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(11) | EP 4 497 929 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER BRENNKRAFTMASCHINE |
| (57) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei - ein Klopfsignal (1) eines Klopfsensors (2) erhoben wird, - ein Zylinderdrucksignal (3) eines Zylinderdrucksensors (4) erhoben wird, welches Zylinderdrucksignal (3) für einen in zumindest einem Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck repräsentativ ist, - auf Basis eines Modells (5) ein geschätzter Zylinderdruck (6) aus einem Klopfsignal (1) ermittelt wird, - das Zylinderdrucksignal (3) einer Plausibilitätsprüfung (7) unterzogen wird, und - falls das Zylinderdrucksignal (3) gemäß der Plausibilitätsprüfung (7) nicht plausibel ist, den geschätzten Zylinderdruck (6) für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu verwenden. |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12 sowie ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium.
[0002] Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine ist es aus dem Stand der Technik bekannt, aus dem laufenden Prozess der Verbrennung Parameter zu entnehmen, um Aufschluss über den aktuell vorliegenden Verbrennungsprozess erlangen zu können.
[0003] Als solcher Parameter wird zumeist der herrschende Zylinderdruck wenigstens eines Brennraumes der Brennkraftmaschine verwendet, wobei über den Druck als auch den Zeitpunkt des herrschenden Druckes ein hoher Aufschluss über den Verbrennungsprozess erlangt werden kann und darüber in den Verbrennungsprozess eingegriffen werden kann, um Abweichungen zu vermeiden und/oder den Verbrennungsprozess zu optimieren.
[0004] Dabei ist es bekannt, den Zylinderdruck über Zylinderdrucksensoren zu entnehmen, welche in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragen und dazu ausgebildet sind, ein charakteristisches Signal für den im Brennraum herrschenden Zylinderdruck bereitzustellen.
[0005] Entsprechende Sensoren, welche am Markt verfügbar sind, weisen eine recht breite Spanne auf, was die Qualität, die Widerstandsfähigkeit sowie die Qualität des Sensorsignales betreffen, wobei sich diese Qualitätsspanne hinsichtlich des Fertigungsaufwandes und den Materialbedarf begründet und sich in den Preisen widerspiegelt.
[0006] Nachteilig an Zylinderdrucksensoren ist jedoch, dass sie eine gewisse Schwachstelle in der Regelungskette einer Brennkraftmaschine darstellen, da entsprechende Zylinderdrucksensoren - unabhängig von der Qualität oder dem Preis - nach einer bestimmten Betriebsstundenzahl Beschädigungen aufweisen und sich ihr repräsentatives Sensorsignal verschlechtert. Bei qualitativ schlechteren (und preislich meist günstigeren) tritt eine solche Verschlechterung meist schon früher ein.
[0007] Diese Veränderung des Sensorsignals ist der Tatsache zu schulden, dass Zylinderdrucksensoren dem Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine ausgesetzt sind, was zu enormen thermischen als auch mechanischen Belastungen führt, wodurch es zur Materialermüdung und/oder dem Gebrechen des Zylinderdrucksensors nach einer bestimmten Betriebsstundenzahl führt.
[0008] Weiters ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Klopfsensoren bei Brennkraftmaschinen einzusetzen, welche den Körperschall der Brennkraftmaschine messen und ein entsprechendes, repräsentatives Klopfsignal liefern. Zumeist werden diese Klopfsensoren oder ihr Klopfsignal dazu verwendet, den Verbrennungsprozess dahingehend zu überwachen, ob es zu Fehlzündungen oder ein Klopfen der Brennkraftmaschine kommt.
[0009] Jedoch ist es auch aus dem Stand der Technik bekannt, über das Klopfsignal den Zylinderdruck zu bestimmen, da sich die Klopfsensoren im Laufe der Entwicklung mit ihrer Präzision und Genauigkeit dahingehend entwickelt haben, dass über den Körperschall und die Schwingung der Brennkraftmaschine auf einzelne Betriebsparameter, wie beispielsweise das Zünden im Brennraum, rückgeschlossen werden kann und somit auch der Zylinderdruck im Brennraum über das Sensorsignal des Klopfsensors berechnet werden kann, wodurch sogar gänzlich auf einen Zylinderdrucksensor verzichtet werden kann, um eine Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine durchzuführen.
