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SEULING SILKE (DE)
LANGE JOERG (DE)
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US20090177368A1 | 2009-07-09 | |||
EP1010876A2 | 2000-06-21 | |||
EP1705352A1 | 2006-09-27 | |||
EP0434665A1 | 1991-06-26 | |||
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DE102010038411A1 | 2011-02-10 |
PER TUNESTÅL: "Estimation of the InCylinder Air/Fuel Ratio of an Internal Combustion Engine by the Use of Pressure Sensors", 1 March 2001 (2001-03-01), ISSN 02821990 ISRN LUTMDN/TMVK1025SE, XP055062059, Retrieved from the Internet
SILKE SEULING ET AL: "Model Based Engine Speed Evaluation for Single- Cylinder Engine Control", SAE INTERNATIONAL, vol. 2012-32-0044, 23 October 2012 (2012-10-23), XP055061150, DOI: 10.4271/2012-32-0044
Ansprüche 1 . Verfahren zur Schätzung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus einem Merkmal hergeleitet wird, das auf einer Auswertung einer Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors basiert, wobei das Merkmal aus mindestens einem Wert der Drehzahl aus mindestens einem Bereich einer Kompressionsphase und mindestens einem Wert der Drehzahl aus mindestens einem Bereich einer Verbrennungsphase des mindestens einen Zylinders des Verbrennungsmotors berechnet wird, wobei die Berechnung des Merkmals unter einer schrittweisen Variation einer dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff menge wiederholt durchgeführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus einer Änderung des Merkmals in Abhängigkeit der dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff menge ermittelt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, mit dem die aus der Verbrennung geleistete Arbeit als Unterschied der beiden Merkmale aus Verdichtung und Verbrennung ermittelt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, bei der die Einleitung der Verbrennung mit dem drehmomentenmaximalen Zündwinkel (MBT: minimum advance for best torque) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die aus der Verbrennung geleistete Arbeit mit einem Faktor korrigiert wird, der die Abweichung des Zündwinkels von dem drehmomentenoptimalen Zündwinkel (MBT) berücksichtigt. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem bei der schrittweisen Variation der dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff menge sowohl eine Änderung des Merkmals wie auch eine Änderung der Verbrennungslage betrachtet und zur Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses herangezogen wird. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die schrittweise Variation voreingestellt und kontrolliert durchgeführt wird. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem als Verbrennungsmotor ein Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern verwendet wird. Anordnung zur Schätzung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, mit Mitteln, die dazu konfiguriert sind, eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu bestimmen, und mit damit in kommunikativer Verbindung stehenden Mitteln, die dazu konfiguriert sind, das Luft-Kraftstoff- Verhältnis aus einem Merkmal herzuleiten, das auf einer Auswertung der Drehzahl basiert, wobei das Merkmal aus mindestens einem Wert der Drehzahl aus mindestens einem Bereich einer Kompressionsphase und mindestens einem Wert der Drehzahl aus mindestens einem Bereich einer Verbrennungsphase des mindestens einen Zylinders des Verbrennungsmotors berechnet wird, wobei die Berechnung des Merkmals unter einer schrittweisen Variation einer dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge wiederholt durchgeführt wird. Anordnung nach Anspruch 9, die insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 einzusetzen ist. |
Titel
DREHZAHLBASIERTE SCHÄTZUNG DES LUFT/KRAFTSTOFF-VERHÄLTNISSES DES ZYLINDERS IN EINEM EINZYLINDERVERBRENNUNGSMOTOR
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung eines Luft- Kraftstoff-Verhältnisses für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder. Ferner wird eine entsprechende Anordnung zur Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt.
Stand der Technik
Für PKW-Anwendungen sind diverse drehzahlbasierte Verfahren bekannt, wie beispielsweise eine Einspritzmengenkalibrierung, eine Verbrennungslageschätzung, eine Aussetzererkennung etc. Aufgrund einer Überlagerung von Einflüssen von Zylindern bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern sind Auswertemöglichkeiten jedoch stark eingeschränkt.
Aus der DE 10 2010 03841 1 geht eine Luft-Kraftstoff-
Verhältnisabschätzungserfassungeinrichtung hervor, welche die Verwendung eines Sauerstoffsensors oder dergleichen, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis direkt zu erfassen, beseitigt, indem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Verbrennungsgas basierend auf einer Signalausgabe eines Impulsgeberrotors abgeschätzt und er- fasst wird.
