AT6293U1 - Verfahren zur regelung bzw. steuerung einer in einem kreisprozess arbeitenden brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung bzw. Steuerung einer in einem Kreisprozess (20; 30) arbeitenden Brennkraftmaschine (1) mit innerer Verbrennung unter Verwendung eines Berechnungsmodells, bei dem der Kreisprozess (20; 30) oder Abschnitte des Kreisprozesses (20; 30) der Brennkraftmaschine (1) in einzelne Teilprozesse (21 bis 28; 31 bis 38) unterteilt wird bzw. werden und der Betriebszustand innerhalb jedes Teilprozesses (21 bis 28; 31 bis 38) anhand von Messwerten, gespeicherten und/oder applizierten Daten bestimmt wird, um Steuergrößen für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Die Berechnungsmodelle für die einzelnen Teilprozesse (21 bis 28; 31 bis 38) gehen von zumindest teilweise unterschiedlichen Annahmen aus und/oder weisen unterschiedliche Vereinfachungen auf. Die zeitlichen Grenzen der Teilprozesse (21 bis 28; 31 bis 38) werden zumindest teilweise in Abhängigkeit von zumindest einem variablen Motorbetriebsparameter berechnet. Dadurch kann sehr einfach, rasch und ausreichend genau der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) bestimmt werden, um auch mit im Serienbetrieb verfügbaren elektronische Steuereinheiten Steuerungsgrößen gewinnen zu können, die zur Regelung bzw. Steuerung der Brennkraftmaschine (1) geeignet sind.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung bzw. Steuerung einer in einem Kreisprozess arbeitenden Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung unter Verwendung eines Berechnungsmodells, bei dem der Kreisprozess oder Abschnitte des Kreisprozesses der Brennkraftmaschine in einzelne Teilprozesse unterteilt wird bzw. werden und der Betriebszustand innerhalb jedes Teilprozesses anhand von Messwerten, gespeicherten und/oder applizierten Daten bestimmt wird, um Steuergrössen für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu ermitteln. 



  Durch in den letzten Jahren bei Brennkraftmaschinen eingeführte Innovationen wie Turbolader, Abgasrückführung, Mehrfacheinspritzung und/oder teil-   /vollvariable Ventilsteuerungen   hat sich die Anzahl der für die Regelung zur Verfügung stehenden   Störgrössen   deutlich erhöht. Die sich aus der Kombination der   Störgrössen   ergebenden Möglichkeiten sind im allgemeinen sehr komplex und mit herkömmlichen globalen Ansätzen, wie Mittelwertmodellen oder kennfeld-basierten Modellen nur unzureichend erfassbar. 



  Die hohen Ansprüche an moderne Verbrennungskraftmaschinen betreffend Verbrauch, Emissionen und Fahreigenschaften erfordern Regelungskonzepte, die ohne Erfassung des aktuellen Motorzustandes nicht durchführbar sind. Da viele der für die Regelung notwendigen Grössen nicht oder nur durch Verwendung teuerer (das heisst für die Serienproduktion ungeeigneter) Sensoren messbar sind, ist die Verwendung von neuartigen Berechnungsmodellen zwingend. 



  Die Rechenkapazitäten innerhalb der Motorsteuerung sind stark limitiert, woraus hohe Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit derartiger Berechnungsmodelle entstehen. 



  Derzeit verfügbare Verfahren zur Berechnung des Betriebszustandes einer Brennkraftmaschine erfüllen die Anforderungen an moderne Regelungskonzepte nicht oder nur unbefriedigend. Die verwendeten Ansätze können in drei Gruppen eingeteilt werden : 
Numerische Verfahren beruhen auf einer numerischen Integration der für den Kreisprozess charakteristischen Zusammenhänge über die Dauer des
Kreisprozesses   (z. B.   Vier Takte = 7200 Kurbelwinkel). Durch den hohen
Rechenaufwand sind derartige Verfahren unter den im Serieneinsatz vor- liegenden Bedingungen nicht echtzeitfähig. 



     Zyiinderdruckgestützte   Verfahren verwenden den von einem geeigneten
Sensor gemessenen und mit geeigneten thermodynamischen Verfahren 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 ausgewerteten Zylinderdruckverlauf für die Berechnung des aktuellen
Motorbetriebszustandes. Die für derartige Verfahren verfügbaren Senso- ren sind jedoch für den Serieneinsatz zu teuer bzw. nur für den Einsatz am Prüfstand geeignet. 



