WO2013131682A1 - Rotational speed-based estimation of the fresh air charge of the cylinder in a single-cylinder internal combustion engine - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for estimating a variable (fresh air charge of a cylinder, exhaust-gas back pressure, ambient pressure, intake manifold pressure) in an internal combustion engine with one cylinder (or more). The variable is derived from a variable which characterizes the torque and which is based on an evaluation of a rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine. The torque-characterizing variable for rotational speed values is calculated in at least one variable-specific range of an operating cycle of the crankshaft of the internal combustion engine. The invention further relates to a corresponding arrangement.

Description

Beschreibung  description

Titel title

DREHZAHLBASIERTE SCHÄTZUNG DER FRISCHLUFTFÜLLUNG DES ZYLINDERS IN EINEM EINZYLINDERVERBRENNUNGSMOTOR  SPEED-BASED ESTIMATION OF THE FRESH AIR FILLING OF THE CYLINDER IN A CYLINDER INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur jeweiligen Schätzung von mit einer Füllung eines Zylinders zusammenwirkenden Größen in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder. Ferner wird eine entsprechende Anordnung zur jeweiligen Schätzung von mit einer Füllung eines Zylinders zusammenwirkenden Größen in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt. The present invention relates to a method for the respective estimation of variables cooperating with a filling of a cylinder in an internal combustion engine having at least one cylinder. Furthermore, a corresponding arrangement is provided for the respective estimation of variables which cooperate with a filling of a cylinder in an internal combustion engine having at least one cylinder.

Stand der Technik State of the art

Für PKW-Anwendungen sind diverse drehzahlbasierte Verfahren Stand der Technik. So gibt es beispielsweise eine Einspritzmengenkalibrierung, eine Verbrennungslageschätzung, eine Aussetzererkennung etc. Aufgrund einer Überlagerung von Einflüssen mehrerer Zylinder bei einem mehrzylindrigen Motor sind Auswertemöglichkeiten stark eingeschränkt. For passenger car applications, various speed-based methods are state of the art. For example, there is an injection quantity calibration, a combustion position estimation, a misfire detection, etc. Due to a superposition of influences of several cylinders in a multi-cylinder engine, evaluation options are severely limited.

Aus der DE 10 2010 03841 1 geht eine Luft-Kraft-Verhältnis- Abschätzungserfassungseinrichtung hervor, welche die Verwendung eines Sauerstoffsensors oder dergleichen, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis direkt zu erfassen, beseitigt, indem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Verbrennungsgas, basierend auf einer Signalausgabe eines Impulsgeberrotors abgeschätzt und erfasst wird. From DE 10 2010 03841 1, an air-fuel ratio estimation detecting means which eliminates the use of an oxygen sensor or the like to directly detect an air-fuel ratio by eliminating an air-fuel ratio of combustion gas based is estimated and detected on a signal output of a pulse generator rotor.

Bei Zweirad-Anwendungen, d. h. bei Verwendung bzw. Einsatz eines Verbrennungsmotors mit nur einem Zylinder, entfällt eine Überlagerung von Einflüssen mehrerer Zylinder, so dass gegebenenfalls ein drehzahlbasiertes Verfahren einfacher auszuwerten ist. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nunmehr, eine jeweilige Schätzung von mit einer Füllung eines Zylinders zusammenwirkenden Größen in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder basierend auf einer Drehzahl des Verbrennungsmotors bereitzustellen. In two-wheel applications, ie when using or using an internal combustion engine with only one cylinder, eliminating a superposition of influences of multiple cylinders, so that optionally a speed-based method is easier to evaluate. It has now been an object of the present invention to provide a respective estimate of cylinder-filling variables in an internal combustion engine having at least one cylinder based on a speed of the internal combustion engine.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 8 bereitgestellt. WeitereAgainst this background, a method according to claim 1 and an arrangement having the features of claim 8 are provided. Further

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur jeweiligen Schätzung von mit einer Fül- lung eines Zylinders zusammenwirkenden Größen in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt. Dabei wird eine jeweilige Größe aus einem Merkmal hergeleitet, das auf einer Auswertung einer Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors basiert. Das Merkmal wird dabei für Werte der Drehzahl in mindestens einem jeweiligen größenspezifischen Bereich eines Arbeitsspiels der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors berechnet. According to the invention, a method for the respective estimation of variables cooperating with a filling of a cylinder in an internal combustion engine having at least one cylinder is provided. In this case, a respective variable is derived from a characteristic that is based on an evaluation of a rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine. The feature is calculated for values of the rotational speed in at least one respective size-specific region of a working cycle of the crankshaft of the internal combustion engine.

Erfindungsgemäß erfolgt demnach eine Bestimmung bzw. eine Schätzung einer jeweiligen Größe eines mindestens einen Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotors durch eine modellbasierte Auswertung eines Drehzahlsignals. According to the invention, therefore, a determination or an estimate of a respective size of an internal combustion engine having at least one cylinder takes place by a model-based evaluation of a rotational speed signal.

Zu den zu schätzenden Größen ist im Rahmen der vorliegenden Beschreibung eine Füllung eines Zylinders, d. h. eine Luftfüllung des Zylinders, ein Abgasgegendruck, ein Umgebungsdruck und ein Saugrohrdruck zu zählen. All dies sind Größen, die auf bestimmte Art und Weise zusammenwirken und alle durch eine spezifische Auswertung eines Drehzahlsignals ermittelt bzw. zumindest geschätzt werden können. For the purposes of the present description, the sizes to be estimated include a filling of a cylinder, i. H. counting an air charge of the cylinder, an exhaust back pressure, an ambient pressure and an intake manifold pressure. All these are quantities that interact in a certain way and can all be determined or at least estimated by a specific evaluation of a speed signal.

Das Verfahren ist insbesondere anwendbar für einen Verbrennungsmotor mit nur einem Zylinder. Aufgrund der Tatsache, dass bei einem 1 -Zylinder-Motor keine Überlagerung von Zylindereinflüssen auf eine entsprechende Kurbelwelle stattfindet, kann zur Auswertung des Drehzahlsignals nicht nur die Verbrennungs- phase ausgewertet werden und einem bestimmten Zylinder zugeordnet werden, sondern es können auch in anderen Bereichen eines jeweiligen Arbeitsspiels wie beispielsweise einer Kompressionsphase, einer Ansaugphase sowie einer Ausstoßphase Korrelationen zwischen einer jeweiligen Drehzahl und anderen Grö- ßen ohne Einfluss aus Verbrennungstakten weiterer Zylinder ausgewertet werden. Die Bereiche, die bei einem Arbeitsspiel der Kurbelwelle des entsprechenden Verbrennungsmotors zu betrachten sind, sind dabei größenspezifisch auszuwählen. Bei Schätzung einer Füllung eines Zylinders ist beispielsweise insbesondere die Kompressionsphase zu betrachten. Bei Schätzung eines Abgasdru- ckes in einer Ladungswechselarbeit ist insbesondere die Ausstoßphase zu betrachten. Zur Schätzung eines Saugrohrdrucks, welcher sowohl in Ladungswechselarbeit wie auch in Kompressionsarbeit steckt, sind vorzugsweise sowohl eine Ansaugphase wie eine entsprechende Kompressionsphase einzeln oder in Kombination aufeinanderfolgender Phasen zu betrachten. The method is particularly applicable to a single cylinder engine. Due to the fact that in a 1-cylinder engine there is no superimposition of cylinder influences on a corresponding crankshaft, not only the combustion engine can be used to evaluate the speed signal. phase are evaluated and assigned to a specific cylinder, but it can also be evaluated in other areas of a particular cycle such as a compression phase, a suction phase and an ejection phase correlations between a respective speed and other variables without influence from combustion cycles of other cylinders. The areas that are to be considered during a working cycle of the crankshaft of the corresponding internal combustion engine are to be selected size-specific. When estimating a filling of a cylinder, for example, the compression phase is to be considered in particular. When estimating an exhaust gas pressure in a charge cycle, the discharge phase must be considered in particular. In order to estimate an intake manifold pressure which is involved both in charge exchange work as well as in compression work, preferably both an intake phase and a corresponding compression phase are to be considered individually or in combination with successive phases.

