insbesondere im Vergleich zu einer Ermittlung abhängig von der Kühlmitteltemperatur KT. Wird die Zylinderwandtemperatur ZT frei von der Abgastemperatur ermittelt, so ist keine exakte Modellierung der Abgastemperatur bzw. ein Abgastemperatursensor notwendig. Ein Vorteil des obig beschriebenen Zylinderwandtemperaturmodells liegt in der modularen physikalischen Modellierung. Somit können komponentenabhängig Zwischengrößen bestimmt werden. Dies er- laubt eine einfache Kalibrierung der Zylinderwandtemperatur ZT, da keine mehrdimensionalen Abhängigkeiten in Kennfeldern für die Ermittlung der Zylinderwandtemperatur ZT bestimmt werden müssen. Zusätzlich kann eine Kolbenbodentemperatur des Zylinders ermittelt werden und abhängig von der Kolbenbodentemperatur der Einspritzzeitpunkt ermittelt werden. Die Kolbenbodentemperatur kann beispielsweise ebenfalls ähnlich wie die Zylinderwand- temperatur mittels eines geeigneten Modells ermittelt werden. Insbesondere kann somit optional auch der erste Wert des ersten Kennfelds und der zweite Wert des zweiten Kennfelds abhängig von der Zylinderwandtemperatur und der Kolbenbodentemperatur gewichtet werden.
, ^
Bezugs zeichenliste
Schritte
Steuervorrichtung
Kühlmitteltemperatur
Drehmoment
Drehzahl
Referenztemperatur Zylinderwandtemperatur

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, bei dem
- ein Drehmoment (M) der Brennkraftmaschine ermittelt wird,
- eine Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine ermittelt wird,
- eine Zylinderwandtemperatur (ZT) des Zylinders ermittelt wird und
- abhängig von der Zylinderwandtemperatur (ZT) , dem Drehmoment (M) und der Drehzahl (N) der Einspritzzeitpunkt ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
- eine Kolbenbodentemperatur des Zylinders ermittelt wird und abhängig von der Kolbenbodentemperatur der Einspritzzeitpunkt ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
- ein erstes Kennfeld bereitgestellt wird, das repräsentativ ist für ein Kennfeld zur Ermittlung des Einspritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine in einem ersten Be¬ triebsmodus vorgesehen ist und
- abhängig von dem Drehmoment (M) und der Drehzahl (N) ein erster Wert des ersten Kennfelds ermittelt wird,
- der erste Wert abhängig von der Zylinderwandtemperatur (ZT) gewichtet wird und
- abhängig von dem gewichteten ersten Wert der Einspritzzeitpunkt ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem
- ein zweites Kennfeld bereitgestellt wird, das repräsentativ ist für ein Kennfeld zur Ermittlung des Einspritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine in einem zweiten Be- triebsmodus vorgesehen ist, der sich von dem ersten Betriebsmodus unterscheidet und
- abhängig von dem Drehmoment (M) und der Drehzahl (N) ein zweiter Wert des zweiten Kennfelds ermittelt wird,
- der zweite Wert abhängig von der Zylinderwandtemperatur (ZT) gewichtet wird und
- abhängig von dem gewichteten zweiten Wert der Einspritzzeitpunkt ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das erste Kennfeld re¬ präsentativ ist für ein Kennfeld zur Ermittlung des Einspritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine in einem normalen Betriebsmodus vorgesehen ist und das zweite Kennfeld repräsentativ ist für ein Kennfeld zur Ermittlung des Ein- spritzzeitpunktes, welches für eine Brennkraftmaschine bei einem Lastwechsel vorgesehen ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zylinderwandtemperatur (ZT) mittels eines vorgegebenen Zy- linderwandtemperaturmodells ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Zylinderwandtempera¬ turmodell ein thermodynamisches Temperaturmodell ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die ermittelte
Zylinderwandtemperatur (ZT) repräsentativ ist für eine dynamische Zylinderwandtemperatur, die abhängig von einer statischen Zylinderwandtemperatur ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Zylinderwandtemperatur (ZT) abhängig von einem ermittelten Zylinderdruck, einem ermittelten Hubvolumen des Zylinders, einer ermittelten Luftmasse und einem ermittelten indizierten Motormoment ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Zylinderwandtemperatur (ZT) abhängig von einer ermittelten Abgastemperatur ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Zylinderwandtemperaturmodell die modularen Zwischengrößen mittlere Gastemperatur im Zylinderraum, indizierten Mitteldruck des Zylinders, Wärmeübergangskoeffizient im Brennraum und statische Zylinderwandtemperatur umfasst.
12. Vorrichtung zum Ermitteln eines Einspritzzeitpunkts zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
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