WO2006092351A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2006092351A1
WO2006092351A1 PCT/EP2006/050520 EP2006050520W WO2006092351A1 WO 2006092351 A1 WO2006092351 A1 WO 2006092351A1 EP 2006050520 W EP2006050520 W EP 2006050520W WO 2006092351 A1 WO2006092351 A1 WO 2006092351A1
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pressure
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metered
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Erwin Bauer
Dietmar Ellmer
Thorsten Lauer
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an internal combustion engine having at least one cylinder, in which a combustion chamber is formed and a piston is assigned, with an intake, which communicates with the combustion chamber of the cylinder depending on the position of a gas inlet valve, an exhaust tract which communicates with the combustion chamber of the cylinder depending on the position of the gas outlet valve, with an injection valve provided for metering fuel, and with a cylinder pressure sensor which detects the pressure in the combustion chamber of the cylinder.
  • a method for determining a combustion chamber pressure curve in an internal combustion engine is known.
  • an estimated value of a cylinder pressure is estimated as a function of a previous measured value of the cylinder pressure, a volume of the cylinder assigned to it and a volume of the cylinder assigned to the estimated value of the cylinder pressure and of a polytropic exponent by means of the polytope equation.
  • the polytropic exponent is given depending on a cooling water temperature.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for controlling an internal combustion engine, which enables precise control of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine with at least one cylinder, in which a combustion chamber is formed and to which a piston is assigned.
  • the internal combustion engine also has an intake tract, the Depending on the position of a gas inlet valve communicates with the combustion chamber of the cylinder and an exhaust tract, which communicates with the combustion chamber of the cylinder depending on the position of a gas outlet valve. It also has an injection valve which is provided for metering fuel, and a cylinder pressure sensor which detects the pressure in the combustion chamber of the cylinder.
  • a predetermined first fuel mass in the combustion chamber is metered. The intermediate compression is achieved by closing the gas outlet valve before top dead center during charge exchange and opening of the gas inlet valve after top dead center during the charge cycle, which can preferably be adjusted by appropriate phase divider.
  • measured values of the pressure in the combustion chamber are detected within a predetermined first crankshaft angle window during which an oxidation of fuel is to be expected.
  • the degree of conversion of the first fuel mass is determined as a function of the detected measured values of the pressure and reference values of the pressure, which are characteristic of the corresponding pressure curve in the combustion chamber, if no fuel is metered.
  • the degree of conversion is representative of the proportion of fuel mass oxidized during the intermediate compression.
  • An actuating signal for at least one actuator of the internal combustion engine is determined depending on the degree of conversion. The degree of conversion is easy
  • the degree of conversion is determined as a function of determining a difference surface between the measured values and the reference values of the pressure over the first crankshaft window.
  • the degree of conversion can be determined so precisely.
  • the differential area is determined by numerical integration by means of the trapezoidal method. This is particularly easy to implement used for controlling internal combustion engines microprocessors and can be sufficiently accurate at the same time.
  • first crankshaft window with the top dead center of the Charge change begins because it can be detected very accurately. Further, it is advantageous if the first crankshaft window ends at about 30 to 40 ° after top dead center in charge exchange. This represents a good compromise between the largest possible proportion of the actually arising differential area over the entire intermediate compression and at the same time a safe termination before reopening the gas inlet valve.
  • a second metered fuel mass is determined depending on the degree of conversion, which is to be metered into the combustion chamber after the intermediate compression and at the latest within a following after the intermediate compression main compression. In this way, a precise adjustment of the air / fuel ratio is possible.
  • the second metered fuel mass to be metered is metered after the intermediate compression and at the latest within a main compression following the intermediate compression. In this way, the temperature during the main compression can be selectively influenced by a suitable internal cooling of the gases in the combustion chamber to the fuel droplets and so on
  • a control signal for a phase divider for adjusting a phase of Gaseinlenneventilhubverlaufs relative to a reference point with respect to the crankshaft and / or a control signal for a phase divider for adjusting a phase of Gasauslassventilhubverlaufs relative to a reference point with respect to the crankshaft depending on the Implementation determined.
  • an ignition signal for a spark plug is determined depending on the degree of conversion. In this way, an ignition timing of the mixture can be precisely adjusted and thus a desired combustion sequence can be precisely adjusted even in the Otto engine room ignition.
  • a control signal for a pulse charging valve is determined depending on the degree of conversion. In this way, the supplied air mass in the combustion chamber can be influenced very quickly and thus the air / fuel ratio can be set very precisely.
  • a control signal for a cooling device is determined, which is assigned to an external exhaust gas recirculation of the internal combustion engine and that depends on the degree of implementation. Also in this way a very accurate adjustment of the temperature level of the gas in the combustion chamber is possible.
  • the reference values are determined from a first map depending on a temperature that is representative of a temperature within the intermediate compression before starting an oxidation of the first fuel mass to be metered and / or the phase of the first
  • Invention are detected at least two measured values of the pressure in the combustion chamber during the intermediate compression within the predetermined second crankshaft angle window, which is predetermined so that the pressure profile is independent of the optionally metered first fuel mass.
  • Polytropic exponent is determined depending on at least two measured values of the pressure in the combustion chamber.
  • the polytropic exponent is preferably determined several times by means of different measured value pairs and averaged, which increases its calculation accuracy. Map values of the first
  • Map are determined or adapted depending on the Polytropenexponenten at least one of the measured values of the pressure and the map values associated volumes of the combustion chamber and the at least one measured value (p [k]) of the Pressure (p) associated volume of the combustion chamber.
  • the map values can be determined or adjusted during operation of the internal combustion engine, which makes high precision possible over the entire service life of the internal combustion engine.
  • the map values are preferably assigned to respective map points which correspond to the current input variables of the first map.
  • a desired degree of conversion depends on the first fuel mass to be metered and / or the phase of
  • FIG. 2 is a block diagram of the control device
  • FIG. 3 is a flowchart of a first program executed in the control device
  • FIG. 4 shows a flowchart of a further program that is executed in the control device
  • FIG. 5 is a Gaseinlass- and Gasauslassventilhubverlauf plotted against the crankshaft angle
  • FIG. 6 shows pressure profiles of the pressure in the combustion chamber within an intermediate compression.
  • An internal combustion engine comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake tract 1 preferably comprises a throttle valve 5, furthermore a collector 6 and an intake manifold 7, which leads to a cylinder Z 1 via an intake passage into the engine block 2 is guided.
  • the engine block 2 further includes a crankshaft 8, which is coupled via a connecting rod 10 with the piston 11 of the cylinder Zl.
  • the cylinder head 3 comprises a valve drive 14, 15 with a gas inlet valve 12 and a gas outlet valve 13. Further, the valvetrain 14, 15 preferably for the gas inlet valve 12 and optionally also for the
  • Gas outlet valve 13 a phaser 14a, 15a assigned by means of which a phase of the Gaseinlrawventilhubverlaufs or the Gasauslisterventilhubverlaufs relative to a reference point with respect to the crankshaft is adjustable.