Allgemein wurde festgestellt, dass die in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors eingespeiste Kraftstoffmenge unter bestimmten Rand- bzw. Betriebsbedingungen sowohl mit einem sogenannten pmi (indicated mean effect pressure, indizierter Mitteldruck) als auch mit einem auf einer Auswertung des Drehzahlsig- nals basierenden Merkmal MWF (Mechanical Work Feature, Merkmal für mechanische Arbeit) des jeweiligen Zylinders korreliert. Bestimmte Rand- bzw. Betriebsbedingungen sind beispielsweise eine magere Verbrennung, damit eine Menge von Kraftstoff, die in den Zylinder eingeführt wurde, sicher vollständig umgesetzt wird. In general, it has been found that the fuel quantity fed into a cylinder of an internal combustion engine under certain boundary conditions or operating conditions with both a so-called pmi (indicated mean effect pressure) and with a feature based on an evaluation of the speed signal MWF (Mechanical Work Feature, feature for mechanical work) of the respective cylinder. For example, certain marginal conditions are lean burn to ensure that a quantity of fuel introduced into the cylinder is safely completely converted.

Das drehzahlbasierte Merkmal MWF wird erfindungsgemäß nunmehr herangezogen, um Korrelationen mit den zu schätzenden Größen wie beispielsweise Füllung, Saugrohrdruck etc. zu erkennen. Für die Beschaffung der Korrelationen sind verschiedene Ansätze denkbar. Verwendet werden könnten beispielsweise verschiedene Zahnzeiten oder Segmentzeiten, welche unmittelbar proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle sind, aber auch Winkelgeschwindigkeitsänderungen und Winkelbeschleunigungen oder Änderungen der Winkelbeschleunigung, bekannt als Laufunruhe. Diese Drehsignalwerte können dann als Eingangsgrößen für eine Berechnung gesehen werden, aus der als Ausgangsgröße das drehzahlbasierte Merkmal zur Bestimmung des Drehmomentes folgt. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass ein sogenannter MAP-Sensor, der derzeit serienmäßig in Kraftfahrzeugen verbaut wird, vollständig entfallen kann. Bei einem MAP-Sensor (Manifold Air Pressure) handelt es sich um einen Sensor, der dazu nötig ist, eine Füllung in einem Zylinder bestimmen zu können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist demnach insbesondere für einen sogenannten Low-Cost-Markt relevant. Zusätzlich können, wie bereits eingangs erwähnt, auch andere Größen abgeleitet werden, so beispielsweise Größen zur Änderung eines Ansaug- und Ausstoßverhaltens, wie Undichtigkeiten und Änderungen von Strömungswiderständen durch verstopfte Luftfilter oder angeschmolzene Abgaskatalysatoren. The speed-based feature MWF is now used according to the invention to detect correlations with the quantities to be estimated, such as filling, intake manifold pressure, etc. Different approaches are conceivable for the procurement of the correlations. For example, different tooth times or segment times could be used, which are directly proportional to the speed of the crankshaft, but also angular velocity changes and angular accelerations or changes in the angular acceleration, known as uneven running. These rotational signal values can then be seen as input variables for a calculation, from which the output quantity follows the speed-based characteristic for determining the torque. An advantage of the method according to the invention is that a so-called MAP sensor, which is currently installed as standard in motor vehicles, can be completely eliminated. A MAP sensor (Manifold Air Pressure) is a sensor that is needed to determine a charge in a cylinder. The method according to the invention is therefore relevant in particular for a so-called low-cost market. In addition, as already mentioned, other quantities can be derived, such as sizes for changing a suction and discharge behavior, such as leaks and changes in flow resistance through clogged air filters or fused catalytic converters.

Das erfindungsgemäße Verfahren kommt ohne zusätzliche Hardware aus, es handelt sich um eine reine Software-Lösung. The inventive method is without additional hardware, it is a pure software solution.

Dabei ist der vorgenannte pmi ein allgemein bekannter indizierter Mitteldruck, der ein Maß für eine von dem jeweiligen Zylinder geleistete Arbeit bezogen auf ein Hubvolumen darstellt. Dieser ist wie folgt definiert:

wobei V_h für ein Hubvolumen eines Zylinders, p für den in dem Zylinder herrschenden Druck und φ für den Winkel zwischen Kurbelwelle und Mittelachse des Zylinders steht. In this case, the aforementioned pmi is a generally known indicated mean effective pressure, which represents a measure of a work performed by the respective cylinder in relation to a displacement volume. This is defined as follows:

where V _{h is} a stroke volume of a cylinder, p is the pressure prevailing in the cylinder and φ is the angle between the crankshaft and the center axis of the cylinder.

Es muss zusätzlich angegeben werden, ob der pmi über ein gesamtes Arbeitsspiel oder nur über eine entsprechende Hochdruck- bzw. Niederdruckschleife berechnet wird. Für eine pmi-Berechnung ist ein Brennraumdrucksensor pro Zylinder notwendig. Falls kein Brennraumdrucksensor verbaut ist, kann, wie erfindungsgemäß auch vorgeschlagen, ein drehzahlbasiertes Merkmal MWF ersatzweise verwendet werden. It must also be specified whether the pmi is calculated over an entire working cycle or only via a corresponding high-pressure or low-pressure loop. For a pmi calculation, one combustion chamber pressure sensor per cylinder is necessary. If no combustion chamber pressure sensor is installed, as proposed by the invention, a speed-based feature MWF can be used as a substitute.

Im erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kommt das bereits voranstehend erwähnte MWF (Mechanical Work Feature) zum Einsatz. Dies berechnet sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren allgemein als Differenz von Rotationsenergien am jeweiligen Stand der Kurbelwelle wie folgt: MWF = E r,ot y^■'°KWnZOT -E r,ot Ix' °KWvZOT (2) In the method proposed according to the invention, the above-mentioned MWF (Mechanical Work Feature) is used. In the method according to the invention, this is generally calculated as the difference between rotational energies at the respective level of the crankshaft as follows: MWF = E r, ot y ^■ '° KWnZOT -E r, ot Ix' ° KWvZOT (2)

Dabei beschreibt y°KWnZOT beschreibt den Wert y des Winkels um den sich die Kurbelwelle (KW) im Vergleich zu ihrem Stand, an dem sich ein entsprechender Kolben im zentralen oberen Totpunkt (ZOT) befindet, weitergedreht hat. Analog hierzu beschreibt x°KWvZOT den Wert des Winkels vor dieser Position. Verglichen wird durch MWF der Energieunterschied zwischen einem Zustand des entsprechenden Kurbelwellen-Systems vor der Zündung und einem Zustand des Kurbelwellen-Systems nach der Zündung. Folglich ist MWF ein mit geringem Rechenaufwand bestimmbares Merkmal für eine abgegebene Arbeit aufgrund einer Verbrennung in dem Verbrennungsmotor. In this case, y ° KWnZOT describes the value y of the angle by which the crankshaft (KW) has rotated further in comparison with its state at which a corresponding piston is located in the central top dead center (ZOT). Analogously, x ° KWvZOT describes the value of the angle before this position. MWF compares the energy difference between a state of the corresponding crankshaft system before ignition and a state of the crankshaft system after ignition. Consequently, MWF is a low computationally determinable feature for an output work due to combustion in the internal combustion engine.