[0010] Nachteilig daran hat sich jedoch herausgestellt, dass eine entsprechende Bestimmung des Zylinderdrucks über das Klopfsignal nicht nur Baugruppenindividuell, sondern sogar individuell für jede Brennkraftmaschine selbst ist, wodurch eine gewisse Anpassung eines Modells, um über das Klopfsignal zu einem Zylinderdruck zu gelangen, durchzuführen ist.
[0011] Jedoch hat sich weiters herausgestellt, dass sich die Berechnung des Zylinderdrucks über das Klopfsignal auch mit der Betriebsbedingung (beispielsweise einer Schwankung einer Brennstoffqualität) und/oder einer Alterung der Brennkraftmaschine verändert, wodurch es nur mit sehr hohem Anpassungsaufwand und entsprechender Kalibrierungsarbeit möglich ist, während des laufenden Betriebs der Brennkraftmaschine kontinuierlich eine zuverlässige Aussage über den Zylinderdruck über das Klopfsignal bereitstellen zu können.
[0012] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, sowie eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei welcher die zuvor genannten Problematiken des Standes der Technik zumindest teilweise verbessert werden können und/oder eine zuverlässige und aussagekräftige Möglichkeit geschaffen wird, Aufschluss über den herrschenden Zylinderdruck in einer Brennkraftmaschine während des laufenden Betriebs zu geben und/oder eine ökonomische als auch ökologische Variante zur Ermittlung eines Zylinderdrucks mit dennoch nötiger Genauigkeit umzusetzen.
[0013] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 11, einer Brennkraftmaschine - vorzugsweise einem Hubkolbenmotor - mit den Merkmalen des Anspruchs 12, einem Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 13, sowie einem computerlesbaren Speichermedium gelöst.
[0014] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - insbesondere eines Hubkolbenmotors - folgende Schritte umfasst:
- Erheben eines Klopfsignals eines Klopfsensors,
- Erheben eines Zylinderdrucksignals eines Zylinderdrucksensors, welches Zylinderdrucksignal für einen im zumindest einen Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdrucks repräsentativ ist,
- Ermittlung eines auf Basis eines Modells geschätzten Zylinderdrucks aus dem Klopfsignal,
- Unterziehen einer Plausibilitätsprüfung des Zylinderdrucksignals, und
- falls das Zylinderdrucksignal gemäß der Plausibilitätsprüfung nicht plausibel ist, den geschätzten Zylinderdruck für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu verwenden.
[0015] Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Zylinderdrucksensor einzusetzen, welcher ein genaueres, repräsentatives Signal für den im Brennraum herrschenden Zylinderdruck liefert, wobei auch qualitativ nicht ganz hochwertige Sensormodelle zum Einsatz kommen können, da in gewissem Sinne eine Ausfallsicherung über den Klopfsensor und das Klopfsignal bereitgestellt wird.
[0016] So wird das Zylinderdrucksignal des Zylinderdrucksensors kontinuierlich auf seine Plausibilität durch die Plausibilitätsprüfung überprüft und, wenn das Zylinderdrucksignal des Zylinderdrucksensors nicht mehr plausibel ist, der - sozusagen als Ausfallschutz für den Zylinderdruck - geschätzte Zylinderdruck verwendet, um den weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleisten zu können.
[0017] Auf diese Art und Weise kann eine Brennkraftmaschine auch weiterhin betrieben werden, wenn ein Zylinderdrucksensor ausfällt, was die ökonomische Betriebsweise der Brennkraftmaschine wesentlich erhöht.
