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DE102015211156B4 - Method for determining a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine - Google Patents

Method for determining a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine Download PDF

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DE102015211156B4
DE102015211156B4 DE102015211156.3A DE102015211156A DE102015211156B4 DE 102015211156 B4 DE102015211156 B4 DE 102015211156B4 DE 102015211156 A DE102015211156 A DE 102015211156A DE 102015211156 B4 DE102015211156 B4 DE 102015211156B4
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combustion chamber
gas
torque
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines Druckes (Ps) in einem Brennraum (101) einer Brennkraftmaschine (100), wobei eine Drehzahl einer Kurbelwelle (110) der Brennkraftmaschine (100) ermittelt wird, wobei unter Berücksichtigung der Drehzahl ein Gasdruckmoment (M'G) ermittelt wird, welches von einem Gas in dem Brennraum (101) auf die Kurbelwelle (110) ausgeübt wird und wobei unter Berücksichtigung des Gasdruckmoments (M'G) ein Druck (Ps) des Gases in dem Brennraum (101) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei einem Kurbelwellenwinkel (φ) in einem Bereich zwischen 12° vor und 12° nach einem Zünd-Oberen-Totpunkt des Brennraums (101) ermittelt wird, wobei das Gasdruckmoment (M'G) ermittelt wird, indem ein von der Drehzahl abhängiges Wechselmoment (MW) der Brennkraftmaschine (100) ermittelt wird, aus dem das Gasdruckmoment (M'G) ermittelt wird, wobei das Gasdruckmoment (M'G) mittels eines Offsets korrigiert wird, wobei der Offset durch Vergleich des Gasdruckmomentes mit einem vorbestimmten Wert bei einer vorbestimmten Kurbelwellenposition ermittelt wird.A method for determining a pressure (Ps) in a combustion chamber (101) of an internal combustion engine (100), wherein a rotational speed of a crankshaft (110) of the internal combustion engine (100) is determined, wherein a gas pressure moment (M ' G ) is determined taking into account the speed which is exerted by a gas in the combustion chamber (101) on the crankshaft (110) and wherein, taking into account the gas pressure torque (M ' G ), a pressure (Ps) of the gas in the combustion chamber (101) is determined, characterized in that the pressure at a crankshaft angle (φ) is determined in a range between 12 ° before and 12 ° after an ignition top dead center of the combustion chamber (101), wherein the gas pressure moment (M ' G ) is determined by a dependent on the speed Alternating torque (M W ) of the internal combustion engine (100) is determined, from which the gas pressure torque (M ' G ) is determined, wherein the gas pressure torque (M' G ) is corrected by means of an offset, wherein the offset by comparison of the gas pressure ntes is determined with a predetermined value at a predetermined crankshaft position.

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Figure DE102015211156B4_0001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Druckes in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for determining a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine as well as a computer unit and a computer program for its implementation.

Stand der TechnikState of the art

Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, stellt der Druck in den Brennräumen bzw. Zylindern eine Größe dar, aus der für einen Betrieb der Brennkraftmaschine wichtige weitere Größen oder Bedingungen ermittelt werden können.In internal combustion engines, in particular in motor vehicles, the pressure in the combustion chambers or cylinders represents a quantity from which important variables or conditions can be determined for operation of the internal combustion engine.

Zur Erfassung dieses Druckes können Drucksensoren in den einzelnen Brennräumen der Brennkraftmaschine vorgesehen sein.To detect this pressure, pressure sensors may be provided in the individual combustion chambers of the internal combustion engine.

Aus der Druckschrift Bestimmung des Motordrehmoments aus dem Drehzahlsignal von H. Fehrenbach, C. Hohmann, T. Schmidt, W. Schultalbers, H. Rasche, erschienen in MTZ – Motortechnische Zeitschrift; Viewegverlag, P1020–1027; 2002-12-01, ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Drucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei der Druck aus einer Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei ein Gasdruckmoment berücksichtigt wird, das von einem Gas in den Brennraum auf die Kurbelwelle ausgeübt wird.From the publication Determining the engine torque from the speed signal of H. Fehrenbach, C. Hohmann, T. Schmidt, W. Schultalbers, H. Rasche, published in MTZ - Motortechnische Zeitschrift; Viewegverlag, P1020-1027; 2002-12-01, a method for determining a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine is known, wherein the pressure is determined from a rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine, taking into account a gas pressure torque exerted by a gas in the combustion chamber on the crankshaft becomes.

Aus der DE 10 2006 053 253 B3 ist ein Verfahren zum Bestimmen des Zylinderinnendrucks einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei ist vorgesehen, den Zylinderinnendruck aus einem Zylinderdruckmodell mit den Eingangsgrößen Last, Drehzahl und Kurbelwinkel zu bestimmen. Der Kurbelwinkel wird dabei mit einem Druckkorrekturwert korrigiert.From the DE 10 2006 053 253 B3 For example, a method for determining the in-cylinder pressure of an internal combustion engine is known. It is provided to determine the cylinder internal pressure from a cylinder pressure model with the input variables load, speed and crank angle. The crank angle is corrected with a pressure correction value.

Aus der DE 199 31 985 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung des indizierten Mitteldrucks von Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Dabei ist vorgesehen, den indiziierten Mitteldruck durch Messung der Winkelgeschwindigkeit sowie der Winkelbeschleunigung und Bestimmung der Drehmomentsumme aus dem freien Drehmoment sowie dem Massendrehmoment der oszillierenden Massen zu bestimmen.From the DE 199 31 985 A1 a method for determining the indicated mean pressure of internal combustion engines is known. It is provided to determine the indicated mean pressure by measuring the angular velocity and the angular acceleration and determining the torque sum of the free torque and the mass torque of the oscillating masses.

