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Title:
METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/048121
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, comprising a control device and a combustion chamber defined in a cylinder between a cylinder head and a piston. A combustion chamber pressure is determined in said combustion chamber during a combustion cycle, a first combustion chamber pressure (p1) being determined before combustion starts, a second combustion chamber pressure (p2) being determined after combustion has ended and a third combustion chamber pressure (p3) being determined during combustion. According to the invention, a combustion status of the respective combustion cycle can be determined using the control device and the three combustion chamber pressures determined.

Inventors:
HERWEG RUEDIGER (DE)
PFAU MATTHIAS (DE)
STELTER MAYK (DE)
Application Number:
PCT/EP2005/011244
Publication Date:
May 11, 2006
Filing Date:
October 19, 2005
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
HERWEG RUEDIGER (DE)
PFAU MATTHIAS (DE)
STELTER MAYK (DE)
International Classes:
F02D35/02; G01M15/08
Domestic Patent References:
WO2003085244A12003-10-16
Foreign References:
EP0539921A21993-05-05
EP0851107A21998-07-01
DE10316113A12004-10-28
US4905648A1990-03-06
DE19804988C11999-06-10
Attorney, Agent or Firm:
Kreiser, André (Intellectual Property Management IMP - C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung, einem in einem Zylinder zwischen einem Zylinderkopf und einem Kolben gebildeten Brennraum, in dem während eines Verbrennungszyklus ein Brennraumdruck erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Brennraumdruck Cp1) vor Beginn der Verbrennung, ein zweiter Brennraumdruck (p2) nach Ende der Verbrennung und ein dritter Brennraumdruck (p3) während der Verbrennung erfasst werden, so dass mit Hilfe der Steuereinrichtung und unter Heranziehung der drei ermittelten Brennraumdrücke eine Verbrennungslage des jeweiligen Verbrennungszyklus bestimmt wird.
2. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Brennraumdruck (P1) während eines Kompressionstaktes des Kolbens erfasst wird.
3. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Brennraumdruck (p2) während eines Expansionstaktes des Kolbens erfasst wird.
4. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Verbrennungsläge beim jeweiligen Verbrennungszyklus aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Brennraumdruck ein erster Referenzdruck (pi')/ ein zweiter Referenzdruck (P2') und ein dritter Referenzdruck (p3') gebildet werden.
5. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Verbrennungsläge beim jeweiligen Verbrennungszyklus aus dem ersten und dem zweiten Referenzdruck eine erste Druckdifferenz (pi'p2') gebildet wird.
6. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Brennraumdruck (p3) zu einem Zeitpunkt erfasst wird, an dem ein Sollwert der Verbrennungsläge liegt, wobei insbesondere eine zweite Druckdifferenz (p3'p_.;) aus dem dritten und dem ersten Referenzdruck gebildet wird.
7. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller IstWert der Verbrennungsläge aus einem Verhältnis von zweiter Druckdifferenz (P3'Pi') zu erster Druckdifferenz (pi'p27) bestimmt wird.
8. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Kompressionstaktes in einem Abstand von 300KW bis 500KW, vorzugsweise um 400KW vor der Erfassung des ersten Brennraumdruckes (pi) ein vierter Brennraumdruck (p4) aufgenommen wird.
9. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ermittlung der Verbrennungsläge eine thermodynamische Nullpunktkorrektur erfolgt.
10. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermodynamische Nullpunktkorrektur unter Heranziehung der zwei während des Kompressionstakts gemessenen Druckwerte (pi, p4) vorgenommen wird.
11. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoffeinspritzzeitpunkte, eine im Brennraum zurückgehaltene Abgasmenge und/oder ein Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom ermittelten Ist Wertes der Verbrennungslage derart angepasst werden, dass der Sollwert der Verbrennungslage eingestellt wird.
12. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckdifferenz zur Bestimmung eines indizierten Zylindermitteldrucks und/oder einer inneren Arbeit eines Zylinders herangezogen wird.
13. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung der Brennkraftmaschine während eines Startbetriebs und/oder bei hohen Last und Drehzahlbereichen durch eine Fremdzündung und bei niedrigen und/oder mittleren Last und Drehzahlbereichen durch Kompressionswärme eingeleitet wird.
Description:
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine selbstgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ziel der Entwicklung von neuen Brennkraftmaschinen ist es, die Bildung von Abgasemissionen zu minimieren und eine Stei¬ gerung des Wirkungsgrads zu erzielen. Bei Brennkraftmaschinen werden der Verbrennungsablauf des Kraftstoff/Luft-Gemisches im Brennraum, der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und die Schadstoffemission sowie auch der Kraftstoffverbrauch maßgeb¬ lich von der Verbrennungslage bzw. vom Schwerpunkt der Verbrennung beeinflusst . Bei selbstgezündeten Brennkraftma¬ schinen werden die Verbrennungsgeräusche ebenfalls vom Schwerpunkt der Verbrennung beeinflusst. Daher ist eine Rege¬ lung des Verbrennungsverhaltens derart vorzusehen, dass eine optimale Verbrennungslage während des Gesamtbetriebs der Brennkraftmaschine gewährleistet ist, um insbesondre die ent¬ stehenden Geräusch- und Schadstoffemissionen zu minimieren.