   Weitere bekannte Verfahren beruhen auf Annahmen und/oder Einschrän- kungen, die auf einer bestimmten Konfiguration der Brennkraftmaschine basieren. Derartige Modelle zielen nur auf Teilfunktionen ab und können nicht verallgemeinert werden. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem sehr einfach und rasch, jedoch dennoch ausreichend genau der Betriebszustand einer Brennkraftmaschine bestimmt werden kann, um auch mit im Serienbetrieb verfügbaren elektronische Steuereinheiten (ECU) Steuerungsgrössen gewinnen zu können, die zur Regelung bzw. Steuerung der Brennkraftmaschine geeignet sind. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Berechnungsmodelle für die einzelnen Teilprozesse von zumindest teilweise unterschiedlichen Annahmen ausgehen und/oder unterschiedliche Vereinfachungen aufweisen und dass die zeitlichen Grenzen der Teilprozesse zumindest teilweise in Abhängigkeit von zumindest einem variablen Motorbetriebsparameter berechnet werden. Der zumindest eine variable Motorbetriebsparameter wird gemessen oder ist-von Motorbetriebszustand   abhängig-, beispielsweise   durch die elektronische Steuereinheit (ECU) vorgegeben. 



  Wesentlich an der Erfindung ist, dass nicht einfach eine Verkleinerung der Intervalle erfolgt, innerhalb der die einzelnen Berechnungen durchgeführt werden. Die Grenzen der Teilprozesse sind nicht starr an vorbestimmte Kurbelwinkel gebunden, sondern werden von vorbestimmten Motorbetriebsparametern abhängig gemacht werden. Der dadurch erzielbare Vorteil ist, dass auch kennfeldgesteuerte Brennkraftmaschinen mit variablem Ventiltrieb, variablem Einspritzzeitpunkt und dgl. in geeigneter Weise abgebildet werden können. Innerhalb der einzelnen Teilprozesse können geeignete Vereinfachungen gemacht werden, die eine vollständig analytische Abbildung ermöglichen, wobei jedoch die Vereinfachungen aufgrund ihrer genauen Anpassung an diesen Teilbereich des Arbeitszyklus keine störende Verschlechterung der Abbildungsqualität bewirken.

   Massgebend ist, dass sich innerhalb eines Teilprozesses die Betriebsbedingungen im Wesentlichen nicht ändern. 



  Wenn beispielsweise ein Teilprozess einen Abschnitt des Ansaugtaktes beschreibt, der mit der vollständigen Öffnung des   Einlassventils   beginnt und an einem Punkt endet, in dem das   Einlassventil   vollständig geschlossen ist, wird für 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 den gesamten Teilprozess als Vereinfachung der Mittelwert für den Einlassquer- schnitt verwendet, was eine Erleichterung bei der Modellierung des Gasbewegung darstellt. Weiters wird für jeden Teilprozess als Vereinfachung die Kolbenge- schwindigkeit näherungsweise als konstant angenommen. Der aus dieser An- nahme entstehende Fehler wird später rückwirkend kompensiert. 



   Die Teilprozesse können durch den vollständigen Öffnungszustand der Ein- und/oder   Auslassventile,   durch den Verbrennungsvorgang, durch die Bewe- gungsrichtung des Kolbens, durch den Kompressionsvorgang und/oder durch den
Expansionsvorgang definiert werden. Die Grenzen der Teilprozesse können durch die Stellung der   Ein- und/oder Auslassventile,   sowie durch den Beginn und das Ende des Verbrennungsvorganges oder der Verbrennungsvorgänge festgelegt werden. 



  Die Berechnung der Lösung, welche zu jedem beliebigen Kurbelwinkel durchgeführt werden kann, erfolgt abschnittsweise beginnend mit einem an einem beliebigen   Abschnittswechsel   des Kreisprozesses definierten Anfangszustand, wobei der Betriebszustand am Ende eines Abschnittes in einem Rechenschritt berechnet wird. Genauso kann aber auch für jeden im Inneren des Abschnittes liegenden Kurbelwellenwinkel der Betriebszustand ermittelt werden. Somit ist auch ein zeitlicher Verlauf des Betriebszustandes erfassbar. 