  • a pulse charging valve 16 is preferably arranged in the intake tract 1. It can also be provided an external exhaust gas recirculation 17, which is provided with a cooling device 17a for cooling the exhaust gas flowing through the external exhaust gas recirculation 17 and which is actively controlled by a control device.
  • At least one swirl flap can be provided for influencing the fluid flow into a combustion chamber of the cylinder Z1.
  • the cylinder head 3 further comprises an injection valve 18 and a spark plug 19.
  • the injection valve 18 may also be arranged to the intake manifold 7.
  • an exhaust gas catalyst 21 is arranged, which is preferably designed as a three-way catalyst.
  • a control device 25 is provided which is associated with sensors which detect different measured variables and in each case determine the value of the measured variable. The control device 25 determines depending on at least one of the measured variables
  • Manipulated variables which are then converted into one or more actuating signals for controlling actuators of the fuel machine by means of corresponding actuators.
  • the control device 25 may also be referred to as a device for controlling the internal combustion engine.
  • the sensors are here in the embodiment, a pedal position sensor which detects an accelerator pedal position of an accelerator pedal 27, an air mass sensor 28 which detects an air mass flow upstream of the throttle valve 5, a first temperature sensor 32 which detects an intake air temperature, a Saugrohr horrsensor 34, which an intake manifold pressure in the collector 6 detects a crankshaft angle sensor 36, which detects a crankshaft angle, which is then assigned a speed. Further, a second temperature sensor 38 is preferably provided, which detects a coolant temperature. A cylinder pressure sensor 39 is provided, which detects a pressure curve in the combustion chamber of the cylinder.
  • an exhaust gas probe 42 is provided, which is arranged upstream of the catalytic converter 21 and detects the residual oxygen content of the exhaust gas, and whose measurement signal is characteristic of the air / fuel ratio in the combustion chamber of the cylinder Zl and upstream of the exhaust gas probe before oxidation of the fuel.
  • a further catalytic converter 23 may be arranged, which is designed as a NOx catalyst.
  • any subset of said sensors may be present, or additional sensors may be present.
  • the actuators are, for example, the throttle valve, the gas inlet and outlet valves 12, 13, the phaser 14a, 15a, the pulse charging valve 16, the cooling device 17a, the swirl flap, the injection valve 18, or the spark plug 19th
  • cylinders Z2 to Z4 are preferably also provided, to which corresponding actuators and, if appropriate, sensors are then assigned.
  • a block Bl is provided, which is designed to determine a degree of conversion USG as a function of measured values p [i] of the pressure p in the combustion chamber during an intermediate compression.
  • a program for determining the degree of implementation USG is explained in more detail below with reference to the flowchart of FIG.
  • a block B2 is provided, which is designed to determine or adapt characteristic map values of a first characteristic map KF1 as a function of detected pressure values p [i] of the pressure in the combustion chamber, which are detected within a second crankshaft angle window.
  • a program for determining the first map KFl is described below with reference to the flowchart of Figure 4 explained.
  • the block B2 does not necessarily have to be part of the control device 25.
  • the map KFl can also be stored in advance in a data memory of the internal combustion engine.
  • a block B4 in which a target conversion efficiency USG_SP depends on a first fuel mass MMF1 to be metered, which is metered before or during the intermediate compression in the combustion chamber of the cylinder Z1, from the phase CAM IN of the gas inlet valve 14 and / or the phase CAM_EX the gas outlet valve 15 is determined.
  • a corresponding second characteristic field KF2 is preferably stored in the block B4, from which then the desired degree of conversion USG SP is determined.
  • a Differenzum stumpish D USG is determined by forming a difference of the target conversion efficiency USG_SP and the degree of conversion USG in the summing point Sl.
  • the degree of differential conversion D_USG is input to a block B6 that includes a controller.
  • the controller of the block B6 may be formed as a single-size, but preferably as a multi-variable controller.
  • the outputs of the block B6 are preferably correction values, such as a correction value COR_MFF2 of a second fuel mass MFF2 to be metered, which after the intermediate compression and before or during a
  • correction values may also include, for example, a cranking angle correction value COR SOI, a gas inlet valve lift course correction value COR_CAM_IN, a correction value COR_CAM_EX for the phase of the
  • the controller can be designed to generate corresponding correction values or even only an arbitrary subset of the correction values.
  • a block B8 is provided which is designed to determine actuating signals for the actuators of the internal combustion engine. This takes place as a function of the correction values generated in block B6 and, moreover, preferably as a function of further operating variables of the internal combustion engine, whereby measured variables and also variables derived therefrom are considered under operating variables.
  • a control signal SG MFF2 for metering the second fuel mass MFF2 a control signal SG_SOI for setting the starting crankshaft angle for metering the second fuel mass MFF2 to be metered, a control signal SG_CAM_IN for driving the phaser 14a is generated and provided.
  • the block B8 is further adapted to generate a control signal SG IGN for an ignition signal and a control signal SG_T_EGR for driving the cooling device 17a and a control signal SG IC for driving the pulse charging valve 16.
  • the block B8 is designed to generate a control signal SG_PORT_AV for the swirl flap.
  • the actuating signals are respectively determined depending on the correction values assigned to them.
  • the block B8 can also be designed to generate additional control signals or only a subset of the listed control signals.
  • a block BIO then represents the internal combustion engine whose actuators are adjusted or controlled by means of the control signals.
  • the program for determining the degree of conversion USG is started according to FIG. 3 in a step S1 in which variables are initialized, if necessary.
  • Fuel mass MFFl determined and indeed depending on operating variables of the internal combustion engine.
  • the respective injection valve 18 is then controlled accordingly before or during the intermediate compression for metering the first fuel mass MFF1 to be metered.
  • a step S4 it is checked whether the crankshaft angle CRK is within the first crankshaft angle window CRK Wl.
  • the first crankshaft angle window CRK_W1 is set to be within the intermediate compression and is within the range of the crankshaft angle where oxidation of the first fuel mass MFF1 to be metered takes place in the engine of the cylinder.
  • FIG 5 An exemplary Ventilhubverlauf with intermediate compression is shown with reference to FIG 5.
  • the valve lift HV is plotted there above the crankshaft angle CRK.
  • Komp denotes a compression stroke
  • Exp denotes a stroke
  • Aus denotes a knock-out stroke
  • An denotes an intake stroke.
  • OTL is the top dead center when changing the charge
  • OTZ is the top dead center when the air / fuel mixture is ignited.
  • 50 is a Gasauslassventilhubverlauf designated
  • 52 is a Gaseinlskyventilhubverlauf called.
  • FIG. 6 shows the pressure P in the combustion chamber over the
  • Crankshaft angle CRK during the intermediate compression 54 designate a reference pressure curve, 56 an actual pressure curve and 58 a differential surface.