Die Lage der Verbrennung bzw. der Schwerpunkt der Verbrennung beschreibt auf Basis des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik jenen Zeitpunkt während der Verbrennung, bei dem 50% der ein¬ gebrachten Kraftstoffenergie umgewandelt wurde. Als Lage der Verbrennung bzw. Verbrennungslage oder als Schwerpunkt der

Verbrennung wird üblicherweise die zugehörige Kurbelwinkelpo¬ sition, d.h. eine Kurbelwinkelposition des Kolbens bezeich¬ net, bei der 50% der an der Verbrennung teilnehmenden Kraft- stoffmenge in Wärme umgesetzt wurde. Um die Verbrennungslage, ebenfalls als Lage des 50%-Massenumsatzpunktes bekannt, über eine Verbrennungsregelung im Betrieb einer Brennkraftmaschine präzise einstellen zu können, ist eine Bestimmung eines aktu¬ ellen Ist-Werts der Verbrennungslage während des Betriebs er¬ forderlich.

Aus der DE 198 04 988 Cl ist ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung und Verbrennung ho¬ mogener, magerer Kraftstoff/Luft-Gemische mit Kompressions¬ zündung bekannt, mit dem zur Messung und Erkennung uner¬ wünschter Verbrennungsvorgänge die Lage und der Verlauf einer Verbrennung durch Motor-Ist-Werte wie den Körperschall am Verbrennungsmotor, den Ionenstrom im Brennraum oder die De- ckungsungleichförmigkeit der Kurbelwelle in Echtzeit gemessen werden. Die erfassten Messsignale über den Verlauf der Verbrennung werden mit in Kennfeldern abgelegten Sollparame¬ tern verglichen. Die dafür vorgesehene Regellogik soll die Merkmale erwünschter und unerwünschter Verbrennungsbereiche über eine Mustererkennung durch adaptive Regler erkennen und zur Einregelung der erforderlichen Sollwerte die notwendigen Motorparameter unter Verwendung von Motor-Ist-Werten verän¬ dern.

Die WO 03/085244 Al offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung, bei dem eine Re¬ gelung der Verbrennung vorgesehen ist, bei der als Regelgröße die Lage eines 50%-Massenumsatzpunktes der aktuellen Verbren¬ nung herangezogen wird. Zur Ermittlung der Lage des 50%- Massenumsatzpunktes im Verbrennungsablauf wird ein Ionen- stromsignal mittels einer im Brennraum angeordneten Ionen- stromsonde erfasst und daraus mittels einer Integration des Ionenstromsignals ein Ist-Wert der Lage des 50%-

Massenumsatzpunktes der aktuellen Verbrennung ermittelt. Der Ist-Wert wird dann mit einem in einem Steuergerät gespeicher¬ ten Wert verglichen. Falls notwendig wird bei einem darauf folgenden Arbeitsspiel der Ablauf der Verbrennung mittels ei¬ ner Anpassung von Betriebsparametern verändert.