Aus der DE 44 45 684 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung von Dremomenten, Arbeiten und Leistungen an Verbrennungskraftmaschinen bekannt.From the DE 44 45 684 A1 is a method for determining Dremomenten, works and achievements of internal combustion engines known.

Aus der DE 103 56 133 B4 ist ein Verfahren zur Ermittlung des Brennbeginns von Verbrennungskraftmaschinen bekannt.From the DE 103 56 133 B4 a method for determining the start of combustion of internal combustion engines is known.

Allgemein bekannt sind außerdem die Zusammenhänge der allgemeinen Gasgleichung.In addition, the relationships of the general gas equation are generally known.

Es besteht weiterhin Bedarf, ein Verfahren zum Ermitteln eines Drucks in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit dem der Druck in einem Brennraum ausgehend von der Drehzahl einer Kurbelwelle bestimmt wird, ohne ein Kennfeld zu verwenden. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.There remains a need to provide a method for determining a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine with which the pressure in a combustion chamber is determined based on the rotational speed of a crankshaft without using a characteristic map. This object is achieved by a method having the features of the independent claim.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln eines Druckes in einem Brennraum sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for determining a pressure in a combustion chamber as well as a computing unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Ermitteln eines Druckes in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine. Dabei wird eine Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ermittelt, und unter Berücksichtigung der Drehzahl wird ein Gasdruckmoment ermittelt, welches von einem Gas in dem Brennraum auf die Kurbelwelle ausgeübt wird. Hierzu kann insbesondere zunächst ein von der Drehzahl abhängiges Wechselmoment der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Unter Berücksichtigung des Gasdruckmoments wird dann ein Druck des Gases in dem Brennraum ermittelt.An inventive method is used to determine a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine. In this case, a rotational speed of a crankshaft of the internal combustion engine is determined, and taking into account the rotational speed, a gas pressure torque is determined, which is exerted by a gas in the combustion chamber on the crankshaft. For this purpose, in particular, an alternating torque of the internal combustion engine that is dependent on the rotational speed can be determined first of all. Taking into account the gas pressure torque, a pressure of the gas in the combustion chamber is then determined.

Die Drehzahl kann dabei bspw. mittels eines üblicherweise ohnehin vorhandenen Geberrades an der Kurbelwelle ermittelt werden. Das Wechselmoment setzt sich dabei aus einem Drehmoment aus einer Rotationsbeschleunigung der Brennkraftmaschine und einem oszillierenden Drehmoment, das aus einem kurbelwellenwinkelabhängigen oszillierenden Trägheitsmoment resultiert, zusammen. Unter der Annahme eines drehwinkelunabhängigen Reibmoments der Brennkraftmaschine und eines ggf. vorhanden Lastmoments bei geschlossener Kupplung kann somit auf das gesamte Gasdruckmoment über alle Brennräume der Brennkraftmaschine geschlossen werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass das Gasdruckmoment bei bestimmten Kurbelwellenwinkeln Null ist. Unter Berücksichtigung, dass die einzelnen Brennräume bzgl. ihrer Verbrennungsphasen und dem zugehörigen Kurbelwellenwinkel versetzt sind, entspricht das gesamte Gasdruckmoment aller Brennräume bei bestimmten Kurbelwellenwinkeln im Wesentlichen dem Gasdruckmoment eines einzelnen Brennraumes. Aus dem Gasdruckmoment eines Brennraumes kann dann unter Berücksichtigung einer Kolbenfläche, einer Pleuelstangenlänge sowie eines Kurbelradius auf den Druck im Brennraum zurückgerechnet werden. Für eine detailliertere Erläuterung sei an dieser Stelle auf die Figurenbeschreibung verwiesen. The speed can be determined, for example, by means of a conventionally already existing donor wheel on the crankshaft. The alternating torque is composed of a torque from a rotational acceleration of the internal combustion engine and an oscillating torque resulting from a crankshaft angle-dependent oscillating moment of inertia, together. Assuming a rotational angle-independent friction torque of the internal combustion engine and a possibly present load torque when the clutch is closed can thus be concluded that the entire gas pressure torque across all combustion chambers of the internal combustion engine. It should be noted that the gas pressure moment at certain crankshaft angles is zero. Taking into account that the individual combustion chambers are offset with respect to their combustion phases and the associated crankshaft angle, the total gas pressure moment of all combustion chambers at certain crankshaft angles substantially corresponds to the gas pressure moment of a single combustion chamber. From the gas pressure moment of a combustion chamber can then be recalculated taking into account a piston area, a connecting rod length and a crank radius to the pressure in the combustion chamber. For a more detailed explanation, reference is made to the description of the figures at this point.

Auf diese Weise kann aus der Drehzahl der Brennkraftmaschine der Druck in einem Brennraum bzw. Zylinder ermittelt werden. Ein Drucksensor ist hierbei nicht mehr nötig oder kann, wenn ein solcher trotzdem vorhanden ist, bspw. zur Plausibilisierung verwendet werden.In this way, the pressure in a combustion chamber or cylinder can be determined from the rotational speed of the internal combustion engine. A pressure sensor is no longer necessary or, if such is still present, for example, be used for plausibility.