  • the reference pressure curve is the pressure curve that is would give MFFl without metering from the first amount of fuel to be metered.
  • Reference values p_ref [k] are preferably determined from the first map KFl.
  • the first crankshaft angle window CRK_W1 preferably extends from approximately top dead center in the case of charge exchange OTL up to approximately 30 to 40 ° after top dead center OTL during charge exchange.
  • step S6 a measured value p [k] of the pressure p in the combustion chamber is detected and temporarily stored. Subsequently, the processing, if appropriate after a predefinable waiting period or a predefinable crankshaft angle is continued again in step S4.
  • step S4 is preferably left on its first passage only when crankshaft angle CRK is within first crankshaft angle window CRK_W1.
  • step S8 reference values p ref [k] of the pressure in the combustion chamber are dependent on the first map, preferably by map interpolation, dependent on a temperature T_ZK representative of a temperature within the intermediate compression before starting the oxidation of the first fuel mass to be metered MFFl and / or the phase CAM_IN of the gas inlet valve 14 and / or the phase CAM_EX of the gas outlet valve 15 is determined.
  • corresponding corresponding reference values p_ref [k] of the pressure in the combustion chamber are also determined in the passages of Step S6 determined between stored measured values p [k] of the pressure p in the combustion chamber.
  • step S10 the degree of conversion USG is subsequently determined as a function of the reference values p_ref [k] and the measured values p [k], k designates a counter for measuring or reference values which are assigned to the first crankshaft angle window CRK W1.
  • the determination of the degree of conversion USG in step S10 is preferably carried out by numerical integration of the differential area 58, in which connection the reference values p_ref [k] and measured values p [k] being used to carry out the numerical integration.
  • a trapezoidal method is used as numerical integration method, for example the trapezoid method of Heun.
  • the resulting integral can also be normalized appropriately.
  • the program is ended in a step S12.
  • the program is restarted once per cycle of the internal combustion engine and in particular when the internal combustion engine is in the so-called HCCI combustion mode.
  • step S14 The program for determining or adapting the first characteristic map KF1 is started in a step S14 (FIG. 4). Variations are optionally initialized in step S14.
  • a step S16 it is checked whether the crankshaft angle CRK is within a second crankshaft angle window CRK_W2.
  • the second crankshaft angle window CRK_W2 is set so that the pressure profile is independent of the possibly assigned first fuel mass MFF1. This means that the second crankshaft angle window CRK W2 ends at the latest with the beginning of the oxidation of the first fuel mass MFF1 to be metered.
  • the program remains in step S16 at its first pass until the condition of
  • Step S16 is fulfilled. If the condition of step S16 is satisfied, in a step S18, a measured value p [i] of the pressure p in the combustion chamber is detected and temporarily stored. Subsequently, the processing is continued again, optionally after the predetermined waiting time or the predetermined crankshaft angle again in step S16. If, on the other hand, the condition of step S16 is not fulfilled, in a step S20 a polytropic exponent K is determined as a function of at least two measured values p [i] of the pressure p in the combustion chamber and corresponding volumes VOL [i] of the combustion chamber acquired during runs of step S18 , This is preferably done by means of the relationship indicated in step S20.
  • map values for the first characteristic map KF1 are then determined or also adapted as a function of volumes VOL [k], which in particular are assigned to the first crankshaft angle window CRK_W1
  • Polytropenexponenten K the measured values p [i] of the pressure p in the combustion chamber and preferably still depends on the current temperature T_ZK, which is representative of the temperature within the intermediate compression before the start of the oxidation of the first fuel mass MFF1 to be metered, and / or the phase CAM IN of the gas inlet valve 12 and / or the phase CAM EX of the gas outlet valve 13.
  • step S22 The determination of the corresponding reference values p ref [k] preferably takes place by means of the relationship given in step S22, which represents the polytropic equation. Depending on these reference values p_ref [k], corresponding interpolation point values of the first characteristic field KFl can then be determined or also adapted.
  • step S24 the program is then terminated.
  • the program can be executed during the regular operation of the internal combustion engine and thus allows an online update of the map KFl. It is characterized in that the pressure profile detected during the second crankshaft angle window CRK W2 is extrapolated at least to the area of the first crankshaft angle window CRK W1. However, it can also be extrapolated beyond that.

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine Vor oder während einer Zwischenkompression um den oberen Totpunkt eines Kolbens einer Brennkraftmaschine bei Ladungswechsel wird eine vorgegebene erste Kraftstoffmasse (MFF1) in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders (Z1 bis Z4) zugemessen. Während der Zwischenkompression werden innerhalb eines vorgegebenen ersten Kurbelwellenwinkelfensters (CRK W1) Messwerte (p[k]) des Drucks (p) in dem Brennraum mittels eines Zylinderdrucksensors (39) erfasst. Ein Maß für einen Umsetzungsgrad (USG) der ersten Kraftstoffmasse (MFF1) wird ermittelt abhängig von den erfassten Messwerten (p[k]) des Drucks (p) und Referenzwerten (p ref[k]) des Drucks (p), die charakteristisch sind für den entsprechenden Druckverlauf in dem Brennraum, wenn kein Kraftstoff zugemessen wird. Ein Stellsignal für zumindest ein Stellglied der Brennkraftmaschine wird abhängig von dem Umsetzungsgrad (SG) ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt, der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert, einem Abgastrakt, der abhängig von der Stellung des Gasauslassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert, mit einem Einspritzventil, das zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen ist, und mit einem Zylinderdrucksensor, der den Druck in dem Brennraum des Zylinders erfasst.
Steigende Energiekosten und Verschärfungen gesetzlicher Bestimmungen bezüglich des zulässigen Kraftstoffverbrauchs oder der zulässigen Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, Maßnahmen zu ergreifen, um einerseits den Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen zu senken und andererseits sicherzustellen, dass die von dem Kraftfahrzeug ausgestoßenen Schadstoffemissionen geringe Werte einnehmen. In diesem Zusammenhang ist es bekannt geworden, Brennkraftmaschinen, insbesondere benzinbetriebene, in bestimmten Betriebspunkten mit einem selbstzündenden Brennverfahren zu betreiben, das auch als Homogeneous Charge Compression Ignition, Compressed Auto Ignition oder Raumzündungsverfahren genannt wird. Bei diesem selbstzündenden Brennverfahren wird die Selbstzündung und damit der Verbrennungsverlauf über die reaktive Energiemenge in dem Zylinder der Brennkraftmaschine gesteuert. Diese Energiemenge kann unter anderem durch einen im Vergleich zum konventionell gezündeten Ottomotorenbetrieb sehr hohen Restgasanteil bereitgestellt werden. Auch für konventionell gezündete Ottomotoren ist es bekannt, im unteren und mittleren Teillastbereich die Brennkraftmaschine mit einer hohen Abgasrückführrate zu betreiben, um die Verbrennung bezüglich der Gütekriterien Verbrauch und Emissionen zu optimieren .
