DE102004010903B3 - Verfahren zum Ermitteln einer Gasmasse in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat einen Ansaugtrakt mit mindestens einem Saugkanal, der hin zu einem Zylinder geführt ist und über den der Zylinder abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Ansaugtrakt kommuniziert. Der Brennkraftmaschine ist ferner ein Körperschallsensor zugeordnet, der Körperschall (KS) erfasst, der in einem Motorblock oder einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine übertragen wird. Die während eines Arbeitsspiels des Zylinders von diesem angesaugte Gasmasse (MG) wird abhängig von dem erfassten Körperschall (KS) ermittelt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Gasmasse in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine. Brennkraftmaschinen haben einen Ansaugtrakt mit mindestens einem Saugkanal, der hin zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine geführt ist und über den der Zylinder abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Ansaugtrakt kommuniziert und so Gas aus dem Ansaugtrakt ansaugt. Brennkraftmaschinen können einen Zylinder haben, in der Regel haben sie jedoch 3, 4 oder mehr Zylinder und dann auch entsprechend zugeordnete Saugkanäle.
• Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen, von einem Kraftfahrzeug, in dem die Brennkraftmaschine angeordnet sein kann, erzeugten Schadstoffemissionen machen es erforderlich, wirksame Maßnahmen zum Reduzieren der Schadstoffemissionen zu ergreifen. Ein Ansatzpunkt hierbei ist die bei dem Verbrennungsprozess erzeugten Schadstoffemissionen zu verringern. Ein anderer Ansatzpunkt ist, mittels entsprechender Abgasnachbehandlungssysteme die Schadstoffe in unschädliche Stoffe umzuwandeln. Sowohl zum Sicherstellen geringer Schadstoffemissionen bei dem Verbrennungsprozess in der Brennkraftmaschine als auch für einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer der Abgasnachbehandlungssysteme ist es wünschenswert, die in den jeweiligen Zylinder angesaugte Gasmasse, insbesondere die dort angesaugte Luftmasse sehr präzise zu bestimmen. Dies gilt insbesondere für instationäre Betriebszustände der Brennkraftmaschine.
• Aus der WO 97/35106 ist es bekannt, mittels eines Luftmassensensors den Luftmassenstrom zu erfassen, der stromaufwärts einer Drosselklappe hinein in einen Sammler des Ansaugtraktes strömt. In stationären Betriebszuständen entspricht dieser Messwert mit hoher Genauigkeit der von dem jeweiligen Zylinder angesaugten Luftmasse. In instationären Betriebszuständen ergeben sich jedoch starke Abweichungen aufgrund des dynamischen Verhaltens des Ansaugtraktes. Diesbezüglich ist es aus der WO 97/35106 bekannt, mittels eines so genannten Saugrohrmodells abhängig von dem Messwert des Saugrohrdrucks und/oder des Luftmassenstroms, der von dem Luftmassensensor erfasst wird, der Drehzahl, der Ansaugtemperatur der Luft und eines Öffnungsgrades der Drosselklappe einen Schätzwert des Luftmassenstroms und somit der während eines Arbeitsspiels des Zylinders angesaugten Luftmasse zu ermitteln.
• Brennkraftmaschinen werden zunehmend mit variablen Ventilantrieben für die Gaseinlassventile ausgestattet, mittels derer die pro Arbeitsspiel angesaugte Gasmasse in dem jeweiligen Zylinder eingestellt werden kann. Auf eine Drosselklappe wird bei derartigen Brennkraftmaschinen gegebenenfalls verzichtet. Insbesondere geringe Fertigungstoleranzen in derartigen variablen Ventilantrieben können jedoch schon zu erheblichen Abweichungen der in den einzelnen Zylindern angesaugten Luftmasse führen.
• Aus der DE 100 12 926 C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Strömungsparametern für ein Medium bekannt. Der Strömungsparameter kann ein Massendurchsatz sein. Ein Piezofoliensensor ist an einer Wandung eines Ansaugrohres von außen aufgeklebt. Der Piezofoliensensor liefert Spannungssignale, welche durch die Vibrationen oder Schwingungen der Wandung aufgrund der Wechselwirkung des strömenden Mediums mit dieser Wandung er zeugt werden. Das Spannungssignal wird einer Filterung unterzogen und abhängig von den so gefilterten Werten der Massendurchsatz ermittelt.