Zweckmäßigerweise wird das Gasdruckmoment mittels eines Offsets korrigiert, wobei der Offset durch Vergleich des Gasdruckmomentes mit einem vorbestimmten Wert bei einer vorbestimmten Kurbelwellenposition ermittelt wird. Bei dem vorbestimmten Wert und der vorbestimmten Kurbelwellenposition kann es sich insbesondere um einen applizierten (d. h. in einem Steuergerät hinterlegten) Wert bzw. eine applizierte Kurbelwellenposition handeln. Damit ist eine besonderes genaue Ermittlung bzw. Berechnung des Gasdruckmomentes möglich, da auf bekannte Werte zurückgegriffen wird.Appropriately, the gas pressure torque is corrected by means of an offset, wherein the offset is determined by comparing the gas pressure torque with a predetermined value at a predetermined crankshaft position. The predetermined value and the predetermined crankshaft position may in particular be an applied value (that is, stored in a control unit) or an applied crankshaft position. For a special accurate determination or calculation of the gas pressure torque is possible because of known values is used.

Vorzugsweise wird der Druck bei einem Kurbelwellenwinkel in einem Bereich zwischen 12° vor und 12° nach einem Zünd-Oberen-Totpunkt (ZOT) des Brennraumes ermittelt. In diesem Bereich des Kurbelwellenwinkels stimmen das aus dem Wechselmoment berechnete Gasdruckmoment und das tatsächliche Gasdruckmoment sehr gut überein. Insbesondere wird der Druck jedoch nicht bei ZOT selbst ermittelt, da dort eine Druckermittlung schwierig ist.Preferably, the pressure is determined at a crankshaft angle in a range between 12 ° before and 12 ° after an ignition top dead center (ZOT) of the combustion chamber. In this range of the crankshaft angle, the gas pressure moment calculated from the change moment and the actual gas pressure moment agree very well. In particular, however, the pressure is not determined by ZOT itself, because there pressure determination is difficult.

Vorteilhafterweise wird der Druck durch Mittelung aus mehreren Werten aus dem Bereich ermittelt, insbesondere bei 6° und/oder 12°, jeweils vor und/oder nach dem Zünd-Oberen-Totpunkt des Brennraumes. Die geeignetsten Kurbelwellenwinkel können dabei auch von der Auflösung des jeweils vorhandenen Geberrades abhängen und etwas abweichen. Insgesamt ergibt sich jedoch mit einer Mittelung ein besonders genauer Wert. Die Mittelung kann insbesondere auch unter Berücksichtigung einer adiabatischen Kompression erfolgen. Eine Änderung aufgrund der Kompression oder der Expansion kann bspw. modellhaft berücksichtigt werden, zum Beispiel durch ein Modell der adiabatischen Verdichtung. Alternativ kann die Art der Mittelung speziell über die verschiedenen Winkelpositionen bei in einem Steuergerät hinterlegten Vergleichswerten mit berücksichtigt werden.Advantageously, the pressure is determined by averaging of a plurality of values from the range, in particular at 6 ° and / or 12 °, in each case before and / or after the ignition top dead center of the combustion chamber. The most suitable crankshaft angle can also depend on the resolution of the respective existing encoder wheel and slightly different. Overall, however, results in an averaging a particularly accurate value. The averaging can in particular also take into account adiabatic compression. A change due to compression or expansion may, for example, be modeled, for example by a model of adiabatic compression. Alternatively, the type of averaging can be taken into account specifically via the different angular positions in comparison values stored in a control unit.

Es ist von Vorteil, wenn aus dem in dem Bereich ermittelten Druck unter Berücksichtigung eines Kompressionsverhältnisses in dem Brennraum ein Druck außerhalb des Bereichs ermittelt wird. Während in dem genannten Bereich um den ZOT der Druck zunächst sehr genau aus der Drehzahl ermittelt werden kann, kann anschließend für Kurbelwellenwinkel außerhalb dieses Bereiches eine einfache Berechnung über das Kompressionsverhältnis und insbesondere auch aus dem aktuellen Volumen des Brennraumes erfolgen. Das aktuelle Volumen ist dabei eine Funktion des Kurbelwellenwinkels und für eine Brennkraftmaschine in der Regel bekannt. Somit kann der gesamte Druckverlauf eines Brennraumes über den gesamten Kurbelwellenwinkelbereich ermittelt werden. Im Schubfall kann zum Beispiel der Druck von ”Einlass schließt” bis ”Auslass öffnet” des betrachteten Zylinders berechnet werden. Bei späten Zündwinkeln kann somit der Kompressionsverlauf aufgrund der Zylinderfüllung ebenfalls von ”Einlass schließt” mindestens bis zur Position des Zündwinkels gerechnet werden. Neben dem Druckverlauf ist insbesondere der Druck kurz vor oder kurz nach dem ZOT interessant.It is advantageous if a pressure outside the range is determined from the pressure determined in the region taking into account a compression ratio in the combustion chamber. While in the named range around the ZOT the pressure can first be determined very precisely from the rotational speed, a simple calculation about the compression ratio and in particular also of the current volume of the combustion chamber can then be carried out for crankshaft angles outside this range. The current volume is a function of the crankshaft angle and for an internal combustion engine usually known. Thus, the entire pressure curve of a combustion chamber over the entire crankshaft angle range can be determined. In the case of overrun, for example, the pressure can be calculated from "inlet closes" to "outlet opens" of the considered cylinder. At late ignition angles, the compression curve due to the cylinder filling can thus also be calculated from "inlet closes" at least up to the position of the ignition angle. In addition to the pressure curve, the pressure is especially interesting shortly before or shortly after the ZOT.