Weiterhin wird zur Ermittlung der Verbrennungslage häufig ein Signal des Druckverlaufs während der Verbrennung aufgenommen und herangezogen. Hierzu ist für den gesamten Brennverlauf innerhalb eines Verbrennungszyklus eine durchgehende Abtas¬ tung des Zylinderdrucks notwendig. Das heißt, dass eine wäh¬ rend der Verbrennung kontinuierliche Druckerfassung mit rela¬ tiv hoher Auflösung vorgenommen wird, beispielsweise einmal pro Grad Kurbelwinkel. Anschließend kann mittels einer Integ¬ ration des aufgenommen Zylinderdruckverlaufs die Bestimmung der Verbrennungslage erfolgen. Dennoch bedeutet eine Abtas¬ tung mit hoher Auflösung für die Motorsteuergeräte ein hoher Bedarf an Rechen- und Speicherkapazität, die zu einer langsa¬ men Verbrennungsregelung und somit zu einem ungünstigen Verbrennungsablauf führt. Ein optimales Betriebsverhalten mit einem hohen Wirkungsgrad ist dadurch nicht immer gewährleis¬ tet.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die Bestimmung ei¬ ner aktuellen Verbrennungslage derart zu gestalten, dass Re¬ chenaufwand und benötigte Speicherkapazität für eine Mo¬ torsteuerung der Brennkraftmaschine verringert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster Brennraumdruck vor Beginn der Verbrennung, ein zweiter Brennraumdruck nach Ende der Verbrennung und ein

dritter Brennraumdruck während der Verbrennung erfasst werden, so dass mit Hilfe der Steuereinrichtung und unter Heranziehung der drei einzeln und diskontinuierlich ermittelten Brennraumdrücke eine Verbrennungslage des jeweiligen Verbrennungszyklus bestimmt wird. Somit wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch eine drei- oder mehrfache diskontinuierliche Druckabtastung im Brennraum eine aktuelle Verbrennungslage punktuell bestimmt. Daher wird durch die im Vergleich zu konventionellen Verfahren reduzierte und begrenzte Abtastung des Brennraumdruckes für den Zweck der Ermittlung der Verbrennungslage nur eine minimale Rechenkapazität in der Steuereinrichtung benötigt. Hierdurch kann zur Erzielung eines optimalen Verbrennungswirkungsgrads eine zügige Regelung der Verbrennung durch die entsprechenden Betriebsparameter vorgenommen werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der erste Brennraumdruck während eines Kompressionstaktes des Kolbens erfasst, wobei der zweite Brennraumdruck bevorzugt während eines Expansionstaktes des Kolbens erfasst wird. Somit stehen zwei ausgedehnte Bereiche zur Druckabtastung zur Verfügung, die eine zweckmäßige Variation bieten, so dass eine kontinuierliche Anpassung der AbtastZeitpunkte innerhalb der betroffnen Bereiche in Abhängigkeit vom gefahrenen Lastpunkt durchführbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden zur Be¬ stimmung der Verbrennungslage beim jeweiligen Verbrennungs¬ zyklus aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Brennraum¬ druck ein erster Referenzdruck, ein zweiter Referenzdruck und ein dritter Referenzdruck gebildet.

In einer weitern Ausgestaltung wird erfindungsgemäß zur Be¬ stimmung der Verbrennungslage beim jeweiligen Verbrennungs¬ zyklus aus dem ersten und dem zweiten Referenzdruck eine ers¬ te Druckdifferenz gebildet. Somit wird die Rechenkapazität der Steuereinrichtung mit einer einfachen Rechenformel be¬ lastet, die schnell und einfach erzielbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der dritte Brennraumdruck zu einem Zeitpunkt erfasst, an dem ein Soll¬ wert der Verbrennungslage liegt, wobei insbesondere eine zweite Druckdifferenz aus dem dritten und dem ersten Refe¬ renzdruck gebildet wird. Hierdurch wird eine weitere Druck¬ messung während der Verbrennung in einem definierten Bereich benötigt. Eine Abtastung des Brennraumdruckes in einem großen Bereich wird somit vermieden. Erfindungsgemäß beschränkt sich dann die Gesamtanzahl der Druckabtastungen pro Verbrennungs- zyklus auf drei Punkte. Dennoch wird trotz der geringen An¬ zahl der Brennraumdruckabtastungen abhängig vom dritten Ab¬ tastzeitpunkt während der Verbrennung eine charakteristische Abhängigkeit zwischen dem 50%-Umsatzpunkt und einer Umsatzra¬ te des Kraftstoffes zum jeweiligen AbtastZeitpunkt ermittelt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein aktueller Ist-Wert der Verbrennungslage aus einem Verhältnis von zweiter Druckdifferenz zu erster Druckdifferenz bestimmt. Mit dem gebildeten Quotienten wird eine Abweichung von einem Soll-Wert der Verbrennungslage bestimmt, die ein schnelles Korrigieren während des Betriebs zulässt . Somit wird eine einfache und schnelle Bestimmung der Verbrennungslage ermöglicht .

