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DE102005006997A1 - Verfahren zur Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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DE102005006997A1
DE102005006997A1 DE102005006997A DE102005006997A DE102005006997A1 DE 102005006997 A1 DE102005006997 A1 DE 102005006997A1 DE 102005006997 A DE102005006997 A DE 102005006997A DE 102005006997 A DE102005006997 A DE 102005006997A DE 102005006997 A1 DE102005006997 A1 DE 102005006997A1
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internal combustion
combustion engine
speed acceleration
crankshaft angle
index
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DE102005006997A
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English (en)
Inventor
Evangelos Karvounis
Daniel Röttger
Christian Vigild
Charles Tumelaire
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors (20). Die von einem Motorregler (10) vorgegebenen Parameter für die Kraftstoffinjektion werden in der Brennkraftmaschine (20) durch die Verbrennung in ein Drehmoment (T) umgewandelt, welches insbesondere auf das Schwungrad (22) der Brennkraftmaschine wirkt. Aus dem gemessenen Kurbelwellenwinkel (THETA) wird in einer Rückkopplungsschleife (30) die Drehzahlbeschleunigung DOLLAR I1 berechnet, aus welcher wiederum ein die Verbrennung charakterisierender Index (X) bestimmt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors. Ferner betrifft die Erfindung ein Regelungssystem, das zur Ausführung eines derartigen Verfahrens ausgebildet ist.
  • Die präzise Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine ist wichtig, um vorgegebene Leistungs- und Emissionsziele zu erreichen. So kann beispielsweise bei Dieselmotoren zur Erzielung extrem geringer NOx-Emissionen ein Betrieb mit homogener Verbrennung und einer Kompressionszündung beziehungsweise eine Verbrennung bei geringen Temperaturen durchgeführt werden. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Dieselverbrennung erfordern derartige Verbrennungsmodi eine hohe Abgasrückführungsrate sowie eine sehr frühe Kraftstoffinjektion. Die Zündverzögerung, welche als Zeitdauer zwischen dem Beginn der Aktivierung der Kraftstoffinjektoren und dem Beginn der Verbrennung definiert ist, kann sehr viel länger als bei herkömmlichen Verbrennungsmodi sein, bei denen die Kraftstoffinjektion innerhalb weniger Grade des Kurbelwellenwinkels um den oberen Totpunkt herum stattfindet. Da bei Dieselmotoren das Erreichen vorgegebener Ziele (Emissionen, gewünschtes Drehmoment) in erster Linie von der Zeitsteuerung der Ladungszündung und der Zusammensetzung der Ladung abhängt, erfordert eine zuverlässige Regelung der Verbrennung eine Beobachtung der Luftzufuhr beziehungsweise der Abgasrückführung sowie des Verbrennungsverhaltens.
  • Die üblicherweise beim Stand der Technik eingesetzten Regelungen von Brennkraftmaschinen konzentrieren sich auf die Einrichtungen zur Kraftstoffinjektion, nicht jedoch auf die Verbrennung selbst. Diese Regelungssysteme sind dazu ausgelegt, die Kraftstoffinjektoren so anzusteuern, daß der Motor mit der richtigen Menge an Kraftstoff zum richtigen Zeitpunkt versorgt wird. Zu diesem Zweck werden die Anzahl der Injektionen pro Motortakt, der Beginn der Injektor-Aktivierung sowie die Impulsbreite des Injektors, welche die Menge des pro Motorzyklus inji zierten Kraftstoffes bestimmt, berechnet, wobei die Berechnung auf einem offenen Regelkreis und vorgegebenen Karten beruht und im Wesentlichen in den folgenden drei Schritten abläuft:
    • – Abschätzung des gewünschten Drehmomentes aus zwei primären Eingangssignalen, der Motordrehzahl und der Gaspedalposition;
    • – Berechnung der notwendigen Kraftstoffmenge zur Erzielung des gewünschten Drehmomentes;
    • – Festlegung der Injektions-Zeitsteuerung zur Erreichung der Zielvorgaben in Bezug auf Emissionen und Geräuschpegel.
  • Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zur einfachen und verbesserten Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Regelungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, bei welcher es sich insbesondere um einen Dieselmotor handeln kann. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine charakteristische Größe, welche nachfolgend "Index" genannt wird, für den aktuellen Verbrennungszustand der Brennkraftmaschine gewonnen und als Rückkopplungssignal für die Regelung verwendet wird. Die Gewinnung des Indexes erfolgt dabei basierend auf der Drehzahlbeschleunigung der Brennkraftmaschine während eines vorgegebenen Beobachtungsfensters des Kurbelwellenwinkels (wobei das Beobachtungsfenster auch aus mehreren getrennten Teilintervallen bestehen kann). Das Beobachtungsfenster kann insbesondere mindestens ein Intervall des Kurbelwellenwinkels um den oberen Totpunkt zwischen Kompressionstakt und Verbrennungs takt eines Kolbens der Brennkraftmaschine umfassen (zum Beispiel ±20° um den oberen Totpunkt herum). Ferner wird die Drehzahlbeschleunigung vorzugsweise am Schwungrad der Brennkraftmaschine bestimmt, wobei sie entsprechend der trägen Masse des Schwungrades in diesem Falle das vom Motor abgegebene Drehmoment widerspiegelt.
  • Das beschriebene Verfahren läßt sich mit einfachen Mitteln realisieren, da es lediglich die Ermittlung der Drehzahlbeschleunigung der Brennkraftmaschine erfordert. Überraschenderweise läßt sich aus diesem einen Signal jedoch ein sehr aussagekräftiger Index berechnen, welcher eine auf der Beobachtung der Verbrennung selbst beruhende, rückgekoppelte Kontrolle der Brennkraftmaschine ermöglicht. Das Verfahren kann somit erheblich dazu beitragen, vorgegebene Zielsetzungen in Bezug auf die Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine und eine Emissionsreduktion zu erreichen.
  • Die Ermittlung der Drehzahlbeschleunigung der Brennkraftmaschine kann im Prinzip auf verschiedene Weisen erfolgen. Vorzugsweise wird der Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine gemessen und hieraus durch (zweifache) Ableitung die Drehzahlbeschleunigung berechnet. Sensoren zur Erfassung des Kurbelwellenwinkels sind hinlänglich bekannt und in Fahrzeugen üblicherweise ohnehin vorhanden. Durch Verarbeitung (Ableitung) der von ihnen gelieferten Signale kann daher ohne zusätzlichen Sensor die Drehzahlbeschleunigung ermittelt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die aus Messungen ermittelte Drehzahlbeschleunigung gefiltert und/oder normiert, bevor sie für die Bestimmung eines Indexes verwendet wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn – wie vorstehend erwähnt – die Drehzahlbeschleunigung durch Ableitung aus dem Kurbelwellenwinkel berechnet wird, da in diesem Falle durch die Ableitungen ein unter Umständen beträchtlich verrauschtes Signal entsteht. Durch eine Bandpaßfilterung kann aus einem solchen Signal jedoch noch ein brauchbarer Wert der Drehzahlbeschleunigung gewonnen werden.
  • Für die Definition eines aussagekräftigen Indexes basierend auf der Drehzahlbeschleunigung stehen im Prinzip verschiedene Möglichkeiten offen. Vorzugsweise wird der Index aus einem Energiesignal berechnet, welches vom aktuellen Kurbelwellenwinkel abhängt und aus dem Quadrat der (zu diesem Kurbelwellenwinkel gehörenden) Drehzahlbeschleunigung berechnet wird. Physikalisch gesehen spiegelt das Quadrat der Drehzahlbeschleunigung die aktuelle kinetische Energie der rotierenden Motorkomponenten einschließlich des Schwungrades wider, wobei diese kinetische Energie wiederum durch den Verbrennungsprozeß in der Brennkraftmaschine beeinflußt und vorgegeben wird. Auf diese Weise können Informationen über den Verbrennungsprozeß im Motor in das Energiesignal und damit den berechneten Index gelangen.