  Da die durch Vergleichsprozesse beschriebenen Zusammenhänge bereits analytisch, insbesondere algebraisch, festgelegt sind, ist es   möglich,   dass der Betriebszustandes jedes Teilprozesses in Echtzeit erfasst wird. 



  Auf diese Weise ist in weiterer Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass der Betriebszustand am Ende des vorangegangenen Teilprozesses den Anfangsbedingungen des nächsten Teilprozesses zugeordnet werden. 



  Dem Betriebszustand wird zumindest eine Grösse aus der Gruppe Drehmoment, Massenstrom, Beladungszustand des Zylinders, Energie der Abgase und Wärmestrom der Zylinder zugeordnet. 



  In Abhängigkeit des jeweils zu erfassenden Betriebszustandes kann zumindest ein Motorbetriebsparameter aus der Gruppe Einlassdruck, Einlasstemperatur, Zusammensetzung des Gases im Saugrohr, Abgasdruck, Abgastemperatur, Zusammensetzung des Abgases im Abgaskrümmer, Parameter des Ventiltriebs, Parameter der Verbrennung sowie allgemeine Motorbetriebsparameter, wie Drehzahl und Wandtemperatur ermittelt werden. Dabei müssen aber nicht alle Motorbetriebsparameter gemessen werden, da teilweise auch Ergebnisse aus Algorithmen verwendet werden können.

   Zur Verbesserung der Genauigkeit des Berechnungsverfahrens kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Motorbe- 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 triebsparameter analytisch und messtechnisch bestimmt wird und dass berech- nete Werte in an sich bekannter Weise abgeglichen werden, wobei vorzugsweise zumindest ein Motorparameter aus der Gruppe Massenstrom, Zylinderdruck, Luft-Kraftstoffverhältnis und Drehmoment analytisch und messtechnisch bestimmt wird. 



  Um den Rechenprozess zu vereinfachen ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die effektiven Strömungsquerschnitte der Ventile durch rechteckförmige oder treppenförmige Kurven angenähert werden. 



  Durch die flexible Unterteilung des Kreisprozesses ist das Berechnungsverfahren nicht an die Art des Ventiltriebs (starr,   teil-/vollvariabel ; Anzahl   der Ein- und Auslassventile) gebunden. Verschiedene Brennverfahren (Selbst- oder Fremd-   zündung ; Anzahl   der Teilverbrennungen) unterscheiden sich nur in der analytischen Lösung der die Verbrennung beschreibenden Abschnitte. Die Berechnung funktioniert unabhängig von der Konfiguration der Brennkraftmaschine und wird weder durch die Verwendung von Druckstufen (Verdichter, Turbinen, etc. ) noch durch Vorrichtungen für interne oder externe Abgasrückführung beeinträchtigt. 



  Das Verfahren beinhaltet also eine Methodik, mit deren Hilfe es gelingt, Zustände zu berechnen, für die herkömmliche Verfahren eine numerische Integration benötigen, ohne diese Integration durchzuführen. Die bei Ladungswechsel bzw. 



  Verbrennung ablaufenden Vorgänge werden im Allgemeinen durch zeitlich veränderbare Grössen charakterisiert (z. B. Ventilhub, Brennverlauf,...). Diese zeitlich verlaufenden Grössen werden durch vereinfachte Verläufe   (z. B.   Rechteckkurven) angenähert, wodurch es gelingt, klar voneinander abgrenzbare   Teilprozesses   zu definieren. Die Intervallgrenzen sind flexibel, aber durch die Definition der Intervalle a priori bekannt. Die Teilprozesse sind nicht mehr vom zeitlichen Verlauf der Steuergrössen, das heisst vom Ladungswechsel und dem Brennverlauf, abhängig und können analytisch ausgewertet werden. 



  Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 



  Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens und Fig. 4 ein Ventilhubdiagramm. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



    Beispiel : Füllungsmodell   für variablen Ventiltrieb Es werden folgende Annahmen und Vereinfachungen getroffen : - Betrachtung des   Einlasstaktes ;   Gaszustand am   Auslass   ist Anfangsbedin- gung (alternativ auch mit Auslasstakt) 
 EMI5.1 
 
Berechnungellen Motorbetriebspunktes (Drehzahl, Wandtemperatur) für beliebige Kur-   belwinkel (d. h.   auch dessen Verlauf). 



