DE102009043431B4 - Method for determining a correction for a measured combustion chamber pressure - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Korrektur für einen gemessenen Brennraumdruck in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei ein gemessener Druckverlauf über einen Kurbelwinkel φ für eine Kompressionsphase von einem Kurbelwinkel φ1, am Beginn der Kompressionsphase bis zu einem Kurbelwinkel φ2am Ende der Kompressionsphase mit einem berechneten, modellierten Druckverlauf über den Kurbelwinkel φ für die Kompressionsphase von φ1bis φ2verglichen wird und aus einem Differenzverlauf über den Kurbelwinkel φ für die Kompressionsphase von φ1bis φ2des gemessenen Druckverlaufes und des modellierten Druckverlaufes ein Wert für eine Amplitudenkorrektur ΔpKorrund ein Wert für eine Kurbelwinkelkorrektur ΔφKorrals Korrektur für den gemessenen Brennraumdruck derart bestimmt werden, dass der Differenzverlauf minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenkorrektur ΔpKorrund gleichzeitig die Kurbelwinkelkorrektur ΔφKorrfür den minimalen Differenzverlauf mittels eines numerischen Verfahrens, insbesondere mittels einer Kreuzkorrelation, einer Signalverschiebung und/oder einer Regression, bestimmt werden, indem auf die erfasste Zylinderdruckkurve 16 sowohl ein Lageoffset in zeitlicher ΔφKorrals auch ein Amplitudenoffset in absoluter ΔpKorrDimension angewendet wird.Method for determining a correction for a measured combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, with a measured pressure curve over a crank angle φ for a compression phase from a crank angle φ1 at the beginning of the compression phase to a crank angle φ2 at the end of the compression phase with a calculated, modeled pressure curve the crank angle φ for the compression phase from φ1 to φ2 is compared and a value for an amplitude correction ΔpKorr and a value for a crank angle correction ΔφKorrals correction for the measured combustion chamber pressure are determined from a difference curve over the crank angle φ for the compression phase from φ1 to φ2 of the measured pressure curve and the modeled pressure curve that the difference curve is minimized, characterized in that the amplitude correction ΔpKorr and at the same time the crank angle correction ΔφKorr for the minimum difference curve by means of a numerical method, in particular by means of a cross-correlation, a signal shift and / or a regression, by applying both a position offset in temporal ΔφKorr and an amplitude offset in absolute ΔpKorrDimension to the recorded cylinder pressure curve 16.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Korrektur für einen gemessenen Brennraumdruck in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for determining a correction for a measured combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

In einem zylinderdruckbasierten Motorsteuerungssystem werden die Zylinderdruckverläufe durch Sensoren erfasst und dem Kurbelwinkel φ zugeordnet. Es wird dabei von folgenden Randbedingungen ausgegangen: Die Signale der Zylinderdrucksensoren sind in ihrer Absolutlage (Amplitude) verschoben und die Signale haben durch Vorverarbeitung im Sensor und im Steuergerät einen zeitlichen Verzug zu ihrer Entstehung, d.h. zum Kurbelwinkel φ. Dieser Verzug setzt sich aus einem Zeitanteil (Laufzeit) und einem Winkelverzug (Winkelfehler) zusammen. Die Absolutlage (Amplitudenoffset) des Signals wird für jedes Arbeitsspiel mit einem thermodynamischen Vergleichsmodell bestimmt und kompensiert. Für die Kompensation von Laufzeit und Winkelfehler (Lageoffset) wird die Erfassung in einem bestimmten Zustand des Motors (Schubbetrieb ohne Einspritzung) detailliert beobachtet. Anhand der OT-Lage wird der Winkelversatz zu einer gespeicherten Referenzlage (thermodynamische Verlustkennlinie) bestimmt. Durch Wiederholmessungen bei verschiedenen Drehzahlen kann dann der Winkel- und der Zeitversatz durch Geradenapproximation ermittelt werden (Steigung = Zeit / Offset = Winkel).In an engine control system based on cylinder pressure, the cylinder pressure curves are recorded by sensors and assigned to the crank angle φ. The following boundary conditions are assumed: The signals from the cylinder pressure sensors are shifted in their absolute position (amplitude) and the signals have a time delay to their creation due to preprocessing in the sensor and in the control unit, i.e. to the crank angle φ. This delay is made up of a time component (running time) and an angular delay (angular error). The absolute position (amplitude offset) of the signal is determined and compensated for each work cycle using a thermodynamic comparison model. To compensate for the running time and angle error (position offset), the detection in a certain state of the motor (overrun mode without injection) is monitored in detail. The angular offset to a stored reference position (thermodynamic loss characteristic) is determined on the basis of the TDC position. Repeated measurements at different speeds can then be used to determine the angular and time offset by approximation of a straight line (slope = time / offset = angle).