  • Für die Berechnung des Energiesignals aus dem Quadrat der Drehzahlbeschleunigung gibt es ebenfalls verschiedene Definitionsmöglichkeiten. Vorzugsweise wird das Energiesignal aus dem über einen Teilabschnitt des Beobachtungsfensters kumulierten Quadrat der Drehzahlbeschleunigung berechnet. Das Quadrat der Drehzahlbeschleunigung kann beispielsweise über ein kurzes Intervall des Kurbelwellenwinkels, welches innerhalb des Beobachtungsfensters liegt, integriert werden, wobei dann der Wert dieses Integrals das Energiesignal des Integrationsintervalls darstellt (und üblicherweise einem ausgewählten Punkt des Integrationsintervalls zugeordnet wird, beispielsweise dessen Mittelpunkt).
  • Des Weiteren bestehen für die Definition des Indexes in Abhängigkeit von einem Energiesignal verschiedene Möglichkeiten. Vorzugsweise wird der Index als der Kurbelwellenwinkel definiert, bei dem das Energiesignal zum ersten Mal einen vorgegebenen Prozentsatz übersteigt. Dieser Prozentsatz wird typischerweise auf 50% festgelegt, weshalb der zugehörige Index auch "(Energie-)Schwerpunkts-Index" oder „Energiezentrum" genannt werden kann. Wie in Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung näher erläutert wird, ist ein so definierter Index für verschiedene Einflußgrößen eines Verbrennungsprozesses sensibel, beispielsweise für die Abgasrückführungsrate oder den Beginn der Kraftstoffinjektion.
  • Der den Verbrennungsvorgang im Motor charakterisierende Index kann in vielfältiger Weise für die Regelung der Brennkraftmaschine verwendet werden. Vorzugsweise werden basierend auf dem Index Parameter für die Kraftstoffinjektion (beispielsweise Beginn der Kraftstoffinjektion, Anzahl der Kraftstoffinjektionen pro Motorzyklus, injizierte Kraftstoffmenge etc.), Parameter für die Luftzufuhr (Drosselklappenposition, Ladedruck etc.) und/oder Parameter für eine Abgasrückführung (Öffnungsstellung eines Abgasrückführungsventils etc.) verändert.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Regelungssystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, welches dahingehend ausgebildet ist, ein Verfahren der oben beschriebenen Art auszuführen. D.h., daß das Regelungssystem einen Index für den aktuellen Verbrennungszustand der Brennkraftmaschine aus der Drehzahlbeschleunigung während eines Beobachtungsfensters des Kurbelwellenwinkels berechnet und diesen als Rückkopplungssignal verwendet. Das Regelungssystem kann insbesondere mit einem Drehzahlsensor – beispielsweise einem Hall-Sensor am Schwungrad der Brennkraftmaschine – gekoppelt sein, um den Kurbelwellenwinkel zu ermitteln und hieraus durch Ableitung die Drehzahlbeschleunigung zu berechnen. Hinsichtlich der weiteren Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen des Regelungssystems wird auf die obige Beschreibung des zugehörigen Verfahrens verwiesen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematisch den Einsatz eines Regelungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Prinzipskizze zur Gewinnung einer Drehzahlbeschleunigung aus der Messung des Kurbelwellenwinkels am Schwungrad;
  • 3 Messungen der Wärmeabgabe im Motor bei 20% Abgasrückführungsrate und verschiedenen Startpunkten der Kraftstoffinjektion;
  • 4 den zu den Messungen von 3 gehörigen Index X in Abhängigkeit vom Startpunkt der Kraftstoffinjektion;
  • 5 Messungen entsprechend 3 bei 35% Abgasrückführungsrate;
  • 6 den zu den Messungen von 5 gehörigen Index X in Abhängigkeit vom Startpunkt der Kraftstoffinjektion;
  • 7 Messungen der Wärmeabgabe im Motor und die Lage des zugehörigen Indexes Xref für einen Referenzbetrieb;
  • 8 Daten entsprechend 7 für eine zusätzliche Abgasrückführung, und
  • 9 Daten entsprechend 7 für eine zusätzliche Pilotinjektion von Kraftstoff.
