DE10064651A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Gasfüllung von Zylindern einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Gasfüllung von Zylindern einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Gasfüllung einer Mehrzahl von Zylindern bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung, in dem ein Erfassungssignal eines Füllungssensors mit einer Abtastrate abgetastet wird. Ferner wird ein Erfassungsintervall für einen Zylinder bestimmt. Innerhalb dieses Erfassungsintervalls werden die Abtastwerte zur Ermittlung einer Abtastwertsumme aufaddiert. Ferner wird eine Anzahl von Abtastwerten, die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls sind, zur Ermittlung eines ersten Zählwerts gezählt. Die in den ersten Zylinder gefüllte Luftmasse wird dann mittels Bildung eines Quotienten aus der Abtastwertsumme und dem Zählwert ermittelt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Gasfül
lung einer Mehrzahl von Zylindern bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventils
teuerung.
Herkömmliche Brennkraftmaschinen weisen eine oder mehrere Nockenwellen zum
Steuern der Motorventile mit einer vorgegebenen Hubkurve auf. Durch die Auslegung
der Nockenwelle wird die Hubkurve von Ventilstellern der Motorventile festgelegt. Ei
ne festgelegte Hubkurve lässt jedoch keinen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschi
ne in jedem Betriebszustand zu, da im Allgemeinen unterschiedliche Brennkraftma
schinenbetriebszustände unterschiedliche Hubkurven erfordern.
Aufgrund der festen Hubkurve ist eine Steuerung eines Gasaustausches, d. h. eines
Gaseinfüllens in einen Zylinder und eines Gasauslassens in einer herkömmlichen
Brennkraftmaschine mit nockenbetätigten Ventilen nur begrenzt möglich und kann
nicht für alle Betriebszustände optimiert werden. Eine Gasfüllung bezeichnet die
Füllung eines Brennraums des Zylinders mit Luft, zugesetztem Kraftstoff und, je nach
Betriebszustand und der Art der Brennkraftmaschine, ein zurückgeführtes Abgas der
Verbrennung.
Die Steuerung des Gasaustausches (der auch als Ladungswechsel bezeichnet wird)
in einer nockenlosen Brennkraftmaschine unterscheidet sich hiervon grundsätzlich. In
einer Brennkraftmaschine mit einem elektrohydraulischen nockenlosen Ventilantrieb
sind die Motorventilvorgänge flexibel. Die Mengen der Ansaugluft und des Restgases
in jedem Zylinder können durch Variieren des Zeitpunktes des Öffnens und/oder
Schliessens der Einlass- und Auslassventile gesteuert werden. Während ein elektrohydraulischer
nockenloser Ventilantrieb mehr Flexibilität bietet, bestehen andererseits
Nachteile, welche bei Anordnungen mit mechanischen Nockenwellen nicht auftreten.
Bei Systemen mit voll variabler Ventilsteuerung weist die Hubkurve von den Ventil
stellern von Steller zu Steller gewisse Toleranzen auf. Diese Abweichungen der Hub
kurven haben ihre Ursache in Toleranzen von mechanischen, hydraulischen, magne
tischen oder elektrischen Komponenten der Ventilsteller. Ferner verändern sich die
Hubkurven durch unterschiedliche Abnutzung über die Zeit in ungleicher Art und Wei
se.
Unterschiedliche Hubkurven erzeugen jedoch Füllungsunterschiede zwischen den
einzelnen Zylindern. Das führt zu einem verschlechterten Rundlaufverhalten der
Brennkraftmaschine, einer erhöhten Geräuschemission, einem erhöhten Kraftstoffver
brauch und zu einer stärkeren Belastung der bewegten Teile der Brennkraftmaschine
was zu einem grösseren Verschleiss führt.
Die DE 195 11 320 C2 schlägt die Bildung von zylinderindividuellen Korrekturwerten
zur Magnetventilansteuerung eines elektrohydraulischen Ventilstellers vor. Die
Frischgas- und Restgasfüllung wird aus einer zylinderindividuell gemessenen Frisch
luft, und einem zylinderindividuell gemessenen Brennraumdruck, sowie einer Tempe
ratur ermittelt und mit vorbestimmten Sollwerten verglichen. Durch geeignete Bestim
mung der Korrekturwerte wird somit ein Ausgleich unterschiedlicher Hubkurven er
reicht.
Die DE 195 11 320 C2 schlägt zur Messung dieser Grössen vor, einen einzelnen
Luftmassenstromsensor in dem Ansaugstrom und/oder einen einzelnen Sauerstoff
sensor in dem Abgasstrom zu verwenden, der auf einer zeitauflösenden Basis betrie
ben wird. Mit der erfassten Luftmenge kann dann der Restgasanteil durch Verrech
nung mit einem zylinderindividuell gemessenen Brennraumdruck bei einer spezi
fischen Kolbenbezugsstellung und der Temperatur ermittelt werden.
In der in der DE 195 11 320 C2 offenbarten Einrichtung ist es jedoch erforderlich, die
oben angegebenen Messgrössen zylinderindividuell zu ermitteln. Es ist also erforder
lich, zumindest einen Brennraumdrucksensor pro Zylinder anzuordnen. Dies ist sehr
aufwendig, da ein Drucksensor mit Zugang zum Brennraum des Zylinders angeordnet
werden muss. Darüber hinaus sind die gebräuchlichen Drucksensoren temperatur
anfällig und geben bei wechselnden Temperaturen ungenaue Messwerte aus.
Die DE 42 36 008 A1 offenbart eine zylinderindividuelle Lambdaregelung für ein Sys
tem mit variabler Ventilsteuerung. Dort wird eine Lambdasonde indirekt als Füllungs
sensor verwendet, indem mit Hilfe der Einspritzmenge die Frischluftfüllung des Zylin
ders zurückberechnet wird. Diese Einrichtung liefert jedoch ungenaue Berechnungs
werte für die Frischluftfüllung, da bei der Berechnung aufgrund der notwendigen
schnellen Berechnung viele Einflussfaktoren, wie beispielsweise eine Temperatur der
Brennkraftmaschine, ein Lastzustand der Brennkraftmaschine, ein Brennraumdruck
und eine Umgebungstemperatur ungenügend berücksichtigt werden können. Darüber
hinaus setzt diese Einrichtung Einspritzventile mit einer sehr geringen Toleranz vor
aus, um überhaupt brauchbare Ergebnisse für die Frischluftfüllung berechnen zu kön
nen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Steuerung einer Gasfüllung einer Mehrzahl von Zylindern bei einer Brennkraftmaschi
ne mit variabler Ventilsteuerung anzugeben, die einfach und genau sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 bzw. im Pa
tentanspruch 12 aufgeführten Merkmale gelöst.
In dem Verfahren zur Steuerung einer Gasfüllung einer Mehrzahl von Zylindern bei
einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung wird eine Vielzahl von Abtast
werten eines Erfassungssignals eines Füllungssensors mittels Abtasten des Erfas
sungssignals mit einer Abtastrate ermittelt. Ferner wird ein erstes Erfassungsintervall
für einen ersten Zylinder bestimmt. Im folgenden werden diejenigen Abtastwerte, die
innerhalb des ersten Erfassungsintervalls für den ersten Zylinder liegen, aufsummiert.
Diese Summe wird als erste Abtastwertsumme bezeichnet. Ferner wird die Anzahl
von Abtastwerten gezählt, die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls sind. Dies
ergibt einen ersten Zählwert. Eine in den ersten Zylinder gefüllte erste Luftmasse wird
dann mittels Bildung eines Quotienten aus der ersten Abtastsumme und dem ersten
Zählwert ermittelt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die in den
ersten Zylinder gefüllte erste Luftmasse auf einfache Art und Weise, basierend auf
einem Erfassungssignal ermittelt wird. Dieses Erfassungssignal ist das Ausgangs
signal eines Füllungssensors. Vorzugsweise ist es in dem erfindungsgemässen Ver
fahren nicht erforderlich, über das Erfassungssignal des Füllungssensors hinaus wei
tere Messgrössen, wie beispielsweise einen Brennraumdruck oder eine Temperatur,
zu erfassen. Ferner liefert das erfindungsgemässe Verfahren auch dann eine genaue
Gasfüllung, d. h. die in den ersten Zylinder gefüllte erste Luftmasse, wenn ungenaue
Einspritzventile mit grossen Toleranzen verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Erfassungsintervall
variabel.