[0018] Weiters ist es möglich, die Brennkraftmaschine so lange wie möglich mit möglichst genauen Zylinderdrucksignalen des Zylinderdrucksensors zu versorgen, um eine optimale Betriebsweise der Brennkraftmaschine ermöglichen zu können, was nicht nur die Emissionen verringern, sondern auch die Effizienz für einen möglichst ökologischen Betrieb erhöhen kann.
[0019] Im Zuge eines weiteren Aspekts der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - insbesondere eines Hubkolbenmotors - folgende Schritte ausgeführt werden:
- Erheben eines Klopfsignals eines Klopfsensors,
- Erheben eines Zylinderdrucksignals eines Zylinderdrucksensors, welches Zylinderdrucksignal für einen im zumindest einen Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck repräsentativ ist,
- Ermitteln eines geschätzten Zylinderdrucks auf Basis eines Modells aus dem Klopfsignal, und
- Adaptieren des Modells auf Basis des Zylinderdrucksignals, sodass sich der geschätzte Zylinderdruck an das Zylinderdrucksignal und/oder an den zumindest einen Brennraum herrschenden Zylinderdruck annähert.
[0020] Auf diese Art und Weise kann im Zuge eines weiteren Aspekts der Erfindung während des laufenden Betriebs das Modelle, welches einen Zusammenhang zwischen dem Klopfsignal und dem herrschenden Zylinderdruck im Brennraum beschreibt, kontinuierlich adaptiert werden, sodass eine Alterung oder andere Veränderungen von Betriebsparameter keine Auswirkung auf die Genauigkeit des geschätzten Zylinderdrucks hinsichtlich des tatsächlichen im Brennraum herrschenden Zylinderdruck haben.
[0021] In besonders günstiger Art und Weise kann es vorgesehen sein, dass die zwei Aspekte der vorliegenden Erfindung miteinander kombiniert werden, wobei während des laufenden Betriebs das Modell, welches den Zusammenhang zwischen Klopfsignal und geschätztem Zylinderdruck beschreibt, kontinuierlich adaptiert wird und wenn ein durch den Zylinderdrucksensor gemessenes Zylinderdrucksignal nicht mehr plausibel erscheint, der weitere Betrieb der Brennkraftmaschine durch Berücksichtigung des geschätzten Zylinderdrucks fortgeführt werden kann.
[0022] Anders formuliert, kann im Rahmen der Erfindung bevorzugt durch die an und für sich gegenintuitive Maßnahme einen Zylinderdrucksensor und einen Klopfsensor zu verwenden, außerdem der Vorteil ausgenutzt werden, dass die Klopfsignale sehr lange und genau so kalibriert werden können, dass auch nach einem Ausfall des Zylinderdrucksensors über den Klopfsensor ein hochqualitatives Zylinderdrucksignal zur Verfügung steht.
[0023] Unter Brennkraftmaschinen können thermische Arbeitsmaschinen verstanden werden, bei welchen durch eine Verbrennung thermisch freiwerdende Energie in mechanische Arbeit umgesetzt wird, wie beispielsweise bei Otto-Motoren, DieselMotoren, Gasturbinen, Heizkessel oder Ähnlichem.
[0024] Besonders günstig hat sich der Einsatz der Erfindung bei stationären Brennkraftmaschinen - vorzugsweise gasbetriebenen Hub-Kolben-Motoren - herausgestellt. Auch Marine-Anwendungen sind durchaus denkbar.
[0025] Brennkraftmaschinen, insbesondere stationäre Brennkraftmaschinen, können dazu eingesetzt werden, um Generatoren zur Stromerzeugung anzutreiben. Solche Einheiten mit einem von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Generator werden oft auch als Gensets bezeichnet.
[0026] Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine oder ein erfindungsgemäßes Verfahren kann seinen Einsatz bei bereits bestehenden Systemen des Standes der Technik, wie beispielsweise in der Beschreibungseinleitung beschrieben, finden und nachträglich installiert werden.