• Aus dem Artikel "Methoden der Verbrennungsaussetzer-Erkennung mit Klopfsensoren", MTZ Motortechnische Zeitschrift 3/2002, ist offenbart, dass ein von einem Klopfsensor erzeugtes Klopfsignal ein Abbild aller am Befestigungsort des Klopfsensors auftretender Schwingungen ist. Der Klopfsensor ist in einem Motorblock einer Brennkraftmaschine angeordnet. Als Einflussgrößen auf das Klopfsignal sind dort der Zylinderdruck, die Verbrennung und Massen- und Gaskräfte genannt.
• Aus der DE 21 33 735 A ist ein Verfahren zur momentanen Messung eines Luftdurchsatzes im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Messeinrichtung nach dem Prinzip des Dopplereffekts offenbart.
• Aus der DE 195 36 110 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zumindest mittels eines Körperschallsensors und zwei Filtern unterschiedlichen Übertragungsverhaltens mehrere die Verbrennung und/oder Einspritzung charakterisierende Größen bestimmt werden.
• Aus der DE 199 63 753 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Öffnen und/oder Schließen des Gaswechselventils durch Körperschallmessung detektiert wird.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das ein einfaches und präzises Ermitteln einer Gasmasse in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale das unabhängigen Patentanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Gasmasse in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, die einen Ansaugtrakt hat mit mindestens einem Saugkanal, der hin zu dem Zylinder geführt ist und über den der Zylinder abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Ansaugtrakt kommuniziert. Ferner ist der Brennkraftmaschine ein Körperschallsensor zugeordnet, der Körperschall erfasst, der in einem Motorblock oder einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine übertragen wird. Abhängig von dem erfassten Körperschall wird die während eines Arbeitsspiels des Zylinders von diesem angesaugte Gasmasse ermittelt.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis, aus dass mittels des von dem Körperschallsensor erfassten Körperschalls durch geeignete Signalauswertung ein Einströmen von Gas in den Zylinder erkannt werden kann. Somit kann dann abhängig von dem erfassten Körperschäll individuell für den jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine die angesaugte Luftmasse ermittelt werden. Dies ist darüber hinaus ohne einen zusätzlichen Hardwareaufwand möglich. So kann bevorzugt der in der Regel ohnehin vorhandene Klopfsensor für diesen Zweck genutzt werden. Auf diese Weise kann die von dem jeweiligen Zylinder angesaugte Gasmasse durch geeignete Signalauswertung kostengünstig ermittelt werden.
• Die Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die Gasmasse zusätzlich abhängig von einer erfassten Gasmasse hinein in einen Sammler des Ansaugtraktes ermittelt wird, die von einem Gasmassensensor erfasst wird, oder mittels eines Saugrohrdrucksensors bestimmt wird. Dadurch können auf einfache Art und Weise Abweichungen der von den einzelnen Zylindern de Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse korrigiert werden und dennoch die häufig vorhandenen Gasmassensensoren bzw. Saugrohr- oder Saugrohrdrucksensoren und Modelle zum Ermitteln der in den Zylinder angesaugten Gasmasse weiter eingesetzt werden.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die angesaugte Gasmasse durch Auswerten des Frequenzspektrums des erfassten Körperschalls und des Verlaufs der Stellung des Gaseinlassventils bestimmt. Dadurch kann die angesaugte Gasmasse sehr präzise bestimmt werden und dies kann darüber hinaus besonders einfach erfolgen, da der Verlauf des Ventilhubs des Gaseinlassventils in der Regel einfach in der Motorsteuerung abrufbar ist. Durch Auswerten des Frequenzspektrums des Körperschalls können Frequenzanteile erkannt werden und entsprechend ausgewertet werden, die für das Ansaugen der Gasmasse in den jeweiligen Zylinder charakteristisch sind.