Bei Zweiradanwendungen, d. h. bei Verwendung bzw. Einsatz eines Verbrennungsmotors mit nur einem Zylinder, entfällt eine Überlagerung von Einflüssen mehrerer Zylinder, so dass ggf. ein drehzahlbasiertes Verfahren einfacher bzw. eindeutiger auszuwerten ist. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nunmehr, eine Schätzung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Verbren- nung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder basierend auf einer Drehzahl des Verbrennungsmotors bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Anordnung mit dem Merkmal von Patentanspruch 9 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Schätzung eines Luft-Kraftstoff- Verhältnisses für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird dabei aus einem Merkmal hergeleitet, das auf einer Auswertung einer Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors basiert. Das Merkmal wird aus mindestens einem Wert der Drehzahl aus mindestens einem Bereich einer Kompressionsphase und mindestens einem Wert der Drehzahl aus mindestens einem Bereich einer Verbrennungsphase des mindestens einen Zylinders des Verbrennungsmotors berechnet. Die Berechnung des Merkmals wird dabei unter einer schrittweisen Variation einer dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge wiederholt. Das bedeutet, dass je zugeführter Kraftstoff menge eine Berechnung des Merkmals stattfindet, die Kraftstoff menge dann kontrolliert um eine in der Regel vorgegebene Menge geändert und das Merkmal entsprechend neu berechnet wird. In der Motorentechnik wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Lambda bezeichnet.
Bei Verbrennungsmotoren wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (stöchiometrisches Verhältnis) mit λ = 1 angegeben, wenn das optimale Verhältnis von 14,7 kg Luft zu 1 kg Kraftstoff gegeben ist. λ > 1 bedeutet Luftüberschuss, d. h. ein mageres Kraftstoffgemisch, und λ < 1 bedeutet einen Luftmangel, d. h. fettes Kraftstoffge- misch.
Erfindungsgemäß erfolgt demnach eine Abschätzung eines Luft-Kraftstoff- Verhältnisses bzw. von Lambda eines mindestens einen Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotors durch eine modellbasierte Auswertung des Drehzahlsig- nals. Das Verfahren ist insbesondere anwendbar für einen Verbrennungsmotor mit nur einem Zylinder. Aufgrund der Tatsache, dass bei einem 1 -Zylinder-Motor keine Überlagerung von Zylindereinflüssen auf eine entsprechende Kurbelwelle stattfindet, kann zur Auswertung des Drehzahlsignals nicht nur eine entsprechende Verbrennungsphase ausgewertet werden und einem bestimmten Zylinder zugeordnet werden, sondern es können auch in anderen Bereichen eines jeweiligen Arbeitsspiels, insbesondere in einer Kompressionsphase Korrelationen zwischen einer jeweiligen Drehzahl und anderen Größen ohne Einfluss der Verbrennung ausgewertet werden.
Die in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors eingespritzte Kraftstoffmenge korreliert unter bestimmten Randbedingungen sowohl mit einem sogenannten pmi (indicated mean effective pressure, indizierter Mitteldruck) als auch mit einem auf einer Auswertung des Drehzahlsignals basierenden Merkmal MWF (mechanical work feature, Merkmal für mechanische Arbeit) des jeweiligen Zylinders. Bestimmte Betriebs- bzw. Randbedingungen sind bspw. eine magere Verbrennung, damit eine Menge von Kraftstoff sicher vollständig umgesetzt wird. Weiterhin ist die Kenntnis der zugrundeliegenden Verbrennungslage bzw. die Sicherstellung der optimalen Verbrennungslage durch die Verbrennungseinleitung durch den optimalen Zündwinkel MBT (minimum advance for best torque) erforderlich.
Dabei ist pmi der allgemein bekannte indizierte Mitteldruck, der ein Maß für eine von dem jeweiligen Zylinder geleistete Arbeit bezogen auf ein Hubvolumen darstellt. Dieser ist wie folgt definiert: wobei V h für das Hubvolumen eines Zylinders, p für den in dem Zylinder herrschenden Druck und φ für den Winkel zwischen Kurbelwelle und Mittelachse des Zylinders steht.
Es muss zusätzlich angegeben werden, ob der pmi über ein gesamtes Arbeitsspiel oder nur über eine entsprechende Hochdruck- bzw. Niederdruckschleife berechnet wird. Für eine pmi-Berechnung ist ein Brennraumdrucksensor pro Zylin- der notwendig. Falls kein Brennraumdrucksensor verbaut ist, kann, wie erfindungsgemäß auch vorgeschlagen, ein drehzahlbasiertes Merkmal ersatzweise verwendet werden.