Vorteilhaft kann durch die Veränderung des ersten Erfassungsintervalls eine Auswahl
getroffen werden, ob beispielsweise das Erfassungssignal eines Füllungssensors
beim Öffnen des Ventils ausgewertet wird, oder beim Schliessen des Ventils. Damit
ist es möglich zu erfassen, ob das Ventil oder der Ventilsteller mehr Abweichungen
oder Toleranzen beim Öffnen oder beim Schliessen aufweisen und ob das Ventil oder
der Ventilsteller einen Defekt aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein zweites Erfas
sungsintervall für einen zweiten Zylinder von der Mehrzahl von Zylindern der Brenn
kraftmaschine bestimmt. Dann werden die Abtastwerte, die innerhalb des zweiten
Erfassungsintervalls liegen, zur Ermittlung einer zweiten Abtastwertsumme aufsummiert.
Ferner wird die Anzahl von Abtastwerten gezählt, die innerhalb des zweiten
Erfassungsintervalls sind. Der Zählwert wird als der zweite Zählwert bezeichnet.
Dann wird mittels Bildung eines Quotienten aus der zweiten Abtastwertsumme und
dem zweiten Zählwert eine in den zweiten Zylinder gefüllte Luftmasse ermittelt. Im
folgenden wird dann ein Gasfüllungsunterschied zwischen dem ersten und dem zwei
ten Zylinder ermittelt, indem die erste in den ersten Zylinder gefüllte Luftmasse und
die zweite in den zweiten Zylinder gefüllte Luftmasse miteinander verglichen werden.
Dann werden ein erster Gaswechselsteller zur Betätigung des Einlassventils des ers
ten Zylinders und ein zweiter Gaswechselsteller zur Betätigung des zweiten Einlass
ventils des zweiten Zylinder auf der Grundlage dieses Gasfüllungsunterschieds ge
steuert.
Vorteilhaft ermöglicht diese Ausgestaltung der Erfindung ein Steuern der beiden Gas
wechselsteller des ersten und des zweiten Zylinders auf der Grundlage der tatsäch
lichen Abweichungen der beiden Gaswechselsteller, nämlich auf der Grundlage des
Gasfüllungsunterschieds. Damit kann zur Verbesserung der Rundlaufeigenschaften
der Gasfüllungsunterschied minimiert werden.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Abtasteinrichtung zum Er
mitteln von Abtastwerten eines Erfassungssignals eines Füllungssensors mittels Ab
tasten des Erfassungssignals mit einer Abtastrate, eine erste Bestimmungseinrich
tung zum Bestimmen eines ersten Erfassungsintervalls für einen ersten Zylinder von
der Mehrzahl von Zylindern, einen ersten Summierer zum Aufsummieren von Abtast
werten, die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls für den ersten Zylinder sind, zur
Ermittlung einer ersten Abtastwertsumme, einen ersten Zähler zum Zählen einer An
zahl von Abtastwerten, die innerhalb des ersten Abtastintervalls sind, zur Ermittlung
eines ersten Zählwertes und einen ersten Dividierer, zur Ermittlung einer in den ers
ten Zylinder gefüllten ersten Luftmasse mittels Bildung eines Quotienten aus der ers
ten Abtastsumme und dem ersten Zählwert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass lediglich
ein Füllungssensor erforderlich ist, um eine erste Luftmasse zu ermitteln die in den
ersten Zylinder eingefüllt wurde. In anderen Worten wird lediglich ein Erfassungssig
nal eines Sensors abgetastet und auf der Grundlage dieses Signals die erste Luft
masse ermittelt. Vorteilhaft weist damit die erfindungsgemässe Vorrichtung einen ein
fach Aufbau auf, der sich kostengünstig herstellen lässt. Da überdies nur ein
Füllungssensor vorgesehen ist, ist es nicht erforderlich, Abweichungen zwischen ei
ner Vielzahl von Füllungssensoren zu berücksichtigen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Erfassungsintervall
variabel.
Damit lässt sich ein "Erfassungsfenster" dergestalt bilden, dass beispielsweise nur
ein Öffnen oder Schliessen des Ventils betrachtet wird und somit überprüft werden
kann, ob Toleranzen des Ventils oder des Gaswechselstellers beim Öffnen oder beim
Schliessen des Ventils besonders gross oder besonders klein sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung umfasst ferner eine Abtastra
tenbestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Abtastrate, eine zweite Bestim
mungseinrichtung zum Bestimmen eines zweiten Erfassungsintervalls für einen zwei
ten Zylinder von der Mehrzahl von Zylindern, einen zweiten Summierer zum Aufsum
mieren von Abtastwerten die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls liegen, zur
Ermittlung einer zweiten Abtastwertsumme, einen zweiten Zähler zum Zählen einer
Anzahl von Abtastwerten die innerhalb des zweiten Erfassungsintervalls sind, zur Er
mittlung eines zweiten Zählwertes, einen zweiten Dividierer zur Ermittlung einer in
den zweiten Zylinder gefüllten zweiten Luftmasse mittels Bildung eines Quotienten
aus der zweiten Abtastsumme und dem zweiten Zählwert, einen ersten Vergleicher
zum Ermitteln eines Gasfüllungsunterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten
Zylinder mittels Vergleich der ersten Luftmasse mit der zweiten Luftmasse und eine
Steuereinrichtung zum Steuern eines ersten Gaswechselstellers des ersten Zylinders
und eines zweiten Gaswechselstellers des zweiten Zylinders auf der Grundlage des
Gasfüllungsunterschieds.
Vorteilhaft ermöglicht diese Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Ansteuern
der beiden Gaswechselsteller auf der Grundlage des Gasfüllungsunterschieds zwi
schen den beiden Zylindern, so dass Gasfüllungsunterschiede ausgeglichen werden
können. Die ermöglicht einen guten Rundlauf der Brennkraftmaschine. Ferner ist da
mit eine Verringerung der Geräusch- und Schadstoffemission erzielbar, sowie eine
Verringerung des Kraftstoffverbrauches. Somit kann eine Frischgas und Restgasfül
lung die von Zylinder zu Zylinder streut durch zylinderindividuelle Ansteuerung der
Gaswechselsteller kompensiert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug
nahme auf die begleitenden Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine
mit voll variablem Ventiltrieb;
Fig. 2 zeigt einen Gaswechselsteller;
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der
Funktionsweise der Vorrichtung von Fig. 5 zeigt;
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das den Schritt S3 von Fig. 6 in
grösserem Detail zeigt;
Fig. 8 zeigt einen Massenstromverlauf, eine Ventilhebungskurve und
einen Saugrohrdruckverlauf einer Brennkraftmaschine bei
1200/min und Saugrohrdruck = 0,95 × Umgebungsdruck; und
Fig. 9 zeigt einen Massenstromverlauf, eine Ventilhebungskurve und
einen Saugrohrdruck bei 1200/min und einem Saugrohrdruck =
0,5 × Umgebungsdruck.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschi
ne 1 mit einem vollvariablen Ventiltrieb. Bei einem vollvariablen Ventiltrieb ist eine
Phase und Hub des entsprechenden Ventils veränderbar. Die Bezugsziffer 2 bezeich
net einen Kolben eines Zylinders, der über eine Pleuelstange 3 mit einer schematisch
dargestellten Kurbelwelle 4 verbunden ist. Der Kolben 2 begrenzt einen Brennraum
des Zylinders. An der Kurbelwelle 4 ist ein Kurbelwinkelsensor 6 angeordnet, der ei
nen Kurbelwinkel erfasst.
In dem Brennraum des Zylinders ist eine Zündkerze 5 angeordnet. Der Brennraum
des Zylinders kann über ein Einlassventil 7 mit Gas befüllt werden und über ein Aus
lassventil 8 entleert werden.
Das Einlassventil 7 und das Auslassventil 8 werden durch einen Gaswechselsteller 9
für das Einlassventil 7 und einen Gaswechselsteller 10 für das Auslassventil geöffnet
oder geschlossen.
Die Bezugsziffer 11 bezeichnet eine Hydraulikdruckkammer, die mit den Gaswechsel
stellern 9 und 10 über Hydraulikverbindungen verbunden ist. Eine in der Hydraulik
kammer 11 unter Druck gesetzte Hydraulikflüssigkeit wird durch die Hydraulikverbin
dungen an die Gaswechselsteller 9 und 10 angelegt.