Aus der DE 199 007 38 Cl ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Brennraumdruckverlaufs bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Schätzwert eines Zylinderdrucks abhängig von einem vorangegangenen Messwert des Zylinderdrucks, einem diesem zugeordneten Volumen des Zylinders und einem dem Schätzwert des Zylinderdrucks zugeordneten Volumen des Zylinders und eines Polytropenexponenten mittels der Polytropengleichung abgeschätzt. Der Polytropenexponent ist vorgegeben abhängig von einer Kühlwassertemperatur.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das beziehungsweise die ein präzises Steuern der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer
Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben zugeordnet ist. Die Brennkraftmaschine hat ferner einen Ansaugtrakt, der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert und einen Abgastrakt, der abhängig von der Stellung eines Gasauslassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert. Sie hat ferner ein Einspritzventil, das zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen ist, und einen Zylinderdrucksensor, der den Druck in dem Brennraum des Zylinders erfasst. Vor oder während einer Zwischenkompression um den oberen Totpunkt des Kolbens bei Ladungswechsel wird eine vorgegebene erste Kraftstoffmasse in dem Brennraum zugemessen. Die Zwischenkompression kommt durch Schließen des Gasauslassventils vor dem oberen Totpunkt bei Ladungswechsel und einem Öffnen des Gaseinlassventils nach dem oberen Totpunkt beim Ladungswechsel zustande, was bevorzugt durch entsprechende Phasensteiler eingestellt werden kann.
Während der Zwischenkompression werden innerhalb eines vorgegebenen ersten Kubelwellenwinkelfensters, während dessen eine Oxidation von Kraftstoff zu erwarten ist, Messwerte des Drucks in dem Brennraum erfasst. Ein Maß für einen
Umsetzungsgrad der ersten Kraftstoffmasse wird ermittelt abhängig von den erfassten Messwerten des Drucks und Referenzwerten des Drucks, die charakteristisch sind für den entsprechenden Druckverlauf in dem Brennraum, wenn kein Kraftstoff zugemessen wird. Der Umsetzungsgrad ist repräsentativ für den Anteil der während der Zwischenkompression oxidierten Kraftstoffmasse. Ein Stellsignal für zumindest ein Stellglied der Brennkraftmaschine wird abhängig von dem Umsetzungsgrad ermittelt. Durch den Umsetzungsgrad lassen sich einfach
Rückschlüsse ziehen auf ein Temperaturniveau im Brennraum nach der Zwischenkompression und die verbleibende Kraftstoffmasse. Die Temperatur im Brennraum nach der Zwischenkompression hat einen Einfluss auf einen Temperaturverlauf während eines folgenden Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine und somit auf die Entstehung von Schadstoffemissionen, wie beispielsweise Stickoxidemissionen, Darüber hinaus ermöglicht eine genaue Kenntnis der noch verbleibenden Kraftstoffmasse ein präzises Einstellen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem nachfolgenden Arbeitstakt. Bei geeigneter Anpassung des mindestens einen Stellsignals für zumindest ein Stellglied der
Brennkraftmaschine abhängig von dem Umsetzungsgrad können so wirkungsvoll Schadstoffemissionen verringert werden und die Brennkraftmaschine sehr präzise gesteuert werden.
Die genaue Kenntnis des Umsetzungsgrades und seine geeignete Berücksichtigung beim Ermitteln des Stellsignals für das zumindest eine Stellglied der Brennkraftmaschine ermöglicht insbesondere ein sehr präzises Beherrschen eines Raumzündverfahrens .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Umsetzungsgrad abhängig von einem Bestimmen einer Differenzfläche zwischen den Messwerten und den Referenzwerten des Drucks über das erste Kurbelwellenfenster ermittelt. Der Umsetzungsgrad kann so besonders präzise ermittelt werden.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Differenzfläche durch numerisches Integrieren mittels der Trapezmethode ermittelt wird. Dies ist besonders einfach auf zum Steuern von Brennkraftmaschinen eingesetzten Mikroprozessoren realisierbar und kann gleichzeitig ausreichend genau sein.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das erste Kurbelwellenfenster mit dem oberen Totpunkt der Ladungswechsel beginnt, da dieser sehr genau erfasst werden kann. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das erste Kurbelwellenfenster bei in etwa 30 bis 40° nach dem oberen Totpunkt bei Ladungswechsel endet. Dies stellt einen guten Kompromiss zwischen einem möglichst großen Anteil der tatsächlich entstehenden Differenzfläche über die gesamte Zwischenkompression und gleichzeitig einem sicheren Beenden vor dem erneuten Öffnen des Gaseinlassventils dar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung wird abhängig von dem Umsetzungsgrad eine zweite zuzumessende Kraftstoffmasse ermittelt, die nach der Zwischenkompression und spätestens innerhalb einer auf die Zwischenkompression folgenden Hauptkompression in den Brennraum zugemessen werden soll. Auf diese Weise ist ein präzises Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein für die Lage eines
Zumesskurbelwellenwinkelbereichs, während dessen die zweite zuzumessende Kraftstoffmasse zugemessen werden soll, charakteristischer Kurbelwellenwinkel abhängig von dem Umsetzungsgrad ermittelt. Die zweite zuzumessende Kraftstoffmasse wird nach der Zwischenkompression und spätestens innerhalb einer auf die Zwischenkompression folgenden Hauptkompression zugemessen. Auf diese Weise kann die Temperatur während der Hauptkompression gezielt beeinflusst werden durch eine geeignete Innenkühlung der Gase in dem Brennraum an den Kraftstofftröpfchen und so der
Ausstoß von NOX-Emissionen entscheidend beeinflusst werden.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der für die Lage des Zumesskurbelwellenwinkelbereichs charakteristische Kurbelwellenwinkel ein Start- Kurbelwellenwinkel für das Zumessen der zweiten zuzumessenden Kraftstoffmasse ist. Es kann jedoch beispielsweise auch der Schwerpunkt der zweiten zuzumessenden Kraftstoffmasse oder der End-Kurbelwellenwinkel für das Zumessen der zweiten zuzumessenden Kraftstoffmasse zweckmäßig sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Stellsignal für einen Phasensteiler zum Einstellen einer Phase des Gaseinlassventilhubverlaufs bezogen auf einen Referenzpunkt bezüglich der Kurbelwelle und/oder ein Stellsignal für einen Phasensteiler zum Einstellen einer Phase des Gasauslassventilhubverlaufs bezogen auf einen Referenzpunkt bezüglich der Kurbelwelle abhängig von dem Umsetzungsgrad ermittelt. Dies ermöglicht insbesondere im Zusammenhang mit sehr schnellen Phasenstellern, wie mit elektromotorisch angetriebenen Phasenstellern, ein sehr präzises Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während der Hauptkompression.