Vorzugsweise wird aus dem Druck unter Berücksichtigung eines Volumens des Brennraumes und einer Temperatur des Gases eine Masse des Gases in dem Brennraum ermittelt. Über die Zustandsgleichung für Gase kann aus dem aktuellen Volumen des Brennraumes und dem Druck des Gases, wenn auch dessen Temperatur bekannt ist, sehr einfach die Masse des Gases ermittelt werden. Die Temperatur kann dabei bspw. mittels eines Temperatursensors an geeigneter Stelle im Brennraum oder mittels eines Temperaturmodells ermittelt werden.Preferably, taking into account a volume of the combustion chamber and a temperature of the gas, a mass of the gas in the combustion chamber is determined from the pressure. Using the equation of state for gases, the mass of the gas can be determined very simply from the current volume of the combustion chamber and the pressure of the gas, although its temperature is known. The temperature can be determined, for example, by means of a temperature sensor at a suitable location in the combustion chamber or by means of a temperature model.

Vorteilhafterweise wird dann aus der Masse des Gases unter Berücksichtigung einer Restgasmasse eine Luftmasse in dem Brennraum ermittelt. Wenn die Restgasmasse, die bspw. typisch für eine Brennkraftmaschine sein kann, bekannt ist, ist dies eine sehr einfache Möglichkeit, die Luftmasse im Brennraum zu berechnen. Damit kann bspw. auch eine Plausibilisierung der auf anderem Wege ermittelten oder gemessenen Luftmasse erfolgen. Advantageously, an air mass in the combustion chamber is then determined from the mass of the gas taking into account a residual gas mass. If the residual gas mass, which can be typical of an internal combustion engine, for example, is known, this is a very simple way to calculate the air mass in the combustion chamber. Thus, for example, a plausibility check of the air mass determined or measured by other means can also take place.

Alternativ wird aus dem Druck unter Berücksichtigung eines Volumens des Brennraumes und einer Masse des Gases in dem Brennraum eine Temperatur des Gases ermittelt. Über die Zustandsgleichung für Gase kann aus dem aktuellen Volumen des Brennraumes und dem Druck des Gases, wenn auch dessen Masse bekannt ist, sehr einfach die Temperatur des Gases ermittelt werden.Alternatively, a temperature of the gas is determined from the pressure taking into account a volume of the combustion chamber and a mass of the gas in the combustion chamber. Using the equation of state for gases, the temperature of the gas can be determined very simply from the current volume of the combustion chamber and the pressure of the gas, although its mass is known.

Es ist von Vorteil, wenn auf eine Vorentflammung in dem Brennraum geschlossen wird, wenn der ermittelte Druck um mehr als einen ersten Schwellwert von einem erwarteten Druck nach oben abweicht. Ein erwarteter Druck kann bspw. über einen Saugrohrdrucksensor oder eine Füllungserfassung ermittelt oder berechnet werden. Ebenso kann ein solcher erwarteter Druck in einem Kennfeld in einem Motorsteuergerät hinterlegt sein. Wird nun ein zu hoher Druck erkannt, ist dies ein deutliches Anzeichen für eine Vorentflammung im betreffenden Brennraum.It is advantageous if it is concluded that pre-ignition in the combustion chamber occurs when the determined pressure deviates upwards by more than a first threshold value from an expected pressure. An expected pressure can be determined or calculated, for example, via an intake manifold pressure sensor or a charge detection. Likewise, such an expected pressure can be stored in a map in an engine control unit. If an excessively high pressure is detected, this is a clear indication of a pre-ignition in the respective combustion chamber.

Vorzugsweise wird auf eine Vorentflammung in dem Brennraum geschlossen, wenn der ermittelte Druck, insbesondere in dem Bereich zwischen 12° vor und 12° nach dem ZOT, um mehr als einen zweiten Schwellwert von einem Druck einer vorhergehenden Verbrennung des Brennraums oder eines anderen Brennraums nach oben abweicht. Dies ist eine weitere, einfache Möglichkeit, durch den berechneten Druck auf eine mögliche Vorentflammung zu schließen. Dabei können die beiden Möglichkeiten zur Erkennung einer Vorentflammung, d. h. Vergleich mit erwartetem Druck oder Vergleich mit einem Druck aus einer vorhergehenden Verbrennung desselben oder eines anderen Brennraumes, alternativ oder in Kombination verwendet werden. Letzteres erhöht dabei die Wahrscheinlichkeit einer richtigen Erkennung.Preferably, a pre-ignition in the combustion chamber is concluded when the determined pressure, in particular in the range between 12 ° before and 12 ° after the ZOT, by more than a second threshold of a pressure of a previous combustion of the combustion chamber or other combustion chamber upwards differs. This is another easy way to use the calculated pressure to predict a possible pre-ignition. In this case, the two possibilities for detecting a pre-ignition, d. H. Comparison with expected pressure or comparison with a pressure from a previous combustion of the same or another combustion chamber, used alternatively or in combination. The latter increases the probability of a correct recognition.