  • 1 zeigt schematisch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Regelungssystems an einer Brennkraftmaschine 20, bei der es sich beispielsweise um einen Dieselmotor handeln kann, ohne daß die Erfindung jedoch hierauf beschränkt wäre. Die dargestellte Anordnung umfasst zunächst eine herkömmliche Motorregelungseinheit 10, die insbesondere als Mikroprozessor mit entsprechender Software realisiert sein kann. Die Regelungseinheit 10 verwendet als Eingangssignale die (zeitlich gemittelte) Drehzahl n des Motors sowie die durch den Fahrer vorgegebene Position Pacc des Gaspedals, um hieraus in Block 11 die Einstellungen für die Kraftstoffinjektion zu berechnen. Die genannten Einstellungen werden an den Motor 20 übermittelt, wo sie im Verbrennungssystem 21 den Verbrennungsablauf determinieren. Letzterer hat wiederum Auswirkungen auf das hierdurch erzeugte Drehmoment T, welches auf das Schwungrad 22 wirkt und dort zu einer momentanen Drehbeschleunigung
    Figure 00060001
    führt.
  • In einer Rückkopplungsschleife 30 wird aus dem am Schwungrad 22 gemessenen Kurbelwellenwinkel θ die Drehzahlbeschleunigung
    Figure 00060002
    des Schwungrades berech net (Block 31). Wie nachfolgend näher erläutert wird, berechnet Block 32 aus der Drehzahlbeschleunigung
    Figure 00070001
    einen Index X für den aktuellen Verbrennungszustand des Motors 20, welcher in Block 33 mit Leistungsvorgaben verglichen wird. Basierend auf diesem Vergleich wird dann in Block 11 des Motorreglers 10 Einfluß auf die Einstellungen der Injektionsparameter genommen.
  • Das beschriebene System ermöglicht eine rückgekoppelte Regelung der Verbrennung, da eine Messung beziehungsweise Abschätzung des Verbrennungszustandes der Brennkraftmaschine 20 verwendet wird. Die Funktion des Systems beruht dabei auf der Tatsache, daß Änderungen im Zeitablauf der Verbrennung das momentane Motordrehmoment T und damit auch die Drehzahlbeschleunigung
    Figure 00070002
    beeinflussen.
  • In 2 ist die Gewinnung der Drehzahlbeschleunigung
    Figure 00070003
    detaillierter dargestellt. Zunächst wird am Schwungrad 22 z. B. mit einem Halleffekt-Sensor 23 dessen momentane Drehgeschwindigkeit gemessen. In Block 34 der nachgeschalteten Signalverarbeitung wird das ursprünglich mit einer Auflösung von beispielsweise 6° Kurbelwellenwinkel (CA) vorliegende Signal des Kurbelwellenwinkels θ durch Interpolation auf eine Auflösung von 0.5° CA heraufgesetzt. Anschließend wird durch Zeitableitung in Block 35 die Drehgeschwindigkeit
    Figure 00070004
    und durch weitere Zeitableitung in Block 36 die gesuchte Drehzahlbeschleunigung
    Figure 00070005
    berechnet.