[0028] Es kann vorgesehen sein, dass - vorzugsweise falls das Zylinderdrucksignal gemäß der Plausibilitätsprüfung plausibel ist - das Modell auf Basis des Zylinderdrucksignals so adaptiert wird, dass sich der geschätzte Zylinderdruck an das Zylinderdrucksignal und/oder den im zumindest einen Brennraum herrschenden Zylinderdruck annähert.
[0029] Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass - falls das Zylinderdrucksignal gemäß der Plausibilitätsprüfung plausibel ist - das Zylinderdrucksignal des Zylinderdrucksensors für den Betrieb der Brennkraftmaschine verwendet wird.
[0030] Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren zeitaufgelöst und/oder kurbelwinkelaufgelöst - vorzugsweise in Echtzeit - während des Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
[0031] Auch Ausführungsvarianten, bei welchen das Verfahren motorzyklusbasiert oder zu einem bestimmten Zeitpunkt des Zyklus durchgeführt wird (wobei beispielsweise das Verfahren durchgeführt wird, wenn die Daten vorliegen), ist durchaus denkbar.
[0032] Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der geschätzte Zylinderdruck und/oder das Zylinderdrucksignal des Zylinderdrucksensors für eine Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine - besonders bevorzugt zur Annäherung an eine gewünschte Antriebsleistung, Energiebedarfs oder Emission der Brennkraftmaschine - herangezogen wird.
[0033] Es kann vorgesehen sind, dass die Plausibilität des Zylinderdrucksignals unter Zuhilfenahme zumindest eines weiteren ermittelten Betriebsparameters der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
[0034] Ein solcher weiterer, ermittelter Betriebsparameter kann zumindest einer der folgenden Betriebsparameter sein:
- ein Zündzeitpunkt,
- eine Antriebsleistung und/oder ein Drehmoment,
- eine Winkelgeschwindigkeit und/oder eine Netzfrequenz eines durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Generators oder damit verbundenen Netzes,
- ein Ladedruck,
- eine Ladelufttemperatur, und/oder
- eine Verbrennungstemperatur.
[0035] Es kann vorgesehen sein, dass der weitere, ermittelte Betriebsparameter als gemessenes Sensorsignal durch wenigstens einen Sensor und/oder durch eine Maschinensteuerung der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird.
[0036] Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Zylinderdrucksignal gemäß einer Plausibilitätsprüfung plausibel ist, wenn das Zylinderdrucksignal einen vordefinierten Zusammenhang zwischen einem Zylinderdrucksignal zu den weiteren ermittelten Betriebsparametern erfüllt, wobei besonders bevorzugt der Zusammenhang einen Wertebereich für das Zylinderdrucksignal definiert.
[0037] Der Wertebereich kann einem definierten Zylinderdrucksignal für einen bestimmten Betriebsparameter +/- einem Toleranzbereich entsprechen.
[0038] Dieser Toleranzbereich kann vorzugsweise eine Messungenauigkeit, Verbrennungsindifferenz oder sonstige, anzunehmende und zu erwartende Werteabweichungen, welche eine annehmbare Schwankung betreffen, tolerieren.
[0039] Es kann auch vorgesehen sein, dass die Plausibilität des Zylinderdrucksignals ohne Zuhilfenahme eines weiteren Betriebsparameters der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
[0040] Es kann beispielsweise die Plausibilität des Zylinderdrucksignals durch den Vergleich mit einem vordefinierten Maximum, Minimum und/oder einem Wertebereich festgestellt werden.
[0041] Es kann vorgesehen sein, dass der Vergleich des ermittelten Zylinderdrucksignals mit einer vorgegebenen Schleppkurve, welche vorzugsweise ohnehin während der Verbrennung mitberechnet wird, vonstattengeht, wobei das Zylinderdrucksignal nicht mehr plausibel erscheint, wenn es von der Schleppkurve zu weit abweicht.
[0042] Auch eine generelle Plausibilitätsprüfung ist durchaus vorstellbar, wobei beispielsweise negative Werte oder unerwartete Werte in bestimmten Bereichen des Zyklus der Verbrennung als nicht-plausibel gewertet werden.