Bei genauerer Betrachtung beruht eine Änderung von Rotationsenergie der Kurbelwelle über einen Verbrennungstakt bzw. einer Verbrennungsphase nicht nur auf den an ihr angreifenden Momenten bzw. Energieströmen von Seiten des Brennraums, entsprechend der Expansionsarbeit aus zuvor verdichtetem Arbeitsgas und der Verbrennung selbst, und auf innerer Motorreibung der Kurbelwelle selbst, durch Kolbenringe, Kurbelwellenlager etc., sondern wird auch an- triebsseitig durch eine anliegende Motorlast, wie bspw. Fahrwiderstand im Fahrzeug, Bremsmoment am Motorenprüfstand etc., beeinflusst. Ohne äußere Motorlast käme es über die Verbrennung zu einer stärkeren Beschleunigung der Kurbelwelle. Mit stationärer Motorlast, d. h. die Motordrehzahl wird konstant gehalten, würde eine kontinuierliche Abbremsung der Kurbelwelle über alle vier Arbeitstakte stattfinden, welche nur im Verbrennungstakt durch eine starke Beschleunigung infolge der Expansionsarbeit überdeckt wird. Um eine genauere Korrelation von Mitteldruck (pmi) und Kurbelwellen-Rotationsenergieänderung über den Verbrennungstakt zu bestimmen, wird die als kontinuierlich über alle Arbeitstakte angenommene Abbremsung infolge äußerer Motorlast abgezogen. Wie Figur 1 zu entnehmen ist, korreliert MWF sehr gut mit pmi, so dass MWF als Ersatzmerkmal verwendet werden kann. Für den speziellen Fall eines Verbrennungsmotors mit einem Zylinder, indem es im Gegensatz zu mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren zu keiner Überlagerung zwischen Verbrennungstakten verschiedener Zylinder kommen kann, wird erfindungsgemäß die Berechnung des Merkmals auf einen Winkelbereich von mehreren Arbeitsbereichen eines Arbeitsspiels ausgeweitet. Es ist anzumerken, dass das Verfahren auch in gleicher Weise für Zweizylinderverbrennungsmotoren mit symmetrischem Zündabstand verwendet werden kann Für unsymmetrische Zündabstände sind die Winkelbereiche für minimale Überlagerungen der beiden Zylinder entsprechend zu wählen. On closer inspection, a change in rotational energy of the crankshaft over a combustion cycle or a combustion phase is based not only on the attacking moments or streams of energy from the side of the combustion chamber, according to the expansion work from previously compressed working gas and the combustion itself, and on internal engine friction Crankshaft itself, by piston rings, crankshaft bearings, etc., but also on the drive side by an applied engine load, such as. Driving resistance in the vehicle, braking torque on the engine dynamometer, etc., influenced. Without external engine load, combustion would lead to greater acceleration of the crankshaft. With stationary engine load, ie the engine speed is kept constant, a continuous deceleration of the crankshaft would take place over all four work cycles, which is only covered in the combustion cycle by a strong acceleration due to the expansion work. To determine a more accurate correlation of mean pressure (pmi) and crankshaft rotational energy change over the combustion stroke, the deceleration assumed to be continuous over all power strokes is subtracted as a result of external engine load. As can be seen from FIG. 1, MWF correlates very well with pmi, so that MWF can be used as a substitute feature. For the specific case of an internal combustion engine with a cylinder in that, unlike multi-cylinder internal combustion engines, no superimposition can occur between combustion cycles of different cylinders, according to the invention the calculation of the feature is extended to an angular range of several working ranges of a working cycle. It should be noted that the method can also be used in the same way for two-cylinder internal combustion engines with symmetrical firing interval For unbalanced firing intervals, the angular ranges for minimum superimpositions of the two cylinders should be selected accordingly.

In analoger Weise können Energieänderungen für die Arbeitstakte Ansaugen, Verdichten und Ausschieben ermittelt werden, die in jeweils eigenen Merkmalen abgebildet werden. In an analogous way, energy changes for the power strokes suction, compression and expulsion can be determined, which are mapped in their own characteristics.

Betrachtet man beispielsweise als zu schätzende Größe eine Füllung eines Zylinders, so sind prinzipiell verschiedene Ansätze für eine Füllungserfassung denkbar. Considering, for example, as a size to be estimated a filling of a cylinder, so in principle different approaches for a filling detection are conceivable.

Erfindungsgemäß wird das in Formel 2 beschriebene Merkmal MWF nunmehr z.B. bei einem Wert für den Winkel x von 0° KW und einem Wert für den Winkel von -180° KW bestimmt werden. Dabei wird die Kompressionsphase bspw. von 180° KW bis 0° KW betrachtet. Dies sieht wie folgt aus: According to the invention, the characteristic MWF described in formula 2 is now e.g. be determined at a value for the angle x of 0 ° KW and a value for the angle of -180 ° KW. The compression phase is considered, for example, from 180 ° CA to 0 ° CA. This looks like this:

Merkmall = E rot 0°K„W_r-E ^rot -U0^aKW (2') Characteristic = E red 0 ° K "W _r -E ^ red -U0 ^a KW (2 ')

Alternativ dazu kann auch eine Drehzahldifferenz betrachtet werden, die sich wie folgt bestimmt: Alternatively, a speed difference can be considered, which is determined as follows:

Merkmal! =

(³) Dabei ist φ die aus den Zahnzeiten berechnete Winkelgeschwindigkeit. Feature! =

( ³ ) where φ is the angular velocity calculated from the tooth times.

Mit winkelsynchroner Erfassungs- und etwas größerem Rechenaufwand kann aus einer Berechnung des Drehmoments, das sich wie folgt berechnet: With angle-synchronous acquisition and somewhat larger computational effort can be calculated from a calculation of the torque, which is calculated as follows:

Μ(φ) = Θ(φ)* φ(φ) , (4) wobei Θ dem Trägheitsmoment entspricht, entweder das Drehmomentintegral (Merkmal 3) ermittelt werden, welches einer Arbeit entspricht: Merkmal 3 = (5)

oder ein maximaler Betrag des Drehmoments (Merkmal 4) zwischen -180° KW und 0° KW, welches also ein Momentenmaximum darstellt:

Μ (φ) = Θ (φ) * φ (φ), (4) where Θ corresponds to the moment of inertia, either the torque integral (characteristic 3) is determined, which corresponds to a work: Characteristic 3 = (5)

or a maximum amount of torque (characteristic 4) between -180 ° CA and 0 ° CA, which therefore represents a torque maximum:

Dabei ist zu beachten, dass die Grenzen des zu betrachtenden Winkelbereichs, d. h. die Werte für x und y, nicht fest, sondern applizierbar sind. Die Grenzen des Winkelbereichs können an relevante Zeitpunkte im Ladungswechsel eines vorliegenden Verbrennungsmotors angepasst werden, etwa für die voranstehend genannte Füllungsschätzung in einer Kompressionsphase zwischen„Einlass schließt" und Zündzeitpunkt, d. h. vor Beginn von chemischer Energiefreisetzung. It should be noted that the limits of the angle range to be considered, i. H. the values for x and y are not fixed but can be applied. The limits of the angular range may be adjusted to relevant times in the charge cycle of a present internal combustion engine, such as for the aforementioned charge estimate in a compression phase between "intake closes" and ignition timing, i.e., prior to the commencement of chemical energy release.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das berechnete Merkmal der jeweiligen Kurbelwinkelintervalle mit Hilfe applizierter Kennlinien oder Kennfelder auf die jeweilige Größe abgebildet. Dadurch wird eine absolute Genauigkeit der vorzunehmenden Schätzung nochmals verbessert. In a further embodiment of the method according to the invention, the calculated feature of the respective crank angle intervals is mapped to the respective size with the aid of applied characteristic curves or characteristic diagrams. As a result, an absolute accuracy of the estimate to be made is further improved.