   - Effektive Ventilquerschnitte werden durch recheckförmige/treppenförmige
Kurven approximiert - Abschnitte mit unterschiedlichen Auf/Zu Konfigurationen der Ein- /Auslassventile werden getrennt behandelt. 



   - Jeder Abschnitt kann in einem Rechenschritt aus Betriebsparametern und dem Endzustand des vorangegangenen Abschnittes berechnet werden. 



   - Mittelwertmodell innerhalb des Abschnitte (keine Integration innerhalb ei- nes Abschnittes) Das Verfahren beruht auf Differentialgleichungen für die zeitliche Änderung der Enthalpie eines Zylinders : 
 EMI5.2 
 bzw. nach Umformung erhält man : 
 EMI5.3 
 Ableitung für vereinfachten Fall : 
 EMI5.4 
 
 EMI5.5 
 
 EMI5.6 
 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 dabei bedeuten Hcyl..... EnthalpiedesZylinders, Q*wall..... Wandwärmestrom,   VCyl..... Zylindervolumen, H*,..... Enthalpiestrom überi-tes Ventil,      K.....   Isentropenexponent, R..... Gaskonstante und   Tel .....   Temperatur des über i-tes Ventil einströmenden Gases, Ao..... Kolbenfläche, Cm..... mittlere Kolbengeschwindigkeit,   Pcyl..... Zylinderdruck, kw..... Wärmedurchgangskoeffizient,    kT, 1.....

   Linearitätsfaktor,   m*j.....   Massenstrom über i-tes Ventil Die Lösung der einfachen Differentialgleichung ist : 
 EMI6.1 
 Die Lösung für den Zylinderdruck besteht aus zwei Teilen : - Konstanter Druck (Unterdruck zur Aufrechterhaltung des Massenstroms) 'Polytrope' für die Abweichung der Anfangsbedingung Für die Lösung der gesamten Luftmasse mcyl durch den Zylinder (2) folgt mittels Integration aus Gleichung (4)   mchl = ## m*1 dt = # #kT,1(p1-pcyl)   dt (10) 
 EMI6.2 
 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 
Die Angriffspunkte für die Korrekturen können anhand von Vergleichen der Ap- proximationslösung mit den numerischen Lösungen der entsprechenden einfa- chen   Differentialgleichungen   definiert werden.

   i) Reale Kolbengeschwindigkeit (für linearisiert   Drosselgleichung)   
Wird in der oben angeführten Lösung Gleichung (7) an Stelle der mittleren Kol- bengeschwindigkeit Cm die reale Kolbengeschwindigkeit eingesetzt, kann die nu- merische Lösung für niedrige Drehzahlen relativ genau approximiert werden. Im
Allgemeinen ergibt sich allerdings die Notwendigkeit einer drehzahlabhängigen
Korrektur, die die aus der zeitlichen Änderung der Kolbengeschwindigkeit resul- tierenden Verzögerungen nachbildet. ii) Drosselgleichung (für konstante Kolbengeschwindigkeit) Je nach Linearisierungsvorschrift   kr,,   für die Drosselgleichung (4) ergeben sich unterschiedliche Druckdifferenzen, die für das Aufrechterhalten des Massenstro- mes notwendig sind. Die bei gleichem Volumen unterschiedlichen Drücke resultieren in Abweichungen der Luftmasse.

   Eine Korrektur kann mit Hilfe einer Um- rechnungsvorschrift für die für den linearisierten Fall berechnete Druckdifferenz vorgenommen werden. 



  Fig. 4 zeigt als Beispiel, wie der effektive Ventilquerschnitt durch einen mittleren Ventilquerschnitt angenähert wird. Dazu wird der effektive Ventilhub H durch eine rechteckförmige, flächengleiche Hubkurve Hm approximiert. Als Beginn bzw. Ende des Teilprozesses kann beispielsweise ein Zeitpunkt   t1   bzw. t2 definiert werden, an dem der Ventilhub H des Gaswechselventils 10% des Gesamthubes beträgt. 



  Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 zur Durchführung des Verfahrens weist zumindest einen in einem Zylinder 2 hin-und hergehenden Kolben 3 auf, welcher einen Brennraum 4 begrenzt, in welchen zumindest ein   Einlasskanal   5 und zumindest ein   Auslasskanal   6 einmündet. Der   Einlasskanal   5 wird über ein Einlassventil 7, der Auslasskanal 6 über ein   Auslassventil   8 gesteuert. Direkt in den Brennraum 4 mündet eine Einspritzeinrichtung 9 zur Kraftstoffeinspritzung. Alternativ oder zusätzlich zur Einspritzeinrichtung 9 kann auch eine Zündvorrichtung in den Brennraum 4 münden. Mit Bezugszeichen 10 ist der Verdichterteil, mit Bezugszeichen 11 der Turbinenteil eines Abgasturboladers bezeichnet. In der Saugrohr 12 ist eine Drosselvorrichtung 13 angeordnet.

   Stromabwärts der Turbine 11 ist im Abgasstrang 14 eine Abgasreinigungsanlage 15 vorgesehen. Stromaufwärts der Turbine 11 zweigt vom Abgasstrang 14 eine Ab- 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 gasrückführleitung 16 einer Abgasrückeinrichtung 17 ab und mündet stromab- wärts des Verdichters 10 und der Drosselvorrichtung 13 in das Saugrohr 12 ein. 



   Mit Bezugszeichen 18 ist ein Abgasrückführventil bezeichnet. 



   Eine Abänderung der Anordnung der optionalen Komponenten Abgasrückführein- richtung 17, Verdichter 10, Drosselvorrichtung 13, Turbine 11 und Abgasreinigungsanlage 15 hat keinen Einfluss auf das Berechnungsverfahren. 



  Im Saugrohr 12 werden Druck   PL,   Temperatur TL und/oder die Zusammensetzung des angesaugten Gases gemessen. Im Abgaskrümmer des Abgasstranges
14 werden Druck PA, Temperatur TA und/oder Zusammensetzung des Abgases gemessen. Weiters werden die Parameter des Ventiltriebs der   Einlassventile   7 und der Auslassventile 8 ermittelt, und zwar Ansteuerzeiten, effektiver Strömungsquerschnitt der Einlassventile 7 und der Auslassventile (als Funktion der Ventilhubkurve). Auch die Parameter der Verbrennung, nämlich Ansteuerzeiten (Einspritzzeitpunkt, Zündzeitpunkt) und die Kraftstoffmengen werden bestimmt. 



  Des weiteren werden allgemeine Motorbetriebsparameter, wie Motordrehzahl n und Zylinderwandtemperatur Tw ermittelt. Einige dieser Betriebsgrössen können   algoritmisch   bestimmt werden, so dass nicht alle Betriebsgrössen wirklich gemessen werden müssen. Eine Messung des Zylinderdruckes Pcyl ist nicht erforderlich. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 wird durch folgende Betriebsparameter beschrieben : Drehmoment, Massenstrom, Beladungszustand der Zylinder (Luftmasse, Druck, Temperatur und Gaszusammensetzung), Energieinhalt des Abgases und Wandwärmestrom. 



  Gemäss dem vorliegenden Verfahren wird zur Berechnung des Kreisprozesses der Brennkraftmaschine 1 dieser in durch vereinfachte Zusammenhänge beschriebene Teilprozesse 21 bis 28,31 bis 38 unterteilt und jeder Zustand innerhalb eines Teilprozesse 21 bis 28,31 bis 38 analytisch aus Anfangszustand und Betriebsparametern des jeweiligen Teilprozesse 21 bis 28,31 bis 38 berechnet. Die numerische Integration des gesamten Kreisprozesses wird somit durch eine Kombination von abschnittsweise vorabgelösten Integralen ersetzt. 



  Die Berechnungsmodelle gehen dabei von unterschiedlichen Annahmen aus und/oder weisen unterschiedliche Vereinfachungen auf. Die zeitlichen Grenzen der Teilprozesse 21 bis 28,31 bis 38 werden in Abhängigkeit von zumindest einem gemessenen Motorparameter berechnet. Eine sinnvolle Definition der Teilprozesse 21 bis 28,31 bis 38 erfolgt zweckmässiger Weise anhand der Stellung der   Ein-/Auslassventile   7,8 bzw. der Abfolge der Teilverbrennungen. Es ergeben sich somit folgende   Möglichkeiten : Einlassventil   7 und/oder Auslassventil 8 ge- öffnet bzw. mehrere   Ein-/Auslassventile   7,8 gleichzeitig geöffnet ; eine Verbren- 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 nung bzw. Überlagern von mehreren Verbrennungen ; Kompression/Expansion des im Zylinder eingeschlossenen Gases. 