Vorteilhafterweise werden Drücke aller Brennräume der Brennkraftmaschine ermittelt, insbesondere jeweils um den Bereich des jeweiligen ZOT, wobei bei Druckunterschieden zwischen verschiedenen Brennräumen auf Unterschiede in der Füllung der Brennräume geschlossen wird. Die Ermittlung der Drücke der einzelnen Brennräume kann dabei jeweils so ablaufen, wie dies für einen Brennraum erläutert wurde. Durch Vergleich der Drücke in den Brennräume kann dann sehr einfach auf Abweichungen in den Füllungen der einzelnen Brennräume geschlossen werden.Advantageously, pressures of all combustion chambers of the internal combustion engine are determined, in particular in each case around the region of the respective ZOT, differences in the filling of the combustion chambers being inferred in the case of pressure differences between different combustion chambers. The determination of the pressures of the individual combustion chambers can in each case proceed as explained for a combustion chamber. By comparing the pressures in the combustion chambers can then be concluded very easily deviations in the fillings of the individual combustion chambers.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, for. As a control device, in particular an engine control unit, a motor vehicle is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z. B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memory, such. As hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs u. a. m. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. 1 schematically shows an internal combustion engine, in which a method according to the invention can be carried out.

2a und 2b zeigen in Diagrammen Verläufe von Druck und Gasmoment einer Brennkraftmaschine. 2a and 2 B show in diagrams curves of pressure and gas torque of an internal combustion engine.

3 zeigt schematisch in einem Blockdiagramm einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. 3 schematically shows in a block diagram a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Die Brennkraftmaschine 100 weist beispielhaft vier Brennräume bzw. Zylinder 101 auf. Weiterhin weist die Brennkraftmaschine 100 eine Kurbelwelle 110 auf, an die über eine Kupplung 120 ein hier nicht gezeigter Antriebsstrang mit Getriebe und Achsen ankoppelbar ist.In 1 is schematically an internal combustion engine 100 shown, in which a method according to the invention is feasible. The internal combustion engine 100 has four combustion chambers or cylinders as an example 101 on. Furthermore, the internal combustion engine 100 a crankshaft 110 on, to the over a clutch 120 a not shown here drivetrain with gear and axles can be coupled.

Weiterhin ist eine als Motorsteuergerät ausgebildete Recheneinheit 170 vorgesehen, die zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 100 eingerichtet ist.Furthermore, a trained as an engine control unit arithmetic unit 170 provided for the control of the internal combustion engine 100 is set up.

In 2a ist in einem oberen Diagramm ein Druck P in bar über dem Kurbelwellenwinkel φ in ° aufgetragen. Der Nullpunkt des Kurbelwellenwinkels φ entspricht dabei beispielhaft einem Zünd-Oberen-Totpunkt (ZOT) des dritten Brennraumes. Mit P1, P2, P3 und P4 sind dabei jeweils mittels eines Drucksensors gemessene Druckverläufe in den vier Brennräumen der Brennkraftmaschine dargestellt.In 2a is in an upper diagram, a pressure P in bar above the crankshaft angle φ in ° plotted. The zero point of the crankshaft angle φ corresponds to an ignition top dead center (ZOT) of the third combustion chamber by way of example. With P 1 , P 2 , P 3 and P 4 measured in each case by means of a pressure sensor pressure curves in the four combustion chambers of the internal combustion engine are shown.

In einem unteren Diagramm ist ein Drehmoment M in Nm über dem Kurbelwellenwinkel φ in ° aufgetragen. Dabei ist mit MG ein Gasdruckmoment bezeichnet, wie es sich aus den im oberen Diagramm gezeigten Drücken P1, P2, P3 und P4 ergibt.In a lower diagram, a torque M in Nm is plotted against the crankshaft angle φ in °. In this case, M G denotes a gas pressure torque, as can be seen from the pressures P 1 , P 2 , P 3 and P 4 shown in the upper diagram.

Weiterhin ist im unteren Diagramm ein Wechselmoment MW eingezeichnet, das sich aus der Drehzahl anhand folgender Formel berechnen lässt: MW(φ) = Θ(φ)φ .. + 1 / 2 dΘ(φ) / dφφ .2, für einen Bereich von –180° < φ < +180°. Dabei bezeichnet Θ(φ) das totale Trägheitsmoment. Der erste Term in der Formel umfasst eine Rotationsbeschleunigung unter Verwendung eines kurbelwellenabhängigen Trägheitsmomentes von Motor und Schwungrad und gegebenenfalls eines Antriebsstrangs. Der zweite Term umfasst ein oszillierendes Trägheitsmoment. Für eine detailliertere Beschreibung der Herleitung sei an dieser Stelle auf die DE 10 2012 203 671 A1 verwiesen.Furthermore, an alternating moment M W is plotted in the lower diagram, which can be calculated from the speed using the following formula: M W (φ) = Θ (φ) φ .. + 1/2 dΘ (φ) / dφφ. 2 , for a range of -180 ° <φ <+ 180 °. Where Θ (φ) denotes the total moment of inertia. The first term in the formula includes a rotational acceleration using a crankshaft-dependent moment of inertia of the engine and flywheel, and optionally a powertrain. The second term includes an oscillating moment of inertia. For a more detailed description of the derivation at this point on the DE 10 2012 203 671 A1 directed.

Weiterhin ist bekannt, dass sich das Wechselmoment MW auch darstellen lässt als MW(φ) = MG(φ) – MReib(φ) – MLast(φ). Furthermore, it is known that the alternating torque M W can also be represented as M W (φ) = M G (φ) - M friction (φ) - M load (φ).

