Patent DE-102008032935-B4 (DE)
Title: Verfahren zum Berechnen eines Brennraumdruckes in Echtzeit
Inventor: PIEWEK JAN
IPC: F02D41/00
Filed: 2008-07-12
Granted: 2019-06-27
Abstract: Verfahren zum Berechnen eines Brennraumdruckes in Echtzeit in einem Brennraum mit wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine oder eines Ottomotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Differentialgleichungssystem
           d     m   B         d   φ       =       d     m   E         d   φ       −       d     m   A         d   φ       +       d     m     K   r           d   φ             und
           d     T   B         d   φ       =     (     −     p     B   ,   S   i   m           D     V   B         d   φ       +       D     Q     B   V           d   φ       −       D     Q   W         d   φ       +     h   E         d     m   E         d   φ         h   A         d     m   A         d   φ       −       d     m   B         d   φ         )     ⋅     1       m   B         ⋅       d     T   B         d     u   B               mit m B  Gasmasse im Brennraum,
           d     m   E         d   φ       =       m   ˙     E           Gasmassenstrom durch das Einlassventil,
           d     m   A         d   φ       =       m   ˙     A           Gasmassenstrom durch das Auslassventil,
           d     m     K   r           d   φ       =       m   ˙       K   r             Kraftstoffmassenstrom, T B  Gastemperatur im Brennraum, p B,Sim  Gasdruck im Brennraum, V B  Volumen des Brennraums,
           d     Q     B   V           d   φ       =       Q   ˙       B   V             Wärmestrom Brennverlauf,
           d     Q   W         d   φ       =       Q   ˙     W           Wandwärmestrom, h E  spezifische Enthalpie des Gasmassenstroms durch das Einlassventil, h A  spezifische Enthalpie des Gasmassenstroms durch das Auslassventil und u B  innere Energie Brennraumgas,
 zur Bestimmung von kurbelwinkelaufgelösten Werten für m B  und T B  fortlaufend über den Kurbelwinkel φ integriert wird und aus diesen Größen durch das ideale Gasgesetz kurbelwinkelaufgelöste Werte für den Gasdruck im Brennraum (Brennraumdruck) p B,Sim  berechnet werden, wobei Einlass- und Auslassventile als isentrop adiabate Drosseln modelliert werden und der Massenstrom
           d     m   E         d   φ       =       m   ˙     E           durch das Einlassventil sowie der Massenstrom
           d     m   A         d   φ       =       m   ˙     A           durch das Auslassventil jeweils gemäß folgender Formel berechnet werden, 
           d   m       d   φ       =   μ     (       h   V       (   φ   )       )     ⋅     A   g       (       h   V       (   φ   )       )     ⋅         p   0             R   ⋅     T   0             ⋅   Ψ         mit A g  geometrische Ventilquerschnittsfläche, µ Durchflussbeiwert, h V  Ventilhubhöhe, R Gaskonstante, p 0  der Gasdruck stromauf des Ventils, T 0  die Temperatur stromauf des Ventils und Ψ Durchflussfunktion,
 wobei die Durchflussfunktion Ψ gemäß folgender Formel berechnet wird,
       Ψ=     {                   κ     κ   −   1       ⋅     (       π       2   κ         −     κ         κ   +   1     κ           )             :       π   >     π     k   r   i   t                         (       2     κ   +   1         )           1     κ   −   1           ⋅         κ     κ   +   1           :       s   o   n   s   t                     mit κ Isentropenexponent für das jeweilige Gas,
       π   =         p   1           p   0               Druckverhältnis zwischen dem Druck p 0  stromauf des Ventils sowie dem Druck p 1  stromab des Ventils, mit p 0  ≥ p 1  und
         π     k   r   i   t       =         (       2     κ   +   1         )           κ     κ   −   1                 kritisches Druckverhältnis,
 wobei die geometrische Ventilquerschnittsfläche A g  gemäß folgender Formel berechnet wird,
         A   g       (       h   V       (   φ   )       )     =   π   ⋅     h   V       (   φ   )     ⋅   cos     (   β   )     ⋅     [       d   i     +     1   2     ⋅     h   V       (   φ   )     ⋅   sin     (     2   ⋅   β     )       ]           mit d i  Ventilsitzdurchmesser und β Ventilsitzwinkel,
 wobei das Verfahren zum Berechnen eines Brennraumdruckes in Echtzeit in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine ausgeführt wird,
 dadurch gekennzeichnet, dass
 ein Brennraumdruck p B,mess  in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel φ über ein gesamtes Arbeitsspiel gemessen wird und ein Offsetwert p Ofs  der gemessenen Druckkurve zu entsprechenden berechneten Werten p B,Sim  der Druckkurve über einen vorbestimmten Winkelbereich des Kurbelwinkels von φ Start  bis φ Ende  berechnet wird gemäß 
         P     O   f   s       =           ∑     i   =     φ     S   t   a   r   t             φ     E   n   d   e               (       P     B   ,   m   e   s   s             |                   i         −     p     B   ,   S   i   m         |       i       )                   φ     E   n   d   e       −     φ     S   t   a   r   t             Δ   φ         +   1       ,         wobei der gemessene Druck in eine Temperatur umgerechnet, anschließend gemäß der Formel
                   d     T   B           d   φ           |       i     =             P     B   ,   O   f   s             |                     i   +   1           ⋅     V   B       |         i   +   1             m   B       |             i   +   1       ⋅   R           −     T   B       |           i             Δ   φ             in eine differentielle Temperaturänderung überführt wird und zur Bestimmung der Temperaturänderung der durch die Verbrennung erzeugte Energieumsatz gemäß
           d     Q     B   V           d   φ             |                                                                           i                                     =       d     T   B         d   φ         |                                       i                     ⋅             m   B       |       i     ⋅       d     u   B         d     T   B               |     +         p         B   ,   S   i   m         |           i     ⋅       d     V   B         d   φ         |                                                           i                             +       d     Q   W         d   φ         |                                                           i                             −       d     Q   E         d   φ             |                                                           i                             +       d     Q   A         d   φ         |       i             +             u   B       |       i     +           ⋅       d     m   B         d   φ         |       i           mit
           d     Q   E         d   φ       =       Q   ˙     E           Wärmestrom Einlassventil, mit
           d     Q   A         d   φ       =       Q   ˙     A           Wärmestrom Auslassventil, berechnet wird.