Hierfür sind verschiedene Ansätze denkbar. Verwendet werden könnten beispielsweise verschiedene Zahnzeiten oder Segmentzeiten, welche unmittelbar proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle sind, aber auch Winkelgeschwindigkeitsänderungen und Winkelbeschleunigungen oder Änderungen der Winkelbeschleunigung, bekannt als Laufunruhe. Diese Drehsignalwerte können dann als Eingangsgrößen für eine Berechnung gesehen werden, aus der als Ausgangsgröße das drehzahlbasierte Merkmal zur Bestimmung des Drehmomentes folgt In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kommt das bereits voranstehend erwähnte MWF (mechanical work feature) zum Einsatz. Dieses berechnet sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem Verlauf von Rotationsenergien der Kurbelwelle:
MWF =
(2)
Dabei beschreibt y°KWnZOT den Wert y des Winkels um den sich die Kurbelwelle (KW) im Vergleich zu ihrem Stand, an dem sich ein entsprechender Kolben im zentralen oberen Totpunkt (ZOT) befindet, weitergedreht hat. Analog hierzu beschreibt x°KWvZOT den Wert des Winkels vor dieser Position. Verglichen wird durch MWF der Energieunterschied zwischen einem Zustand des entsprechenden Kurbelwellen-Systems vor der Zündung und einem Zustand des Kurbelwellen-Systems nach der Zündung. Folglich ist MWF ein mit geringem Rechenaufwand bestimmbares Merkmal für eine abgegebene Arbeit aufgrund einer Verbrennung in dem Verbrennungsmotor.
Bei der Berechnung können auch aus einem engen Bereich um die jeweilige Winkelstellung mehrere Werte der Drehzahl ermittelt und daraus ein Mittelwert gebildet werden, um zum Beispiel einen weniger rauschbehafteten Wert für die Drehzahl zu erhalten. Es ist weiterhin denkbar, aus mehreren Bereichen vor und nach der Verbrennung, Werte in der oben beschriebenen Art und Weise für die Drehzahl zu ermitteln und sie paarweise angeordnet zu Winkeln vor und nach der Verbrennung, oder zusammengefasst zu einem Wert vor und einem Wert nach der Verbrennung, zur Differenzbildung im MWF heranzuziehen.
Wie Figur 1 zu entnehmen ist, korreliert MWF sehr gut mit pmi, so dass MWF als Ersatzmerkmal verwendet werden kann. Für den speziellen Fall eines Verbrennungsmotors mit einem Zylinder, in dem es im Gegensatz zu mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren zu keiner Überlappung zwischen Verbrennungen kommen kann, wird erfindungsgemäß die Berechnung des Merkmals auf einen Winkelbereich der Kurbelwelle inklusive einer entsprechenden Kompressionsphase ausgeweitet. Als Merkmal kann somit bspw. die Energiedifferenz zwischen einem Zustand des Kurbelwellen-Systems im Bereich der Kompressionsphase bspw. zu Beginn derselben und einem Zustand im Bereich der Verbrennung verwendet werden.
Es ist anzumerken, dass das Verfahren auch in gleicher Weise für 2-Zylinder- Verbrennungsmotoren mit symmetrischem Zündabstand verwendet werden kann. Für unsymmetrische Zündabstände sind die Winkelbereiche für minimale Überlagerungen der beiden Zylinder entsprechend zu wählen. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren bei allen Verbrennungsmotoren einsetzbar, für 1 - und/oder 2-Zylinder-Motoren eignet es sich in besonderem Maße.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verbrennungsluftvehältnis aus einer Änderung des Merkmals MWF in Abhängigkeit der dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff menge ermittelt.