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Zündsignal für eine Zündkerze abhängig von dem Umsetzungsgrad ermittelt. Auf diese Weise kann auch bei dem ottomotorischen Raumzündverfahren ein EntflammungsZeitpunkt des Gemisches präzise eingestellt werden und somit ein gewünschter Verbrennungsablauf genau eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Stellsignal für ein Impulsladeventil abhängig von dem Umsetzungsgrad ermittelt. Auf diese Weise kann sehr kurzfristig die zugeführte Luftmasse in dem Brennraum beeinflusst werden und so das Luft/Kraftstoff- Verhältnis sehr präzise eingestellt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Stellsignal für eine Kühlvorrichtung ermittelt, die einer externen Abgasrückführung der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und zwar abhängig von dem Umsetzungsgrad. Auch auf diese Weise ist ein sehr genaues Einstellen des Temperaturniveaus des Gases in dem Brennraum möglich .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung werden die Referenzwerte aus einem ersten Kennfeld ermittelt abhängig von einer Temperatur, die repräsentativ ist für eine Temperatur innerhalb der Zwischenkompression vor einem Beginnen einer Oxidation der zuzumessenden ersten Kraftstoffmasse und/oder der Phase des
Gaseinlassventilhubverlaufs und/oder der Phase des Gasauslassventilverlaufs. Auf diese Weise können die Referenzwerte einfach und präzise ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung werden mindestens zwei Messwerte des Drucks in dem Brennraum während der Zwischenkompression innerhalb des vorgegebenen zweiten Kurbelwellenwinkelfensters erfasst, das so vorgegeben ist, dass der Druckverlauf unabhängig ist von der gegebenenfalls zugemessenen ersten Kraftstoffmasse. Ein
Polytropenexponent wird bestimmt abhängig von mindestens zwei Messwerten des Drucks in dem Brennraum. Bevorzugt wird der Polytropenexponent mittels verschiedener Messwertepaare mehrfach bestimmt und gemittelt, was seine Berechnungsgenauigkeit erhöht. Kennfeldwerte des ersten
Kennfelds werden ermittelt oder angepasst abhängig von dem Polytropenexponenten mindestens einem der Messwerte des Drucks und den Kennfeldwerten zugeordneten Volumina des Brennraums und dem dem mindestens einen Messwert (p[k]) des Drucks (p) zugeordneten Volumen des Brennraums. Auf diese Weise können während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Kennfeldwerte bestimmt oder angepasst werden, was eine hohe Präzision über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine möglich macht. Bevorzugt werden die Kennfeldwerte jeweiligen Kennfeldpunkten zugeordnet, die den aktuellen Eingangsgrößen des ersten Kennfelds entsprechen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Soll-Umsetzungsgrad abhängig von der zuzumessenden ersten Kraftstoffmasse und/oder der Phase des
Gaseinlassventilhubverlaufs und/oder des
Gasauslassventilhubverlaufs ermittelt und das Stellsignal für zumindest eine Stellglied der Brennkraftmaschine abhängig von dem Sollumsetzungsgrad ermittelt. Auf diese Weise ist eine präzise Regelung des Verbrennungsprozesses der
Brennkraftmaschine einfach möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
Figur 2 ein Blockschaltbild der Steuervorrichtung,
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms, das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird,
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Programms, das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird,
Figur 5 einen Gaseinlass- und Gasauslassventilhubverlauf aufgetragen über den Kurbelwellenwinkel, und Figur 6 Druckverläufe des Drucks in dem Brennraum innerhalb einer Zwischenkompression.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
Eine Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Zl über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Zl gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb 14, 15 mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13. Ferner ist dem Ventiltrieb 14, 15 bevorzugt jeweils für das Gaseinlassventil 12 und gegebenenfalls auch für das
Gasauslassventil 13 ein Phasenversteller 14a, 15a zugeordnet, mittels dessen eine Phase des Gaseinlassventilhubverlaufs beziehungsweise des Gasauslassventilhubverlaufs bezogen auf einen Referenzpunkt bezüglich der Kurbelwelle verstellbar ist. Darüber hinaus ist bevorzugt in dem Ansaugtrakt 1 ein Impulsladeventil 16 angeordnet. Es kann auch eine externe Abgasrückführung 17 vorgesehen sein, die mit einer Kühlvorrichtung 17a zum Kühlen der die externe Abgasrückführung 17 durchströmenden Abgase versehen ist und die aktiv von einer Steuereinrichtung ansteuerbar ist.
Darüber hinaus kann zum Beeinflussen der Fluidströmung in einen Brennraum des Zylinders Zl hinein auch mindestens eine Drallklappe vorgesehen sein. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch dem Saugrohr 7 angeordnet sein.
In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen
Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern der Brennstoffmaschine mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind hier im Ausführungsbeispiel ein Pedalstellungsgeber, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird. Ferner ist bevorzugt ein zweiter Temperatursensor 38 vorgesehen, der eine Kühlmitteltemperatur erfasst. Ein Zylinderdrucksensor 39 ist vorgesehen, der einen Druckverlauf in dem Brennraum des Zylinders erfasst. Ferner ist eine Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 21 angeordnet ist und den Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst, und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Zl und stromaufwärts der Abgassonde vor der Oxidation des Kraftstoffs.
Ferner kann in dem Abgastrakt ein weiterer Abgaskatalysator 23 angeordnet sein, der als NOx-Katalysator ausgebildet ist.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, die Phasenversteller 14a, 15a, das Impulsladeventil 16, die Kühlvorrichtung 17a, die Drallklappe, das Einspritzventil 18, oder die Zündkerze 19.
Neben dem Zylinder Zl sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind.
In dem Blockschaltbild der Figur 2 sind für die Erfindung relevante Blöcke der Steuervorrichtung 25 dargestellt. Ein Block Bl ist vorgesehen, der ausgebildet ist zum Ermitteln eines Umsetzungsgrades USG abhängig von Messwerten p[i] des Drucks p in dem Brennraum während einer Zwischenkompression. Ein Programm zum Ermitteln des Umsetzungsgrades USG ist weiter unten anhand des Ablaufdiagramms von Figur 3 näher erläutert. Darüber hinaus ist ein Block B2 vorgesehen, der ausgebildet ist zum Ermitteln oder Anpassen von Kennfeldwerten eines ersten Kennfeldes KFl abhängig von erfassten Druckwerten p[i] des Drucks in dem Brennraum, die innerhalb eines zweiten Kurbelwellenwinkelfenster erfasst werden. Ein Programm zum Ermitteln des ersten Kennfeldes KFl ist weiter unten anhand des Ablaufdiagramms der Figur 4 näher erläutert. Der Block B2 muss nicht notwendigerweise Bestandteil der Steuervorrichtung 25 sein. Alternativ kann das Kennfeld KFl auch vorab in einem Datenspeicher der Brennkraftmaschine abgespeichert sein.