Der entscheidende Nachteil dieses Vorgehens ist, dass die oben genannte Referenzlage in dem Referenzmotorbetriebszustand „Schub“ ermittelt wird und dieser Referenzzustand in modernen Motorkonzepten immer seltener zur Verfügung stehen wird, z.B. wegen Hybridantrieben, Start/Stop-Funktionen, etc. Somit wird eine Überwachung und Korrektur des Zylinderdrucksignals in der Zeitebene immer schwieriger durchzuführen sein. Zudem beeinflusst die zeitliche Zuordnung des Zylinderdrucksignals das Ergebnis der Offsetkorrektur.The decisive disadvantage of this procedure is that the above-mentioned reference position is determined in the reference engine operating state "thrust" and this reference state will be available less and less in modern engine concepts, e.g. due to hybrid drives, start / stop functions, etc. Correction of the cylinder pressure signal in the time domain will be more and more difficult to carry out. In addition, the temporal assignment of the cylinder pressure signal influences the result of the offset correction.

Aus der DE 10 2004 045 151 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Brennraumdruckes in einem Verbrennungsmotor bekannt, wobei mittels eines Modells bei jedem erfasstem Messwert eines Brennraumdruckes ein Fehler korrigiert wird, welcher auf Grund eines Thermoschockes des Drucksensors auftritt.From the DE 10 2004 045 151 A1 a method for determining a combustion chamber pressure in an internal combustion engine is known, an error which occurs due to a thermal shock of the pressure sensor is corrected by means of a model for each recorded measurement value of a combustion chamber pressure.

Zum Stand der Technik gehören ferner die Druckschriften DE 199 00 738 C1 , DE 43 26 949 A1 und DE 195 44 613 A1 und die Publikation von Grajewski V.: „Zylinderdruck-basierte Modellierung des Start-Warmlaufverhaltens von Ottomotoren“, Dissertation, TU Braunschweig, 2006, S. 40-46.The prior art also includes the publications DE 199 00 738 C1 , DE 43 26 949 A1 and DE 195 44 613 A1 and the publication by Grajewski V .: “Cylinder pressure-based modeling of the start-up warm-up behavior of gasoline engines”, dissertation, TU Braunschweig, 2006, pp. 40-46.