Die Bezugsziffer 12 bezeichnet ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in
ein Saugrohr 13 der Brennkraftmaschine 1. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen
Saugrohrdrucksensor und die Bezugsziffer 15 bezeichnet einen Heiss-Film-Luftmas
sensensor. Der Heiss-Film-Luftmassensensor 15 ist in dem Saugrohr 13 der Brenn
kraftmaschine 1 in Luftflussrichtung vor einer Drosselklappe 18 angeordnet. Die Dros
selklappe 18 ist in dem Saugrohr 13 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet um einen
Luftfluss in dem Saugrohr zu steuern. Die Luftflussrichtung in dem Saugrohr 13 der
Brennkraftmaschine geht von dem Heiss-Film-Luftmassensensor an der Drosselklap
pe 18 vorbei, an dem Saugrohrdrucksensor 14, der in einer Wand des Saugrohrs 13
angeordnet ist, vorbei und an dem Einspritzventil 12 vorbei, das Kraftstoff in das
Saugrohr 13 einspritzt. Das mit Kraftstoff versetzte Gasgemisch wird dann durch das
Einlassventil 7 in den Brennraum der Brennkraftmaschine 1 eingelassen, verdichtet,
mittels der Zündkerze 5 gezündet und dann durch eine Aufwärtsbewegung des Kol
bens 2 durch das Auslassventil 8, das zu diesem Zweck geöffnet wird, ausgelassen.
Der Auslassluftstrom oder Auspuffluftstrom wird dann an einer Lambdasonde 19 vor
bei in einen Auspuff (nicht dargestellt) abgeführt.
Die Bezugsziffer 16 bezeichnet ein Steuergerät, das als Eingänge die Ausgangssig
nale des Kurbelwinkelsensors 6, der Lambdasonde 19, des Heiss-Film-Luftmassen
sensors 15 und des Saugrohrdrucksensors 14 aufweist. Das Motorsteuergerät 16 ist
über einen Bus 17, beispielsweise einen Can-Bus, mit einer Gaswechselsteuerein
richtung 20 verbunden.
Das Steuergerät 16 weist eine Mikroprozessoreinrichtung (nicht dargestellt) auf und
ermittelt aus den oben aufgezählten Eingangsgrössen Ansteuersignale für die Dros
selklappe 18, das Einspritzventil 12 und die Zündkerze 5.
Die Gaswechselsteuereinrichtung 20 weist als Eingangsgrössen die Ausgangssignale
des Kurbelwinkelsensors 6, des Heiss-Film-Luftmassensensors 15 und des Saug
rohrdrucksensors 14 auf. Als Ausgangssignale gibt die Gaswechselsteuereinrichtung
20 Ansteuersignale für den Gaswechselsteller 9 für das Einlassventil 7 und für den
Gaswechselsteller 10 für das Auslassventil 8 aus. Ferner ist die Gaswechselsteuer
einrichtung 20 über den Bus 17 mit dem Steuergerät 16 verbunden. Über diesen Bus
17 tauschen das Steuergerät 16 und die Gaswechselsteuereinrichtung 20 Signale
aus, um beispielsweise eine Ansteuerung des Gaswechselstellers 9 für das Einlass
ventil 7 und eine Ansteuerung des Gaswechselstellers 10 für das Auslassventil 8 mit
einer Zündung der Zündkerze 5 zu synchronisieren.
Obwohl in Fig. 1 eine Drosselklappe 18 in dem Saugrohr 13 vorgesehen ist, ist die
vorliegende Erfindung nicht auf eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Drosselklappe
18 beschränkt. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine nichtaufgeladene
Brennkraftmaschine 1 mit Saugrohrspritzung, wie in Fig. 1 gezeigt ist, beschränkt,
sondern ist auch uneingeschränkt auf eine Brennkraftmaschine 1 mit Direkteinsprit
zung oder Turboaufladung anwendbar.
Im folgenden wird nun mit Verweis auf Fig. 2 eine Funktionsweise der Gaswechsel
steller 9 und 10 anhand des Gaswechselstellers 9 für das Einlassventil 7 beschrie
ben. Obwohl in Fig. 2 als Beispiel einer variablen Ventilsteuerung ein elektrohydrau
lischer vollvariabler Ventiltrieb dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht da
rauf beschränkt, sondern ist in gleicher Weise auch auf beispielsweise Piezosysteme
anwendbar. Ferner ist die Erfindung auf elektromagnetische Ventilsteuerungen an
wendbar, elektrohydraulische Ventilsteuerungen und mechanische Steuerungen wie
beispielsweise Vanos in Verbindung mit einem Variable Valve Train (VVT), d. h. ei
nem vollvariablen Ventiltrieb mit Nockenwelle.
Die Bezugziffer 22 bezeichnet ein erstes Magnetventil. Das erste Magnetventil 22 ist
in einer Hydraulikverbindung 21a zwischen der Hydraulikdruckkammer 11, die bei
spielsweise als Common Rail ausgestaltet ist, und einer ersten Kammer 23a in einer
Betätigungseinrichtung 24 angeordnet. In der Betätigungseinrichtung 24 ist ein Ventil
fuss des Einlassventils 7 angeordnet. Der Ventilfuss ist in der Betätigungseinrichtung
24 versetzbar angeordnet. Der Ventilfuss trennt die erste Kammer 23a von einer
zweiten Kammer 23b in der Betätigungseinrichtung 24.
Zwischen der zweiten Kammer 23b in der Betätigungseinrichtung 24 und der Hydrau
likdruckkammer 11 ist eine zweite Hydraulikverbindung 21b vorgesehen. Die erste
Kammer 23a ist ferner über ein zweites Magnetventil 25 mit der Hydraulikdruckkam
mer 11 durch eine dritte Hydraulikverbindung 21c verbunden.
Das erste Magnetventil 22 und das zweite Magnetventil 25 sind über Leitungen 26
mit der Gaswechselsteuereinrichtung 20 verbunden. Die Gaswechselsteuereinrich
tung 20 betätigt das erste Magnetventil 22 und das zweite Magnetventil 25 durch ent
sprechende Ansteuersignale.
Der Betrieb des in Fig. 2 dargestellten Gaswechselstellers 9 ist wie folgt. Wenn das
erste Magnetventil 22 geöffnet ist, strömt von der Hydraulikdruckkammer 11 ein unter
Druck stehendes Hydraulikmedium in die erste Kammer 23a. Das Hydraulikmedium
füllt die erste Kammer 23a und versetzt den Ventilfuss, der die erste Kammer 23a von
der zweiten Kammer 23b trennt. Dadurch wird das Einlassventil 7 in Fig. 2 nach un
ten versetzt. Das Ventil 7 ist dergestalt angeordnet, dass das Einlassventil 7 in einem
nicht dargestellten Ventilsitz in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 sitzt,
wenn der Ventilfuss in Fig. 2 ganz oben ist, d. h. kein Hydraulikmedium in der ersten
Kammer 23a ist, die erste Kammer 23a einen minimalen Raum aufweist und die
zweite Kammer 23b einen maximalen Raum aufweist. In dieser Position verschliesst
das Einlassventil 7 die Einlassöffnung des Brennraums des Zylinders. Wenn die erste
Kammer 23a mit dem Hydraulikmedium gefüllt wird, wird das Einlassventil 7 aus dem
Ventilsitz heraus in den Brennraum des Zylinders versetzt, und die Einlassöffnung
des Zylinders geöffnet. Wenn ein gewünschter Ventilhub erreicht ist, wird das erste
Magnetventil 22 geschlossen.
Zum Schliessen des Einlassventils 7 wird das zweite Magnetventil 25 geöffnet, so
dass das in der ersten Kammer 23a befindliche Hydraulikmedium durch das
geöffnete zweite Magnetventil 25 zu der Hydraulikdruckkammer 11 zurückfliessen
kann. Das von der Hydraulikdruckkammer 11 unter Druck an die zweite Kammer 23b
angelegte Hydraulikmedium strömt dann in die zweite Kammer 23b und versetzt
damit den Ventilfuss in Fig. 2 nach oben. Damit wird das Einlassventil 7 in den
Ventilsitz zurückversetzt und die Einlassöffnung des Brennraums verschlossen.
Gaswechselsteller dieser Art ermöglichen für jedes Auslass- und jedes Einlassventil
des Ottomotors eine individuelle Ventilansteuerung.
Nun mit Verweis auf Fig. 3 das Prinzip der vorliegenden Erfindung weiter erläutert.
Obwohl die vorliegende Erfindung im folgenden mit Verweis auf einen Heiss-Film-
Luftmassensensor und einen Saugrohrdrucksensor beschrieben wird, kann gemäss
der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine Lambdasonde als Füllungssensor verwen
det werden. Dabei wird aus der Zusammensetzung der aus dem Auslassventil 8 aus
gestossenen Auspuffgase die dem entsprechenden Zylinder zugeführte Luftmenge
berechnet.
Die Bezugsziffer 27 in Fig. 3 bezeichnet einen Summierer der mit einer Speicherein
richtung 28 verbunden ist. Die Speichereinrichtung 28 ist mit einem Dividierer 31 ver
bunden. Die Bezugsziffer 29 bezeichnet einen Zähler, der mit einer weiteren Spei
chereinrichtung 30 verbunden ist, die wiederum mit dem Dividierer 31 verbunden ist.