In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl über Zahnzeiten eines entsprechend vorgesehenen Drehzahlgebers bestimmt. Dabei ist es vorteilhaft, vor einer Verarbeitung der Drehzahl, bzw. eines entsprechenden Drehzahlsignals durch den Drehzahlgeber entstehende Signalstörung mit einem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu kompensieren. In one possible embodiment of the method according to the invention, the rotational speed is determined via tooth times of a correspondingly provided speed sensor. It is advantageous to compensate before processing the speed, or a corresponding speed signal generated by the speed sensor signal interference with a known in the prior art method.

Wie oben bereits erwähnt, ist es auch denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren für 2-Zylinder-Verbrennungsmotoren anzuwenden. Bei 2-Zylinder- Verbrennungsmotoren mit symmetrischem Zündabstand kann das erfindungsgemäße Verfahren von dem gesamten Winkelbereich von Beginn der Kompressionsphase bis nach Ende der Verbrennung angewendet werden. Für unsymmetrische Zündabstände sind die Winkelbereiche, d. h. der Bereich von Beginn der Kompressionsphase bis zum Ende der Verbrennung ggf. dahingehend einzu- schränken, eine minimale Überlagerung der beiden Zylinder zu erhalten und somit eine möglichst geringe gegenseitige Beeinflussung der Zylinder zu haben. As already mentioned above, it is also conceivable to use the method according to the invention for 2-cylinder internal combustion engines. In 2-cylinder internal combustion engines with symmetrical firing distance, the method according to the invention can be applied from the entire angular range from the beginning of the compression phase until after the end of combustion. For asymmetrical firing intervals, the angular ranges, ie the range from the beginning of the compression phase to the end of the combustion, may be included in this case. restrict, to obtain a minimum overlap of the two cylinders and thus to have the least possible mutual interference of the cylinder.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur jeweiligen Schät- zung von mit einer Füllung eines Zylinders zusammenwirkenden Größen in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder. Die erfindungsgemäße Anordnung weist Mittel auf, die dazu konfiguriert sind, eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu bestimmen und ferner Mittel, die damit in kommunikativer Verbindung stehen und dazu konfiguriert sind, die jeweilige Grö- ße aus einem Merkmal herzuleiten, das auf einer Auswertung der Drehzahl basiert, wobei das Merkmal für Werte der Drehzahl jeweils in mindestens einem größenspezifischen Bereich des jeweiligen Betriebstaktes (Ansaugen, Verdichten, Ausschieben) eines Arbeitsspiels der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors berechnet wird. Furthermore, the present invention relates to an arrangement for the respective estimation of variables cooperating with a filling of a cylinder in an internal combustion engine having at least one cylinder. The arrangement according to the invention comprises means which are configured to determine a rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine and also means communicatively connected thereto and configured to derive the respective magnitude from a characteristic based on an evaluation of the engine Speed is based, wherein the feature for values of the rotational speed is calculated in each case in at least one size-specific range of the respective operating cycle (intake, compression, expulsion) of a working cycle of the crankshaft of the internal combustion engine.

Es ist denkbar, dass die Anordnung eine Speichereinrichtung umfasst, in welcher oben genannte Kennlinien und/oder oben genannte Kennfelder hinterlegt sind, mit deren jeweiliger Hilfe die berechneten Merkmale auf die jeweilige Größe abgebildet werden kann. It is conceivable that the arrangement comprises a memory device in which the above-mentioned characteristic curves and / or the aforementioned maps are stored, with the aid of which the calculated features can be mapped to the respective size.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. The arrangement according to the invention is particularly suitable for carrying out the method according to the invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be- Schreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh- ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Figur 1 zeigt in einem Graph eine Korrelation zwischen einer Einspritzmenge von Kraftstoff in einen Injektor eines Zylinders eines Verbrennungsmotors und den Größen MWF bzw. pmi. Figur 2 zeigt in einem Graphen einen Drehzahlverlauf für einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder während eines Arbeitsspiels. FIG. 1 shows in a graph a correlation between an injection quantity of fuel in an injector of a cylinder of an internal combustion engine and the variables MWF and pmi. FIG. 2 shows in a graph a speed curve for an internal combustion engine with a cylinder during a working cycle.

Figur 3 zeigt in einem Graphen einen prinzipiellen Drehmomentverlauf. FIG. 3 shows in a graph a principal torque curve.

Figur 4 zeigt einen Drehzahlverlauf mit einem Arbeitsspiel für zwei unterschiedliche Lastpunkte. FIG. 4 shows a speed curve with one working cycle for two different load points.

Figur 5 zeigt einen Graphen eines prinzipiellen Drehmomentverlaufs bzw. dessen betragsmäßigen Verlauf. FIG. 5 shows a graph of a principal torque curve or its magnitude profile.

Figur 6 zeigt in einem Graphen einen Druckverlauf an einem Einlassventil an einem Zylinder eines Verbrennungsmotors. FIG. 6 shows in a graph a pressure curve at an inlet valve on a cylinder of an internal combustion engine.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.

In Figur 1 ist in einem Graphen eine Korrelation einer Einspritzmenge zu den Größen MWF und pmi dargestellt. Dabei sind an einer Ordinate 10 Werte für MWF (12) und pmi (14) über eine Menge kmaz [mg/WC] an einer Abszisse 16 aufgetragen. FIG. 1 shows in a graph a correlation of an injection quantity with the variables MWF and pmi. In this case, 10 values for MWF (12) and pmi (14) over an amount kmaz [mg / WC] are plotted on an ordinate on an abscissa 16.

Diesem Graphen ist zu entnehmen, dass die in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors eingespritzte Kraftstoffmenge, insbesondere unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie magere Verbrennung, damit die Menge sicher vollständig umgesetzt wird, direkt mit dem pmi 14 (indicated mean effected pressure, indizierter Mitteldruck) bzw. MWF 12 (mechanical work feature, drehzahlbasiertes Merkmal für mechanische Arbeit) des jeweiligen Zylinders korreliert. From this graph, it can be seen that the amount of fuel injected into a cylinder of an internal combustion engine, particularly under certain operating conditions, such as lean combustion, to ensure that the amount is fully realized, is directly related to indicated mean pressure (pmi 14) or MWF 12 (mechanical work feature) of the respective cylinder is correlated.

Dabei ist pmi der allgemein bekannte indizierte Mitteldruck, der ein Maß für eine von einem jeweiligen Zylinder geleistete Arbeit bezogen auf ein entsprechendes Hubvolumen darstellt. Dieser wird wie folgt definiert:

wobei V ür das Hubvolumen eines Zylinders steht. Es muss zusätzlich angegeben werden, ob der pmi über ein gesamtes Arbeitsspiel oder nur über eine Hochdruck- bzw. Niederdruckschleife berechnet wird. Für die pmi-Berechnung ist ein Brennraumdrucksensor pro Zylinder notwendig. Falls kein Brennraumdruck- sensor verbaut ist, kann das oben bereits beschriebene drehzahlbasierte Merkmal MWF verwendet werden. Here, pmi is the well-known indicated mean effective pressure, which represents a measure of a work performed by a respective cylinder in relation to a corresponding displacement. This is defined as follows:

where V is the stroke volume of a cylinder. It must also be specified whether the pmi is calculated over an entire working cycle or only over a high-pressure or low-pressure loop. For the pmi calculation, one combustion chamber pressure sensor per cylinder is necessary. If no combustion chamber pressure sensor is installed, the speed-based feature MWF already described above can be used.