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird während des Kompressionstaktes in einem Abstand von 30 0 KW bis 5O 0 KW, vorzugsweise um 4O 0 KW vor der Erfassung des ersten

Brennraumdruckes ein vierter Brennraumdruck aufgenommen. Mit den beiden in der Kompressionsphase abgetasteten Druckwerten wird insbesondere bei dem Einsatz von Relativdruckaufnehmern, z.B. piezoelektrische Druckaufnehmer, eine Abweichung von tatsächlichen Druckverhältnissen ermittelt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt vor der Ermittlung der Verbrennungslage eine thermodynamische Nullpunktkorrektur. Insbesondre wird mit dem vierten und dem ersten Druckwert zur Bestimmung einer möglicherweise auftretenden Abweichung eine Durchführung einer thermodynamischen Nullpunktkorrektur ermöglicht. Eine thermodynamische Nullpunktkorrektur wird vorzugsweise bei piezoelektrischen Druckaufnehmern durchgeführt, da diese eine dynamische Druckveränderung feststellen. Eine mögliche Abweichung des Messsignals vom tatsächlichen Wert wird dann anhand der thermodynamischen Nullpunktkorrektur ermittelt. Anschließend werden alle vier gemessenen Druckwerte um einen Korrekturbetrag korrigiert, so dass danach eine präzise Ermittlung der Verbrennungslage stattfinden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Kraftstoffeinspritzzeitpunkte, eine im Brennraum zurückgehal¬ tene Abgasmenge und/oder ein Zündzeitpunkt eines im Brennraum gebildeten Kraftstoff/Luft-Gemisches in Abhängigkeit vom er¬ mittelten Ist-Wert der Verbrennungslage derart angepasst, dass der Sollwert der Verbrennungslage eingestellt wird. Die optimale Verbrennungslage bzw. der gewünschte Schwerpunkt der Verbrennung kann somit für die Brennkraftmaschine zügig ein¬ gestellt werden, so dass beim jeweiligen Betriebspunkt inner¬ halb weniger Verbrennungszyklen die optimale Verbrennungslage vorliegt .

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines

Zylinderdruckverlaufes einer Brennkraftmaschine während eines Arbeitsspiels aufgetragen über dem Hubvolumen,

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Umsatzrate der Brennkraftmaschine nach Fig. 1 während eines Arbeitsspiels aufgetragen über dem Kurbelwinkel,

Fig. 3 drei unterschiedliche Darstellungen einer ermittelten Verbrennungslage der Brennkraftmaschine nach Fig. 1 in Abhängigkeit von einem Abtastzeitpunkt,

Fig. 4 ein weiteres schematisches Diagramm eines

Zylinderdruckverlaufes während eines Arbeitsspiels aufgetragen über dem Hubvolumen und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit zwischen einer ermittelten Druckdifferenz und einem indizierten Mitteldruck der Brennkraftmaschine nach Fig. 1.

Eine beispielhafte und erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung umfasst beispielsweise vier Zylinder, in denen jeweils ein Kolben geführt ist. In jedem Zylinder ist ein Brennraum der Brennkraftmaschine von einem Zylinder¬ kopf nach oben hin abgeschlossen, wobei der Kolben den Brenn¬ raum nach unten hin begrenzt . Die Brennkraftmaschine umfasst pro Brennraum mindestens ein Einlassventil, mindestens ein Auslassventil, einen Kraftstoffinjektor und vorzugsweise eine Zündquelle. Weiterhin ist ein Druckaufnehmer bzw. ein Druck¬ sensor im Brennraum zur Erfassung des Zylinderdrucks vorgese-

hen, wobei alternativ der Drucksensor in die Zündquelle in¬ tegriert sein kann.

Die Brennkraftmaschine arbeitet vorzugsweise nach dem 4-Takt- Prinzip, wobei sie im Sinne der Erfindung ebenfalls nach dem 2-Takt-Prinzip betrieben werden kann. Die Verbrennungsluft sowie die entstehenden Abgase werden über die Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine dem Brennraum zugeführt bzw. aus dem Brennraum ausgeschoben. Die Einlass- und Aus¬ lassventile werden von einer Betätigungsvorrichtung geöffnet und geschlossen, wobei eine Motorsteuereinrichtung die Öff- nungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile dem gefahrenen Betriebspunkt entsprechend steuert .