Die gestrichelten Elemente in Fig. 3 bezeichnen Funktionsmerkmale.
Zuerst wird in Fig. 3 ein Erfassungssignal mla erfasst. Als Erfassungssignal mla wird
vorzugsweise das Ausgangssignal mlhfma des Heiss-Film-Luftmassensensor 15 ver
wendet. Da dieser Sensor hochdynamisch ist, kann die in das Saugrohr 13 strömen
de Luftmasse dynamisch gemessen werden, d. h. es können einzelne Pulsationen
erfasst werden. Auf diese Weise kann die in die Brennkraftmaschine strömende
Frischluftfüllung direkt gemessen werden.
Darüber hinaus kann die Frischluftfüllung auch mittels des Saugrohrdrucksensors 14
erfasst werden. In diesem Fall wird als Erfassungssignal mla das Ausgangssignal
mlpsa des Saugrohrdrucksensors 14 verwendet. Da Saugrohrdrucksensoren sehr
dynamisch sind, können mittels dieser Messweise ebenfalls einzelne Pulsationen er
fasst werden. Da bei Saugrohrdrucksensoren jedoch der Druck gemessen wird, handelt
es sich hier um eine indirekte Messung der Frischluft, bei der sowohl Tempera
tureinflüsse als auch Einflüsse des Restgases wie beispielsweise ein Abgasgegen
druck zu berücksichtigen sind.
Das Erfassungssignal mla wird mit einer Abtastrate f abgetastet und die Abtastwerte
mlaRTX werden in dem Summierer 27 von einem Anfang eines Erfassungsintervalls
R1-Syn bis zum Ende des Erfassungsintervalls R1-Syn aufaddiert und dann in der
Speichereinrichtung 28 gespeichert. Dies bedeutet in anderen Worten, dass alle Ab
tastwerte mlaRtx, die innerhalb des Erfassungsintervalls R1-Syn liegen, in dem Sum
mierer 27 aufaddiert werden. Darüber hinaus wird mittels des Zählers 29 erfasst, wie
viele Abtastwerte mlaR1-Syn innerhalb des ersten Erfassungsintervalls R1-Syn liegen
und in dem Summierer 27 aufaddiert wurden. Das Ergebnis der Zählung wird dann in
der weiteren Speichereinrichtung 30 gespeichert. Die Aufsummierten Abtastwerte
mlaR1-Syn in der Speichereinrichtung 28 werden als Abtastwertsumme AW1 bezeichnet
und der in der Speichereinrichtung 30 gespeicherte Zählwert wird als Zählwert Z1
bezeichnet. In dem Dividierer 31 wird dann ein Quotient aus der Abtastwertsumme
AW1 und dem Zählwert Z1 gebildet. Der Quotient ist die über das Erfassungsintervall
R1-Syn gemittelte, dem Zylinder zugeführte Luftmasse mlm.
Wenn das Erfassungsintervall R1-Syn über den gesamten Ansaugtakt eines Arbeits
spiels der Brennkraftmaschine reicht, ist es möglich die gesamte dem jeweiligen Zy
linder zugeführte Luftmasse zu erfassen.
Mit Verweis auf Fig. 4 wird nun das Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben,
wenn das Erfassungsintervall R1-Syn mittels Kurbelwinkelpositionen definiert ist.
Gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 3 bezeichnen gleiche oder entsprechende Ein
richtungen, so dass für eine Beschreibung dieser Einrichtungen auf die Beschreibung
zu Fig. 3 verwiesen wird.
Zuerst wird in der gleichen Art und Weise wie mit Verweis auf Fig. 3 beschrieben
worden ist, das Erfassungssignal mla mit einer Abtastrate f abgetastet. In Fig. 4 bezeichnet
die Bezugsziffer 32 einen Kurbelwinkelsensor der eine erste vorbestimmte
Kurbelwellenposition und eine zweite vorbestimmte Kurbelwellenposition erfasst, und
bei Erfassung der ersten vorbestimmten Kurbelwellenposition ein erstes Signal an
den Zähler 29 und den Summierer 27 ausgibt und bei Erfassung der zweiten vorbe
stimmten Kurbelwellenposition ein zweites Signal an den Zähler 29 und den Summie
rer 27 ausgibt. Die erste vorbestimmte Kurbelwellenposition bezeichnet den Anfang
des Erfassungsintervalls R1-Syn. Die zweite vorbestimmte Kurbelwellenposition be
zeichnet das Ende des Erfassungsintervalls R1-Syn. Mit Erhalt des ersten Signals
des Kurbelwinkelsensors 32 beginnt der Zähler 29 die Anzahl von Abtastwerten
mlaR1-Syn zu zählen. Mit Erhalt des ersten Signals des Kurbelventilsensors 32 beginnt
der Summierer 27 damit, die Abtastwerte mlaR1-Syn aufzuaddieren. Mit Erhalt des zwei
ten Signals des Kurbelwinkelsensors 32 gibt der Summierer 27 das
Summationsergebnis an die Speichereinrichtungen 28 aus. Die Speichereinrichtung
28 speichert dann das von dem Summierer 27 ausgegebene Summationsergebnis.
Dieses Summationsergebnis ist die Abtastwertsumme AW1.
Mit Erhalt des zweiten Signals des Kurbelwinkelsensors 32 gibt der Zähler 29 den
Zählerstand an die Speichereinrichtungen 30 aus. Die Speichereinrichtung 30 spei
chert den Zählerstand des Zählers 29. Der gespeicherte Zählerstand entspricht dann
dem ersten Zählwert Z1. Dann wird mittels des Dividierers 31 in der gleichen Art und
Weise wie mit Verweis auf Fig. 3 beschrieben worden ist, die in den entsprechenden
Zylinder gefüllte Luftmasse mlm ermittelt.
Wird das mit Verweis auf die Fig. 3 und 4 beschriebene Prinzip auf eine Brenn
kraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern angewendet, ist es erforderlich für jeden Zy
linder ein eigenes Erfassungsintervall oder entsprechende Kurbelwinkelpositionen zu
definieren. Wenn Füllungsunterschiede zwischen Zylindern erfasst werden sollen, ist
es erforderlich, dass die Erfassungsintervalle der zu vergleichenden Zylinder die glei
che Länge aufweisen und die gleiche Position bezüglich des Kurbelwinkels aufwei
sen. Wenn eine gesamte der Brennkraftmaschine während eines Arbeitsspiels zu
geführte Luftmasse erfasst werden soll, ist es erforderlich, dass jedes Erfassungsintervall
für einen Zylinder dessen gesamten Ansaugtakt umfasst. Überdies ist es in
dem Fall erforderlich, für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ein Erfassungsinter
vall zu definieren und die dem Zylinder zugeführte Luftmasse in der oben beschriebe
nen Art und Weise zu erfassen. Mittels Summation der für die einzelnen Zylinder er
mittelten Luftmassen ist es dann möglich, die Gesamtluftmasse für ein Arbeitsspiel zu
berechnen.
Im folgenden wird mit Verweis auf Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zur Steuerung einer Gasfüllung eines ersten und eines zweiten Zylinders bei einer
Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung gemäss der Erfindung beschrieben.
Vorzugsweise sind die in der Fig. 5 dargestellten Einrichtungen mit Ausnahme des
Saugrohrdrucksensors 14, des Heiss-Film-Luftmassensensors 15 und eines Umge
bungsdrucksensors 34 in der Gaswechselsteuereinrichtung 20 in Fig. 1 angeordnet.
Die Bezugsziffer 35 bezeichnet eine Abtasteinrichtung zum Ermitteln der Abtastwerte
mlaRtx des Erfassungssignals mla des Saugrohrdrucksensors 14 oder des Heiss-Film-
Luftmassensensors 15 durch Abtasten des Erfassungssignals mla mit der Abtastrate
f. Die Abtasteinrichtung 35 ist ferner mit einer Drosselungsbestimmungseinrichtung
36, einer Abtastratenbestimmungseinrichtung 37, einem ersten und einem zweiten
Summierer 39 und 43 und einem ersten und einem zweiten Zähler 40 und 44 verbun
den.
Die Drosselungsbestimmungseinrichtung 36 ist neben der Abtasteinrichtung 35 mit
dem Saugrohrdrucksensor 14 und dem Umgebungsdrucksensor 34 verbunden. Vor
zugsweise ist die Drosselungsbestimmungseinrichtung 36 ein Dividierer und erfasst
die Drosselung ps/pu als Quotient eines mittels des Saugrohrdrucksensors 14 erfass
ten Saugrohrdrucks pu und eines mittels des Umgebungsdrucksensors 34 erfassten
Umgebungsdrucks ps. Die Drosselungsbestimmungseinrichtung gibt eine Drosselung
ps/pu an die Abtasteinrichtung 35 aus.