Die Druckschrift DE 199 00 738 C1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Brennraumdruckverlaufs bei einer Brennkraftmaschine, bei denen mittels eines Brennraumdrucksensors Brennraumdruckmeßwerte wenigstens über einen Kompressionsphasen- und/oder Expansionsphasen-Teilbereich eines jeweiligen Brennkraftmaschinen-Arbeitsspiels hinweg aufgenommen werden und der Brennraumdruckverlauf wenigstens über einen Teilbereich eines jeweiligen Arbeitsspiels hinweg mittels einer Auswerteprozedur der aufgenommenen Messwerte unter Berücksichtigung der Polytropengleichung und eines Sensoroffsets bestimmt wird. In der Auswerteprozedur wird der Brennraumdruckverlauf durch ein Schätzverfahren aus der Polytropengleichung sensoroffsetkorrigiert bestimmt, wobei der Sensoroffset als variable Größe behandelt wird, deren Verlauf anhand eines Vergleichs der geschätzten mit den gemessenen Druckwerten ermittelt wird. Die verfahrensdurchführende Vorrichtung beinhaltet zur Durchführung des Schätzverfahrens ein Kalman-Filter.The pamphlet DE 199 00 738 C1 discloses a method and a device for determining a combustion chamber pressure curve in an internal combustion engine, in which, by means of a combustion chamber pressure sensor, combustion chamber pressure readings are recorded at least over a compression phase and / or expansion phase sub-range of a respective internal combustion engine work cycle and the combustion chamber pressure curve at least over a sub-range of a respective work cycle is determined by means of an evaluation procedure of the recorded measured values taking into account the polytropic equation and a sensor offset. In the evaluation procedure, the combustion chamber pressure profile is determined by an estimation method from the polytropic equation with sensor offset correction, the sensor offset being treated as a variable, the profile of which is determined on the basis of a comparison of the estimated and the measured pressure values. The device carrying out the method contains a Kalman filter for carrying out the estimation method.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art dahingehend zu verbessern, dass ein gemessenes Zylinderdrucksignal sowohl in seiner zeitlichen Lage als auch in seinem Absolutbetrag unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, also auch bei aktiver Verbrennung bzw. im befeuerten Betrieb, korrigiert wird.The invention is based on the object of improving a method of the above-mentioned type in such a way that a measured cylinder pressure signal is corrected both in terms of its temporal position and its absolute value regardless of the operating state of the internal combustion engine, i.e. also with active combustion or in fired operation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.According to the invention, this object is achieved by a method of the above-mentioned type with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein gemessener Druckverlauf über einen Kurbelwinkel φ für eine Kompressionsphase von einem Kurbelwinkel φ1 am Beginn der Kompressionsphase, beispielsweise am Beginn des Kompressionstaktes, bis zu einem Kurbelwinkel φ2 am Ende der Kompressionsphase, beispielsweise am Ende des Kompressionstaktes, mit einem berechneten, modellierten Druckverlauf über den Kurbelwinkel φ für die Kompressionsphase von φ1 bis φ2 verglichen und aus einem Differenzverlauf über den Kurbelwinkel φ für die Kompressionsphase von φ1 bis φ2 des gemessenen Druckverlaufes und des modellierten Druckverlaufes ein Wert für eine Amplitudenkorrektur ΔpKorr als auch ein Wert für eine Kurbelwinkelkorrektur als Korrektur für den gemessenen Brennraumdruck derart bestimmt wird, dass der Differenzverlauf minimiert wird, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass sowohl die Amplitudenkorrektur als auch die Kurbelwinkelkorrektur für den minimalen Differenzverlauf mittels eines numerischen Verfahrens, insbesondere mittels einer Kreuzkorrelation, einer Signalverschiebung und/oder einer Regression, bestimmt werden, indem auf eine erfasste Zylinderdruckkurve ein Lageoffset sowohl in zeitlicher als auch ein Amplitudenoffset in absoluter Dimension angewendet wird.For this purpose, it is provided according to the invention in a method of the above-mentioned type that a measured pressure curve over a crank angle φ for a compression phase from a crank angle φ 1 at the beginning of the compression phase, for example at the beginning of the compression stroke, to a crank angle φ 2 at the end of the compression phase, For example, at the end of the compression stroke, compared with a calculated, modeled pressure curve over the crank angle φ for the compression phase from φ 1 to φ 2 and from a difference curve over the crank angle φ for the compression phase from φ 1 to φ 2 of the measured pressure curve and the modeled pressure curve a value for an amplitude correction Δp Korr and a value for a crank angle correction as a correction for the measured combustion chamber pressure is determined in such a way that the difference curve is minimized, the invention providing that both the amplitude correction and the crank angle correction for the minimum Dif reference curve by means of a numerical method, in particular by means of a cross correlation, a signal shift and / or a Regression, can be determined by applying a position offset both in terms of time and an amplitude offset in absolute dimensions to a recorded cylinder pressure curve.

Dies hat den Vorteil, dass sowohl die zeitliche als auch die absolute Korrektur miteinander verbunden sind und auch im gefeuerten Motorbetrieb eine zeitliche Korrektur des Zylinderdrucksignals möglich ist.This has the advantage that both the temporal and the absolute correction are linked to one another and a temporal correction of the cylinder pressure signal is also possible in fired engine operation.

Eine besonders genaue Korrektur des gemessenen Brennraumdruckes erzielt man dadurch, dass folgende Schritte vorgesehen sind,