Dabei bezeichnen MReib ein Reibmoment der Brennkraftmaschine und MLast ein Lastmoment an die Brennkraftmaschine angekoppelter Lasten wie bspw. einen Antriebsstrang, für den Fall, dass eine Kupplung geschlossen ist. Reib- und Lastmoment können dabei als unabhängig vom Kurbelwellenwinkel betrachtet werden.M friction denotes a friction torque of the internal combustion engine and M load a load torque coupled to the internal combustion engine loads such as. A drive train, in the event that a clutch is closed. Friction and load torque can be considered as independent of the crankshaft angle.

Aus dem Wechselmoment MW lässt sich somit ein Gasdruckmoment M'G gemäß M'G(φ) = MW(φ) + |ΔM| rekonstruieren bzw. berechnen. Mit ΔM wird dabei ein möglicher Offset des gerechneten Wechselmomentes Mw korrigiert. Ein Wert für ΔM kann dabei bspw. über Tests mit der Brennkraftmaschine und/oder durch Betrachtung von Mw(φ) zu definierten Kurbelwellenpositionen (bspw. beim ZOT) ermittelt werden. Vorteilhafterweise kann ΔM in Abhängigkeit von der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine auch unter Verwendung der Füllung bzw. des Saugrohrdrucks zusätzlich korrigiert werden. Das berechnete Gasdruckmoment M'G ist in 2a im unteren Diagramm eingezeichnet.From the alternating torque M W can thus be a gas pressure moment M ' G according to M ' G (φ) = M W (φ) + | ΔM | reconstruct or calculate. With ΔM, a possible offset of the calculated alternating torque M w is corrected. A value for ΔM can be determined, for example, via tests with the internal combustion engine and / or by considering M w (φ) to defined crankshaft positions (for example, in the ZOT). Advantageously, ΔM can also be corrected in dependence on the number of cylinders of the internal combustion engine using the filling or the intake manifold pressure. The calculated gas pressure moment M ' G is in 2a drawn in the lower diagram.

Aus dem unteren Diagramm in 2a ist zudem ersichtlich, dass nach der Korrektur insbesondere in einem Bereich –12° < φ < +12° gilt: MG(φ) ≈ M'G(φ), d. h. dass das berechnete Gasdruckmoment in etwa gleich dem gesamten Gasdruckmoment der Brennkraftmaschine ist.From the bottom diagram in 2a It can also be seen that after the correction, in particular in a range -12 ° <φ <+ 12 °, the following applies: M G (φ) ≈ M ' G (φ), ie that the calculated gas pressure moment is approximately equal to the total gas pressure torque of the internal combustion engine.

In 2b ist einem oberen Diagramm ein Druck P in bar über dem Kurbelwellenwinkel φ in ° aufgetragen. Der Wert 180° des Kurbelwellenwinkels φ entspricht dabei einem Zünd-Oberen-Totpunkt (ZOT) des dritten Brennraumes. Mit P1, P2, P3 und P4 sind dabei jeweils mittels eines Drucksensors gemessene Druckverläufe in den vier Brennräumen der Brennkraftmaschine dargestellt. Die Verläufe entsprechend dabei den im oberen Diagramm in 2a gezeigten Verläufen. In 2 B is an upper graph, a pressure P in bar above the crankshaft angle φ in ° plotted. The value 180 ° of the crankshaft angle φ corresponds to an ignition top dead center (ZOT) of the third combustion chamber. With P 1 , P 2 , P 3 and P 4 measured in each case by means of a pressure sensor pressure curves in the four combustion chambers of the internal combustion engine are shown. The gradients corresponding to those in the upper diagram in 2a shown courses.

In einem unteren Diagramm ist ein Drehmoment M in Nm über dem Kurbelwellenwinkel φ in ° aufgetragen. Mit M1, M2, M3, und M4 sind dabei aus den Drücken berechnete Gasdruckmomente der einzelnen Brennräume bezeichnet. Zudem ist mit MG ein Gasdruckmoment bezeichnet, wie es sich als Summe der Gasdruckmomente der einzelnen Brennräume ergibt und wie es auch in 2a gezeigt ist.In a lower diagram, a torque M in Nm is plotted against the crankshaft angle φ in °. With M 1 , M 2 , M 3 , and M 4 are calculated from the pressures calculated gas pressure moments of the individual combustion chambers. In addition, M G denotes a gas pressure torque, as it results as the sum of the gas pressure moments of the individual combustion chambers and as it is in 2a is shown.

Dabei ist zu sehen, dass gerade im Bereich um den ZOT, d. h. in 2a im Bereich von 180°, das gesamte Gasdruckmoment MG sich im Wesentlichen aus dem Gasdruckmoment eines einzelnen Brennraumes, hier des dritten Brennraumes, ergibt. Somit kann mit M3(φ) ≈ MG(φ) das Gasdruckmoment eines einzelnen Brennraumes, hier beispielhaft des dritten Brennraumes, als M3(φ) ≈ M'G(φ) aus dem berechneten Gasdruckmoment ermittelt werden.It can be seen that especially in the area around the ZOT, ie in 2a in the range of 180 °, the total gas pressure moment M G results essentially from the gas pressure moment of a single combustion chamber, here the third combustion chamber. Thus, with M 3 (φ) ≈ M G (φ) the gas pressure torque of a single combustion chamber, here by way of example the third combustion chamber, as M 3 (φ) ≈ M ' G (φ) be determined from the calculated gas pressure moment.