Das Merkmal MWF korreliert mit pmi, wie voranstehend erläutert und ändert sich analog zu pmi nur in bestimmten Lambda-Bereichen, abhängig vom sogenannten Lambda-Wirkungsgrad. Sobald ein Kraftstoffgemisch zu fett ist, wird der Kraftstoff nicht mehr vollständig während der Verbrennung im Verbrennungsmotor umgesetzt und pmi bzw. MWF ändern sich nicht mehr. Eine dadurch entstehende Wirkungsgradgrenze wird erfindungsgemäß über eine schrittweise Variation einer Einspritzmenge an Kraftstoff und einer jeweiligen Betrachtung des Merkmals MWF bestimmt. Somit kann Lambda bestimmt werden, was wiederum bedeutet, dass ein in der Regel bislang vorgesehener Lambda-Sensor entfallen kann. Selbst wenn ein Lambda-Sensor nicht entfällt, sondern nach wie vor verbaut wird, so dient doch eine Abschätzung von Lambda gemäß dem erfindungs- gemäßen Verfahren zu einer Diagnose des Lambda-Sensors bzw. einer Unterstützung von Messungen des Lambda-Sensors.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die neben einer Änderung des Merkmals in Abhängigkeit der dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff menge auch eine Verbrennungslage der Verbrennung betrachtet wird. Die Verbrennungslage der Verbrennung wird hierbei auch mit Hilfe des Merkmals ermittelt, wobei das Merkmal hierbei für Werte der Drehzahl mit Beginn einer Kompression bis zum Abschluss der Verbrennung in dem mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors berechnet wird, wobei die Berechnung dabei Symmetrieeigenschaften eines entsprechenden Kompressionsmoments ausnutzt. Unter Hinzuziehung einer derart errechneten Verbrennungslage aus der Drehzahl ist es möglich, mit einer möglichst geringen Anzahl von Variationen der Kraftstoffmenge eine Aussage hinsichtlich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bzw. hinsichtlich Lambda treffen zu können. Es ist deshalb vorteilhaft, zur Bestimmung von Lambda auch die Verbrennungslage heranzuziehen, da ein Zündverzug bzw. der damit einhergehende Zündwinkel unter anderem auch von Lambda abhängig ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Bestimmung bzw. Schätzung von Lambda unter Variation einer Kraftstoffmenge das Merkmal MWF als auch eine Änderung der Verbrennungslage betrachtet. Bei einer vorgegebenen Variation einer Last wird dann bei Auswertung der genannten Größen auf ein Lambda geschlossen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die schrittweise Variation der dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge voreingestellt und kontrolliert durchgeführt. Das heißt, dass die Variation der Last aktiv vorgegeben wird. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass eine vom Fahrer des Kraftfahrzeugs aktuell angegebene Variation verwendet wird, wobei dann Änderungen im Winkel rechnerisch kompensiert werden müssen.
Um eine Regelung von Lambda basierend auf der Drehzahl vornehmen zu können, wird weiterhin vorgeschlagen, anhand der voranstehend beschriebenen Merkmale MWF und der Verbrennungslage eine Einspritzung derart zu verändern, dass dadurch eine Lambda-Regelung erreicht wird. Dabei wird eine Ände- rung einer einzuspritzenden Kraftstoff menge so vorgenommen, dass eine genügend große Anregung vorhanden ist, um aus vergangenen Verbrennungen und daraus abgeleiteten Drehzahlmerkmalen eine Lambda-Schätzung zu erreichen.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl über Zahnzeiten eines entsprechend vorgesehenen Drehzahlgebers bestimmt. Dabei ist es vorteilhaft, vor einer Verarbeitung der Drehzahl, bzw. eines entsprechenden Drehzahlsignals durch den Drehzahlgeber entstehende Signalstörungen mit einem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu kompensieren.
Wie bereits erwähnt, ist es auch denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren für 2-Zylinder-Verbrennungsmotoren anzuhängen. Bei 2-Zylinder- Verbrennungsmotoren mit symmetrischem Zündabstand kann das erfindungsgemäße Verfahren den gesamten Winkelbereich von Beginn der Kompressionsphase bis nach Ende der Verbrennung angewendet werden. Für unsymmetrische Zündabstände sind die Winkelbereiche, d. h. der Bereich von Beginn der Kompressionsphase bis zum Ende der Verbrennung gegebenenfalls dahingehend einzuschränken, eine minimale Überlagerung der beiden Zylinder zu erhalten und somit eine möglichst geringe gegenseitige Beeinflussung der Zylinder zu haben.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur Schätzung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für eine Verbrennung in einem Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zylinder. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst Mittel, die dazu konfiguriert, eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu bestimmen und Mittel, die mit den erstgenannten Mitteln in kommunikativer Verbindung stehen und dazu konfiguriert sind, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus einem Merkmal herzuleiten, das auf einer Auswertung der Drehzahl basiert, wobei das Merkmal aus mindestens einem Wert der Drehzahl aus mindestens einem Bereich einer Kompressionsphase und mindestens einem Wert der Drehzahl aus mindestens einem Bereich einer Verbrennungsphase des mindestens einen Zylinders des Verbrennungsmotors berechnet wird. Die Berechnung des Merkmals wird dabei unter einer schrittweisen Variation eines dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs wiederholt durchgeführt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Weitere Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in einem Graphen eine Korrelation zwischen einer Einspritzmenge von Kraftstoff in einen Injektor eines Zylinders eines Verbrennungsmotors und den Größen MWF bzw. pmi.