[0043] Es kann vorgesehen sein, dass für den Betrieb der Brennkraftmaschine das Zylinderdrucksignal und/oder der geschätzte Zylinderdruck zur Steuerung oder Regelung einer Stellgröße des Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Zündzeitpunktes, eines Ladedrucks, einer zugeführten Brennstoffmenge, einer zugeführten Ladeluftmenge und/oder einer Abgasrückführrate, herangezogen wird.
[0044] Weiters wird Schutz begehrt für eine Brennkraftmaschine, vorzugsweise einen Hubkolbenmotor, umfassend:
- wenigstens einen Brennraum,
- einen am wenigstens einen Brennraum angeordneten Zylinderdrucksensor, welcher dazu ausgebildet ist, ein für einen im zumindest einen Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck repräsentatives Zylinderdrucksignal zu ermitteln,
- wenigstens einen Klopfsensor, welcher dazu ausgebildet ist, ein repräsentatives Klopfsignal der Brennkraftmaschine, vorzugsweise des wenigstens einen Brennraumes, zu ermitteln, und
- wenigstens einer Steuer- oder Regelvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein Zylinderdrucksignal des Zylinderdrucksensors und das Klopfsignal des Klopfsensors entgegenzunehmen,
[0045] Ebenfalls Schutz begehrt wird für ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die einen ausführenden Computer, insbesondere eine Steuer- oder Regelvorrichtung einer Brennkraftmaschine, dazu veranlassen:
- ein Klopfsignal eines Klopfsensors entgegenzunehmen,
- ein für einen im zumindest einen Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck repräsentatives Zylinderdrucksignal eines Zylinderdrucksensors entgegenzunehmen,
- auf Basis eines Modells einen geschätzten Zylinderdruck aus einem Klopfsignal zu ermitteln,
- das Zylinderdrucksignal einer Plausibilitätsprüfung zu unterziehen, und
- falls das Zylinderdrucksignal gemäß der Plausibilitätsprüfung nicht plausibel ist, den geschätzten Zylinderdruck für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu verwenden oder auszugeben.
[0046] Weiters wird Schutz begehrt für ein computerlesbares Speichermedium, auf dem ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
[0047] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert.
[0048] Dabei zeigt Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
[0049] Die Brennkraftmaschine umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Klopfsensor 2, durch welchen ein Klopfsignal 1 erhoben werden, und einen Zylinderdrucksensor 4, durch welchen ein Zylinderdrucksignal 3 erhoben werden kann.
[0050] Das Zylinderdrucksignal 3 des Zylinderdrucksensors 4 ist dabei für einen in zumindest einen Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck repräsentativ.
[0051] Der Klopfsensor 1 kann an der Brennkraftmaschine entsprechend zugehörig demselben Brennraum als auch der Zylinderdrucksensor 4 angeordnet sein (beispielsweise an einem Zylinderkopf des jeweiligen Brennraums) oder global ein Klopfsignal 1 für die gesamte Brennkraftmaschine erheben.
[0052] Das Klopfsignal 1 des Klopfsensors 2 wird in einem ersten Schritt einem Signalfilter 10 zugeführt, welcher das Klopfsignal 1 des Klopfsensors 2 entsprechend filtert und zur weiteren Verarbeitung aufbereitet, wobei Störgrößen gefiltert werden und das Sensorsignal entsprechend bereinigt werden, sowie das Sensorsignal gegebenenfalls in eine bevorzugte Signalgröße umgewandelt wird.
[0053] Anschließend wird das aufbereitete Klopfsignal 1 weiter an das Modell 5 geleitet, welches Modell 5 einen Zusammenhang zwischen dem aufbereiteten Klopfsignal 1 und einem geschätzten Zylinderdruck 6 widerspiegelt, wodurch das gefilterte Klopfsignal 1 in einen geschätzten Zylinderdruck 6 umgewandelt wird.