Hierzu sind verschiedene Ansätze denkbar, bspw. könnten verschiedene Zahnzeiten oder Segmentzeiten verwendet werden, aber auch Winkelgeschwindigkeitsänderungen und Winkelbeschleunigungen oder Änderungen der Winkelbeschleunigung, bekannt als Laufunruhe. Das hier in Figur 1 dargestellte Merkmal MWF berechnet sich wie folgt: For this purpose, various approaches are conceivable, for example. Different tooth times or segment times could be used, but also angular velocity changes and angular acceleration or changes in angular acceleration, known as uneven running. The characteristic MWF shown here in FIG. 1 is calculated as follows:

MWF = E r,ot 96° KWnZOT -E r,ot \_TDC ( 2 ) MWF = E r, ot 96 ° KWnZOT -E r, ot \ _TDC (2)

Verglichen wird hier ein Energieunterschied vor und nach einer jeweiligen Verbrennung in dem Verbrennungsmotor, wobei hier eine Winkeleinstellung von 96° KWnZOT und eine Winkelstellung \m TDC (top dead center) betrachtet wird. Wie bereits eingangs erwähnt ist MWF ein mit geringem Rechenaufwand bestimmbares Merkmal für die abgegebene Arbeit aufgrund der Verbrennung. Wie Figur 1 zu entnehmen ist, korreliert MWF sehr gut mit pmi, so dass es als Ersatzmerkmal verwendet werden kann. Here, an energy difference is compared before and after a respective combustion in the internal combustion engine, whereby an angle setting of 96 ° KWnZOT and an angular position \ m TDC (top dead center) is considered here. As already mentioned, MWF is a calculable with little computational feature for the work given due to the combustion. As can be seen from FIG. 1, MWF correlates very well with pmi, so that it can be used as a substitute feature.

Wie bereits eingangs erwähnt wurde in Erweiterung zur voranstehend genannten Formel ( 2 ) das Merkmal MWF leicht modifiziert und entspricht nun allgemein der Differenz von Rotationsenergien £_rof der Kurbelwelle zu verschieden Winkelständen vor und nach einer Winkelstellung, zu der der entsprechende Kolben sich im ZOT befindet: As already mentioned, the feature MWF has been slightly modified in extension to the above-mentioned formula (2) and now generally corresponds to the difference of rotational _{energies ot} the crankshaft to different angular positions before and after an angular position to which the corresponding piston is located in the ZOT:

MWF = E r,ot y° KWnZOT -E r,ot x°KWvZOT (2) Figur 2 zeigt einen prinzipiellen Verlauf 25 einer Drehzahl eines 1 -Zylinder- Motors über ein Arbeitsspiel. Ein Arbeitsspiel entspricht dabei einem Winkelbereich 21 von insgesamt 720°KW (KW: Kurbelwelle). Auf einer Abszisse 20 sind Winkelwerte der Kurbelwelle KW aufgetragen. Auf einer Ordinate 22 ist die Ge- schwindigkeit der Kurbelwelle in der Einheit [rpm] aufgetragen. Die Geschwindigkeit der Kurbelwelle entspricht der Drehzahl der Kurbelwelle. Eine gestrichelte Linie 23 zeigt eine mittlere Drehzahl an. MWF = E r, ot y ° KWnZOT -E r, ot x ° KWvZOT (2) FIG. 2 shows a basic profile 25 of a rotational speed of a 1-cylinder engine via a working cycle. A working cycle corresponds to an angular range 21 of 720 ° CA (KW: crankshaft). On an abscissa 20 angle values of the crankshaft KW are plotted. On an ordinate 22, the speed of the crankshaft is plotted in the unit [rpm]. The speed of the crankshaft corresponds to the speed of the crankshaft. A dashed line 23 indicates an average speed.

Gezeigt sind hier verschiedene Phasen, welche von der Kurbelwelle während ei- nes Arbeitsspiels durchlaufen werden. Phase 1 bezeichnet hier Kompression,Shown here are different phases, which are traversed by the crankshaft during a work cycle. Phase 1 refers to compression,

Phase 2 Verbrennung, Phase 3 Ausstoß, Phase 4 Ansaugen, gefolgt wiederum von einer Wiederholung der Phase 1 , nämlich der Kompression. Auf der Abszisse 20 sind die Winkeleinstellungen in °KW aufgetragen, wobei eine Einheit auf der Abszisse 20 einem Intervall von 180° entspricht, beginnend mit -180°. Dies ist bezogen auf eine Winkelstellung der Kurbelwelle, die als 0° gewählt wird, wenn sich der betrachtete Kolben im oberen Totpunkt zu Beginn von Phase 2 Verbrennung befindet. Phase 2 combustion, phase 3 ejection, phase 4 priming, followed again by a repetition of phase 1, namely the compression. On the abscissa 20, the angle settings are plotted in ° CA, wherein a unit on the abscissa 20 corresponds to an interval of 180 °, starting with -180 °. This is related to an angular position of the crankshaft selected to be 0 ° when the piston under consideration is at top dead center at the beginning of phase 2 combustion.

Bei einem vierzylindrigen Motor wären in einem Arbeitsspiel, entsprechend 720°KW vier Beschleunigungen zu sehen, während, wie in Figur 2 dargestellt, bei einem 1 -Zylinder-Motor nur eine Beschleunigung erkennbar ist, nämlich in Phase 2, im Bereich zwischen 0°KW und 180°KW, in welchem die Drehzahl von einem Minimum 24 zu einem Maximum 26 innerhalb eines Arbeitsspiels 21 stark ansteigt. Aufgrund dieser Tatsache kann bei einem einzylindrigen Motor zur Be- rechnung des Merkmals MWF bzw. zu der darin zum Ausdruck gebrachtenIn a four-cylinder engine four accelerations would be seen in a working cycle, corresponding to 720 ° CA, while, as shown in Figure 2, in a 1-cylinder engine only one acceleration is recognizable, namely in phase 2, in the range between 0 ° CA. and 180 ° CA, in which the speed increases sharply from a minimum 24 to a maximum 26 within a work cycle 21. Due to this fact, in the case of a single-cylinder engine, it is possible to calculate the characteristic MWF or to express it

Energiedifferenz zusätzlich zur Phase Verbrennung (Combustion) entsprechend Phase 2 auch die Phase Verdichtung (Compression) entsprechend Phase 1 ausgewertet werden. Das in oben genannter Formel ( 2 ) beschriebene Merkmal MWF betrachtet allerdings nur die Verbrennung. Energy difference in addition to the phase combustion (Combustion) according to Phase 2 and the phase compression (compression) are evaluated according to Phase 1. However, the feature MWF described in the above-mentioned formula (2) regards only the combustion.

Demgegenüber kann nunmehr, wie in Formel (2) dargelegt, im Fall eines einzylindrigen Verbrennungsmotors, in dem es keine Überlappung zwischen den Verbrennungstakten von verschiedenen Zylindern wie bei mehrzylindrigen Motoren gibt, die Berechnung des Merkmals auf einem Winkelbereich inklusive bspw. der Kompressionsphase 1 ausgeweitet werden. Als Merkmal kann somit dieOn the other hand, as set forth in formula (2), in the case of a single-cylinder internal combustion engine in which there is no overlap between the combustion strokes of different cylinders as in multi-cylinder engines, the calculation of the feature can be extended to an angular range including, for example, the compression phase 1 , As a feature can thus the

Energiedifferenz zwischen einem Zustand des Kurbelwellen-Systems in der Kompressionsphase und bspw. einem Zustand des Kurbelwellen-Systems in der Verbrennungsphase verwendet werden. Energy difference between a state of the crankshaft system in the Compression phase and, for example, a state of the crankshaft system in the combustion phase can be used.

Wie voranstehend bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise auch für einen Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern erfolgen, wenn ein symmetrischer Zündabstand vorliegt. Für unsymmetrische Zündabstände bei einem Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern sind demgegenüber die zur Berechnung des Merkmals verwendeten Winkelbereiche für eine minimale Überlagerung der beiden Zylinder entsprechend zu wählen bzw. einzuschränken. As already mentioned above, the method according to the invention can also be carried out in the same way for an internal combustion engine with two cylinders if there is a symmetrical firing interval. For unbalanced spark gaps in an internal combustion engine with two cylinders contrast, the angle ranges used for calculating the feature for a minimum overlap of the two cylinders are to be selected accordingly or limited.