  • Mit der Drehzahlbeschleunigung
    Figure 00070006
    beziehungsweise der damit verknüpften (kinetischen) Energie liegt ein wichtiges Signal zur Abschätzung des Verbrennungsverhaltens vor. Da durch die zweifachen Ableitungen in den Blöcken 35, 36 von 2 ein Rauschen in die Signale eingeführt wird, wird die berechnete Drehzahlbeschleunigung
    Figure 00070007
    vor ihrer weiteren Verwendung vorzugsweise zunächst digital bandpaßgefiltert und normiert, was das Signal
    Figure 00070008
    ergibt. Letzteres kann beispielsweise gemäß folgender Formel berechnet werden:
    Figure 00070009
  • Hierin bedeutet I das Beobachtungsfenster, während welchem die Drehzahlbeschleunigungen
    Figure 00080001
    ermittelt werden, um hieraus einen (einzigen) Index für den Verbrennungszustand zu berechnen. Das Beobachtungsfenster I umfaßt üblicherweise ein Kurbelwellenwinkel-Fenster um den oberen Totpunkt einer jeden individuellen Verbrennung in den Zylindern herum (beispielsweise ein Intervall von ±20° um den oberen Totpunkt). Die Begrenzung der Messungen auf ein derartiges Fenster um den oberen Totpunkt herum begrenzt das Rauschen, welches durch andere Ereignisse im Motor (beispielsweise die Verbrennung in anderen Zylindern, das Öffnen und Schließen der Einlaß-/Auslaßventile etc.) verursacht wird.
  • Die Funktion FBP in Gleichung (1) repräsentiert den Bandpaßfilter, welcher entweder vom Vorwärtstyp oder vom Vorwärts/Rückwärtstyp sein kann. Filter vom Vorwärtstyp filtern ein Signal nur in Vorwärtsrichtung, das heißt der Winkel θ wächst bei einem derartigen Filter inkrementell. Vorwärtsfilter benötigen daher einen geringeren Rechenaufwand und können für Online-Berechnungen eingesetzt werden, beispielsweise für Berechnungen aktueller Ereignisse. Aufgrund der Natur dieser Filter führen sie allerdings zu einer Phasenverschiebung des Eingangssignals. Filter vom Vorwärts/Rückwärtstyp filtern dagegen ein Signal sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung, so daß sie Phasenverschiebungen kompensieren können. Sie erfordern jedoch üblicherweise einen höheren Rechenaufwand als entsprechende Vorwärtsfilter und können nur offline eingesetzt werden, zum Beispiel in Berechnungen zwischen Verbrennungsereignissen.
  • In einem nächsten Verarbeitungsschritt wird für jeden Winkel θ des Beobachtungsfensters I ein Energiesignal E(θ) basierend auf der Drehzahlbeschleunigung
    Figure 00080002
    berechnet (hier und im Folgenden wird dabei der Index * weggelassen und vorausgesetzt, daß es sich bei θ,
    Figure 00080003
    um gefilterte und normierte Größen handelt). Das Energiesignal kann dabei insbesondere gemäß folgender Formel aus der quadrierten und über ein (θ enthaltendes) Teilintervall [CAbegin, CAend] des Beobachtungsfensters I akkumulierten Drehzahlbeschleunigung
    Figure 00080004
    berechnet werden:
    Figure 00090001
  • In einem weiteren Schritt wird aus den Energiesignalen E(θ) ein das gesamte Beobachtungsfenster I charakterisierender Index X berechnet, welcher auch als "Energieschwerpunkt-Index" bezeichnet wird. Er ist definiert als der Kurbelwellenwinkel, bei dem zum ersten Mal 50% des maximalen Energiesignals erreicht werden, das heißt
    Figure 00090002
  • Der Index X charakterisiert die Effekte der Verbrennungszeitsteuerung auf das Schwungrad in Bezug auf die Länge des Beobachtungsfensters I. Die im Index enthaltene Schwerpunktsposition folgt dabei dem größten Verbrennungseffekt, z.B. dem maximalen Druckgradienten, der zu einer maximalen Beschleunigung des Schwungrades führt, und weniger plötzlichen Änderungen in der Verbrennung, wie es beispielsweise bei der Klopfdetektion in Benzinmotoren der Fall ist.
  • Aus den Energiesignalen E(θ) kann ferner ein Energiesignal-Vektor definiert werden gemäß (E(θ1), ... E(θN)) (5),wobei θ1, ... θN die Abtastpunkte im Beobachtungsfenster I sind.
  • Die 3 bis 9 zeigen die Ergebnisse von praktischen Untersuchungen des oben erläuterten Konzeptes, wobei alle Messungen an einem V6-Dieselmotor (Ford Lion) durchgeführt wurden.