  1. (a) Messen eines unkorrigierten Druckverlaufes im Brennraum während einer Kompressionsphase in Abhängigkeit von einem Kurbelwinkel φ;
  2. (b) Bestimmen eines modellierten, theoretischen Druckverlaufes im Brennraum für die Kompressionsphase in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel φ aus der Gleichung p 2 ( φ ) = p 1 ( V 1 V 2 ( φ ) ) κ ,
    Figure DE102009043431B4_0001
    wobei κ der Isentropenindex, p1 ein Druck im Brennraum zu Beginn der Kompressionsphase, V1 ein Volumen des Brennraumes zu Beginn der Kompressionsphase, p2 (φ) ein Druck im Brennraum bei dem Kurbelwinkel φ und V2(φ) ein Volumen des Brennraumes bei dem Kurbelwinkel φ ist;
  3. (c) Bestimmen ab einem vorbestimmten Kurbelwinkel φVerlust einer Abweichung des modellierten Druckverlaufes von einer realen Kompression aufgrund thermodynamischer Verluste der Kompression mittels eines Verlustmodells in Abhängigkeit von mindestens einer vorbestimmten Eingangsgröße;
  4. (d) Bestimmen eines modellierten, verlustkompensierten Druckverlaufes für die Kompressionsphase in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel φ aus dem in Schritt (b) bestimmten modellierten Druckverlauf und der in Schritt (c) bestimmten Abweichung;
  5. (e) Bestimmen eines Differenzverlaufes über den Kurbelwinkel φ für die Kompressionsphase zwischen dem in Schritt (a) gemessenen Druckverlauf über den Kurbelwinkel φ und dem in Schritt (d) bestimmten modellierten, verlustkompensierten Druckverlauf über den Kurbelwinkel φ;
  6. (f) Bestimmen des Wertes für die Amplitudenkorrektur ΔpKorr und des Wertes für die Kurbelwinkelkorrektur ΔφKorr als Korrektur für den gemessenen Brennraumdruck derart, dass der in Schritt (e) bestimmte Differenzverlauf minimiert wird, wobei sowohl die Amplitudenkorrektur als auch die Kurbelwinkelkorrektur für den minimalen Differenzverlauf mittels eines numerischen Verfahrens, insbesondere mittels einer Kreuzkorrelation, einer Signalverschiebung und/oder einer Regression, bestimmt werden, indem auf die erfasste Zylinderdruckkurve 16 der Lageoffset sowohl in zeitlicher ΔφKorr) als auch der Amplitudenoffset in absoluter (ΔpKorr) Dimension angewendet wird.
A particularly precise correction of the measured combustion chamber pressure is achieved by providing the following steps:
  1. (a) measuring an uncorrected pressure curve in the combustion chamber during a compression phase as a function of a crank angle φ;
  2. (b) Determination of a modeled, theoretical pressure curve in the combustion chamber for the compression phase as a function of the crank angle φ from the equation p 2 ( φ ) = p 1 ( V 1 V 2 ( φ ) ) κ ,
    Figure DE102009043431B4_0001
     where κ is the isentropic index, p 1 is a pressure in the combustion chamber at the beginning of the compression phase, V 1 is a volume of the combustion chamber at the beginning of the compression phase, p 2 (φ) is a pressure in the combustion chamber at the crank angle φ and V 2 (φ) is a volume of the combustion chamber at the crank angle φ;
  3. (c) determining, from a predetermined crank angle φ loss, a deviation of the modeled pressure profile from a real compression due to thermodynamic losses of the compression by means of a loss model as a function of at least one predetermined input variable;
  4. (d) determining a modeled, loss-compensated pressure curve for the compression phase as a function of the crank angle φ from the modeled pressure curve determined in step (b) and the deviation determined in step (c);
  5. (e) determining a difference curve over the crank angle φ for the compression phase between the pressure curve measured in step (a) over the crank angle φ and the modeled, loss-compensated pressure curve over the crank angle φ determined in step (d);
  6. (f) Determining the value for the amplitude correction Δp Korr and the value for the crank angle correction Δφ Korr as a correction for the measured combustion chamber pressure in such a way that the difference curve determined in step (e) is minimized, with both the amplitude correction and the crank angle correction for the minimum Differential profile can be determined by means of a numerical method, in particular by means of a cross correlation, a signal shift and / or a regression, by accessing the recorded cylinder pressure curve 16 the position offset in both the temporal Δφ Korr ) and the amplitude offset in the absolute (Δp Korr ) dimension is used.

Eine besonders gute Bestimmung der Abweichung in Schritt (c) erzielt man dadurch, dass die vorbestimmte Eingangsgröße in Schritt (c) eine Zylinderladungsmasse, eine Zylinderladungszusammensetzung, insbesondere ein Anteil an rückgeführtem Abgas (AGR), eine Zylinderladungstemperatur, eine Wandtemperatur, eine Restgasmasse und/oder eine Restgastemperatur umfasst.A particularly good determination of the deviation in step (c) is achieved in that the predetermined input variable in step (c) includes a cylinder charge mass, a cylinder charge composition, in particular a proportion of recirculated exhaust gas (EGR), a cylinder charge temperature, a wall temperature, a residual gas mass and / or includes a residual gas temperature.

Die erfindungsgemäß angesprochene Kompressionsphase von dem Kurbelwinkel φ1 bis zum Kurbelwinkel φ2 ist bevorzugt ca. 100° bis 180° Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine breit. Dabei erstreckt sie sich insbesondere über den gesamten Kompressionstakt der Brennkraftmaschine, d.h. über 180°. Das erfindungsgemäße Verfahren findet jedoch auch in einer Kompressionsphase Anwendung, die geringer als die erwähnten 180°Kurbelwinkel breit ist. Dabei ist die Lage des durch φ1 und φ2 definierten Kurbelwinkelfensters im gesamten Kompressionstakt in Abhängigkeit der vorherrschenden Randbedingungen frei verschiebbar.The compression phase addressed according to the invention from crank angle φ 1 to crank angle φ 2 is preferably approximately 100 ° to 180 ° crank angle of the internal combustion engine. It extends in particular over the entire compression stroke of the internal combustion engine, ie over 180 °. However, the method according to the invention is also used in a compression phase that is less than the mentioned 180 ° crank angle wide. The position of the crank angle window defined by φ 1 and φ 2 can be freely shifted in the entire compression cycle depending on the prevailing boundary conditions.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. In the single figure, this shows a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention.