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn die angesaugte Gasmasse zusätzlich abhängig von der erfassten oder geschätzten Temperatur des angesaugten Gases und des erfassten oder geschätzten Drucks des Gases in dem Saugkanal ermittelt wird. So kann auch bei sich ändernden Werten dieser Größen eine sehr präzise Bestimmen der angesaugten Gasmasse erfolgen.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in einem vorgegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängig von dem erfassten Körperschall ein Beginn und ein Ende des Ansaugens des Gases durch den Zylinder erfasst. Die angesaugte Gasmasse wird abhängig von der Zeitdauer zwi schen dem Beginn und dem Ende des Ansaugens des Gases und der Schallgeschwindigkeit ermittelt. Dadurch kann auch mittels einer sehr einfachen Signalauswertung des Körperschalls ein präzises Ermitteln der von dem jeweiligen Zylinder angesaugten Gasmasse erfolgen. Dabei geht diese Weiterbildung der Erfindung von der Erkenntnis aus, dass in vorgegebenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine das Gas mit Schallgeschwindigkeit durch den Einlassbereich in dem Bereich des Gaseinlassventils in den Zylinder einströmt und somit unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit des Gasstroms und des Beginns und des Endes des Ansaugens des Gases die in den Zylinder der Brennkraftmaschine angesaugte Gasmasse präzise ermittelt werden kann.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Brennkraftmaschine,
• 2 ein erstes Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Programms zum Ermitteln einer Gasmasse in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, und
• 3 eine zweite Ausführungsform des Programms gemäß 2.
• Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
• Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgas trakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst gegebenenfalls eine Drosselklappe 11, er umfasst ferner vorzugsweise einen Sammler 12 und ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock umfasst ferner eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 25 mit dem Kolben 24 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
• Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 30, einem Gasauslassventil 31 und Ventilantrieben 32, 33. Die Ventilantriebe 32, 33 und insbesondere der Ventilantrieb 32 für das Gaseinlassventil 30, sind bevorzugt so ausgebildet, dass durch sie die in den Zylinder pro Arbeitsspiel des Zylinders Z1 einströmende Gasmasse eingestellt werden kann. Sie sind bevorzugt so ausgebildet, dass durch sie der Ventilhub des Gaseinlassventils 30 und/oder ein Ventilhubbeginn und/oder ein Ventilhubende einstellbar sind. Derartige Stellantriebe können entsprechende Mechanismen zum Einstellen des Übertragens eines Nockenhubs einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine umfassen oder auf andere Art und Weise den Ventilhub, den Ventilhubbeginn oder das Ventilhubende variabel einstellen. Sie können beispielsweise auch als elektromechanische Ventiltriebe oder auch als andere direkt auf das Gaseinlassventil einwirkende Stellantriebe, wie beispielsweise ein Piezoaktuator ausgebildet sein.
• Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze 35. Alternativ kann das Einspritzventil 34 auch in dem Saugrohr 13 angeordnet sein.
• Der Abgastrakt 4 umfasst einen Katalysator 40. Von dem Abgastrakt 4 kann eine Abgasrückführleitung hin zu dem Ansaugtrakt 1, insbesondere hin zu dem Sammler geführt sein.