   Fig. 2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel für einen in mehrere
Teilprozesse 21 bis 28 unterteilten Kreisprozess 20 einer   Vier-Takt-Brennkraft-   maschine mit interner Abgasrückführung und einer einzigen Verbrennung. Die Teilprozesse 21 bis 28 sind durch den Vorgang der Verbrennung B, der Expan- sion E, der Öffnung 0 des   Auslassventiles   8, der Überlappung 01 von Einlassentil 7 und   Auslassventil   8, durch das Öffnen I des   Einlassventiles   7 und durch die
Kompression C des Gases im Brennraum 4 charakterisiert. Der in Fig. 2 dargestellte Kreisprozess 20 weist eine Restgasrückführung durch eine nochmaliges Öffnen des   Auslassventiles   8 zwischen Einlassphase I und Kompressionsphase C auf. 



  Fig. 3 zeigt ein zweites   Ausführungsbeispiel für   einen in mehrere Teilprozesse 31 bis 38 unterteilten Kreisprozess 30 einer Vier-Takt-Brennkraftmaschine mit starrem Ventiltrieb. Der Kreisprozess 30 weist in diesem Fall zwei Teilverbrennungen   81   und   82   auf, wobei zwischen den beiden Teilverbrennungen   81   und   82   der Teilprozess 32   als Überlappungsphase B1, 2   zwischen der ersten Verbrennung Bu und der zweiten Verbrennung B2 definiert ist. 



  Das erfindungsgemässe Verfahren kann als physikalisches   Füllungsmodell   bei verschiedenen Konfigurationen bzw. Verbrennungstechnologien, beispielsweise sowohl bei einem Standardventiltrieb, als auch bei einem teil-oder vollvariablen Ventiltrieb, und bei verschiedenen Verbrennungsmodellen angewendet werden. 



  Weiters können auch Modelle zur Erfassung des Gaszustandes im Saugrohr 12 und zur Erfassung des Gaszustandes im Abgasstrang 14 eingesetzt werden. Die genannten Modelle können einzeln oder aber auch in Kombination miteinander verwendet werden. 



  Im Rahmen des Verfahrens ist auch eine Regelung des Gaszustandes durch ge-   zielte   Variation der Ventilsteuerzeiten möglich. 



  Weiters kann durch gezielte Variation des Restgasanteile und/oder der Verbrennungsparameter die Verbrennung und die Abgaszusammensetzung hinsichtlich CO2, NOx, Partikel etc geregelt werden. 



  Die Genauigkeit des Berechnungsverfahrens kann wesentlich verbessert werden, wenn berechnete Parameter mit gemessenen Parametern abgeglichen werden. Auf dieser Weise ist es sinnvoll, die berechneten Werte für Massenstrom   merl,   Zylinderdruck   pcyl,     Luft-/Kraftstoff-Verhältnis   und Drehmoment mit den gemessenen Werten zu vergleichen und abzustimmen. 

 <Desc/Clms Page number 10> 

 Durch das beschriebene Verfahren kann auf einfache Weise der Betriebszustand für jeden beliebigen Kurbelwinkel unabhängig von der Konfiguration der Brennkraftmaschine 1 in Echtzeit ermittelt werden.

Claims (1)

1. ANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Regelung bzw. Steuerung einer in einem Kreisprozess (20 ; 30) arbeitenden Brennkraftmaschine (1) mit innerer Verbrennung unter Verwendung eines Berechnungsmodells, bei dem der Kreisprozess (20 ; 30) oder Abschnitte des Kreisprozesses (20 ; 30) der Brennkraftmaschine (1) in einzelne Teilprozesse (21 bis 28 ; 31 bis 38) unterteilt wird bzw. werden und der Betriebszustand innerhalb jedes Teilprozesses (21 bis 28 ; 31 bis 38) anhand von Messwerten, gespeicherten und/oder applizierten Daten be- stimmt wird, um Steuergrössen für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsmodelle für die einzelnen Teilprozesse (21 bis 28 ;