Ferner ist ein Block B4 vorgesehen, in dem ein Soll- Umsetzungsgrad USG_SP abhängig von einer ersten zuzumessenden Kraftstoffmasse MMFl, die vor oder während der Zwischenkompression in dem Brennraum des Zylinders Zl zugemessen wird, von der Phase CAM IN des Gaseinlassventils 14 und/oder der Phase CAM_EX des Gasauslassventils 15 ermittelt wird. Zu diesem Zweck ist bevorzugt in dem Block B4 ein entsprechendes zweites Kennfeld KF2 abgelegt, aus dem dann der Soll-Umsetzungsgrad USG SP ermittelt wird.
Ein Differenzumsetzungsgrad D USG wird durch Bilden einer Differenz des Soll-Umsetzungsgrades USG_SP und des Umsetzungsgrades USG in der Summierstelle Sl ermittelt. Der Differenzumsetzungsgrad D_USG ist Eingangsgröße in einem Block B6, der einen Regler umfasst. Der Regler des Blocks B6 kann als Eingrößen-, bevorzugt jedoch als Mehrgrößenregler ausgebildet sein. Die Ausgangsgrößen des Blocks B6 sind bevorzugt Korrekturwerte, wie ein Korrekturwert COR_MFF2 einer zuzumessenden zweiten Kraftstoffmasse MFF2, die nach der Zwischenkompression und vor oder während einer
Hauptkompression in den jeweiligen Zylinder Zl bis Z4 der Brennkraftmaschine zugemessen werden soll. Die Korrekturwerte können jedoch auch beispielsweise ein Korrekturwert COR SOI für einen Start-Kurbelwellenwinkel, ein Korrekturwert COR_CAM_IN für die Phase des Gaseinlassventilhubverlaufs, ein Korrekturwert COR_CAM_EX für die Phase des
Gasauslassventilhubverlaufs, ein Korrekturwert COR_IGN für einen Zündwinkel der Zündkerze 19, ein Korrekturwert COR_T_EGR für eine Abgasrückführtemperatur, oder auch ein Korrekturwert COR PORT AV für eine Drallklappenposition, oder auch ein Korrekturwert COR_IC für das Impulsladeventil 16 sein. Der Regler kann ausgebildet sein zum Erzeugen entsprechender Korrekturwerte oder auch nur einer beliebigen Untermenge der Korrekturwerte.
Ein Block B8 ist vorgesehen, der ausgebildet ist zum Ermitteln von Stellsignalen für die Stellglieder der Brennkraftmaschine. Dies erfolgt abhängig von den in dem Block B6 erzeugten Korrekturwerten und darüber hinaus bevorzugt abhängig von weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, wobei unter Betriebsgrößen Messgrößen und auch davon abgeleitete Größen betrachtet werden. Im Block B8 wird so ein Stellsignal SG MFF2 zum Zumessen der zweiten Kraftstoffmasse MFF2, ein Stellsignal SG_SOI zum Einstellen des Start-Kurbelwellenwinkels für das Zumessen der zweiten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF2, ein Stellsignal SG_CAM_IN zum Ansteuern des Phasenstellers 14a generiert und bereitgestellt. Der Block B8 ist ferner dazu ausgebildet, ein Stellsignal SG IGN für ein Zündsignal und ein Stellsignal SG_T_EGR zum Ansteuern der Kühlvorrichtung 17a zu erzeugen und ein Stellsignal SG IC zum Ansteuern des Impulsladeventils 16. Darüber hinaus ist der Block B8 ausgebildet zum Erzeugen eines Stellsignals SG_PORT_AV für die Drallklappe. Die Stellsignale werden jeweils unter anderem abhängig von den ihnen zugeordnete Korrekturwerten ermittelt. Der Block B8 kann auch ausgebildet sein zum Erzeugen zusätzlicher Stellsignale oder nur einer Untermenge der aufgeführten Stellsignale .
Ein Block BIO stellt dann die Brennkraftmaschine dar, dessen Stellglieder mittels der Stellsignale eingestellt bzw. kontrolliert werden. Das Programm zum Ermitteln des Umsetzungsgrades USG wird entsprechend der Figur 3 in einem Schritt Sl gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S2 wird die erste zuzumessende
Kraftstoffmasse MFFl ermittelt und zwar abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine. Das jeweilige Einspritzventil 18 wird dann vor oder während der Zwischenkompression zum Zumessen der ersten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFFl entsprechend angesteuert. In einem Schritt S4 wird geprüft, ob der Kurbelwellenwinkel CRK innerhalb des ersten Kurbelwellenwinkelfenster CRK Wl liegt. Das erste Kurbelwellenwinkelfenster CRK_W1 ist so vorgegeben, dass es innerhalb der Zwischenkompression liegt und es in dem Bereich des Kurbelwellenwinkels liegt, in dem eine Oxidation der ersten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFFl in dem Brennkraftmaschine des Zylinders stattfindet.
Ein exemplarischer Ventilhubverlauf mit Zwischenkompression ist anhand der Figur 5 dargestellt. Der Ventilhub HV ist dort über dem Kurbelwellenwinkel CRK aufgetragen. Komp bezeichnet einen Kompressionstakt, Exp bezeichnet einen Arbeitstakt, Aus bezeichnet einen Ausschiebetakt und An bezeichnet einen Ansaugtakt. OTL ist der obere Totpunkt bei Ladungswechsel, OTZ ist der obere Totpunkt bei Zündung des Luft/Kraftstoff- Gemisches. Mit 50 ist ein Gasauslassventilhubverlauf bezeichnet, mit 52 ist ein Gaseinlassventilhubverlauf bezeichnet .
Figur 6 stellt den Druck P in dem Brennraum über den
Kurbelwellenwinkel CRK während der Zwischenkompression dar. Dabei bezeichnen 54 einen Referenzdruckverlauf, 56 einen tatsächlichen Druckverlauf und 58 eine Differenzfläche. Der Referenzdruckverlauf ist derjenige Druckverlauf, der sich ohne Zumessen von der ersten zuzumessenden Kraftstoffmenge MFFl ergeben würde. Referenzwerte p_ref [k] werden bevorzugt aus dem ersten Kennfeld KFl ermittelt.
Das erste Kurbelwellenwinkelfenster CRK_W1 erstreckt sich vorzugsweise von in etwa dem oberen Totpunkt bei Ladungswechsel OTL bis hin zu in etwa 30 bis 40° nach dem oberen Totpunkt OTL bei Ladungswechsel.