• Ferner ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die auch als Vorrichtung zum Ermitteln einer Gasmasse in einem Zylinder der Brennkraftmaschine bezeichnet werden kann und der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in eine der mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, welcher die Stellung eines Fahrpedals erfasst, ein Luftmassensensor 14, welcher eine Luftmasse erfasst, und zwar stromaufwärts der gegebenenfalls vorhandenen Drosselklappe 11. Die Sensoren sind ferner ein Temperatursensor 15, welcher die Ansauglufttemperatur T_IM erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 22, welcher einen Kurbelwellenwinkel CRK erfasst, aus dem dann eine Drehzahl ermittelt wird, ein Saugrohrdrucksensor 16, welcher einen Druck MAP in dem Saugrohr 13 erfasst und welcher bevorzugt in dem Sammler 12 angeordnet ist, und ein Körperschallsensor 26, welcher bevorzugt an dem Motorblock 2 angeordnet ist und Körperschall erfasst, der in dem Motorblock übertragen wird. Der Körperschallsensor 26 kann auch an oder in dem Zylinderkopf 3 angeordnet sein. Der Körperschall 26 ist bevorzugt gleichzeitig ein Klopfsensor. Ferner ist bevorzugt eine Abgassonde 41 vorgesehen, welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst, der charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder Z1. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
• Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 31, das Einspritzventil 34 und die Zündkerze 35. Neben dem Zylinder Z1 können auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen sein, denen dann auch entsprechende Stellglieder und Sensoren zugeordnet sind.
• Ein Programm, das in der Steuereinrichtung 6 abgearbeitet wird, wird im Folgenden anhand der 2 und eine weitere Ausführungsform des Programms anhand der 3 erläutert.
• Das Programm zum Ermitteln der Gasmasse in dem Zylinder Z1 (2) wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. In einem Schritt S2 wird geprüft, ob der aktuelle Kurbelwellenwinkel CRK größer ist als ein vorgegebener erster Kurbelwellenwinkel. Der erste Kurbelwellenwinkel CRK1 ist so vorgegeben, dass zu diesem Kurbelwellenwinkel CRK auf jeden Fall, das Gaseinlassventil 30 sich noch in seiner Schließposition befindet, in der es ein Ansaugen von Gas aus dem Saugrohr 13 hinein in den Zylinder Z1 verhindert. Der erste Kurbelwellenwinkel CRK1 ist vorteilhaft so gewählt, dass er möglichst nahe an einem frühestmöglichen Kurbelwellenwinkel CRK liegt, an dem das Gaseinlassventil aus seiner Schließposition hinaus bewegt wird, aber sichergestellt ist, dass bei allen möglichen Toleranzen zu diesem ersten Kurbelwellenwinkel CRK1 das Gaseinlassventil 30 noch in seiner Schließposition ist.
• Ist die Bedingung des Schrittes S2 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S4 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgegebene Wartezeitdauer T_W verharrt, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt wird. Ist die Bedingung des Schrittes S2 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S6 der Körperschall KS mittels des Körperschallsensors 26 erfasst und zwischengespeichert. Der so erfasste Wert wird jeweils dem aktuellen Kurbelwellenwinkel CRK oder dem aktuellen Zeitpunkt zugeordnet. Gegebenenfalls wird auch der aktuelle Ventilhub VL des Gaseinlassventils 30 mittels eines entsprechenden Sensors erfasst. Bevorzugt ist der aktuelle Ventilhub jedoch aufgrund der aktuellen Ansteuerung des Stellantriebs 32 als Stellgröße in der Steuereinrichtung bekannt und kann somit auch für eine spätere Signalverarbeitung genutzt werden.
• In einem Schritt S8 wird geprüft, ob der aktuelle Kurbelwellenwinkel CRK kleiner ist als ein zweite Kurbelwellenwinkel CRK2. Der zweite Kurbelwellenwinkel CRK2 ist bevorzugt so gewählt, dass bei Erreichen des zweiten Kurbelwellenwinkels CRK2 das Gaseinlassventil 30 sicher, also auch unter Einbeziehung aller möglichen Toleranzen, wieder in seiner Schließposition ist. Ist die Bedingung des Schrittes S8 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S6 fortgesetzt.