Figur 3 zeigt schematisch einen Verlauf eines Drehmoments M, welches durch einen entsprechenden Kolben eines Zylinders auf eine Kurbelwelle während einer Verdichtung und einer Verbrennung in dem Zylinder ausgeübt wird. Auf einer Ordinate 32 sind Werte des Drehmoments M aufgetragen. Auf einer Abszisse 30 sind Winkelwerte bzw. Winkelstellungen der Kurbelwelle in Bezug auf eine Kurbelwellenstellung, in welcher sich der entsprechende Kolben im zentralen oberen Totpunkt (ZOT) befindet, aufgetragen. Die Ordinate 32 kennzeichnet eine Stellung der Kurbelwelle von 180° vor ZOT, die vertikale Achse 34 kennzeichnet eine Stellung der Kurbelwelle von 0° bezogen auf ZOT, und die vertikale Achse 36 bezeichnet eine Stellung der Kurbelwelle von 180° nach ZOT. Dabei ist darauf zu achten, dass die gezeigte waagerechte Linie 30 nicht der Nulllinie entspricht (Drehmoment wäre Null im oberen, bzw. unteren Totpunkt), sondern vielmehr den Verlauf des Drehmoments in Bezug auf ZOT zeigt. Das Schubmoment in der Kompressionsphase M_s ist dabei mit einer durchgezogenen Linie 38 dargestellt, das Moment im Falle einer Verbrennung M_v ist mit einer gestrichelten Linie 37 dargestellt und mit gepunkteter Linie 39 ist der Anteil des Drehmoments M_dm dargestellt, der durch die Verbrennung alleinig verursacht wird: Figure 3 shows schematically a profile of a torque M exerted by a corresponding piston of a cylinder on a crankshaft during compression and combustion in the cylinder. Values of the torque M are plotted on an ordinate 32. On an abscissa 30 are angular values or angular positions of the crankshaft with respect to a crankshaft position, in which the corresponding piston is in the central top dead center (ZOT), plotted. The ordinate 32 indicates a position of the crankshaft of 180 ° before ZOT, the vertical axis 34 indicates a position of the crankshaft of 0 ° with respect to ZOT, and the vertical axis 36 indicates a position of the crankshaft of 180 ° after ZOT. It is important to note that the horizontal line 30 shown does not correspond to the zero line (torque would be zero in the top, or bottom dead center), but rather shows the course of the torque with respect to ZOT. The thrust moment in the compression phase M _s is shown by a solid line 38, the torque in the case of combustion M _v is shown by a dashed line 37 and dotted line 39, the proportion of torque M _{dm is} shown, which alone by the combustion causing:

M_diff = M_v - M_s (7) M _diff = M _v - M _s (7)

Eine weitere alternative Möglichkeit, ein Drehmoment bzw. pmi eines Verbrennungsmotors auszuwerten, besteht darin, aus einem Drehzahlsignal einen Verlauf eines Wechselanteils, d. h. nur der Schwankung des Drehmoments entsprechend der nachfolgenden Gleichung zu berechnen:

A further alternative possibility of evaluating a torque or pmi of an internal combustion engine is to calculate from a speed signal a course of an alternating component, ie only the fluctuation of the torque, in accordance with the following equation:

Hierbei ist φ der Winkel der Kurbelwelle und Θ ( <p ) das winkelabhängige Trägheitsmoment des Kurbelwellen-Systems, das aus den rotierenden und oszillierenden Massenanteilen besteht. Ein Beispiel für einen solchen Momentenverlauf ist in Figur 3 zu sehen. Da im oberen Totpunkt (OT) und unteren Totpunkt (UT) kein Drehmoment entstehen kann, weil die Kolben des entsprechenden Kolbens ganz oben bzw. unten angeordnet sind, können diese Punkte des geschätzten Drehmomentverlaufs dazu verwendet werden, einen Absolutwert der Kurve zu schätzen. Dieser wird dabei so bestimmt, dass Mittelwerte im/um OT/UT Null ergeben, pmi kann somit durch eine anschließende Integration über das dadurch berechnete Drehmoment bestimmt werden. Here, φ is the angle of the crankshaft and Θ (<p) is the angle-dependent moment of inertia of the crankshaft system, which consists of the rotating and oscillating mass fractions. An example of such a torque curve can be seen in FIG. Since no torque can arise at top dead center (TDC) and bottom dead center (TDC) because the pistons of the corresponding piston are located at the top and bottom, respectively, these points of the estimated torque curve can be used to estimate an absolute value of the curve. This is determined in such a way that mean values in / around OT / UT are zero, so pmi can be determined by a subsequent integration via the torque calculated thereby.

Figur 4 zeigt einen Drehzahlverlauf φ^'(φ) über ein Arbeitsspiel. Auf einer Abszisse 40 ist dabei ein Arbeitsspiel in einer Einheit °KW von -360 bis +360 aufgezeigt.FIG. 4 shows a speed curve φ ^' (φ) over a working cycle. An abscissa 40 shows a working cycle in a unit ° KW of -360 to +360.

Auf einer Ordinate 42 ist in einer Einheit n[1/min] die Drehzahl aufzutragen. Dargestellt sind nunmehr ein Drehzahlverlauf φ^'(φ) 44 über ein Arbeitsspiel für einen ersten Lastpunkt und einen Drehzahlverlauf 46 für einen zweiten, vom ersten verschiedenen Lastpunkt. Diese wurden per Off-Set auf einen niedrigsten Punkt zusammengeschoben. Die verschiedenen Phasen sind entsprechend zu Figur 2 bezeichnet. On an ordinate 42, the speed is to be applied in one unit n [1 / min]. Shown are now a speed curve φ ^' (φ) 44 over a cycle for a first load point and a speed curve 46 for a second, different from the first load point. These were pushed together by off-set to a lowest point. The different phases are designated corresponding to FIG.

Figur 5 zeigt einen Verlauf eines Drehmomentes, welches auf die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors über den Kolben des mindestens einen Zylinders des Verbrennungsmotors ausgeübt wird. Auf einer Ordinate sind Werte des Drehmoments M aufgetragen. Auf einer Abszisse 50 sind Winkelwerte bzw. Winkelstellungen der Kurbelwelle in Bezug auf eine Kurbelwellenstellung, in welcher sich der entsprechende Kolben im zentralen oberen Totpunkt (ZOT) befindet, aufgetragen. Die Ordinate 52 kennzeichnet eine Stellung der Kurbelwelle von 180° vor ZOT, die vertikale Achse 54 kennzeichnet eine Stellung der Kurbelwelle von 0° bezogen auf ZOT und die vertikale Achse 56 bezeichnet eine Stellung der Kurbelwelle vor 180° nach ZOT. Das Drehmoment selbst berechnet sich nach folgender Formel: FIG. 5 shows a profile of a torque which is exerted on the crankshaft of an internal combustion engine via the piston of the at least one cylinder of the internal combustion engine. Values of the torque M are plotted on an ordinate. On an abscissa 50 are angular values or angular positions of the crankshaft with respect to a crankshaft position, in which the corresponding piston is in the central top dead center (ZOT), plotted. The ordinate 52 indicates a position of the crankshaft of 180 ° before ZOT, the vertical axis 54 indicates a position of the crankshaft of 0 ° with respect to ZOT and the vertical axis 56 indicates a position of the crankshaft 180 ° after ZOT. The torque itself is calculated according to the following formula:

Μ(φ)= Θ(φ) *φ(φ) (4) Figur 5 zeigt ein Schubmoment M_s in einer Kompressionsphase als durchgezogene Linie 58, ein Moment M_v \m Falle einer Verbrennung als gepunktete Linie 59 und den Betrag des Schubmoments M_s als Linie 57. Ferner zeigt Figur 5 in der schraffierten Fläche 53 das Drehmomentintegral in einer Kompressionsphase des Arbeitsspiels einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, d. h. im Bereich von -180° KW bis 0° KW. Ferner zeigt Figur 5 in schematischer Darstellung das betragsmäßige Maximum 60 des Drehmoments im gleichen Bereich nämlich der Kompressionsphase, d. h. im Bereich von -180° KW bis 0° KW, was wie folgt ausgedrückt werden kann:

Μ (φ) = Θ (φ) * φ (φ) (4) FIG. 5 shows a thrust moment M _s in a compression phase as a solid line 58, a moment M _{v in the} case of combustion as a dotted line 59 and the magnitude of the thrust moment M _s as a line 57. FIG. 5 also shows the torque integral in hatched area 53 in a compression phase of the working cycle of a crankshaft of an internal combustion engine, ie in the range of -180 ° CA to 0 ° CA Furthermore, FIG. 5 schematically shows the absolute maximum 60 of the torque in the same range, namely the compression phase, ie in the range from -180 ° CA to 0 ° CA, which can be expressed as follows:

Demnach ist es möglich, eine Füllung eines Zylinders, d. h. eine Luftfüllung eines Zylinders anhand verschiedener Merkmale zu betrachten, wobei jedes dieser Merkmale anhand der Ermittlung bzw. der Bestimmung der Drehzahl ausgewertet werden kann. Das bedeutet, dass der Drehzahlverlauf, wie er in Figur 2 dargestellt ist, die wesentliche Grundlage zur Auswertung der verschieden heranzuziehenden Merkmale ist, um letztlich eine der Größen wie bspw. die Luftfüllung eines Zylinders schätzen bzw. im groben Rahmen bestimmen zu können. Die vorgenannten Grenzen des Winkelbereichs sind nicht fest, sondern in geeigneter Weise anpassbar. Beispielsweise können die Grenzen des Winkelbereichs an relevante Zeitpunkte im Ladungswechsel eines vorliegenden Verbrennungsmotors angepasst werden, beispielsweise für eine Füllungsschätzung in einer Kompressionsphase 1 zwischen Einlass-, Schließ- und Zündzeitpunkt, d. h. vor Beginn von chemischer Energiefreisetzung. In gleicher weise können auch weitere Arbeitsphasen wie bspw. Ansaugen 2 und Ausschieben 4 (Exhaust) betrachtet werden, wie sie in Figur 4 kenntlich gemacht sind. Accordingly, it is possible to fill a cylinder, i. H. To consider an air filling of a cylinder based on various characteristics, each of these characteristics can be evaluated by the determination or the determination of the speed. This means that the speed curve, as shown in FIG. 2, is the essential basis for evaluating the various characteristics to be used in order ultimately to be able to estimate one of the variables, such as, for example, the air charge of a cylinder or roughly determine it. The aforementioned limits of the angular range are not fixed, but can be suitably adapted. For example, the limits of the angular range can be adapted to relevant times in the charge cycle of a present internal combustion engine, for example, for a charge estimation in a compression phase 1 between intake, closing and ignition, d. H. before the start of chemical energy release. In the same way, other working phases such as suction 2 and expelling 4 (Exhaust) can be considered, as they are indicated in Figure 4.

Bei Mehrzylinder-Motoren ist ein Saugrohrdruck über das Arbeitsspiel deutlich gleichmäßiger als bei 1 -Zylinder-Motoren. Der Saugrohrdruck ergibt sich aus den Strömungsbilanzen von abgesaugter Luft und nachströmender Luft über die Drosselklappe und Leckagen. Exemplarisch ist der Druck in einer Kurve 61 an einem Einlassventil eines 1 -Zylinder-Motors in Figur 6 dargestellt. Auf einer Abszisse 60 sind Winkelwerte der Kurbelwelle KW aufgetragen. Auf einer Ordinate 62 ist der Saugrohrdruck aufgetragen. Es wird ein Winkelbereich der Kurbelwelle über alle Phasen eines Arbeitsspiels betrachtet, nämlich eine Ansaugphase 1 , eine Kompressionsphase 2, eine Verbrennung 3 und eine Ausstoß- bzw. Ausschiebephase 4. Während einer Ansaugphase 1 fällt der Druck sehr stark ab. Nach Schließen des Einlassventils baut der Druck sich in einer Kompressionsphase 2 langsam über nachströmende Luft wieder auf. Die Frischluftfüllung im Zylinder hängt demnach direkt vom Saugrohrdruck ab. Es gilt: For multi-cylinder engines, intake manifold pressure over the working cycle is significantly more uniform than for 1-cylinder engines. The intake manifold pressure results from the flow balances of extracted air and inflowing air via the throttle valve and leaks. By way of example, the pressure in a curve 61 on an inlet valve of a 1-cylinder engine is shown in FIG. On an abscissa 60 angle values of the crankshaft KW are plotted. On an ordinate 62 of the intake manifold pressure is applied. It becomes an angular range of the crankshaft considered over all phases of a working cycle, namely an intake phase 1, a compression phase 2, a combustion 3 and a discharge or Ausschiebephase 4. During a suction phase 1, the pressure drops very sharply. After closing the inlet valve, the pressure builds up slowly in a compression phase 2 via inflowing air again. The fresh air filling in the cylinder therefore depends directly on the intake manifold pressure. The following applies:

άφ άφ

Aus der Motorgeometrie ist der Quotient ^(ψ) ^Q^Q^ Daher kann mit dem άφ The quotient of the motor geometry is ^ (ψ) ^ Q ^ Q ^ Therefore, with the άφ

aus Θ und der Drehzahl berechneten Moment auf einen Absolutwert des Saugrohrdrucks geschlossen werden. Änderungen des Saugrohrdrucks können dann über Änderungen der oben genannten Merkmale, Merkmal 1 bis Merkmal 4, entsprechend Formeln (2'), (3), (5) und (6) bestimmt werden. from Θ and the speed calculated torque are closed to an absolute value of the intake manifold pressure. Changes in the intake manifold pressure can then be determined via changes in the above features, feature 1 to feature 4, according to formulas (2 '), (3), (5) and (6).

Da in dem für die Merkmale jeweils angegebenen Kurbelwinkel-Bereich keine Verbrennung wirkt (zumindest bei einzylindrigen Motoren), korrelieren diese Merkmale mit der Füllung bzw. dem Saugrohrdruck. Je höher der Saugrohrdruck, umso mehr Arbeit muss für die Kompression geleistet werden. Since combustion does not occur in the crank angle range specified for the features (at least for single-cylinder engines), these features correlate with the charge or intake manifold pressure. The higher the intake manifold pressure, the more work has to be done for the compression.

Prinzipiell geht in die Drehzahl bzw. die Rotationsenergie der Kurbelwelle während einer Kompression nur der Druck im Zylinder sowie die Kalorik des verdichteten Arbeitsgases ein. Dies gilt zumindest gemäß der Verdichtungsarbeit für eine vereinfachend als adiabatisch angenommene Zustandsänderung. In principle, only the pressure in the cylinder and the calorific of the compressed working gas enter into the rotational speed or the rotational energy of the crankshaft during a compression. This is true at least in accordance with the compression work for a simplifying assumed as adiabatic change of state.

Für eine Füllungsschätzung, also eine Schätzung der Luftmasse in einem Zylinder, ist ferner auch die Temperatur der angesaugten Frischluft relevant, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht explizit aus der Drehzahl gewonnen werden kann. Deshalb ist es vorteilhaft, die rein aus der Drehzahl gewonnene Füllung mit einem Korrekturterm zu versehen, damit Effekte aus der Temperatur der angesammelten Frischluft berücksichtigt werden können. For a filling estimate, ie an estimate of the air mass in a cylinder, the temperature of the fresh air drawn in is also relevant, which can not be explicitly obtained from the rotational speed with the method according to the invention. Therefore, it is advantageous to provide the filling obtained purely from the rotational speed with a correction term so that effects from the temperature of the accumulated fresh air can be taken into account.