Ist die Bedingung des Schrittes S4 (siehe Figur 5) erfüllt, so wird in einem Schritt S6 ein Messwert p[k] des Drucks p in dem Brennraum erfasst und zwischengespeichert. Anschließend wird die Bearbeitung, gegebenenfalls nach einer vorgebbaren Wartezeitdauer oder einem vorgebbaren Kurbelwellenwinkel erneut in dem Schritt S4 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S4 hingegen nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S8 fortgesetzt. Der Schritt S4 wird jedoch bevorzugt beim seinem erstmaligen Durchlauf erst verlassen, wenn der Kurbelwellenwinkel CRK sich innerhalb des ersten Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W1 befindet .
In dem Schritt S8 werden Referenzwerte p ref [k] des Drucks in dem Brennraum abhängig von dem ersten Kennfeld, vorzugsweise durch Kennfeldinterpolation, abhängig von einer Temperatur T_ZK, die repräsentativ ist für eine Temperatur innerhalb der Zwischenkompression vor einem Beginnen der Oxidation der ersten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFFl und/oder der Phase CAM_IN des Gaseinlassventil 14 und/oder der Phase CAM_EX des Gasauslassventils 15 ermittelt. Dabei werden in dem Schritt S8 entsprechende korrespondierende Referenzwerte p_ref[k] des Drucks im dem Brennraum zudem bei den Durchläufen des Schrittes S6 zwischen gespeicherten Messwerten p[k] des Drucks p in dem Brennraum ermittelt.
In einem Schritt SlO wird anschließend der Umsetzungsgrad USG abhängig von den Referenzwerten p_ref [k] und den Messwerten p[k] ermittelt, k bezeichnet hierbei einen Zähler für Mess- beziehungsweise Referenzwerte, die dem ersten Kurbelwellenwinkelfenster CRK Wl zugeordnet sind. Das Ermitteln des Umsetzungsgrades USG in dem Schritt SlO erfolgt bevorzugt durch numerische Integration der Differenzfläche 58, wobei in diesem Zusammenhang die Referenzwerte p_ref[k] und Messwerte p[k] zum Durchführen der numerischen Integration herangezogen werden. Bevorzugt wird als numerisches Integrationsverfahren ein Trapezverfahren eingesetzt, so zum Beispiel das Trapezverfahren von Heun. Das so entstehende Integral kann auch geeignet normiert werden. Anschließend wird das Programm in einem Schritt S12 beendet. Bevorzugt wird das Programm jeweils einmal pro Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine erneut gestartet und zwar insbesondere dann, wenn sich die Brennkraftmaschine in dem sogenannten HCCI-Brennmodus befindet.
Das Programm zum Ermitteln oder Anpassen des ersten Kennfeldes KFl wird in einem Schritt S14 (Figur 4) gestartet. In dem Schritt S14 werden gegebenenfalls Variabein initialisiert .
In einem Schritt S16, wird geprüft, ob der Kurbelwellenwinkel CRK sich innerhalb eines zweiten Kurbelwellenwinkelfensters CRK_W2 befindet. Das zweite Kurbelwellenwinkelfenster CRK_W2 ist so vorgegeben, dass der Druckverlauf unabhängig ist von der gegebenenfalls zugemessenen ersten Kraftstoffmasse MFFl. Dies bedeutet, dass das zweite Kurbelwellenwinkelfenster CRK W2 spätestens mit dem Beginn der Oxidation der zuzumessenden ersten Kraftstoffmasse MFFl endet.
Bevorzugt verharrt das Programm solange in dem Schritt Sl6 bei seinem erstmaligen Durchlauf, bis die Bedingung des
Schrittes S16 erfüllt ist. Ist die Bedingung des Schrittes S16 erfüllt, so wird in einem Schritt S18 ein Messwert p[i] des Drucks p in dem Brennraum erfasst und zwischengespeichert. Anschließend wird die Bearbeitung erneut, gegebenenfalls nach der vorgegebenen Wartezeitdauer oder dem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel erneut in dem Schritt S16 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S16 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S20 ein Polytropenexponent K abhängig von mindestens zwei bei Durchläufen des Schrittes S18 erfassten Messwerten p[i] des Drucks p in dem Brennraum und entsprechenden Volumina VOL [i] des Brennraums ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt mittels der in dem Schritt S20 angegebenen Beziehung. Dabei ist es besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine präzise Ermittlung des Polytropenexponenten K, wenn dieser mehrfach mit verschiedenen Messwerten p[i] und entsprechenden zugeordneten Volumina VOL [i] ermittelt wird. Dabei bezeichnet n einen beliebigen Zähler. Diese mehrfach ermittelten Polytropenexponenten K werden dann gemittelt und ergeben so den eigentlichen Polytropenexponenten K.
In einem Schritt S22 werden dann Kennfeldwerte für das erste Kennfeld KFl ermittelt oder auch angepasst abhängig von Volumina VOL [k], die insbesondere dem ersten Kurbelwellenwinkelfenster CRK_W1 zugeordnet sind, dem
Polytropenexponenten K, den Messwerten p[i] des Drucks p in dem Brennraum und bevorzugt noch abhängig von der aktuellen Temperatur T_ZK, die repräsentativ ist für die Temperatur innerhalb der Zwischenkompression vor dem Beginn der Oxidation der ersten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFFl, und/oder der Phase CAM IN des Gaseinlassventils 12 und/oder der Phase CAM EX des Gasauslassventils 13.