• Ist die Bedingung des Schrittes S8 hingegen erfüllt, so werden in einem Schritt S10 die bei den Durchläufen der Schritte S6 erfassten Werte des Körperschalls KS von dem Zeitbereich t in den Frequenzbereich Ω transformiert. Dies kann beispielsweise mittels einer Fast Fourier Transformation erfolgen.
• In einem Schritt S12 wird mittels einer Frequenzanalyse des Körperschalls KS ein Zeitpunkt t_Start des Ansaugbeginns und ein Zeitpunkt t_End des Ansaugendes ermittelt. Dazu wird bevorzugt ermittelt, welche Frequenzanteile das jeweilige Spektrum des Körperschalls aufweist. Es wird so beispielsweise geprüft, ob das jeweilige Spektrum charakteristische Frequenzanteile für einen Beginn des Einströmens der Ansaugluft oder entsprechend für ein Ende des Einströmens der angesaugten Luft oder des angesaugten Gases aufweist. Darüber hinaus kann auch die Schallintensität ausgewertet und mit entsprechenden Vergleichswerten verglichen werden. Die entsprechenden Vergleichswerte für die charakteristischen Frequenzanteile oder auch die Schallintensität werden bevorzugt vorab mittels entsprechender Versuche an z.B. einem Motorprüfstand ermittelt.
• In einem nachfolgenden Schritt S14 wird eine Geschwindigkeit V_G der angesaugten Gasmasse in den Zylinder Z1 ebenfalls abhängig von einer Frequenzanalyse des erfassten Körperschalls KS und bevorzugt auch abhängig von der Ansauglufttemperatur T_IM ermittelt. Dies kann ebenso wie in dem Schritt S12 durch eine entsprechende Analyse des Signals des Körperschalls KS im Frequenzbereich erfolgen. So kann das Signal daraufhin untersucht werden, ob es bestimmte charakteristische Frequenzanteile enthält und gegebenenfalls die Schallintensität, gegebenenfalls bezogen auf bestimmte Frequenzanteile, ausgewertet wird.
• In einem Schritt S16 wird anschließend die Gasmasse MG, die in den Zylinder Z1 während eines Arbeitsspiels einströmt, abhängig von dem Verlauf der Geschwindigkeit V_G der angesaugten Gasmasse, dem Verlauf des Ventilhubs VL und jeweils über die Zeitdauer, deren Beginn der Zeitpunkt t_Start und deren Ende der Zeitpunkt t_End des Ansaugbeginns bzw. des Ansaugendes ist, ermittelt. So kann beispielsweise das angesaugte Volumen durch Integrieren des Verlaufs der Geschwindigkeit V_G der angesaugten Gasmasse MG und des Verlaufs des Ventilhubs VL über die Zeitdauer integriert werden, die mit dem Zeitpunkt t_Start des Ansaugbeginns beginnt und mit dem Zeitpunkt t_End des Ansaugendes endet. Die angesaugte Luftmasse kann dann durch Multiplikation des errechneten angesaugten Gasvolumens und einer abhängig von dem Druck MAP in dem Saugrohr 13 und der Ansauglufttemperatur T_IM ermittelten Dichte ermittelt werden.
• Die von dem Zylinder Z1 angesaugte Gasmasse MG kann dann von anderen Funktionen der Steuereinrichtung genutzt werden, so z.B. zum Ermitteln der zuzumessenden Kraftstoffmasse.
• Wenn die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder Z1 bis Z4 aufweist, so wird für jeden Zylinder Z1 bis Z4 ein entsprechendes Programm in der Steuereinrichtung 6 während ihres Betriebs abgearbeitet. Je nach Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine ist dann ein Körperschallsensor 26 oder, falls dies zur Trennung entsprechender Körperschallsignale notwendig ist, sind mehrere Körperschallsensoren 26 vorhanden.
• Die Bearbeitung wird anschließend in dem Schritt S4 fortgesetzt.
• In einer alternativen Ausgestaltung des Programms gemäß 2 wird folgend auf den Schritt S12 in einem Schritt S18 geprüft, ob ein vorgegebener Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine vorliegt. Dabei wird bevorzugt geprüft, ob die Brennkraftmaschine sich in dem Betriebszustand des Leerlaufs LL oder in einem Teillastbetrieb TL befindet. Ist die Bedingung des Schrittes S18 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S14 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S18 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S20 die aktuelle Schallgeschwindigkeit C_G ermittelt. Dies kann einfach abhängig von der Ansauglufttemperatur T_IM erfolgen. Es ist allerdings zu berücksichtigen, dass falls die Ansauglufttemperatur T_IM nicht in unmittelbarer Nähe des Gaseinhassventils erfasst wird, dass diese in der Art und Weise zu korrigieren ist, dass die tatsächliche Temperatur der Gas masse hier berücksichtigt wird, die sie im Bereich des Einströmens in den Zylinder hat. Dies kann beispielsweise auch abhängig von einer Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine oder weiterer Größen mittels eines Modells erfolgen.