Bei der in der einzigen Fig. dargestellten, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Modell 10 ein modellierter, verlustkompensierter Druckverlauf 12 p2,modelliert(φ) über einen Kurbelwinkel φ eines Druckes p2 in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine für eine Kompressionsphase von einem Kurbelwinkel φ1 am Beginn der Kompressionsphase bis zu einem Kurbelwinkel φ2 am Ende der Kompressionsphase berechnet. In einer Zylinderdruckerfassung 14 wird ein gemessener Druckverlauf 16 p2,gemessen(φ) über den Kurbelwinkel φ des Druckes p2 in dem Brennraum der Brennkraftmaschine für die Kompressionsphase von dem Kurbelwinkel φ1 am Beginn der Kompressionsphase bis zu dem Kurbelwinkel φ2 am Ende der Kompressionsphase bestimmt. Der gemessene Druckverlauf p2,gemessen(φ) wird ggf. in einem Block 18 korrigiert, sofern bereits Korrekturwerte vorliegen, und in einem Korrekturblock 20 bei 22 mit dem berechneten, modellierten, verlustkompensierten Druckverlauf 12 p2,modelliert(φ) verglichen. Aus diesem Vergleich wird in Block 24 ein Differenzverlauf 26 über den Kurbelwinkel φ für die Kompressionsphase von dem Kurbelwinkel φ1 am Beginn der Kompressionsphase bis zu dem Kurbelwinkel φ2 am Ende der Kompressionsphase bestimmt. Aus diesem Differenzverlauf 26 über den Kurbelwinkel φ werden in Block 28 ein Wert für eine Amplitudenkorrektur ΔpKorr und ein Wert für eine Kurbelwinkelkorrektur ΔφKorr als Korrektur für den gemessenen Brennraumdruck derart bestimmt, dass der Differenzverlauf 26 minimiert wird. Diese Korrekturwerte werden dem Block 18 zur Korrektur des gemessenen Druckverlaufes 16 zugeführt und gleichzeitig dafür verwendet, einen aktuell gemessenen Druckwert (hierin auch Brennraumdruck genannt) zu korrigieren. Ein derart korrigierter, gemessener aktueller Druckwert 30 für einen Druck p2 in einem Brennraum der Brennkraftmaschine wird der Zylinderdruckerfassung entnommen und einer Zylinderdruckauswertung (nicht dargestellt), zugeführt.In the preferred embodiment of the method according to the invention shown in the single FIGURE, a model 10 a modeled, loss-compensated pressure curve 12th p 2, modeled (φ) using a crank angle φ of a pressure p 2 in a combustion chamber of an internal combustion engine for a compression phase from a crank angle φ 1 at the beginning of the compression phase to a crank angle φ 2 at the end of the compression phase. In a cylinder pressure measurement 14th becomes a measured pressure curve 16 p 2, measured (φ) via the crank angle φ of the pressure p 2 in the combustion chamber of the internal combustion engine for the compression phase from the crank angle φ 1 at the beginning of the compression phase to the crank angle φ 2 at the end of the compression phase. The measured pressure curve p 2, measured (φ) is possibly in a block 18th corrected if correction values are already available and in a correction block 20th at 22nd with the calculated, modeled, loss-compensated pressure curve 12th p 2, modeled (φ) compared. This comparison becomes in block 24 a difference curve 26th determined via the crank angle φ for the compression phase from the crank angle φ 1 at the beginning of the compression phase to the crank angle φ 2 at the end of the compression phase. From this difference curve 26th over the crank angle φ are in block 28 a value for an amplitude correction Δp Korr and a value for a crank angle correction Δφ Korr as a correction for the measured combustion chamber pressure are determined in such a way that the difference curve 26th is minimized. These correction values are sent to the block 18th to correct the measured pressure curve 16 supplied and at the same time used to correct a currently measured pressure value (also referred to herein as the combustion chamber pressure). Such a corrected, measured current pressure value 30th For a pressure p 2 in a combustion chamber of the internal combustion engine, the cylinder pressure measurement is taken and fed to a cylinder pressure evaluation (not shown).