Figur 2 zeigt in einem Graphen einen Drehzahlverlauf für einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder während eines Arbeitsspiels.
Figur 3 zeigt in einem Graphen das Merkmal MWF in Abhängigkeit einer eingespritzten Kraftstoffmenge.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
In Figur 1 ist in einem Graphen eine Korrelation einer Einspritzmenge zu den Größen MWF und pmi dargestellt. Dabei sind an einer Ordinate 10 Werte für MWF (12) und pmi (14) über eine Menge kmaz [mg/WC] an einer Abszisse 16 aufgetragen.
Diesem Graphen ist zu entnehmen, dass die in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors eingespritzte Kraftstoff menge, insbesondere unter bestimmten Be- triebsbedingungen, wie magere Verbrennung, damit die Menge sicher vollständig umgesetzt wird, direkt mit dem pmi 14 (indicated mean effected pressure, indizierter Mitteldruck) bzw. MWF 12 (mechanical work feature, drehzahlbasiertes Merkmal für mechanische Arbeit) des jeweiligen Zylinders korreliert.
Dabei ist pmi der allgemein bekannte indizierte Mitteldruck, der ein Maß für eine von einem jeweiligen Zylinder geleistete Arbeit bezogen auf ein entsprechendes Hubvolumen darstellt. Dieser wird wie folgt definiert:
1 r
pmi =—\ p{(p)dV{(p) (1 ) h wobei V h für das Hubvolumen eines Zylinders steht. Es muss zusätzlich angegeben werden, ob der pmi über ein gesamtes Arbeitsspiel oder nur über eine Hochdruck- bzw. Niederdruckschleife berechnet wird. Für die pmi-Berechnung ist ein Brennraumdrucksensor pro Zylinder notwendig. Falls kein Brennraumdruck- sensor verbaut ist, kann das oben bereits beschriebene drehzahlbasierte Merkmal MWF verwendet werden.
Hierzu sind verschiedene Ansätze denkbar, bspw. könnten verschiedene Zahnzeiten oder Segmentzeiten verwendet werden, aber auch Winkelgeschwindigkeitsänderungen und Winkelbeschleunigungen oder Änderungen der Winkelbeschleunigung, bekannt als Laufunruhe. Das hier in Figur 1 dargestellte Merkmal MWF berechnet sich wie folgt:
Verglichen wird hier ein Energieunterschied vor und nach einer jeweiligen Verbrennung in dem Verbrennungsmotor, wobei hier eine Winkeleinstellung von 96° KWnZOT und eine Winkelstellung \m TDC (top dead center) betrachtet wird. Wie bereits eingangs erwähnt ist MWF ein mit geringem Rechenaufwand bestimmbares Merkmal für die abgegebene Arbeit aufgrund der Verbrennung. Wie Figur 1 zu entnehmen ist, korreliert MWF sehr gut mit pmi, so dass es als Ersatzmerkmal verwendet werden kann. Wie bereits eingangs erwähnt, wurde in Erweiterung zur voranstehend genannten Formel 3 das Merkmal MWF leicht modifiziert und entspricht nun allgemein der Differenz von Rotationsenergien E rot der Kurbelwelle zu verschieden Winkelständen vor und nach einer Winkelstellung, zu der der entsprechende Kolben sich im ZOT befindet:
MWF = E rot y°KWnZOT - ^F rot °KWvZOT ^
Figur 2 zeigt einen prinzipiellen Verlauf 25 einer Drehzahl eines 1 -Zylinder- Motors über ein Arbeitsspiel. Ein Arbeitsspiel entspricht dabei einem Winkelbereich 21 von insgesamt 720°KW (KW: Kurbelwelle). Auf einer Abszisse 20 sind Winkelwerte der Kurbelwelle KW aufgetragen. Auf einer Ordinate 22 ist die Geschwindigkeit der Kurbelwelle in der Einheit [rpm] aufgetragen. Die Geschwindigkeit der Kurbelwelle entspricht der Drehzahl der Kurbelwelle. Eine gestrichelte Linie 23 zeigt eine mittlere Drehzahl an.