• Nachfolgend wird in einem Schritt S22 die in den Zylinder Z1 bis Z4 einströmende Gasmasse MG abhängig von der Schallgeschwindigkeit C_G, dem Verlauf des Ventilhubs VL, dem Zeitpunkt t_Start des Ansaugbeginns, dem Zeitpunkt t_End des Ansaugendes, des Drucks MAP in dem Saugrohr 13 und der Ansauglufttemperatur T_IM, die gegebenenfalls derart korrigiert wird, dass sie einen Schätzwert der Temperatur der Gasmasse repräsentiert, berechnet. Die Berechnung erfolgt hierbei entsprechend der Berechnung in dem Schritt S16. Anschließend an den Schritt S22 wird dann die Bearbeitung in dem Schritt S4 fortgesetzt. Auf diese Weise kann in den vorgegebenen Betriebszuständen die Erkenntnis ausgenutzt werden, dass in diesen Betriebszuständen BZ der Brennkraftmaschine die Gasmasse in den Zylinder mit Schallgeschwindigkeit einströmt. Es ist somit lediglich notwendig, den Beginn und das Ende des Einströmens der Gasmasse zu ermitteln. Der Verlauf der Geschwindigkeit kann mit hoher Genauigkeit dann mit der Schallgeschwindigkeit CG gleichgesetzt werden.
• Die Bearbeitung wird anschließend in dem Schritt S4 fortgesetzt.
• Eine weitere Ausführungsform des Programms zum Ermitteln der Gasmasse MG in dem Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine wird in einem Schritt S23 (3) gestartet. In dem Schritt S23 werden gegebenenfalls Variablen initialisiert. Anschließend wird ein Schritt S26 abgearbeitet, der dem Schritt S2 entspricht. Ein Schritt S28 entspricht dem Schritt S4, ein Schritt S30 entspricht dem Schritt S6, ein Schritt S32 entspricht dem Schritt S8, ein Schritt S34 entspricht dem Schritt S10 und ein Schritt S36 entspricht dem Schritt S12. Parallel zu der Abarbeitung der Schritte S26 bis S36 wird in einem Schritt S24 eine Gasmasse MG_P hinein in den Sammler 12 mittels eines als Luftmassensensor 14 ausgebildeten Gasmassensensors erfasst. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Druck MAP in dem Saugrohr 13 mittels des Saugrohrdrucksensors 16 erfasst werden. Mittels entsprechender bekannter physikalischer Modelle kann dann aus der erfassten Gasmasse MG_P in den Sammler 12 und/oder dem Druck MAP in dem Saugrohr 13 ein Schätzwert der angesaugten Gasmasse MG in den Zylinder Z1 bis Z4 ermittelt werden. In einem Schritt S38 wird dann die angesaugte Gasmasse abhängig von diesem Schätzwert, also letztlich abhängig von der erfassten Gasmasse MG_P, die in den Sammler 12 hineinströmt, und dem erfassten Druck MAP in dem Saugrohr 13 und ferner des Zeitpunktes t_Start des Ansaugbeginns und des Zeitpunktes t_End des Ansaugendes und gegebenenfalls der Temperatur T_IM der Ansaugluft ermittelt. Auf diese Weise können so einfach, insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, die individuellen Abweichungen der Zylinder erfasst werden durch den Zeitpunkt t_Start und den Zeitpunkt t_End des Ansaugbeginns bzw. des Ansaugendes und damit letztlich die ermittelten Schätzwerte der angesaugten Gasmasse MG korrigiert werden.
• Ferner ist es auch möglich den bei den Durchläufen der Schritte S6 oder S30 ermittelten Körperschall KS auf eine Änderung der Schallintensität zu beobachten und so den Zeitpunkt t_Start des Ansaugbeginns und des Zeitpunktes t_End des Ansaugendes zu erkennen. Die Steuereinrichtung 6 kann einer Otto-, einer Diesel- oder sonstigen Brennkraftmaschine zugeordnet sein. Die Brennkraftmaschine kann auch einen Turbolader oder einen Kompressor umfassen.