Für Korrekturen bzw. für den Korrekturterm gibt es nun verschiedene Möglichkeiten: 1 . Korrekturterm basiert auf einem Temperatursensor im Einlasskanal. For corrections or for the correction term there are different possibilities: 1 . Correction term is based on a temperature sensor in the inlet channel.

2. Korrekturterm wird aus einem Lambdasignal berechnet. Ausgenutzt wird dabei die Tatsache, dass sich die Einlasstemperatur nur langsam ändert. 2. Correction term is calculated from a lambda signal. It exploits the fact that the inlet temperature changes only slowly.

Prinzipbedingt werden Fehler in der Einspritzung dann auch eingelernt, weshalb die Korrektur zumindest in Abhängigkeit der Last erfolgen muss.  Due to the principle, errors in the injection are then also learned, which is why the correction must be made at least as a function of the load.

3. Korrekturterm basiert auf dem Verlauf des aus der Drehzahl berechneten Momentes während einer Kompression unter Zuhilfenahme einer modellierten Verdichtungsarbeit. 3. Correction term is based on the course of the torque calculated from the rotational speed during compression with the help of a modeled compaction work.

4. Korrekturterm basiert auf der Motortemperatur und einer mittleren Drehzahl. 4. Correction term based on the engine temperature and a medium speed.

5. Korrekturterm wird aus einer Variation von Einspritzmenge bei konstanter Drehzahl und DK-Stellung unter Berücksichtigung des MWF-Merkmals der Verbrennung (d. h. y = 0°kW, x « 96° kWn ZOT) bestimmt. Dabei wird wiederum berücksichtigt, dass sich die Einlasstemperatur und somit auch der darauf aufbauende einlasstemperaturabhängige Korrekturterm nur langsam ändern kann. 5. Correction term is determined from a variation of injection quantity at constant speed and DK position taking into account the combustion MWF characteristic (i.e., y = 0 ° kW, x = 96 ° kWn ZOT). In turn, it is taken into account that the inlet temperature and thus also the intake temperature-dependent correction term based thereupon can only change slowly.

6. Korrekturterm aus vom Last-Drehzahlkollektiv abhängigen Aufheizverhalten. 6. Correction term from the load-speed collective dependent heating behavior.

Da die Kompressionsarbeit bei gegebener Luftmasse (Füllung) auch von der Kalorik des Arbeitsgases (Adiabatenexponent Kappa) abhängt und diese sich mit der Kraftstoffkonzentration ändert (Kappa sinkt mit steigender Kraftstoffkonzentration), ist eine weitere Korrektur auf Basis von Kraftstoffmenge, welche näherungsweise aus Vorsteuerung bekannt ist, und/oder auf Basis eines Since the compression work for a given air mass (charge) also depends on the caloric of the working gas (adiabatic exponent kappa) and this changes with the fuel concentration (kappa decreases with increasing fuel concentration), another correction based on fuel quantity, which is approximately known from pilot control , and / or based on a

Lambdasondensignals notwendig. Darüber hinaus ist die Drehzahl- oder Rotationsenergieänderung im Kompressionstakt bzw. in der Kompressionsphase nicht nur eine Funktion der Kompressionsarbeit, sondern wird, analog zum Verbrennungstakt, von der alle vier Arbeitstakte überlagernden Abbremsung infolge der äußeren Motorlast beeinflusst. Zur genaueren Korrelation von Füllung, welche bereits temperaturkorrigiert und kraftstoffkonzentrationskorrigiert ist, und Rotationsenergieänderung während eines Kompressionstaktes ist also eine zusätzliche Korrektur in Abhängigkeit der mittleren Motorlast, Drehzahl, d.h. dem mittleren Fahrwiderstand notwendig. Lambda probe signal necessary. In addition, the speed or rotation energy change in the compression stroke or compression phase is not only a function of the compression work, but is influenced by the overrunning deceleration due to the external engine load, similar to the combustion stroke. For more accurate correlation of filling, which is already temperature corrected and fuel concentration corrected, and rotational energy change during a compression stroke is thus an additional one Correction depending on the average engine load, speed, ie the average driving resistance necessary.

Claims

Ansprüche claims

1 . Verfahren zur jeweiligen Schätzung von mit einer Füllung eines Zylinders zusammenwirkenden Größen in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, wobei eine jeweilige Größe aus einem Merkmal hergeleitet wird, das auf einer Auswertung einer Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors basiert, wobei das Merkmal für Werte der Drehzahl in mindestens einem jeweiligen größenspezifischen Bereich eines Arbeitsspiels der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors berechnet wird. 1 . A method for respectively estimating cylinder-filling quantities in an internal combustion engine having at least one cylinder, wherein a respective quantity is derived from a characteristic based on an evaluation of a rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine, wherein the speed-in at least one respective size-specific range of a working cycle of the crankshaft of the internal combustion engine is calculated.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Drehzahl über Zahnzeiten eines Drehzahlgebers bestimmt wird. 2. The method of claim 1, wherein the speed is determined by tooth times of a speed sensor.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das berechnete Merkmal mittels einer applizierten Kennlinie oder eines Kennfeldes auf die jeweilige Größe abgebildet wird. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the calculated feature is mapped by means of an applied characteristic or a map to the respective size.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem ein Verbrennungsmotor mit einem Zylinder verwendet wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein an internal combustion engine is used with a cylinder.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem bei Schätzung einer Füllung des Zylinders als zu schätzende Größe die aus dem Merkmal hergeleitete Füllung mit einem Korrekturterm versehen wird, um Temperatureffekte von angesaugter Frischluft zu berücksichtigen. 5. The method according to claim 1, wherein, when estimating a filling of the cylinder as the quantity to be estimated, the filling derived from the characteristic is provided with a correction term in order to take into account temperature effects of fresh intake air.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem bei Schätzung einer Füllung des Zylinders als zu schätzende Größe die aus dem Merkmal hergeleitete Füllung unter Berücksichtigung einer gegebenen Kraftstoffkonzentration korrigiert wird. A method according to any one of claims 1 to 5, wherein, upon estimating a cylinder filling as the quantity to be estimated, the charge derived from the characteristic is corrected taking into account a given fuel concentration.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem bei Schätzung einer Füllung des Zylinders die aus dem Merkmal hergeleitete Füllung in Abhängigkeit einer gegebenen Motorlast, oder in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Last, oder in Abhängigkeit von den mittleren Fahrwiderständen zu korrigieren ist. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein upon estimation of a filling of the cylinder derived from the feature filling depending on a given engine load, or as a function of engine speed and load, or to be corrected depending on the average driving resistances.

8. Anordnung zur jeweiligen Schätzung von mit einer Füllung eines Zylinders zusammenwirkenden Größen in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, mit Mitteln, die dazu konfiguriert sind, eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu bestimmen, und mit damit in kommunikativer Verbindung stehenden Mitteln, die dazu konfiguriert sind, das Drehmoment aus einem Merkmal herzuleiten, das auf einer Auswertung der Drehzahl basiert, wobei das Merkmal für Werte der Drehzahl in mindestens einem jeweiligen größenspezifischen Bereich eines Arbeitsspiels der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors berechnet wird. 8. Arrangement for respective estimation of cylinder-filling variables in an internal combustion engine having at least one cylinder, means configured to determine a rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine and communicatively communicating means therefor are configured to derive the torque from a characteristic based on an evaluation of the rotational speed, wherein the characteristic for values of the rotational speed is calculated in at least one respective size-specific range of a working cycle of the crankshaft of the internal combustion engine.

9. Anordnung nach Anspruch 8, die eine Speichereinheit aufweist, in welcher eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld hinterlegt sind, mit deren Hilfe das berechnete Merkmal auf die jeweilige Größe abgebildet werden kann. 9. Arrangement according to claim 8, which has a memory unit in which a characteristic curve and / or a map are stored, with the aid of which the calculated feature can be mapped to the respective size.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, die insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 einzusetzen ist. 10. Arrangement according to claim 8 or 9, which is to be used in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 7.