Gezeigt sind hier verschiedene Phasen, welche von der Kurbelwelle während eines Arbeitsspiels durchlaufen werden. Phase 1 bezeichnet hier Kompression, Phase 2 Verbrennung, Phase 3 Ausstoß, Phase 4 Ansaugen, gefolgt wiederum von einer Wiederholung der Phase 1 , nämlich der Kompression. Auf der Abszisse 20 sind die Winkeleinstellungen in °KW aufgetragen, wobei eine Einheit auf der Abszisse 20 einem Intervall von 180° entspricht, beginnend mit -180°. Dies ist bezogen auf eine Winkelstellung der Kurbelwelle, die als 0° gewählt wird, wenn sich der betrachtete Kolben im oberen Totpunkt zu Beginn von Phase 2 Verbrennung befindet.
Bei einem vierzylindrigen Motor wären in einem Arbeitsspiel, entsprechend 720°KW vier Beschleunigungen zu sehen, während, wie in Figur 2 dargestellt, bei einem 1 -Zylinder-Motor nur eine Beschleunigung erkennbar ist, nämlich in Phase 2, im Bereich zwischen 0°KW und 180°KW, in welchem die Drehzahl von einem Minimum 24 zu einem Maximum 26 innerhalb eines Arbeitsspiels 21 stark ansteigt. Aufgrund dieser Tatsache kann bei einem einzylindrigen Motor zur Berechnung des Merkmals MWF bzw. zu der darin zum Ausdruck gebrachten Energiedifferenz zusätzlich zur Phase Verbrennung (Combustion) entsprechend Phase 2 auch die Phase Verdichtung (Compression) entsprechend Phase 1 aus- gewertet werden. Das in oben genannter Formel 3 beschriebene Merkmal MWF betrachtet allerdings nur die Verbrennung.
Demgegenüber kann nunmehr, wie in Formel 2 dargelegt, im Fall eines einzylindrigen Verbrennungsmotors, in dem es keine Überlappung zwischen den
Verbrennungen wie bei mehrzylindrigen Motoren gibt, die Berechnung des Merkmals auf dem Winkelbereich inklusive der Kompressionsphase 1 ausgeweitet werden. Als Merkmal wird somit die Energiedifferenz zwischen einem Zustand des Kurbelwellen-Systems in der Kompressionsphase (x°KWvZOT) und einem Zustand des Kurbelwellen-Systems in der Verbrennungsphase (y°KWnZOT) verwendet, wobei ein erster Wert der Drehzahl bei einer ersten Winkelstelle der Kurbelwelle und ein zweiter Wert der Drehzahl bei einer zweiten Winkelstellung der Kurbelwelle verwendet wird.
Wie voranstehend bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise auch für einen Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern erfolgen, wenn ein symmetrischer Zündabstand vorliegt. Für unsymmetrische Zündabstände bei einem Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern sind demgegenüber die zur Berechnung des Merkmals verwendeten Winkelbereiche für eine minimale Überlagerung der beiden Zylinder entsprechend zu wählen bzw. einzuschränken.
Figur 3 zeigt eine Änderung des zuvor eingeführten Merkmals MWF in Abhängigkeit von einer in einen Injektor eines Zylinders eines entsprechenden Verbrennungsmotors eingeführten Kraftstoff menge. Auf der Abszisse 30 ist dabei die Kraftstoffmenge q in der Einheit [mg] aufgetragen. Auf der Abszisse 32 ist demgegenüber das Merkmal MWF aufgetragen. Der Verlauf 33 zeigt die Änderung des Merkmals MWF in Abhängigkeit von der zu geführten Kraftstoffmenge q. Bei einer eingeführten Kraftstoffmenge 34 beträgt das Merkmal MWF in der hier dargestellten Kurve 33 ein Minimum 35. Das Merkmal MWF steigt bis zu einer Kraftstoffmenge 36 an und hat dabei einen Wert 37. Ab diesem Bereich ändert sich das Merkmal MWF bis zu einer Kraftstoffmenge 38 im Wesentlichen nicht und lässt sich gut durch eine Gerade parallel zur Abszisse 30 annähern. Die hier gezeigten Schwankungen sind Schwankungen bei Bestimmung der dem Merkmal MWF zugrundliegenden Drehzahlen verschuldet und liegen im zulässigen Toleranzbereich. Das Merkmal MWF wurde hierbei für eine jeweilige Kraftstoffmenge jeweils mit zwei Werten der Drehzahl bestimmt, wobei eine Winkelstellung der Kurbelwelle von 96° KWnZOT und eine weitere Winkelstellung der Kurbelwelle im ZOT verwendet wurde. Das heißt, eine Berechnung des Merkmals MWF erfolgte bei Figur 3 nach der Formel 3.