Bei einem 4-Takt-Verfahren entspricht ein Takt einem vollen Kolbenhub. In Fig. 1 ist der Verlauf eines Brennraumdruckes während eines Arbeitsspiels der erfindungsgemäßen Brennkraft¬ maschine ausschnittsweise dargestellt. Das aus vier Takten bestehende Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine entspricht ei¬ nem Verbrennungszyklus, wobei ein Verbrennungszyklus mit ei¬ nem ersten Ansaugtakt beginnt, bei dem sich der Kolben in ei¬ ner Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt bewegt. Beim Ansaugtakt wird dem Brennraum Verbrennungsluft zuge¬ führt, wobei vorzugsweise in einem Ausschiebetakt eines vor¬ herigen Arbeitsspiels eine bestimmte Menge an Abgas im Brenn¬ raum zurückgehalten wird.

Während des Ansaugtaktes wird durch die Einbringung von Kraftstoff in den Brennraum ein Kraftstoff/Luft-Gemisch ge¬ bildet, welches in einem nachfolgenden Kompressionstakt ver¬ dichtet wird. Während des Kompressionstaktes bewegt sich der Kolben in einer Aufwärtsbewegung vom unteren Totpunkt bis zu einem oberen Zündtotpunkt ZOT, wobei vorzugsweise beim gebil¬ deten Gemisch eine Hauptkraftstoffmenge während des Ansaug¬ taktes in den Brennraum eingebracht wird. Das gebildete Kraftstoff/Luft-Gemisch bzw. Hauptgemisch wird in einem Be¬ reich des oberen Zündtotpunkts ZOT durch die vorliegende Kom-

pression selbstgezündet, wobei alternativ das Gemisch lastab¬ hängig im Startbetrieb oder bei hohen Lastbereichen mittels der Zündquelle fremdgezündet werden kann, die vorzugsweise als eine Zündkerze ausgebildet ist. Während der noch laufen¬ den Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches expandiert der Kolben in einer Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Tot¬ punkt . Im darauf folgenden Ausschiebetakt fährt der Kolben in einer Aufwärtsbewegung bis zu einem oberen Gaswechsel- Totpunkt und schiebt die Abgase aus dem Brennraum aus. Im Sinne der Erfindung wird ein Auslassventil während des Auss¬ chiebetakts geöffnet, so dass die Abgase aus dem Brennraum ausgeschoben werden, wobei durch ein frühzeitiges schließen des Auslassventils eine bestimmte Menge an Abgas im Brennraum zurückgehalten wird. Während des Ausschiebetakts kann last- punktabhängig dem Brennraum eine zusätzliche Kraftstoffmenge derart zugeführt werden, dass ein Zwischengemisch aus Kraft¬ stoff, Abgas und gegebenenfalls aus Luft gebildet wird, wel¬ ches dann weiter komprimiert und teilweise im Bereich des o- beren Gaswechsel-Totpunkts umgesetzt wird. Mittels der Umset¬ zung des Zwischengemisches kann die Temperatur des Hauptgemi¬ sches beeinflusst und somit ein Zündzeitpunkt des Hauptgemi¬ sches verändert werden.

Mit Hilfe des Drucksensors kann ein Druckverlauf im Brennraum während eines Arbeitsspiels erfasst und an eine Motorsteuer¬ einrichtung weitergeleitet werden. Aus dem erfassten Druck¬ verlauf kann die aktuelle Verbrennungslage bzw. ein Ist-Wert der Verbrennungslage bestimmt werden. Die Verbrennungslage ändert sich bezüglich des Kurbelwinkels bei Änderung des Verbrennungsverlaufes. Um den Rechenaufwand und die Speicher¬ kapazität in der Steuereinrichtung zu optimieren schlägt die Erfindung vor, den Zylinderdruck an drei Zeitpunkten abzutas¬ ten. Es werden also drei einzelne Brennraumdruckwerte aufge¬ nommen und an die Steuereinrichtung weitergeleitet .