Das Ermitteln der entsprechenden Referenzwerte p ref [k] erfolgt bevorzugt mittels der in dem Schritt S22 angegebenen Beziehung, die die Polytropengleichung darstellt. Abhängig von diesen Referenzwerten p_ref [k] können dann entsprechende Stützstellenwerte des ersten Kennfelds KFl ermittelt oder auch angepasst werden. In einem Schritt S24 wird das Programm dann beendet. Das Programm kann während des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet werden und ermöglicht so ein Online-Aktualisieren des Kennfeldes KFl. Es zeichnet sich dadurch aus, dass der während des zweiten Kurbelwellenwinkelfensters CRK W2 erfasste Druckverlauf extrapoliert wird zumindest auf den Bereich des ersten Kurbelwellenwinkelfensters CRK Wl. Er kann jedoch auch darüber hinaus extrapoliert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Zl bis Z4), in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben (11) zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt (1) , der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils (12) mit dem Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) kommuniziert, mit einem Abgastrakt (4), der abhängig von der Stellung eines Gasauslassventils (13) mit dem
Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) kommuniziert, mit einem Einspritzventil (18), das zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen ist, und mit einem Zylinderdrucksensor (39) , der den Druck (p) in dem Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) erfasst, bei dem
- vor oder während einer Zwischenkompression um den oberen Totpunkt (OTL) des Kolbens (11) bei Ladungswechsel eine vorgegebene erste Kraftstoffmasse (MFFl) in den Brennraum zugemessen wird, - während der Zwischenkompression innerhalb eines vorgegebenen ersten Kurbelwellenwinkelfensters (CRK_W1) , während dessen eine Oxidation von Kraftstoff zu erwarten ist, Messwerte (p[k)] des Drucks (p) in dem Brennraum erfasst werden, - ein Maß für einen Umsetzungsgrad (USG) der ersten
Kraftstoffmasse (MFFl) ermittelt wird abhängig von den erfassten Messwerten (p[k] des Drucks (p) und Referenzwerten (p_ref[k]) des Drucks (p) , die charakteristisch sind für den entsprechenden Druckverlauf in dem Brennraum, wenn kein Kraftstoff zugemessen wird, und
- ein Stellsignal für zumindest ein Stellglied der Brennkraftmaschine abhängig von dem Umsetzungsgrad (USG) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Umsetzungsgrad (USG) abhängig von einem Bestimmen einer Differenzfläche (58) zwischen den Messwerten (p[k]) und den Referenzwerten (p_ref[k]) des Drucks (p) über das erste Kurbelwellenwinkelfenster (CRK_W1) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Differenzfläche (58) durch numerisches Integrieren mittels der Trapezmethode ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Kurbelwellenwinkelfenster (CRK Wl) mit dem oberen Totpunkt (OTL) bei Ladungswechsel beginnt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste Kurbelwellenwinkelfenster (CRK Wl) bei in etwa 30 bis 40° nach dem oberen Totpunkt (OTL) bei Ladungswechsel endet.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem abhängig von dem Umsetzungsgrad (USG) eine zweite zuzumessende Kraftstoffmasse ermittelt wird, die nach der Zwischenkompression und spätestens innerhalb einer auf die Zwischenkompression folgenden Hauptkompression in dem Brennraum zugemessen werden soll.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein für die Lage eines
Zumesskurbelwellenwinkelbereichs, während dessen die zweite zuzumessende Kraftstoffmasse (MFF2) zugemessen werden soll, charakteristischer Kurbelwellenwinkel (CRK) abhängig von dem Umsetzungsgrad (USG) ermittelt wird, wobei die zweite zuzumessende Kraftstoffmasse (MFF2) nach der Zwischenkompression und spätestens innerhalb einer auf die Zwischenkompression folgenden Hauptkompression in den Brennraum zugemessen werden soll.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der für die Lage eines
Zumesskurbelwellenwinkelbereichs charakteristische Kurbelwellenwinkel (CRK) ein Start-Kurbelwellenwinkel für das Zumessen der zweiten zuzumessenden Kraftstoffmasse (MFF2) ist .
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Stellsignal für einen Phasensteiler (14a) zum Einstellen einer Phase (CAM_IN) des Gaseinlassventilhubverlaufs (52) bezogen auf einen Referenzpunkt bezüglich der Kurbelwelle (8) und/oder ein Stellsignal für einen Phasensteiler (15a) zum Einstellen einer Phase (CAM_EX) des Gasauslassventilhubverlaufs (50) bezogen auf einen Referenzpunkt bezüglich der Kurbelwelle (8) abhängig von dem Umsetzungsgrad (USG) ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Zündsignal für eine Zündkerze (19) abhängig von dem Umsetzungsgrad (USG) ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Stellsignal (SG IC) für ein Impulsladeventil (16) abhängig von dem Umsetzungsgrad (USG) ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Stellsignal (SG_T_EGR) für eine Kühlvorrichtung ermittelt wird, die einer externen Abgasrückführung (17) zugeordnet ist und zwar abhängig von dem Umsetzungsgrad (USG) .
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Referenzwerte (p_ref[k]) aus einem ersten Kennfeld (KFl) ermittelt werden abhängig von einer Temperatur (T ZK) , die repräsentativ ist für eine Temperatur innerhalb der Zwischenkompression vor einem Beginnen einer Oxidation der zuzumessenden ersten Kraftstoffmasse (MFFl) und/oder der Phase CAM_IN des Gaseinlassventilhubverlaufs (52) und/oder der Phase des Gasauslassventilhubverlaufs (50) .
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem
- mindestens zwei Messwerte (p[i]) des Drucks (p) in dem Brennraum während der Zwischenkompression innerhalb eines vorgegebenen zweiten Kurbelwellenwinkelfensters (CRK W2) erfasst werden, das so vorgegebenen ist, dass der Druckverlauf unabhängig ist von der gegebenenfalls zugemessenen ersten Kraftstoffmasse (MFFl) ,
- ein Polytropenexponent (K) bestimmt wird abhängig von mindestens zwei Messwerten (p[i]) des Drucks (p) in dem Brennraum,
-Kennfeldwerte des ersten Kennfelds (KFl) ermittelt oder angepasst werden abhängig von dem Polytropenexponenten (K) , mindestens einem der Messwerte (p[k]) des Drucks (p) und den Kennfeldwerten zugeordneten Volumina (VOL [k] ) des Brennraums und dem dem mindestens einen Messwert (p[k]) des Drucks (p) zugeordneten Volumen des Brennraums .
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem - ein Soll-Umsetzungsgrad (USG_SP) abhängig von der zuzumessenden ersten Kraftstoffmasse (MFFl) und/oder der Phase (CAM_IN) des Gaseinlassventilhubverlaufs (52) und/oder der Phase (CAM EX) des Gasauslassventilhubverlaufs (50) ermittelt wird und - das Stellsignal für das zumindest eine Stellglied der Brennkraftmaschine abhängig von dem Soll-Umsetzungsgrad
(USG_SP) ermittelt wird.
16. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Zl bis Z4), in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben (11) zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt (1), der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils (12) mit dem Brennkraftmaschine des Zylinders (Zl bis Z4) kommuniziert, mit einem Abgasgtrakt (4), der abhängig von der Stellung eines Gasauslassventils (13) mit dem Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) kommuniziert, mit einem Einspritzventil (18) , das zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen ist, und mit einem Zylinderdrucksensor (39) , der den Druck (p) in dem Brennraum des Zylinders (Zl bis Z4) erfasst, die ausgebildet ist zum
- Zumessen vor oder während einer Zwischenkompression um den oberen Totpunkt (OTL) des Kolbens (11) bei Ladungswechsel einer vorgegebenen ersten Kraftstoffmasse (MFFl) in den Brennraum,
- Erfassen während der Zwischenkompression innerhalb eines vorgegebenen ersten Kurbelwellenwinkelfensters (CRK Wl), während dessen eine Oxidation von Kraftstoff zu erwarten ist, von Messwerten (p[k)] des Drucks (p) in dem Brennraum, - Ermitteln eines Maßes für einen Umsetzungsgrad (USG) der ersten Kraftstoffmasse (MFFl) abhängig von den erfassten Messwerten (p[k] des Drucks (p) und Referenzwerten (p_ref[k]) des Drucks (p) , die charakteristisch sind für den entsprechenden Druckverlauf in dem Brennraum, wenn kein Kraftstoff zugemessen wird, und
- Ermitteln eines Stellsignals für zumindest ein Stellglied der Brennkraftmaschine abhängig von dem Umsetzungsgrad (USG) .
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