Die Abtasteinrichtung 35 umfasst eine Schalteinrichtung, die, wenn die Drosselung,
d. h. der Quotient aus Saugrohrdruck und Umgebungsdruck grösser einer Schwelle
(z. B. 0,8) ist, dergestalt schaltet, dass das Erfassungssignal mla des Heiss-Film-Luft
massensensors 15 abgetastet wird und wenn der Quotient kleiner oder gleich einer
Schwelle (z. B. 0,8) ist, dergestalt schaltet, dass das Erfassungssignal mla des Saug
rohrdrucksensors 14 abgetastet wird.
Die Abtastratenbestimmungseinrichtung 37 bestimmt eine Abtastrate f in Abhängig
keit von Motorkenngrössen, wie beispielsweise der Drehzahl, einem Kurbelwinkel,
einer Motortemperatur, einer Lastanforderung etc.. Hierzu tauscht die Abtastraten
bestimmungseinrichtung 37 über den Bus 17 mit dem Steuergerät 16 entsprechende
Daten oder Messwerte aus. Es ist jedoch auch möglich, die Abtastratenbestimmungs
einrichtung mit einem Multivibrator mit einstellbarer Frequenz auszugestalten.
Die Bezugsziffer 38 bezeichnet eine erste Bestimmungseinrichtung 38. Die erste Be
stimmungseinrichtung 38 ist ausgestaltet zum Bestimmen eines ersten Erfassungs
intervalls R1-syn für den ersten Zylinder. Die erste Bestimmungseinrichtung 38 be
stimmt eine Breite und eine Lage des Erfassungsintervalls R1-syn relativ zu dem Kur
belwinkel, abhängig von zumindest der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1. Vorzugs
weise bestimmt die erste Bestimmungseinrichtung 38 die Breite und die Lage des
Erfassungsintervalls R1-syn in Abhängigkeit von Motorkenngrössen wie der Dreh
zahl, einem Saugrohrdruck und von Ventilzeitgaben. Die Motorkenngrössen zur Be
stimmung des Erfassungsintervalls R1-syn erhält die erste Bestimmungseinrichtung
38 über den Bus 17 von dem Steuergerät 16.
Die erste Bestimmungseinrichtung 38 gibt die Länge und die Lage des bestimmten
Erfassungsintervalls R1-syn mittels eines ersten Signals, das den Beginn des Erfas
sungsintervalls R1-syn angibt und eines zweiten Signals, dass das Ende des Erfas
sungsintervalls R1-syn angibt, an einen ersten Summierer 39 und einen ersten Zähler
40 aus.
Von dem Erhalt des ersten Signals der ersten Bestimmungseinrichtung 38, das den
Beginn des Erfassungsintervalls R1-syn angibt, summiert der erste Summierer 39 die
von der Abtasteinrichtung 35 ausgegebenen Abtastwerte mlaR1-syn bis zum Erhalt des
zweiten Signals der ersten Bestimmungseinrichtung 38, das das Ende des Erfas
sungsintervalls R1-syn angibt, auf. Dann gibt der erste Summierer 39 das Summa
tionsergebnis, das als Abtastwertsumme AW1 bezeichnet wird, an einen ersten Divi
dierer 41 aus.
Nach Erhalt des ersten Signals der ersten Bestimmungseinrichtung 38 beginnt der
erste Zähler 40 damit, die von der Abtasteinrichtung 35 ausgegebenen Abtastwerte
mlaR1-syn zu zählen. Der erste Zähler 40 zählt so lange, bis die erste Bestimmungsein
richtung 38 das zweite Signal ausgibt, dass das Ende des Erfassungsintervalls R1-
syn angibt. Dann gibt der erste Zähler 40 das Zählergebnis, das als der Zählwert Z1
bezeichnet wird, an den ersten Dividierer 41 aus.
Der erste Dividierer 41 ermittelt dann einen Quotienten aus der Abtastsumme AW1
und dem ersten Zählwert Z1, der einer in den ersten Zylinder gefüllten ersten Luft
masse m/ml entspricht.
In gleicher Art und Weise bestimmen die zweite Bestimmungseinrichtung 42, der
zweite Summierer 43, der zweite Zähler 44 und der zweite Dividierer 45 eine zweite
Luftmasse mlm2 für den zweiten Zylinder. Die zweite Bestimmungseinrichtung 42,
der zweite Summierer 43, der zweite Zähler 44 und der zweite Dividierer 45 weisen
den gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise auf wie die erste Bestimmungs
einrichtung 38, der erste Summierer 39, der erste Zähler 40 und der erste Dividierer
41, so dass auf eine detaillierte Beschreibung diesbezüglich auf diese Einrichtungen
verwiesen wird.
Der erste Dividierer 41 und der zweite Dividierer 45 geben die jeweils ermittelten
Luftmassen mlm1 und mlm2 an einen ersten Vergleicher 46 aus, der die beiden er
mittelten Luftmassen miteinander vergleicht. Der erste Vergleicher 46 gibt das Vergleichsergebnis
an eine Ansteuereinrichtung 47 aus, die einen ersten Gaswechsel
steller des ersten Zylinders und einen zweiten Gaswechselsteller des zweiten Zylin
ders auf der Grundlage des von dem ersten Vergleicher 46 ausgegebenen Gasfül
lungsunterschied ansteuert. Vorzugsweise steuert die Ansteuereinrichtung 47 die
Gaswechselsteller dergestalt an, dass ein Gasfüllungsunterschied bei den nächsten
Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine 1 minimiert wird. Bei der Steuerung der Gas
füllung von mehr als zwei Zylindern ist die Vorrichtung in entsprechender Weise zu
erweitern.
Im folgenden wird mit Verweis auf das Flussdiagramm in Fig. 6 ein Ausführungsbei
spiel der Funktionsweise der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung beschrieben.
Nach dem Start in Schritt S1 bestimmt die Abtastratenbestimmungseinrichtung 37 in
Schritt S2 eine Abtastrate f und gibt diese an die Abtasteinrichtung 35 aus.
In Schritt S3 ermittelt die Abtasteinrichtung die Abtastwerte mlaRtx mittels Abtasten
des Erfassungssignals mla eines Füllungssensors (d. h. des Saugrohrdrucksensors
14 oder des Heiss-Film-Luftmassensensors 15) mit der Abtastrate f. Die Abtastein
richtung 35 gibt die Abtastwerte mlaRtx an den ersten Summierer 39, den ersten Zäh
ler 40, den zweiten Summierer 43 und den zweiten Zähler 44 aus.
In Schritt S4 bestimmt die erste Bestimmungseinrichtung 38 das erste Erfassungs
intervall R1-syn für den ersten Zylinder. Die Länge und Lage des Erfassungsintervalls
R1-syn relativ zum Kurbelwinkel ist variabel. Die maximale Erfassungsintervalllänge
sollte jedoch maximal 720° KW: Anzahl der Zylinder betragen, d. h. nicht grösser als
der Zündabstand zwischen zwei Zylindern sein. Im Einzelfall können jedoch wie oben
beschrieben wurde, auch kürzere Erfassungsintervallängen vorteilhaft sein, wenn
bestimmte Zeitfenster zu untersuchen sind oder wenn Füllungsunterschiede zu be
stimmten Zeitpunkten untersucht werden sollen. Sowohl die Lage, als auch die Länge
des Erfassungsintervalls R1-syn wird abhängig von verschiedenen Parametern wie
beispielsweise der Drehzahl, dem Saugrohrdruck und Ventilzeitgaben bestimmt, und
ist somit variabel und eine Funktion einer Vielzahl von Motorkenngrössen.
Während des ersten Erfassungsintervalls R1-syn summiert in Schritt S5 der erste
Summierer 39 die Abtastwerte mlaR1-syn innerhalb des ersten Erfassungsintervalls R1-
syn zur Ermittlung der ersten Abtastwertsumme AW1 auf. Der Anfang und das Ende
des Erfassungsintervalls R1-syn wird dem ersten Summierer 39 von der ersten Be
stimmungseinrichtung 38 angezeigt.
In Schritt S6 zählt der erste Zähler 40 die Anzahl von Abtastwerten mlaR1-syn innerhalb
des ersten Erfassungsintervalls R1-syn zur Ermittlung des ersten Zählwertes Z1. Der
Anfang und das Ende des ersten Erfassungsintervalls R1-syn wird dem ersten Zähler
40 von der ersten Bestimmungseinrichtung 38 angezeigt.