Im Folgenden wird erläutert, wie die Ermittlung einer aktuel¬ len Verbrennungslage erzielt wird. Basis zur einfachen Er¬ mittlung des Brennverlaufs an einer Brennkraftmaschine bilden folgende thermodynamische Grundgleichungen, die in Fig. 1 bzw. Fig. 2 graphisch dargestellt sind. Zu jedem Zylinder¬ druck Pi wird ein Referenzdruck pi' wie folgt errechnet:

Eine Kraftstoffumsatzrate zu einer bestimmten Kurbelwinkelpo¬ sition wird mit MBR(Φ) bezeichnet und ergibt sich wie folgt:

Weiterhin entspricht V c dem Kompressionsvolumen der Brenn¬ kraftmaschine, wobei Vi dem Volumen zum Zeitpunkt der Druck¬ messung entspricht. Das Symbol K entspricht dem Isentropenex- ponent und ist von den thermodynamisehen Eigenschaften des Arbeitsmediums bzw. des Kraftstoff/Luft-Gemisches abhängig. Der Wert a entspricht einer Druckdifferenz, die sich aus dem Referenzdruck in der Kompression und dem Referenzdruck in der Expansion wie folgt ergibt: a =Δp l2 =p 2 ' -p\

Dabei ergibt sich der Wert b sich aus der Differenz aus dem Referenzdruck an der Kurbelwinkelposition Φ während der Verbrennung und dem Referenzdruck in der Kompression vor Be¬ ginn der Verbrennung wie folgt : b(φ)=Ap=p'(φ)-p[

Gemäß Fig. 1 und Fig. 4 beschreibt der Druck pi den erfassten Zylinderdruck zu einem Zeitpunkt in der Kompressionsphase, bei dem noch kein Kraftstoff umgesetzt wurde. Der Druck p 2 hingegen beschreibt den erfassten Zylinderdruck zu einem Zeitpunkt in der Expansionsphase, bei dem bereits der gesamte Kraftstoff umgesetzt wurde.

Um eine konventionelle Berechnung der Verbrennungslage vorzu¬ nehmen, ist für den gesamten Brennverlauf eine Abtastung des Zylinderdruckverlaufs mit relativ hoher Auflösung, in etwa bei jeder Kurbelwinkelposition notwendig. Anschließend kann die Bestimmung des 50%-Umsatzpunktes mittels einer Integrati¬ on der Kraftstoffumsatzrate MBR(Φ) über den gesamten Kurbel- winkelverlauf gemäß der Darstellung in Fig. 2 vorgenommen werden. Dennoch ist eine Abtastung mit hoher Auflösung für den Betrieb der Brennkraftmaschine und insbesondere für Mo¬ torsteuereinrichtung nachteilig, da die benötigte Rechenkapa¬ zität die Steuerung und Regelung der Verbrennung während des Betriebs negativ beeinflusst .

Die vorliegende Erfindung sieht dagegen für die Einstellung einer optimalen Verbrennungslage vor, dass eine Abweichung eines aktuellen Wertes der Verbrennungslage von einem SoIl- Wert ermittelt wird. Hierzu werden ein erster Brennraumdruck Pi während des Kompressionstaktes vor Beginn der Verbrennung, ein zweiter Brennraumdruck p 2 während der Expansionstaktes nach Ende der Verbrennung und ein dritter Brennraumdruck wäh¬ rend der Verbrennung bzw. während der KraftStoffUmsetzung er- fasst . Somit beschränkt sich die Gesamtanzahl der Abtastungen des Druckverlaufes pro Zyklus auf drei Werte. Dabei werden zu den drei erfassten Brennraumdrücken die zugehörigen Referenz- drücke wie folgt gebildet.

Aus dem ersten und dem zweiten Referenzbrennraumdruck wird eine Druckdifferenz Ap 12 berechnet. Gemäß Fig. 3 wird dann abhängig vom dritten Brennraumdruck eine charakteristische Abhängigkeit zwischen dem 50%-Umsatzpunkt und der Umsatzrate MBR zum Abtastzeitpunkt des dritten Druckes genutzt, um aus der Umsatzrate zum AbtastZeitpunkt den 50%-Umsatzpunkt zu bestimmen. Dabei ergibt sich gemäß Fig. 4 eine entsprechende

Umsatzrate zum jeweiligen Abtastzeitpunkt bzw. Kurbelwinkel¬ position wie folgt:

Die optimale Verbrennungslage kann für die jeweilige Brenn¬ kraftmaschine z.B. am Prüfstand ermittelt werden. Dieser Soll-Wert wird dann für die jeweilige Brennkraftmaschine in der Motorsteuereinrichtung abgelegt.