  • Bei den Messungen der 3 bis 6 wurde der Motor mit 2000 U/min und 6 bar indiziertem mittlerem Druck (IMEP) betrieben. Zur Bereitstellung von zwei verschiedenen AGR-Raten wurde das Luft-Kraftstoff-Verhältnis konstant gehalten und dementsprechend der Ladedruck im Falle höherer AGR-Raten erhöht. Für jede AGR-Rate wurde der Beginn der Aktivierung (BOA: Begin Of Activation) der Injektornadeln im Bereich von 5° bis 18° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) variiert.
  • Die 3 und 5 zeigen berechnete Wärmeabgaben in den Zylindern basierend auf Messungen des Zylinderinnendrucks bei 20% AGR (3) und bei 35% AGR (5). Jeder BOA-Betriebspunkt wurde für 15 aufeinander folgende Motorzyklen und für zwei Zylinder berechnet.
  • 4 zeigt den berechneten Index X (quadratische Symbole) in Abhängigkeit von den BOA-Einstellungen. Darüber hinaus sind in dem Diagramm durch Dreiecke beziehungsweise Kreise die Indizes markiert, weiche analog Gleichung (4) 10%-beziehungsweise 90% des Energieniveaus repräsentieren.
  • Der Verlauf der Linie des Indexes X folgt dem BOA-Verhalten: Eine Vergrößerung des BOA führt zu einer früheren Verbrennung, da die übrigen Motorbetriebsparameter unverändert bleiben.
  • Dasselbe Resultat ergibt sich aus den 5 und 6 für den Fall einer 35%igen AGR. Das heißt, daß der Index X unabhängig davon, ob die AGR-Rate 20% oder 35% beträgt, der Verbrennungsvariation durch den BOA folgt.
  • Die 7 bis 9 zeigen in Diagrammen der Wärmeabgabe die Ergebnisse von weiteren Untersuchungen zum erfindungsgemäßen Regelungsverfahren. Diesen Messungen lagen die in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten Werte für drei Betriebsmodi "Referenz", "AGR" und "Pilot" zugrunde. Der Referenz-Modus weist dabei keine Abgasrückführung und keine Pilotinjektion auf. Demgegenüber hat der AGR-Modus eine Abgasrückführungsrate von 40% und dementsprechend einen geringeren Lufteinlaß in die Zylinder. Der Pilot-Modus weist keine Abgasrückführung auf, dafür jedoch eine Pilot-Kraftstoffinjektion bei 18° vor dem oberen Totpunkt, wobei die hauptsächliche Kraftstoffinjektion wie beim Referenzmodus bleibt, das heißt bei 9° vor dem oberen Totpunkt. Die übrigen Betriebsparameter des Motors entsprechen 1500 U/min und 6 bar IMEP.
  • Tabelle 1:
    Figure 00110001
  • Die nachfolgende Tabelle 2 gibt den berechneten index X für die verschiedenen getesteten Betriebsmodi wieder, wobei die Indizes jeweils über zwölf aufeinanderfolgende Motorzyklen gemittelt wurden und die resultierende Standardabweichung Std ebenfalls wiedergegeben ist. Aus den Werten der Standardabweichung läßt sich folgern, daß die Indizes für die verschiedenen getesteten Motorbetriebsparameter voneinander unterscheidbar beobachtbar sind.
  • Tabelle 2:
    Figure 00110002
  • Die Indizes gemäß obiger Tabelle sind in den Wärmeabgabe-Diagrammen der 7 bis 9 für die drei getesteten Betriebsmodi als vertikale Linien eingetragen. Dabei zeigt es sich, daß sie sich wie der erwartete Zeitablauf der Verbrennung verhalten.
  • So erfolgt bei dem Referenzmodus gemäß 7 die Verbrennung innerhalb weniger Grade um den oberen Totpunkt TDC (360°) herum. Das Fehlen einer Abgasrückführung und einer Pilotinjektion führt zu einem sehr kurzen und schnellen Beginn der Verbrennung entsprechend einer starken vorgemischten Verbrennungsphase.