Der modellierte Druckverlauf p2,modelliert(φ) der reinen Verdichtung (Kompression) der angesaugten Ladungsmasse vom Kurbelwinkel φ1 am Beginn der Kompressionsphase bis zu dem Kurbelwinkel φ2 am Ende der Kompressionsphase in einem Brennraum wird in einem Block 32 des Modells 10 unter Annahme einer idealen Kompression mittels der folgenden Gleichung näherungsweise bestimmt: p 2 ( φ ) = p 1 ( V 1 V 2 ( φ ) ) κ

Figure DE102009043431B4_0002
The modeled pressure curve p 2, modeled (φ) of the pure compression (compression) of the sucked-in charge mass from the crank angle φ 1 at the beginning of the compression phase to the crank angle φ 2 at the end of the compression phase in a combustion chamber is in a block 32 of the model 10 under the assumption of an ideal compression approximately determined by means of the following equation: p 2 ( φ ) = p 1 ( V 1 V 2 ( φ ) ) κ
Figure DE102009043431B4_0002

Hierbei ist κ der Isentropenindex, p1 ein Druck im Brennraum zu Beginn der Kompressionsphase, V1 ein Volumen des Brennraumes zu Beginn der Kompressionsphase, p2 (φ) ein Druck im Brennraum bei dem Kurbelwinkel φ und V2(φ) ein Volumen des Brennraumes bei dem Kurbelwinkel φ.Here, κ is the isentropic index, p 1 is a pressure in the combustion chamber at the beginning of the compression phase, V 1 is a volume of the combustion chamber at the beginning of the compression phase, p 2 (φ) is a pressure in the combustion chamber at the crank angle φ and V 2 (φ) is a volume of the Combustion chamber at the crank angle φ.

Ab einem vorbestimmten Kurbelwinkel φVerlust ändern sich die thermischen Bedingungen (Wärmeübergang / Änderung der Stoffwerte) derart, dass die ideale Kompression gemäß Block 32 nicht ausreichend genau das Verhalten des Druckverlaufes während der Kompressionsphase beschreibt. Mit einem Verlustmodell 34 werden im Modell 10 die verschiedenen Einflüsse auf die thermodynamischen Verluste der Kompression, die letztendlich einen thermodynamischen Verlustwinkel Δφ bedingen, abhängig von den maßgeblichen Eingangsgrößen, wie beispielsweise Zylinderladungsmasse, Zylinderladungszusammensetzung (AGR), Zylinderladungstemperatur, Wandtemperatur, Restgasmasse, Restgastemperatur sowie weiter hier nicht genannte Größen, modelliert, d.h. numerisch im Steuergerät abgelegt. Durch Überlagerung beider Grundmodelle 32 und 34 erhält man den modellierten, verlustkompensierten Druckverlauf 12 des Zylinderdrucks der Kompression, der dem der realen Kompression sehr nahe kommt und welcher mit dem Zylinderdrucksensor gemessen werden müsste.From a predetermined crank angle φ loss , the thermal conditions (heat transfer / change in physical properties) change in such a way that the ideal compression according to block 32 does not describe the behavior of the pressure curve during the compression phase with sufficient accuracy. With a loss model 34 are in the model 10 the various influences on the thermodynamic losses of the compression, which ultimately result in a thermodynamic loss angle Δφ, depending on the relevant input variables, such as cylinder charge mass, cylinder charge composition (EGR), cylinder charge temperature, wall temperature, residual gas mass, residual gas temperature and other variables not mentioned here, are modeled, ie stored numerically in the control unit. By superimposing both basic models 32 and 34 the modeled, loss-compensated pressure curve is obtained 12th the cylinder pressure of the compression, which comes very close to that of the real compression and which would have to be measured with the cylinder pressure sensor.