In Schritt S7 ermittelt der erste Dividierer 41 die in den ersten Zylinder gefüllte erste
Luftmasse mlm1 mittels Bildung des Quotienten aus der ersten Abtastsumme AW1,
die mittels des ersten Summierers 39 ermittelt worden ist, und des Zählwerts Z1, der
mittels des ersten Zählers 40 ermittelt worden ist.
In Schritt S8 bestimmt die zweite Bestimmungseinrichtung 42 in der gleichen Art und
Weise wie die erste Erfassungseinrichtung 38 in Schritt S4 ein zweites Erfassungs
intervall R2-syn für einen zweiten Zylinder.
In Schritt S9 summiert der zweite Summierer 43 die von der Abtasteinrichtung 35
ausgegebenen Abtastwerte mlaR2-syn innerhalb des zweiten Erfassungsintervalls R2-
syn zur Ermittlung einer zweiten Abtastwertsumme AW2 auf. Der Anfang und das
Ende des zweiten Erfassungsintervalls R2-syn wird dem zweiten Summierer 43 von
der zweiten Bestimmungseinrichtung 42 angezeigt.
In Schritt S10 zählt der zweite Zähler 44 die Anzahl von Abtastwerten mlaR2-syn inner
halb des zweiten Erfassungsintervalls R2-syn zur Ermittlung des zweiten Zählwerts
Z2. Der Anfang und das Ende des zweiten Erfassungsintervalls R2-syn wird dem
zweiten Zähler 44 von der zweiten Bestimmungseinrichtung 42 angezeigt.
In Schritt S11 ermittelt der zweite Dividierer 45 die in den zweiten Zylinder gefüllte
zweite Luftmasse mlm2 mittels Bildung eines Quotienten aus der zweiten Abtastsum
me AW2, die mittels des zweiten Summierers 43 bestimmt worden ist, und dem zwei
ten Zählwert Z2, der mittels des zweiten Zählers 44 bestimmt worden ist.
In Schritt S12 vergleicht der erste Vergleicher 46 die mittels des ersten Dividierers 41
ermittelte erste Luftmasse mlm1 mit der mittels des zweiten Dividierers 45 ermittelten
zweiten Luftmasse mlm2 und gibt das Vergleichsergebnis an die Ansteuereinrichtung
47 aus.
In Schritt S13 passt die Ansteuereinrichtung 47 eine Steuerung des ersten Gaswech
selstellers des ersten Zylinders und des zweiten Gaswechselstellers des zweiten Zy
linders auf der Grundlage des Gasfüllungsunterschieds, der mittels des ersten Ver
gleichers 46 festgestellt worden ist, an. Hierzu passt die Ansteuereinrichtung 47 eine
beispielsweise von dem Steuergerät 16 vorgegebene Ansteuerung der entsprechen
den Gaswechselsteller dergestalt an, dass ein Gasfüllungsunterschied in dem folgen
den Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine 1 minimiert wird. In Schritt S14 endet die
Verarbeitung. Diese Verarbeitung wird zyklisch während des Betriebs der Brennkraft
maschine 1 ausgeführt. Bei der Steuerung der Gasfüllung bei mehr als zwei Zylindern
ist das beschriebene Verfahren in entsprechender Weise auszuweiten.
Mit Verweis auf Fig. 7 wird nun die in Schritt S3 in Fig. 6 beschriebene Verarbei
tung weiter beschrieben.
Nach dem Start in Schritt S15, ermittelt der Umgebungsdrucksensor 34 einen Umge
bungsdruck ps der Brennkraftmaschine 1 und gibt ein entsprechendes Signal an die
Drosselungsbestimmungseinrichtung 36 aus.
In Schritt S17 wird mittels des Saugrohrdrucksensors 14 ein Saugrohrdruck pu be
stimmt.
In Schritt S18 berechnet die Drosselungsbestimmungseinrichtung 16 einen Quotien
ten ps/pu aus dem Umgebungsdruck ps und dem Saugrohrdruck pu.
In Schritt S19 wird der berechnete Quotient, nämlich die Drosselung ps/pu, mit einem
Schwellwert SW verglichen. Der Schwellwert ist vorzugsweise 0,8. Wenn der Quo
tient ps/pu grösser als der Schwellwert SW ist, tastet in Schritt S20 die Abtasteinrich
tung 35 das Ausgangssignal mlhfma des Heiss-Film-Luftmassensensors 15 ab. Dann
geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S22, und geht dann in gleicher Art und Weise,
wie in Fig. 6 beschrieben, mit Schritt S4 weiter.
Wird in Schritt S19 bestimmt, dass der Quotient ps/pu kleiner oder gleich dem
Schwellwert SW ist, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S21 und die Abtastein
richtung 35 tastet das Ausgangssignal mlpsa des Saugrohrdrucksensors 14 ab. Dann
geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S22 und geht dann, wie mit Verweis auf Fig.
6 beschrieben worden ist, weiter zu Schritt S4.
Im folgenden wird mit Verweis auf die Fig. 8 und 9 erläutert, warum über einem
Schwellwert SW der Drosselung ps/pu, das Erfassungssignal mlpsa eines Saugrohr
drucksensors 14 abgetastet wird und oberhalb dieses Schwellwerts SW das Erfas
sungssignal mlhfma des Heiss-Film-Luftmassensensors 15 abgetastet wird.
Die Bezugsziffer 48 in Fig. 8 bezeichnet den Verlauf des Massenstroms im Saug
rohr 13 einer Brennkraftmaschine 1 mit 4 Zylindern mit der Zündfolge 1, 2, 4, 3, wie er
mittels des Heiss-Film-Luftmassensensors 15 ermittelt wird. Die Linie 49 in der Fig.
8 bezeichnet eine Ventilhebungskurve des Einlassventils der vier Zylinder. Von dem
Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 stellt die Kurve 49 die Ventilhebungskurve des Zylin
ders 1 dar, von dem Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 die Ventilhebungskurve des
Zylinders 2, von dem Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 die Ventilhebungskurve des
Zylinders 4 und von dem Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 die Ventilhebungskurve
des Zylinders 3.
Wie aus der Fig. 8 ersichtlich ist, weist der Massenstrom 48 zum Zeitpunkt des unte
ren Totpunkt des Zylinders 1 UT Zyl1 ein erstes Maximum auf, zum Zeitpunkt des
unteren Totpunkt des zweiten Zylinders UT Zyl2 ein zweites Maximum, zum Zeitpunkt
des Totpunkt des vierten Zylinder UT Zyl4 ein drittes Maximum und zum Zeitpunkt
des unteren Totpunkt des dritten Zylinders ein viertes Maximum. Ein Vergleich des
zweiten Maximums des Massenstroms 48 mit den drei anderen Maxima zeigt, dass
der Massenstrom beim zweiten Zylinder geringer ist, d. h. das Integral des Luftmas
senstroms kleiner ist.
Die Bezugsziffer 50 in Fig. 8 bezeichnet den Saugrohrdruckverlauf, wie er mittels
des Saugrohrdrucksensors 14 erfasst wird. Der Saugrohrdruck ps ist in Fig. 8 in
Druckeinheiten pro Zeit aufgetragen.
Wie der Verlauf des Saugrohrdrucks vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t4 zeigt, ver
läuft der Saugrohrdruck 50 relativ konstant und zeigt bei dem Zylinder 2 zwischen
dem Zeitpunkt t1 und t2 keinen signifikanten Unterschied im Vergleich zu den ande
ren Zylindern zwischen den Zeitpunkten t0 bis t1 und t2 bis t4. Dementsprechend
wird gemäss der vorliegenden Erfindung bei ps/pu < SW das Ausgangssignal mlhfma
des Heiss-Film-Luftmassensensors 15 als Erfassungssignal mla abgetastet. Vorteil
haft ermögliche dies eine genaue zylinderindividuelle Erfassung der entsprechenden
Luftmasse.
Fig. 9 zeigt den Massenstromverlauf 48, die Ventilhebungskurve 49 und den Saug
rohrdruckverlauf 50 bei 1200/min bei einem durchschnittlichen Saugrohrdruck von
etwa 0,5 × dem Umgebungsdruck. Die Bedingungen sind die gleichen wie in der
Brennkraftmaschine 1 bei Fig. 8, so dass für eine detaillierte Beschreibung hierauf
verwiesen wird.
Wie in Fig. 8 saugt der Zylinder 2 weniger Luftmasse ab als die anderen Zylinder.