1

Ansaugtrakt

11

Drosselklappe

12

Sammler

13

Saugrohr

14

Luftmassensensor

15

Temperatursensor

16

Saugrohrdrucksensor

18

Impulsladeventil

2

Motorblock

21

Kurbelwelle

22

Kurbelwellenwinkelsensor/Drehzahlsensor

22a

Kurbelwellenwinkel-Geber

23

Temperatursensor

24

Kolben

25

Pleuelstange

3

Zylinderkopf

30

Gaswechselventil, Gaseinlassventil

31

Gaswechselventil, Gasauslassventil

32, 33

Ventilantrieb

34

Einspritzventil

35

Zündkerze

36

Nockenwelle

36a

Nockenwellenwinkelsensor

37

Verstelleinrichtung

39

Nocke

4

Abgastrakt

40

Katalysator

41

Sauerstoffsonde

6

Steuereinrichtung

7

Fahrpedal

71

Pedalstellungsgeber

CRK

Kurbelwellenwinkel

CRK1

erster Kurbelwellenwinkel

CRK2

zweiter Kurbelwellenwinkel

KS

Körperschall

Omega

Frequenzbereich

t

Zeitbereich

t_Start

Zeitpunkt des Ansaugbeginns

t_End

Zeitpunkt des Ansaugendes

V_G

Geschwindigkeit der angesaugten Gasmasse

T_IM

Ansauglufttemperatur

VL

Ventilhub

MAP

Druck in dem Saugkanal

T_W

Wartezeitdauer

MG_P

erfasste Gasmasse hinein in Sammler

C_G

Schallgeschwindigkeit des Gases

BZ

Betriebszustand

LL

Leerlauf

TL

Teillast

Claims (4)

1. Verfahren zum Ermitteln einer Gasmasse (MG) in einem Zylinder (Z1 bis Z4) einer Brennkraftmaschine, die einen Ansaugtrakt (1) hat mit mindestens einem Saugrohr (13), das hin zu dem Zylinder (Z1 bis Z4) geführt ist und über das der Zylinder (Z1 bis Z4) abhängig von der Stellung des Gaseinlassventils (30) mit dem Ansaugtrakt (1) kommuniziert, und der ein Körperschallsensor (26) zugeordnet ist, der Körperschall (KS) erfasst, der in einem Motorblock (2) oder einem Zylinderkopf (3) der Brennkraftmaschine übertragen wird, – bei dem abhängig von dem erfassten Körperschall (KS) die während eines Arbeitsspiels des Zylinders von diesem angesaugte Gasmasse (MG) ermittelt wird, und – bei dem die in einen Zylinder angesaugte Gasmasse (MG) zusätzlich ermittelt wird abhängig von einer Gasmasse (MG_P), die in einen Sammler (12) des Ausangtraktes hineinströms, wobei diese Gasmasse (MG_P) entweder von einem Gasmassensensor erfasst wird, oder mittels eines Saug rohrdrucksensor (16), der den Druck im Sammler (12) misst, bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die angesaugte Gasmasse (MG) durch Auswerten des Frequenzspektrums des erfassten Körperschalls (KS) und des Verlaufs der Stellung des Gaseinlassventils ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die angesaugte Gasmasse (MG) zusätzlich abhängig von der erfassten oder geschätzten Temperatur des angesaugten Gases und des erfassten oder geschätzten Drucks des Gases in dem Saugrohr (13) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in einem vorgegebenen Betriebszustand (BZ) der Brennkraftmaschine abhängig von dem erfassten Körperschall (KS) ein Beginn und ein Ende des Ansaugens des Gases durch den Zylinder (Z1 bis Z4) erfasst wird und bei dem die angesaugte Gasmasse (MG) abhängig von einer Zeitdauer zwischen dem Beginn und dem Ende des Ansaugens des Gases und der Schallgeschwindigkeit (C_G) ermittelt wird.