   31 bis 38) von zumindest teilweise unter- schiedlichen Annahmen ausgehen und/oder unterschiedliche Vereinfachun- gen aufweisen und dass die zeitlichen Grenzen der Teilprozesse (21 bis 28 ; 31 bis 38) zumindest teilweise in Abhängigkeit von zumindest einem vari- ablen Motorbetriebsparameter berechnet werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Berechnungs- modelle für die einzelnen Teilprozesse (21 bis 28 ; 31 bis 38) von einem EMI11.1 wird.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Grenze von zumindest einem Teilprozess (28, 21 ; 38, 31,32, 33) durch den Beginn des Verbrennungsvorganges (B ; Bi, B2) oder durch den Zündvorgang des Kraftstoffes definiert wird.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Grenze von zumindest einem Teilprozess (28, 21 ; 38, 31,32, 33) durch das Ende des Verbrennungsvorganges (B ; Bi, B2) defi- niert wird. <Desc/Clms Page number 12> 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilprozess (21 ; 31,32 33) durch zumindest einen Verbrennungsvorgang (B ; Bi, Biz, Bz) definiert wird.

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilprozess durch die Bewegungsrichtung des Kol- bens (3) definiert wird.

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grenze von zumindest einem Teilprozess durch den oberen oder unteren Totpunkt des Kolbens (3) definiert wird.

   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilprozess (28 ; 38) durch den Kompressionsvor- gang (C) des im Zylinder (2) eingeschlossenen Gases definiert wird.

   11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilprozess (22 ; 34) durch den Expansionsvorgang (E) des im Zylinder (2) eingeschlossenen Gases definiert wird.

   12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, EMI12.1

   13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand am Ende eines Teilprozesses (21 bis 28 ; 31 bis 38) als Anfangsbedingung für die Berechnungen des nächsten Teilprozes- ses (21 bis 28 ; 31 bis 38) herangezogen wird.

   14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Betriebszustand durch zumindest eine Grösse aus der Gruppe Drehmoment, Massenstrom (mcyl), Beiadungszustand der Zylinder (2), Energieinhalt des Abgases und Wandwärmestrom (Q*wall) zumindest eines Zylinders (2) definiert wird.

   15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Motorbetriebsparameter zumindest eine Betriebsgrösse aus der Gruppe Einlassdruck (p), Einlasstemperatur (TL) und Zusammensetzung des Gases im Saugrohr (12) erfasst wird.

   16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Motorbetriebsparameter zumindest eine Betriebsgrösse aus der Gruppe Abgasdruck (pA), Abgastemperatur (TA) und Zusammensetzung des Abgases im Abgaskrümmer erfasst wird. <Desc/Clms Page number 13> 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Motorbetriebsparameter zumindest ein Parameter des Ventiltriebs, EMI13.1 und/oder Auslassventilelassventile (7,8), erfasst wird.

   18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Motorbetriebsparameter zumindest ein Parameter der Verbren- nung, und zwar die Einspritzsteuerzeiten und/oder der Zündzeitpunkt und/oder die eingespritzte Kraftstoffmenge, erfasst wird.

   19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Motorbetriebsparameter die Drehzahl (n) und/oder die Zylinder- wandtemperatur (Tw) ermittelt wird.

   20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Motorbetriebsparameter analytisch bestimmt wird.

   21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Motorbetriebsparameter messtechnisch bestimmt wird.

   22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass zu- mindest ein Motorbetriebsparameter analytisch und messtechnisch be- stimmt wird und dass berechnete und gemessene Werte abgeglichen wer- den.

   23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Motorbetriebsparameter aus der Gruppe Massenstrom (mcy !), Zyiinder- druck (pcyl), Luft-Kraftstoffverhältnis und Drehmoment analytisch und messtechnisch bestimmt wird.

   24. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die effekti- ven Strömungsquerschnitte der Ein- und/oder Auslassventile (7,8) durch rechteckförmige oder treppenförmige Kurven angenähert werden.

   25. Verfahren nach Anspruch 17 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die effektiven Strömungsquerschnitte der Ein- und/oder Auslassventile (7,8) durch einen mittleren Strömungsquerschnitt angenähert werden.

   26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herleitung der Gleichungen (7,10) für die Berechnungsgrössen die effektive Kolbengeschwindigkeit in zumindest einem Teilprozess durch eine mittlere Kolbengeschwindigkeit angenähert wird. <Desc/Clms Page number 14> 27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Annahme der mittleren Kolbengeschwindigkeit entstehende Fehler bei der Lösung der Gleichungen (7,10) der Berechnungsgrössen kompensiert wird.