Ein Vergleich eines Integrals von Zeitpunkt t1 zu dem Zeitpunkt t2 mit dem entspre
chenden Integral von t2 bis t3 (geschwärzt gezeigt) zeigt, ist das Integral über den
Saugrohrdruck pu bei dem zweiten Zylinder zwischen t1 und t2 grösser als das Inte
gral über den Saugrohrdruck pu von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 des
vierten Zylinders. Anhand dieses Unterschieds lässt sich der Füllungsunterschied
leicht erfassen. Im Vergleich dazu zeigt der Massenstrom der mittels des Heiss-Film-
Luftmassensensors 15 erfasst worden ist, bei diesen Motorbedingungen, d. h. bei die
ser Drosselung ps/pu, keinen signifikanten Unterschied zwischen dem Integral über
dem Massenstrom 48 von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 und dem Integral
über dem Massenstrom 48 von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3. Dement
sprechend wird gemäss der vorliegenden Erfindung bei ps/pu ≦ SW das Ausgangs
signal mlpsa des Saugrohrdrucksensors 14 als Erfassungssignal mla abgetastet. Vor
teilhaft ermögliche dies eine genaue zylinderindividuelle Erfassung der entsprechen
den Luftmasse.
Aufgrund eines Saugrohrspeichereffekts kann es sein, dass auch das Integral eines
Zylinders der einem Zylinder mit geringerer angesaugter Luftmasse folgt leicht erhöht
sei. Für solche Fälle ist es möglich in der in Fig. 5 vorgesehenen Vorrichtung eine
Kompensationseinrichtung (nicht dargestellt) vorzusehen, die eine Erfassung der fol
genden Gasfüllungen folgender Zylinder so lange unterdrückt, bis die erste Abwei
chung kompensiert worden ist und erst dann wieder die Erfassung freischaltet.
Zusammenfassend kann den Fig. 8 und 9 entnommen werden, dass bei einer gerin
gen Androsselung, beispielsweise bei ps/pu grösser 0,8, Gasfüllungsunterschiede
zwischen Zylindern, vorzugsweise mit dem Heiss-Film-Luftmassensensor 15 erfasst
werden. Die Breite und die Lage des Erfassungsintervalls ist hierbei abhängig von
Parametern wie beispielsweise der Drehzahl, dem Saugrohrdruck und Ventilzeitga
ben, anzupassen, um Füllungsunterschiede optimal und zu den gewünschten Zeit
punkten zu erfassen.
Bei einer stärkeren Androsselung, d. h. bei ps/pu kleiner 0,8 ist vorzugsweise das Er
fassungssignal des Saugrohrdrucksensors 14 zur Erfassung von Gasfüllungsunter
schieden zwischen Zylindern zu verwenden. Die Breite und die Lage des Erfassungs
intervalls ist abhängig von verschiedenen Motorparametern, wie beispielsweise der
Drehzahl, dem Saugrohrdruck und von Ventilzeitgaben, zu bestimmen. In einer Va
riante des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird abhängig von dem Quotienten
ps/pu der Anfang des Erfassungsintervalls und das Ende des Erfassungsintervalls
zeitlich verschoben. Vorzugsweise wird, je niedriger der Quotient ps/pu, ist der An
fang des Erfassungsintervalls und das Ende des Erfassungsintervalls nach spät ge
zogen. Wie zuvor schon beschrieben worden ist, kann mit der vorliegenden Erfindung
auch nur mittels des Heiss-Film-Luftmassensensors 15 eine zylinderindividuelle Er
fassung der Gasfüllung eines Zylinders ausgeführt werden. Da jedoch, wie anhand
der Fig. 8 und 9 gezeigt wurde, unterhalb eines Drosselungsschwellwerts ps/pu
eine genaue Erfassung von Füllungsunterschieden aufgrund geringer Integrations
unterschiede erschwert wird, wird vorzugsweise bei Verwendung von jedem Heiss-
Film-Luftmassensensor 15 der Saugrohrdruck durch ein Modell angenähert. Solch ein
Modell besteht beispielsweise aus einem Kennfeld von Saugrohrdrücken in Abhän
gigkeit von bestimmten Motorkenngrössen, aus dem mit Hilfe der entsprechenden
Motorkenngrössen ein passender Saugrohrdruck ausgelesen werden kann.
Claims (23)
1. Verfahren zur Steuerung einer Gasfüllung einer Mehrzahl von Zylindern bei
einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung, umfassend folgende Schritte:
- - Ermitteln (S3) von Abtastwerten (mlaRtx) eines Erfassungssignals (mla) eines Füllungssensors (14, 15) mittels Abtasten des Erfassungssignals (mla) mit ei ner Abtastrate (f);
- - Bestimmen (S4) eines ersten Erfassungsintervalls (R1-syn) für einen ersten Zylinder von der Mehrzahl von Zylindern;
- - Aufsummieren (S5) von Abtastwerten (mlaR1-syn) die innerhalb des ersten Er fassungsintervalls (R1-syn) für den ersten Zylinder sind, zur Ermittlung einer ersten Abtastwertsumme (AW1);
- - Zählen (S6) einer Anzahl von Abtastwerten (mlaR1-syn) die innerhalb des ers ten Erfassungsintervalls (R1-syn) sind, zur Ermittlung eines ersten Zählwerts (Z1);
- - Ermitteln (S7) einer in den ersten Zylinder gefüllten ersten Luftmasse (mlm1) mittels Bildung eines Quotienten aus der ersten Abtastwertsumme (AW1) und dem ersten Zählwert (Z1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Erfas
sungsintervall (R1-syn) variabel ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Bestimmen (S8) eines zweiten Erfassungsintervalls (R2-syn) für einen zweiten
Zylinder von der Mehrzahl von Zylindern;
- - Aufsummieren (S9) von Abtastwerten (mlaR2-syn) die innerhalb des ersten Er fassungsintervalls (R2-syn) für den zweiten Zylinder sind, zur Ermittlung einer zweiten Abtastwertsumme (AW2);
- - Zählen (S10) einer Anzahl von Abtastwerten (mlaR2-syn) die innerhalb des zweiten Erfassungsintervalls (R2-syn) sind, zur Ermittlung eines zweiten Zähl werts (Z2);
- - Ermitteln (S11) einer in den zweiten Zylinder gefüllten zweiten Luftmasse (mlm2) mittels Bildung eines Quotienten aus der zweiten Abtastwertsumme (AW2) und dem zweiten Zählwert (Z2);
- - Ermitteln (S12) eines Gasfüllungsunterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder mittels Vergleich der ersten Luftmasse (m/ml) mit der zweiten Luftmasse (mlm2); und
- - Steuern (S13) eines ersten Gaswechselstellers des ersten Zylinders und ei nes zweiten Gaswechselstellers des zweiten Zylinders auf der Grundlage des Gasfüllungsunterschieds.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage
des ersten Erfassungsintervalls (R1-syn) relativ zu einem Kurbelwinkel der
Brennkraftmaschine variabel ist und in Abhängigkeit von Motorkenngrössen ermittelt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Län
ge des ersten Erfassungsintervalls (R1-syn) variabel ist und in Abhängigkeit von Mo
torkenngrössen ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Lage des zweiten Erfassungsintervalls (R2-syn) relativ zu einem Kurbelwinkel
der Brennkraftmaschine variabel ist und in Abhängigkeit von Motorkenngrössen er
mittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Länge des zweiten Erfassungsintervalls (R2-syn) variabel ist und in Abhängigkeit
von Motorkenngrössen ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass abhängig von einer Drosselung in einem Saugrohr (13) der Brennkraftma
schine ein Ausgangssignal (mlhfma) eines Heiss-Film-Luftmassensensors (15) oder
ein Ausgangssignal (mlpsa) eines Saugrohrdrucksensors (14) als das Erfassungs
signal (mla) abgetastet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Motorkenngrössen eine Drehzahl der Brennkraftmaschine, einen Saugrohr
druck (ps) oder eine Ventilzeitgabe umfassen.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselung
mittels eines Saugrohrdrucks (ps) und eines Umgebungsdrucks (pu) ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselung als
Quotient (ps/pu = Saugrohrdruck/Umgebungsdruck) des Saugrohrdrucks (pu) und des
Umgebungsdrucks (ps) berechnet wird (S16-S18), und wenn der Quotient grösser
als ein Schwellwert ist (S19), das Ausgangssignal (mlhfma) des Heiss-Film-Luftmas
sensensors (15) als das Erfassungssignal (mla) abgetastet wird (S20), und wenn der
Quotient kleiner oder gleich dem Schwellwert ist, das Ausgangssignal (mlpsa) des
Saugrohrdrucksensors (14) als das Erfassungssignal (mla) abgetastet wird (S21).