Erfindungsgemäß wird der AbtastZeitpunkt für den dritten Brennraumdruck p3 auf den Soll-Wert der Verbrennungslage ein¬ gestellt bzw. an der Kurbelwinkelposition des Soll-Wertes ge¬ legt. Die erfindungsgemäße Verbrennungsregelung sieht vor, dass bei Feststellung einer Abweichung vom Soll-Wert eine Korrektur der Verbrennungslage vorgenommen wird. Ist der Wert für MBR Abtastwmkel größer als 0,5, dann liegt die Ist-Verbrenn¬ ungslage zu früh und die Verbrennungsregelung kann über die zugehörigen Stellgrößen die aktuelle Verbrennungslage im nächsten Verbrennungszyklus korrigieren. Ist der Wert für MBR Abtastmnkel kleiner als 0,5, dann kann die Verbrennungslage über einen umgekehrten Eingriff auf die Stellgrößen ebenfalls korrigiert werden. Somit wird erfindungsgemäß mit der Erfas¬ sung von nur drei Brennraumdrücken eine Abweichung vom SoIl- Wert schnell ermittelt und demnach eine entsprechende Korrek¬ tur sofort eingeleitet. Dadurch wird eine gezielte und schnelle Regelung der Brennkraftmaschine beim jeweiligen Lastpunkt durchgeführt, so dass die Brennkraftmaschine mit einem hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitiger Senkung der Ab¬ gasemissionen betrieben wird.

Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung wird während des Kompressionstaktes ein vierter Druckwert aufgenommen. Vorzugsweise wird der vierte Druckwert P 4 in

einem Abstand von 30 0 KW bis 5O 0 KW, vorzugsweise um 40 0 KW vor der Abtastung des ersten Brennraumdruckes Pi erfasst. Dabei findet die vierte Druckabtastung zur Erfassung des vierten Brennraumdruckes P 4 etwa 90 0 KW bis HO 0 KW, vorzugsweise 100 0 KW vor dem oberen Zündtotpunkts ZOT statt, wobei die Erfassung des ersten Brennraumdruckes Pi 50 0 KW bis 70 0 KW, vorzugsweise etwa 60 0 KW vor dem oberen Zündtotpunkts ZOT vorgenommen wird.

Insbesondere bei dem Einsatz von Relativdruckaufnehmern, z.B. piezoelektrische Druckaufnehmer, treten Abweichungen bei den ermittelten Druckwerten auf. Um solche Abweichungen zu korrigieren, sieht die Erfindung die Bewerkstelligung einer thermodynamisehen Nullpunktkorrektur vor. Mit dem vierten und dem ersten Druckwert wird die Bestimmung einer eventuell auftretenden Abweichung anhand einer thermodynamischen Nullpunktkorrektur ermöglicht. Somit können alle gemessenen Druckwerte um einen errechneten Korrekturbetrag korrigiert werden. Eine genaue Ermittlung der Verbrennungslage wird dadurch erzielt.

Der Betrag, um den eine Druckmessung abweicht, wird über die folgende Isentropenbeziehung errechnet.

P 2 =P 2 + AP*

P 3 =P 3 +Ap k

Folglich werden dann alle Druckwerte vor der Ermittlung der Verbrennungslage mit dem errechneten Korrekturbetrag Δp k kor¬ rigiert .

Erfindungsgemäß können insbesondere für die Einstellung des Verbrennungsschwerpunkts die Motorparameter verändert werden, die den Verbrennungsablauf und somit die Verbrennungslage, falls notwendig, korrigieren. Eine Variation der zugehörigen Stellgrößen bzw. Kraftstoffeinspritzparameter wie Einspritz¬ zeitpunkt, Einspritzdauer, zurückgehaltene Abgasmenge im Brennraum, Beginn der Selbstzündung und/oder Einspritztaktung kann derart vorgenommen werden, dass bei der jeweiligen Verbrennung die bestmögliche Verbrennungslage vorliegt.

Gemäß der Erfindung lässt sich auch durch die abgetasteten Zylinderdruckwerte auch eine Aussage über die innere Arbeit des jeweiligen Zylinders erzielen. Als Maß hierzu dient der indizierte Mitteldruck p m i. Die in Fig. 5 zu erkennende line¬ are Korrelation zwischen dem indizierten Mitteldruck und dem Wert a lässt sich insbesondere sehr genau bestimmen, wenn die Ladungswechselarbeit lastabhängig annährend konstant bleibt.