[0054] Das Modell 5 kann hierbei noch weitere Betriebsparameter 9 der Brennkraftmaschine berücksichtigen, wobei beispielsweise das Klopfsignal 1 kurbelwinkelaufgelöst in einem geschätzten Zylinderdruck 6 weiterverarbeitet wird.
[0055] Beispielhaft können weitere Betriebsparameter 9 der Brennkraftmaschine ein Kurbelwinkel ω, ein Ladedruck P2', eine Ladelufttemperatur T2' oder ein Zündzeitpunkt ITP sein.
[0056] Das Zylinderdrucksignal 3 wird nach der Messung durch den Zylinderdrucksensor 4 hin zu einer Plausibilitätsprüfung 7 geleitet, wobei das Zylinderdrucksignal 3 unter Zuhilfenahme weiterer Betriebsparameter 9 einer Plausibilitätsprüfung 7 unterzieht.
[0057] Die Plausibilitätsprüfung 7 umfasst eine Abfrage in diesem Ausführungsbeispiel, wobei ein definierter Wertebereich hinsichtlich der weiteren Betriebsparameter 9 dargestellt wird, wobei - wenn das Zylinderdrucksignal 3 diesem definierten Wertebereich entspricht - das Zylinderdrucksignal 3 als plausibel eingestuft wird und von der Plausibilitätsprüfung 7 die Weiche dermaßen eingestellt wird, dass das Zylinderdrucksignal 3 an die Steuer- oder Regelvorrichtung 8 der Brennkraftmaschine weitergeleitet wird.
[0058] Sofern das Zylinderdrucksignal 3 nicht als plausibel durch die Plausibilitätsprüfung 7 eingestuft wird, wird die Weiche umgestellt und anstelle des Zylinderdrucksignals 3 der geschätzte Zylinderdruck 6 an die Steuer- oder Regelvorrichtung 8 der Brennkraftmaschine weitergegeben, wobei auf Basis des geschätzten Zylinderdrucks 6 anstelle des Zylinderdrucksignals 3 die weitere Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine erfolgt.
[0059] Durch die Plausibilitätsprüfung 7 kann somit beispielsweise ein Gebrechen des Zylinderdrucksensors 4 festgestellt werden und rechtzeitig eingelenkt werden, sodass fehlerhafte Zylinderdrucksignale 3 nicht zur Steuerung oder Regelung durch die Steuer- oder Regelvorrichtung 8 der Brennkraftmaschine herangezogen wird, wodurch gegebenenfalls eine fehlerhafte Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine vorgenommen werden könnte.
[0060] Wenn jedoch die Plausibilitätsprüfung 7 ergibt, dass das Zylinderdrucksignal 3 plausibel erscheint, wird des Weiteren durch die Plausibilitätsprüfung 7 die Modelladaption 11 aktiviert.
[0061] Dieser Modelladaption 11 wird eine Differenz aus geschätztem Zylinderdruck 6 und Zylinderdrucksignal 3 zugeführt und auf Basis dieser Differenz durch die Modelladaption 11 das Modell 5 dermaßen adaptiert, dass der geschätzte Zylinderdruck 6 an das Zylinderdrucksignal 3 angenähert wird.
[0062] Durch eine entsprechende, kontinuierliche Adaption des Modells 5 - sofern das Zylinderdrucksignal 3 plausibel erscheint - kann eine Veränderung der Betriebsbedingungen, ein Verschleiß und/oder eine Alterung der Brennkraftmaschine in das Modell eingepflegt werden und sichergestellt werden, dass weiterhin ein passgenauer Zusammenhang durch das Modell 5 zwischen Klopfsignal 1 und Zylinderdruck bereitgestellt wird.