Ein aktueller Druck P in einem Brennraum, vorliegend beispielhaft dem dritten Brennraum, kann somit anhand folgender Formel berechnet werden:

Figure DE102015211156B4_0002
A current pressure P in a combustion chamber, in this case, for example, the third combustion chamber, can thus be calculated using the following formula:
Figure DE102015211156B4_0002

Dabei bezeichnet P0 einen Umgebungsdruck, also bspw. in etwa 1 bar, A bezeichnet die Kolbenfläche des betreffenden Brennraumes und r' den zugehörigen effektiven Hebelarm an der Kurbelwelle.In this case, P 0 denotes an ambient pressure, that is, for example, in about 1 bar, A denotes the piston area of the respective combustion chamber and r 'the associated effective lever arm on the crankshaft.

Dieser effektive Hebelarm r' kann dabei aus der Länge der Pleuelstange l, dem Kurbelradius r und deren Verhältnis λ = r/l gemäß folgender Formel ermittelt werden:

Figure DE102015211156B4_0003
This effective lever arm r 'can be determined from the length of the connecting rod l, the crank radius r and their ratio λ = r / l according to the following formula:
Figure DE102015211156B4_0003

Der auf diese Weise ermittelte Druck im dritten Brennraum ist beispielhaft im oberen Diagramm in 2a eingezeichnet und mit PS bezeichnet. Es versteht sich, dass auf diese Weise auch die Drücke in den anderen Brennräumen ermittelt werden können.The pressure determined in this way in the third combustion chamber is shown by way of example in the upper diagram in FIG 2a marked and designated P s . It is understood that in this way, the pressures in the other combustion chambers can be determined.

Während auf diese Weise der aktuelle Druck in einem Brennraum insbesondere im Bereich –12° < φ < +12° ermittelt werden kann, kann ausgehend von diesem Druck auch der Druckverlauf über einen weiteren Kurbelwellenwinkelbereich ermittelt werden. Hierzu kann die Formel

Figure DE102015211156B4_0004
mit dem Kompressionsverhältnis κ, dem Druck P wie oben errechnet und dem zugehörigen Volumen V des Brennraumes sowie dem aktuellen, winkelabhängigen Volumen V(φ) des Brennraumes verwendet werden, woraus der aktuelle, winkelabhängige Druck P(φ) im Brennraum ermittelt werden kann.While in this way the current pressure in a combustion chamber, in particular in the range -12 ° <φ <+ 12 ° can be determined, based on this pressure, the pressure profile can be determined over a further crankshaft angle range. For this purpose, the formula
Figure DE102015211156B4_0004
with the compression ratio κ, the pressure P as calculated above and the associated volume V of the combustion chamber and the current, angle-dependent volume V (φ) of the combustion chamber are used, from which the current, angle-dependent pressure P (φ) can be determined in the combustion chamber.

Weiterhin kann nun anhand des Druckes P und der Zustandsgleichung PV = mRT mit R der idealen Gaskonstante und T der Gastemperatur entweder die Masse m des Gases im Brennraum, wenn die Temperatur T bekannt ist, oder die Temperatur T, wenn die Masse m des Gases bekannt ist, berechnet werden.Furthermore, it is now possible on the basis of the pressure P and the equation of state PV = mRT where R is the ideal gas constant and T is the gas temperature, either the mass m of the gas in the combustion chamber when the temperature T is known or the temperature T when the mass m of the gas is known.

Im Falle der Berechnung der Masse m des Gases kann weiterhin auch noch die Masse der Luft im Brennraum ermittelt werden, indem von der Masse m des Gases eine Restgasmasse abgezogen wird.In the case of calculating the mass m of the gas, the mass of the air in the combustion chamber can also be determined by subtracting a residual gas mass from the mass m of the gas.

In 3 ist schematisch in einem Blockdiagramm ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Dabei kann zunächst in einem Schritt 300 die Drehzahl φ . der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Ggf. kann hier auch noch eine Filterung des Drehzahlwertes stattfinden.In 3 is shown schematically in a block diagram a flow of a method according to the invention in a preferred embodiment. It can be done first in one step 300 the speed φ. the crankshaft of the internal combustion engine can be determined. Possibly. Here also a filtering of the speed value can take place.

In einem Schritt 310 kann dann aus der Drehzahl gemäß oben erläuterter Vorgehensweise ein Wechselmoment berechnet werden. Aus dem Wechselmoment kann dann unter Berücksichtigung des Offsets in einem Schritt 320 ein Gasdruckmoment ermittelt werden.In one step 310 can then be calculated from the speed according to the procedure explained above, a change moment. From the alternating moment can then taking into account the offset in one step 320 a gas pressure moment can be determined.

In einem Schritt 330 kann aus dem Gasdruckmoment dann, wie oben erläutert, ein Druck in einem Brennraum ermittelt werden. Aus dem Druck im Brennraum kann dann entweder in einem Schritt 340 unter Berücksichtigung der Masse des Gases im Brennraum die Temperatur des Gases ermittelt werden.In one step 330 can then be determined from the gas pressure moment, as explained above, a pressure in a combustion chamber. From the pressure in the combustion chamber can then either in one step 340 taking into account the mass of the gas in the combustion chamber, the temperature of the gas can be determined.

Alternativ kann in einem Schritt 341 aus der Temperatur des Gases die Masse des Gases und ggf. die der Luft ermittelt werden. Weiterhin kann in einem Schritt 350 aus dem ermittelten Druck eine eventuell vorhandene Vorentflammung im betreffenden Brennraum erkannt werden, wenn der ermittelte Druck von einem erwarteten Druck stark nach oben abweicht.Alternatively, in one step 341 From the temperature of the gas, the mass of the gas and possibly the air are determined. Furthermore, in one step 350 From the determined pressure a possibly existing pre-ignition in the respective combustion chamber can be recognized, if the determined pressure deviates strongly from an expected pressure upwards.