Durch Vergleich von modelliertem Zylinderdruckverlauf 12 und gemessenem sowie ggf. korrigiertem (Block 18) Zylinderdruckverlauf 16 wird in Block 24 die Differenzkurve 26 (Fehlerkurve) der Kompression ermittelt, die die aktuellen Abweichungen der erfassten Zylinderdruckkurve 16 in Absolutlage (Amplitudenoffset Δp) und zeitlichen Verzug (Lageoffset Δφ) beinhaltet. Durch eine geeignete numerische Methode (Kreuzkorrelation / Signalverschiebung / Regression) wird die Differenzkurve 26 nun minimiert, indem auf die erfasste Zylinderdruckkurve 16 ein Offset sowohl in zeitlicher (ΔφKorr) als auch in absoluter (ΔpKorr) Dimension angewendet wird. Solange der Fehler der Differenzkurve 26 minimal ist, werden sowohl Amplitudenoffset als auch Lageoffset der Zylinderdruckerfassung 14 durch die Korrekturwerte Amplitudenkorrektur ΔpKorr und Kurbelwinkelkorrektur ΔφKorr optimal korrigiert. Zusammengefasst wird die gemessene Zylinderdruckkurve 16 möglichst exakt in eine modellierte Kompressionskurve 12 eingepasst.By comparing the modeled cylinder pressure curve 12th and measured and, if necessary, corrected (block 18th ) Cylinder pressure curve 16 will be in block 24 the difference curve 26th (Error curve) of the compression determined, which the current deviations of the recorded cylinder pressure curve 16 in absolute position (amplitude offset Δp) and time delay (position offset Δφ). Using a suitable numerical method (cross correlation / signal shift / regression) the difference curve 26th now minimized by clicking on the recorded cylinder pressure curve 16 an offset is applied both in time (Δφ Korr ) and in absolute (Δp Korr ) dimension. As long as the error of the difference curve 26th is minimal, both the amplitude offset and the position offset of the cylinder pressure detection are used 14th optimally corrected by the correction values amplitude correction Δp Korr and crank angle correction Δφ Korr. The measured cylinder pressure curve is summarized 16 as exactly as possible into a modeled compression curve 12th fitted.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch im gefeuerten Motorbetrieb eine zeitliche Korrektur des Zylinderdrucksignals. Im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem der Motor ohne Verbrennung betrieben werden muss, also die Kompression und die Expansion ohne Einspritzung bzw. Verbrennung erfolgen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Bereich eines Arbeitsspiels, nämlich die Kompression, ausgewählt, bei der weder Verbrennung noch Einspritzung erfolgt. Die Verbrennung kann aber im weiteren Verlauf des Arbeitsspiels erfolgen und einen beliebigen Expansionsverlauf erzeugen.The method according to the invention allows a temporal correction of the cylinder pressure signal even in fired engine operation. In contrast to the prior art, in which the engine must be operated without combustion, i.e. the compression and expansion take place without injection or combustion, in the method according to the invention a range of a work cycle, namely compression, is selected in which neither combustion Injection is still taking place. The combustion can, however, take place in the further course of the work cycle and generate any expansion course.

Claims (5)