[0063] Nachdem durch die Plausibilitätsprüfung 7 entweder das Zylinderdrucksignal 3 oder der geschätzte Zylinderdruck 6 an die Steuer- oder Regelvorrichtung 8 der Brennkraftmaschine weitergeleitet wird, wird eine weitere Plausibilitätsabfrage 12 durchgeführt, welche eine zusätzliche Plausibilitätsüberprüfung unter Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter 9 der Brennkraftmaschine durchführt, um sicherzustellen, dass das der Steuer- oder Regelvorrichtung 8 zugeführte Zylinderdrucksignal 3 oder der geschätzte Zylinderdruck 6 auch einer tatsächlichen Istgröße des Drucks im Brennraum entspricht.
[0064] Die Steuer- oder Regelvorrichtung 8 der Brennkraftmaschine kann anschließend auf Basis des charakteristischen Signals für den Druck im Brennraum eine entsprechende Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine über Ausgabe der Stellgrößen 13 vornehmen, wobei beispielsweise eine Brennstoffmasse mG, ein Zündzeitpunkt ITP, ein Zündaussetzen oder andere Veränderungen von Stellgrößen der Brennkraftmaschine vorgenommen werden können.
[0065] Das in Fig. 1 dargestellt Verfahren ist rein beispielhaft zu verstehen, wobei zu beachten ist, dass diese Verfahrensschritte beispielsweise durch entsprechende Software-Bausteine in die Steuer- oder Regelvorrichtung 8 der Brennkraftmaschine integriert werden kann.
[0066] Dies Steuer- oder Regelvorrichtung 8 der Brennkraftmaschine kann beispielsweise als zentrale Maschinensteuerung der Brennkraftmaschine umgesetzt sein.
[0067] Weiters ist darauf zu verweisen, dass das in Fig. 1 dargestellte Verfahren individuell für jeden Brennraum der Brennkraftmaschine oder auch global über die gesamte Brennkraftmaschine vorgenommen werden kann.
Bezugszeichenliste:
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei
- ein Klopfsignal (1) eines Klopfsensors (2) erhoben wird,
- ein Zylinderdrucksignal (3) eines Zylinderdrucksensors (4) erhoben wird, welches Zylinderdrucksignal (3) für einen in zumindest einem Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck repräsentativ ist,
- auf Basis eines Modells (5) ein geschätzter Zylinderdruck (6) aus einem Klopfsignal (1) ermittelt wird,
- das Zylinderdrucksignal (3) einer Plausibilitätsprüfung (7) unterzogen wird, und
- falls das Zylinderdrucksignal (3) gemäß der Plausibilitätsprüfung (7) nicht plausibel ist, den geschätzten Zylinderdruck (6) für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu verwenden.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei, vorzugsweise falls das Zylinderdrucksignal
(3) gemäß der Plausibilitätsprüfung (7) plausibel ist, das Modell (5) auf Basis des
Zylinderdrucksignals (3) so adaptiert wird, dass sich der geschätzte Zylinderdruck
(6) an das Zylinderdrucksignal (3) und/oder den im zumindest einen Brennraum herrschenden
Zylinderdruck annähert.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei falls das Zylinderdrucksignal
(3) gemäß der Plausibilitätsprüfung (7) plausibel ist, das Zylinderdrucksignal (3)
des Zylinderdrucksensors (4) für den Betrieb der Brennkraftmaschine verwendet wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren
zeitaufgelöst und/oder kurbelwinkelaufgelöst, vorzugsweise in Echtzeit, während des
Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geschätzten
Zylinderdruck (6) und/oder das Zylinderdrucksignal (3) des Zylinderdrucksensors (4)
für eine Steuer- oder Regelung der Brennkraftmaschine, vorzugsweise zur Annäherung
an eine gewünschten Antriebsleistung, Energiebedarfs und/oder Emission der Brennkraftmaschine,
herangezogen wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plausibilität
des Zylinderdrucksignals (3) unter Zuhilfenahme zumindest eines weiteren ermittelten
Betriebsparameters (9) der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei als weiterer ermittelter Betriebsparameter