Claims (10)

Verfahren zum Ermitteln eines Druckes (Ps) in einem Brennraum (101) einer Brennkraftmaschine (100), wobei eine Drehzahl einer Kurbelwelle (110) der Brennkraftmaschine (100) ermittelt wird, wobei unter Berücksichtigung der Drehzahl ein Gasdruckmoment (M'G) ermittelt wird, welches von einem Gas in dem Brennraum (101) auf die Kurbelwelle (110) ausgeübt wird und wobei unter Berücksichtigung des Gasdruckmoments (M'G) ein Druck (Ps) des Gases in dem Brennraum (101) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei einem Kurbelwellenwinkel (φ) in einem Bereich zwischen 12° vor und 12° nach einem Zünd-Oberen-Totpunkt des Brennraums (101) ermittelt wird, wobei das Gasdruckmoment (M'G) ermittelt wird, indem ein von der Drehzahl abhängiges Wechselmoment (MW) der Brennkraftmaschine (100) ermittelt wird, aus dem das Gasdruckmoment (M'G) ermittelt wird, wobei das Gasdruckmoment (M'G) mittels eines Offsets korrigiert wird, wobei der Offset durch Vergleich des Gasdruckmomentes mit einem vorbestimmten Wert bei einer vorbestimmten Kurbelwellenposition ermittelt wird.Method for determining a pressure (Ps) in a combustion chamber ( 101 ) an internal combustion engine ( 100 ), wherein a rotational speed of a crankshaft ( 110 ) of the internal combustion engine ( 100 ) is determined, wherein taking into account the rotational speed, a gas pressure torque (M ' G ) is determined, which of a gas in the combustion chamber ( 101 ) on the crankshaft ( 110 ) and wherein taking into account the gas pressure moment (M ' G ) a pressure (Ps) of the gas in the combustion chamber ( 101 ), characterized in that the pressure at a crankshaft angle (φ) in a range between 12 ° before and 12 ° after an ignition top dead center of the combustion chamber ( 101 ) is determined, wherein the gas pressure torque (M ' G ) is determined by a dependent of the speed change torque (M W ) of the internal combustion engine ( 100 ) is determined, from which the gas pressure torque (M ' G ) is determined, wherein the gas pressure torque (M' G ) is corrected by means of an offset, wherein the offset is determined by comparing the gas pressure torque with a predetermined value at a predetermined crankshaft position. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck (PS) durch Mittelung aus mehreren Werten aus dem Bereich, insbesondere unter Berücksichtigung einer adiabatischen Kompression, ermittelt wird.The method of claim 1, wherein the pressure (P S ) is determined by averaging of a plurality of values from the range, in particular taking into account adiabatic compression. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei aus dem in dem Bereich ermittelten Druck (PS) unter Berücksichtigung eines Kompressionsverhältnisses in dem Brennraum (101) ein Druck außerhalb des Bereichs ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein from the pressure (P S ) determined in the region taking into account a compression ratio in the combustion chamber ( 101 ) a pressure outside the range is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei aus dem Druck (PS) unter Berücksichtigung eines Volumens des Brennraumes (101) und einer Temperatur des Gases eine Masse des Gases in dem Brennraum (101) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein from the pressure (P S ) taking into account a volume of the combustion chamber ( 101 ) and a temperature of the gas, a mass of the gas in the combustion chamber ( 101 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 4, wobei aus der Masse des Gases unter Berücksichtigung einer Restgasmasse eine Luftmasse in dem Brennraum (101) ermittelt wird.A method according to claim 4, wherein from the mass of the gas, taking into account a residual gas mass, an air mass in the combustion chamber ( 101 ) is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf eine Vorentflammung in dem Brennraum (101) geschlossen wird, wenn der ermittelte Druck (PS) um mehr als einen ersten Schwellwert von einem erwarteten Druck nach oben abweicht.Method according to one of the preceding claims, wherein a pre-ignition in the combustion chamber ( 101 ) is closed when the detected pressure (P s ) deviates upwards by more than a first threshold from an expected pressure. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf eine Vorentflammung in dem Brennraum (101) geschlossen wird, wenn der ermittelte Druck (PS) um mehr als einen zweiten Schwellwert von einem Druck einer vorhergehenden Verbrennung des Brennraums (101) oder eines anderen Brennraums nach oben abweicht.Method according to one of the preceding claims, wherein a pre-ignition in the combustion chamber ( 101 ) is closed when the detected pressure (P s ) by more than a second threshold of a Pressure of a previous combustion of the combustion chamber ( 101 ) or another combustion chamber deviates upwards. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Drücke aller Brennräume (101) der Brennkraftmaschine (100) ermittelt werden und wobei bei Druckunterschieden zwischen verschiedenen Brennräumen auf Unterschiede in der Füllung der Brennräume geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein pressures of all combustion chambers ( 101 ) of the internal combustion engine ( 100 ) are determined and is closed at differences in pressure between different combustion chambers on differences in the filling of the combustion chambers. Recheneinheit (170), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit ( 170 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (170) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (170) ausgeführt wird.Computer program comprising a computing unit ( 170 ) to perform a method according to any one of claims 1 to 8, when it on the computing unit ( 170 ) is performed.
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