Verfahren zum Bestimmen einer Korrektur für einen gemessenen Brennraumdruck in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei ein gemessener Druckverlauf über einen Kurbelwinkel φ für eine Kompressionsphase von einem Kurbelwinkel φ1, am Beginn der Kompressionsphase bis zu einem Kurbelwinkel φ2 am Ende der Kompressionsphase mit einem berechneten, modellierten Druckverlauf über den Kurbelwinkel φ für die Kompressionsphase von φ1 bis φ2 verglichen wird und aus einem Differenzverlauf über den Kurbelwinkel φ für die Kompressionsphase von φ1 bis φ2 des gemessenen Druckverlaufes und des modellierten Druckverlaufes ein Wert für eine Amplitudenkorrektur ΔpKorr und ein Wert für eine Kurbelwinkelkorrektur ΔφKorr als Korrektur für den gemessenen Brennraumdruck derart bestimmt werden, dass der Differenzverlauf minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenkorrektur ΔpKorr und gleichzeitig die Kurbelwinkelkorrektur ΔφKorr für den minimalen Differenzverlauf mittels eines numerischen Verfahrens, insbesondere mittels einer Kreuzkorrelation, einer Signalverschiebung und/oder einer Regression, bestimmt werden, indem auf die erfasste Zylinderdruckkurve 16 sowohl ein Lageoffset in zeitlicher ΔφKorr als auch ein Amplitudenoffset in absoluter ΔpKorr Dimension angewendet wird.Method for determining a correction for a measured combustion chamber pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, with a measured pressure profile over a crank angle φ for a compression phase from a crank angle φ 1 at the beginning of the compression phase to a crank angle φ 2 at the end of the compression phase with a calculated, The modeled pressure curve is compared over the crank angle φ for the compression phase from φ 1 to φ 2 and from a difference curve over the crank angle φ for the compression phase from φ 1 to φ 2 of the measured pressure curve and the modeled pressure curve a value for an amplitude correction Δp Korr and a Value for a crank angle correction Δφ Korr can be determined as a correction for the measured combustion chamber pressure in such a way that the difference curve is minimized, thereby characterized in that the amplitude correction Δp Korr and at the same time the crank angle correction Δφ Korr for the minimum difference curve are determined by means of a numerical method, in particular by means of a cross correlation, a signal shift and / or a regression, by applying both a position offset in terms of time Δφ to the recorded cylinder pressure curve 16 Korr as well as an amplitude offset in absolute Δp Korr dimension is used. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte, (a) Messen eines unkorrigierten Druckverlaufes im Brennraum während einer Kompressionsphase in Abhängigkeit von einem Kurbelwinkel φ; (b) Bestimmen eines modellierten, theoretischen Druckverlaufes im Brennraum für die Kompressionsphase in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel φ aus der Gleichung p 2 ( φ ) = p 1 ( V 1 V 2 ( φ ) ) κ ,
Figure DE102009043431B4_0003
wobei κ der Isentropenindex, p1 ein Druck im Brennraum zu Beginn der Kompressionsphase, V1 ein Volumen des Brennraumes zu Beginn der Kompressionsphase, p2 (φ) ein Druck im Brennraum bei dem Kurbelwinkel φ und V2(φ) ein Volumen des Brennraumes bei dem Kurbelwinkel φ ist; (c) Bestimmen ab einem vorbestimmten Kurbelwinkel φVerlust einer Abweichung des modellierten Druckverlaufes von einer realen Kompression aufgrund thermodynamischer Verluste der Kompression mittels eines Verlustmodells in Abhängigkeit von mindestens einer vorbestimmten Eingangsgröße; (d) Bestimmen eines modellierten, verlustkompensierten Druckverlaufes für die Kompressionsphase in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel φ aus dem in Schritt (b) bestimmten modellierten Druckverlauf und der in Schritt (c) bestimmten Abweichung; (e) Bestimmen eines Differenzverlaufes über den Kurbelwinkel φ für die Kompressionsphase zwischen dem in Schritt (a) gemessenen, unkorrigierten Druckverlauf über den Kurbelwinkel φ und dem in Schritt (d) bestimmten, modellierten, verlustkompensierten Druckverlauf über den Kurbelwinkel φ; (f) Bestimmen des Wertes für die Amplitudenkorrektur ΔpKorr und des Wertes für die Kurbelwinkelkorrektur ΔφKorr als Korrektur für den gemessenen Brennraumdruck derart, dass der in Schritt (e) bestimmte Differenzverlauf minimiert wird, wobei die Amplitudenkorrektur und gleichzeitig die Kurbelwinkelkorrektur für den minimalen Differenzverlauf mittels eines numerischen Verfahrens, insbesondere mittels einer Kreuzkorrelation, einer Signalverschiebung und/oder einer Regression, bestimmt werden, indem auf die erfasste Zylinderdruckkurve 16 sowohl ein Lageoffset in zeitlicher ΔφKorr als auch ein Amplitudenoffset in absoluter ΔpKorr Dimension angewendet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized by the following steps, (a) measuring an uncorrected pressure curve in the combustion chamber during a compression phase as a function of a crank angle φ; (b) Determination of a modeled, theoretical pressure curve in the combustion chamber for the compression phase as a function of the crank angle φ from the equation p 2 ( φ ) = p 1 ( V 1 V 2 ( φ ) ) κ ,
Figure DE102009043431B4_0003
 where κ is the isentropic index, p 1 is a pressure in the combustion chamber at the beginning of the compression phase, V 1 is a volume of the combustion chamber at the beginning of the compression phase, p 2 (φ) is a pressure in the combustion chamber at the crank angle φ and V 2 (φ) is a volume of the combustion chamber at the crank angle φ; (c) determining, from a predetermined crank angle φ loss, a deviation of the modeled pressure profile from a real compression due to thermodynamic losses of the compression by means of a loss model as a function of at least one predetermined input variable; (d) determining a modeled, loss-compensated pressure curve for the compression phase as a function of the crank angle φ from the modeled pressure curve determined in step (b) and the deviation determined in step (c); (e) determining a difference curve over the crank angle φ for the compression phase between the uncorrected pressure curve measured in step (a) over the crank angle φ and the modeled, loss-compensated pressure curve over the crank angle φ determined in step (d); (f) Determining the value for the amplitude correction Δp Korr and the value for the crank angle correction Δφ Korr as a correction for the measured combustion chamber pressure in such a way that the difference curve determined in step (e) is minimized, the amplitude correction and at the same time the crank angle correction for the minimum difference curve are determined using a numerical method, in particular by means of a cross correlation, a signal shift and / or a regression by both a position offset in time Δφ Korr an amplitude offset in absolute Ap Korr dimension is applied to the detected cylinder pressure curve 16 as well. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Eingangsgröße in Schritt (c) eine Zylinderladungsmasse, eine Zylinderladungszusammensetzung, insbesondere ein Anteil an rückgeführtem Abgas (AGR), eine Zylinderladungstemperatur, eine Wandtemperatur, eine Restgasmasse und/oder eine Restgastemperatur umfasst.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the predetermined input variable in step (c) comprises a cylinder charge mass, a cylinder charge composition, in particular a proportion of recirculated exhaust gas (EGR), a cylinder charge temperature, a wall temperature, a residual gas mass and / or a residual gas temperature. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsphase 100 Grad bis 180 Grad Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine breit ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the compression phase is 100 degrees to 180 degrees crank angle of the internal combustion engine wide. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsphase mit dem Kompressionstakt der Brennkraftmaschine übereinstimmt.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the compression phase coincides with the compression stroke of the internal combustion engine.
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