(9) zumindest einer der folgenden Betriebsparameter herangezogen wird:
- ein Zündzeitpunkt,
- eine Antriebsleistung und/oder ein Drehmoment,
- eine Winkelgeschwindigkeit und/oder eine Netzfrequenz,
- ein Ladedruck,
- eine Ladelufttemperatur, und/oder
- eine Verbrennungstemperatur.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der weiterer ermittelter Betriebsparameter
(9) als gemessenes Sensorsignal durch wenigstens einen Sensor und/oder durch eine
Steuer- oder Regelvorrichtung (8) der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Zylinderdrucksignal
(3) gemäß der Plausibilitätsprüfung (7) plausibel ist, wenn das Zylinderdrucksignal
(3) einen vordefinierten Zusammenhang zwischen einem Zylinderdrucksignal (3) zu dem
weiteren ermittelten Betriebsparameter (9) erfüllt, wobei vorzugweise der Zusammenhang
einen Wertebereich für das Zylinderdrucksignal (3) definiert.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für den Betrieb
der Brennkraftmaschine das Zylinderdrucksignal (3) und/oder der geschätzte Zylinderdruck
(6) zur Steuer- oder Regelung einer Stellgröße der Brennkraftmaschine, vorzugsweise
eines Zündzeitpunktes, eines Ladedrucks, einer zugeführten Brennstoffmenge, einer
zugeführten Ladeluftmenge und/oder einer Abgasrückführrate, herangezogen wird.
11. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei
- ein Klopfsignal (1) eines Klopfsensors (2) erhoben wird,
- ein Zylinderdrucksignal (3) eines Zylinderdrucksensors (4) erhoben wird, welches Zylinderdrucksignal (3) für einen in zumindest einem Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck repräsentativ ist,
- auf Basis eines Modells (5) ein geschätzter Zylinderdruck (6) aus dem Klopfsignal (1) ermittelt wird und
- das Modell (5) auf Basis des Zylinderdrucksignals (3) so adaptiert wird, dass sich der geschätzte Zylinderdruck (6) an das Zylinderdrucksignal (3) und/oder den im zumindest einen Brennraum herrschenden Zylinderdruck annähert.
12. Brennkraftmaschine, vorzugsweise Hubkolbenmotor, umfassend:
- wenigstens einen Brennraum,
- einem am wenigstens einen Brennraum angeordneten Zylinderdrucksensor (4), welcher dazu ausgebildet ist, ein für einen im zumindest einen Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck repräsentatives Zylinderdrucksignal (3) zu ermitteln,
- wenigstens einen Klopfsensor (2), welcher dazu ausgebildet ist, ein repräsentatives Klopfsignal (1) der Brennkraftmaschine, vorzugsweise des wenigstens einen Brennraums, zu ermitteln, und
- wenigstens einer Steuer- oder Regelvorrichtung (8), welche dazu ausgebildet ist, das Zylinderdrucksignal (3) des Zylinderdrucksensor (4) und das Klopfsignal (1) des Klopfsensors (2) entgegenzunehmen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelvorrichtung (8) weiters dazu ausgebildet ist ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.13. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die einen ausführenden Computer, insbesondere
eine Steuer- oder Regelvorrichtung (8) nach Anspruch 12, dazu veranlassen,
- ein Klopfsignal (1) eines Klopfsensors (2) entgegenzunehmen,
- ein für einen in zumindest einem Brennraum der Brennkraftmaschine herrschenden Zylinderdruck repräsentatives Zylinderdrucksignal (3) eines Zylinderdrucksensors (4) entgegenzunehmen,
- auf Basis eines Modells (5) ein geschätzten Zylinderdruck (6) aus einem Klopfsignal (1) zu ermitteln,
- das Zylinderdrucksignal (3) einer Plausibilitätsprüfung (7) zu unterziehen, und
- falls das Zylinderdrucksignal (3) gemäß der Plausibilitätsprüfung (7) nicht plausibel ist, den geschätzten Zylinderdruck (6) für den Betrieb der Brennkraftmaschine zu verwenden oder auszugeben.
14. Computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch
13 gespeichert ist.