  • Die in 8 dargestellte Hinzunahme einer Abgasrückführung und die resultierende Verringerung der Luftzufuhr führt zu einem verzögerten Beginn der Verbrennung. Der zugehörige Index XAGR wird im Vergleich zur Referenzsituation von 7 nach rechts verschoben, das heißt der Verbrennungseffekt wirkt sich später auf das Schwungrad aus.
  • Beim Pilot-Modus von 9 findet ohne Abgasrückführung eine Pilotinjektion bei 18° Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt statt. Der zugehörige Index Xpilot wird im Vergleich zur Referenzsituation von 7 nach links verschoben, das heißt der Verbrennungseffekt wirkt sich früher auf das Schwungrad aus.
  • Aus den Messungen kann gefolgert werden, daß der Index X sowohl für eine Variation der Abgasrückführung als auch der Parameter der Kraftstoffinjektion sensibel ist. Der Index kann daher zur Überwachung der Strategie der Kraftstoffinjektion eingesetzt werden, zur Kompensation von Driften im Verhalten der Injektoren im Laufe der Zeit, sowie zur Interaktion mit der Luft-AGR-Strategie. Ein Vorteil des vorgestellten Verfahrens ist insbesondere, daß es sich mit geringen Kosten verwirklichen läßt, da kein zusätzlicher Sensor benötigt wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine (20), insbesondere eines Dieselmotors, dadurch gekennzeichnet, daß ein Index (X) für den aktuellen Verbrennungszustand der Brennkraftmaschine (20) aus der Drehzahlbeschleunigung (
    Figure 00130001
    ) während eines Beobachtungsfensters des Kurbelwellenwinkels (θ) gewonnen und als Rückkopplungssignal verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungsfenster mindestens ein Intervall des Kurbelwellenwinkels (θ) um den oberen Totpunkt zwischen Kompressionstakt und Verbrennungstakt eines Kolbens der Brennkraftmaschine (20) umfaßt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwellenwinkel (θ) der Brennkraftmaschine (20) gemessen und hieraus durch Ableitung die Drehzahlbeschleunigung (
    Figure 00130002
    ) berechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlbeschleunigung (
    Figure 00130003
    ) gefiltert und/oder normiert verwendet wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Index (X) auf einem vom Kurbelwellenwinkel (θ) abhängigen Energiesignal beruht, das aus dem Quadrat der Drehzahlbeschleunigung (
    Figure 00140001
    ) berechnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiesignal aus dem über ein Teilintervall des Beobachtungsfensters kumulierten Quadrat der Drehzahlbeschleunigung (
    Figure 00140002
    ) berechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Index (X) als kleinster Kurbelwellenwinkel (θ) definiert wird, bei dem das Energiesignal einen vorgegebenen Prozentsatz, vorzugsweise 50%, seines Maximums im Beobachtungsfenster übersteigt.
  8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlbeschleunigung (
    Figure 00140003
    ) am Schwungrad (22) der Brennkraftmaschine (20) bestimmt wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß basierend auf dem Index (X) Parameter für die Kraftstoffinjektion, die Luftzufuhr und/oder die Abgasrückführungsrate verändert werden.
  10. Regelungssystem (10, 30) für eine Brennkraftmaschine (20), dadurch gekennzeichnet, daß es dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
DE102005006997A 2005-02-16 2005-02-16 Verfahren zur Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine Withdrawn DE102005006997A1 (de)

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DE102005006997A Withdrawn DE102005006997A1 (de) 2005-02-16 2005-02-16 Verfahren zur Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9845752B2 (en) 2010-09-29 2017-12-19 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for determining crankshaft position based indicated mean effective pressure (IMEP)

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DE102011114109B4 (de) 2010-09-29 2022-12-01 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren zum Ermitteln eines indizierten mittleren effektiven Drucks (IMEP) basierend auf einer Kurbelwellenposition

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