12. Vorrichtung zur Steuerung einer Gasfüllung einer Mehrzahl von Zylindern bei
einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung, umfassend
eine Abtasteinrichtung (35) zum Ermitteln von Abtastwerten (mlaRfx) eines Erfassungssignals (mla) eines Füllungssensors (14, 15) mittels Abtasten des Erfassungssignals (mla) mit einer Abtastrate (f);
eine erste Bestimmungseinrichtung (38) zum Bestimmen eines ersten Erfas sungsintervalls (R1-syn) für einen ersten Zylinder von der Mehrzahl von Zylin dern;
einen ersten Summierer (39) zum Aufsummieren von Abtastwerten (mlaR1-syn) die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls (R1-syn) für den ersten Zylinder sind, zur Ermittlung einer ersten Abtastwertsumme (AW1);
einen ersten Zähler (40) zum Zählen einer Anzahl von Abtastwerten (mlaR1-syn) die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls sind, zur Ermittlung eines ersten Zählwerts (Z1); und
einen ersten Dividierer (41) zur Ermittlung einer in den ersten Zylinder gefüll ten ersten Luftmasse (mlm1) mittels Bildung eines Quotienten aus der ersten Abtastsumme (AW1) und dem ersten Zählwert (Z1).
eine Abtasteinrichtung (35) zum Ermitteln von Abtastwerten (mlaRfx) eines Erfassungssignals (mla) eines Füllungssensors (14, 15) mittels Abtasten des Erfassungssignals (mla) mit einer Abtastrate (f);
eine erste Bestimmungseinrichtung (38) zum Bestimmen eines ersten Erfas sungsintervalls (R1-syn) für einen ersten Zylinder von der Mehrzahl von Zylin dern;
einen ersten Summierer (39) zum Aufsummieren von Abtastwerten (mlaR1-syn) die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls (R1-syn) für den ersten Zylinder sind, zur Ermittlung einer ersten Abtastwertsumme (AW1);
einen ersten Zähler (40) zum Zählen einer Anzahl von Abtastwerten (mlaR1-syn) die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls sind, zur Ermittlung eines ersten Zählwerts (Z1); und
einen ersten Dividierer (41) zur Ermittlung einer in den ersten Zylinder gefüll ten ersten Luftmasse (mlm1) mittels Bildung eines Quotienten aus der ersten Abtastsumme (AW1) und dem ersten Zählwert (Z1).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Erfas
sungsintervall (R1-syn) variabel ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch:
eine Abtastratenbestimmungseinrichtung (37) zur Bestimmung einer Abta strate (f);
eine zweite Bestimmungseinrichtung (42) zum Bestimmen eines zweiten Er fassungsintervalls (R2-syn) für einen zweiten Zylinder von der Mehrzahl von Zylindern;
einen zweiten Summierer (43) zum Aufsummieren von Abtastwerten (mlaR2- syn) die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls (R2-syn) für den zweiten Zy linder sind, zur Ermittlung einer zweiten Abtastwertsumme (AW2);
einen zweiten Zähler (44) zum Zählen einer Anzahl von Abtastwerten (mlaR2-syn) die innerhalb des zweiten Erfassungsintervalls (R2-syn) sind, zur Ermitt lung eines zweiten Zählwerts (Z2);
einen zweiten Dividierer (45) zur Ermittlung einer in den zweiten Zylinder ge füllten zweiten Luftmasse (mlm2) mittels Bildung eines Quotienten aus der zweiten Abtastsumme (AW2) und dem zweiten Zählwert (Z2);
einen ersten Vergleicher (46) zum Ermitteln eines Gasfüllungsunterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder mittels Vergleich der ersten Luftmasse (mlm1) mit der Zweiten Luftmasse (mlm2); und
eine Ansteuereinrichtung (47) zum Steuern eines ersten Gaswechselstellers des ersten Zylinders und eines zweiten Gaswechselstellers des zweiten Zylin ders auf der Grundlage des Gasfüllungsunterschieds.
eine Abtastratenbestimmungseinrichtung (37) zur Bestimmung einer Abta strate (f);
eine zweite Bestimmungseinrichtung (42) zum Bestimmen eines zweiten Er fassungsintervalls (R2-syn) für einen zweiten Zylinder von der Mehrzahl von Zylindern;
einen zweiten Summierer (43) zum Aufsummieren von Abtastwerten (mlaR2- syn) die innerhalb des ersten Erfassungsintervalls (R2-syn) für den zweiten Zy linder sind, zur Ermittlung einer zweiten Abtastwertsumme (AW2);
einen zweiten Zähler (44) zum Zählen einer Anzahl von Abtastwerten (mlaR2-syn) die innerhalb des zweiten Erfassungsintervalls (R2-syn) sind, zur Ermitt lung eines zweiten Zählwerts (Z2);
einen zweiten Dividierer (45) zur Ermittlung einer in den zweiten Zylinder ge füllten zweiten Luftmasse (mlm2) mittels Bildung eines Quotienten aus der zweiten Abtastsumme (AW2) und dem zweiten Zählwert (Z2);
einen ersten Vergleicher (46) zum Ermitteln eines Gasfüllungsunterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder mittels Vergleich der ersten Luftmasse (mlm1) mit der Zweiten Luftmasse (mlm2); und
eine Ansteuereinrichtung (47) zum Steuern eines ersten Gaswechselstellers des ersten Zylinders und eines zweiten Gaswechselstellers des zweiten Zylin ders auf der Grundlage des Gasfüllungsunterschieds.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
erste Bestimmungseinrichtung (38) eine Lage des ersten Erfassungsintervalls
(R1-syn) relativ zu einem Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine variabel und in
Abhängigkeit von Motorkenngrössen bestimmt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13, 14 oder 15 dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Bestimmungseinrichtung (38) eine Länge des ersten Erfassungsintervalls
(R1-syn) variabel und in Abhängigkeit von Motorkenngrössen bestimmt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Bestimmungseinrichtung (42) eine Lage des zweiten Erfassungsinter
valls (R2-syn) relativ zu einem Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine variabel und in
Abhängigkeit von Motorkenngrössen bestimmt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Bestimmungseinrichtung (42) eine Länge des zweiten Erfassungs
intervalls (R2-syn) variabel und in Abhängigkeit von Motorkenngrössen bestimmt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abtasteinrichtung (35) abhängig von einer mittels einer Drosselungsbestim
mungseinrichtung (36) bestimmte Drosselung (ps/pu) in einem Saugrohr (13) der
Brennkraftmaschine ein Ausgangssignal (mlhfma) eines Heiss-Film-Luftmassensen
sor (15) als das Erfassungssignal (mla) oder ein Ausgangssignal (mlpsa) eines Saug
rohrdrucksensors (14) als das Erfassungssignal (mla) abtastet.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
dass die Motorkenngrössen eine Drehzahl der Brennkraftmaschine, einen Saugrohr
druck oder eine Ventilzeitgabe umfassen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die
Drosselungsbestimmungseinrichtung (36) die Drosselung (ps/pu) auf der Grundlage
eines Ausgangssignals eines Saugrohrdrucksensors (14) und eines
Umgebungsdrucksensors (34) bestimmt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselungsbestimmungseinrichtung (36) ein dritter Dividierer ist und die Drosselung (ps/pu) als Quotient (Saugrohrdruck/Umgebungsdruck) des Saug rohrdrucks (pu) und des Umgebungsdrucks (ps) bestimmt; und
die Abtasteinrichtung (35), wenn der Quotient grösser als ein Schwellwert ist, das Ausgangssignal (mlhfma) des Heiss-Film-Luftmassensensors (15) als das Erfassungssignal (mla) abtastet, und wenn der Quotient kleiner oder gleich der Schwellwert ist, das Ausgangssignal (mlpsa) des Saugrohrdrucksensors (14) als das Erfassungssignal (mla) abtastet.
die Drosselungsbestimmungseinrichtung (36) ein dritter Dividierer ist und die Drosselung (ps/pu) als Quotient (Saugrohrdruck/Umgebungsdruck) des Saug rohrdrucks (pu) und des Umgebungsdrucks (ps) bestimmt; und
die Abtasteinrichtung (35), wenn der Quotient grösser als ein Schwellwert ist, das Ausgangssignal (mlhfma) des Heiss-Film-Luftmassensensors (15) als das Erfassungssignal (mla) abtastet, und wenn der Quotient kleiner oder gleich der Schwellwert ist, das Ausgangssignal (mlpsa) des Saugrohrdrucksensors (14) als das Erfassungssignal (mla) abtastet.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
R016 | Response to examination communication | ||
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R003 | Refusal decision now final | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20150120 |