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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr, das hin zu einem Einlass
eines Zylinders einer Brennkraftmaschine geführt ist. Der Brennkraftmaschine
ist ferner ein Gaseinlassventil zugeordnet, das an dem Einlass des
Zylinders angeordnet ist. Ein Impulsladeventil ist stromaufwärts des Gaseinlassventils
in dem Saugrohr angeordnet. Abhängig
von seiner Schaltstellung gibt es das Saugrohr frei oder verschließt es.
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Im
Falle einer Brennkraftmaschine nach dem Zweitakt-Prinzip ist das
Saugrohr hin zu einem Einlass geführt, der abhängig von
der Stellung einer Einlassvorrichtung mit einem Innenraum eines
Kurbelgehäuses,
das einem Zylinder zugeordnet ist, pneumatisch koppelbar ist. Ferner
ist dann der Innenraum des Kurbelgehäuses abhängig von der Stellung einer weiteren
Einlassvorrichtung der Brennkraftmaschine pneumatisch mit einem
Zylinderinnenraum des Zylinders koppelbar.
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Hersteller
von Brennkraftmaschinen sehen sich zunehmend Anforderungen ausgesetzt,
Brennkraftmaschinen kompakter zu gestalten bei gleichzeitig gleichbleibender
maximaler Leistung der Brennkraftmaschine oder auch Leistungssteigerungen
der Brennkraftmaschine. Zu diesem Zweck sind verschiedene Konzepte
bekannt, die eine Leistungssteigerung bezogen auf den Hubraum der
Brennkraftmaschinen gewährleisten.
Derartige Konzepte werden auch als Down-Sizing-Konzepte bezeichnet.
So ist es beispielsweise bekannt Brennkraftmaschinen mit einem Abgasturbolader
zu versehen, der einen Verdichter hat, der die Luft in einem Ansaugtrakt
der Brennkraftmaschine verdichtet und es so ermöglicht, dass im Vergleich zu
einem Nichtvorhandensein eines Verdichters eine größere Luftmasse
von dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine angesaugt werden kann.
Abgasturbolader werden von einer Turbine angetrieben, die sich in
einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine befindet. Darüber hinaus
sind Impulsladeventile für
Brennkraftmaschinen bekannt zum Erhöhen der von den jeweiligen
Zylindern angesaugten Luftmasse.
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Aus
der
DE 102 00533 A1 ist
eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine
bekannt. Die Brennkraftmaschine hat einen Ansaugtrakt mit einem
Saugrohr, in dem stromaufwärts
der Gaseinlassventile schnell schaltende Querschnittsschalter einer
integrierten Impulsladeeinheit angeordnet sind. Der einem Zylinder
zugeordnete schnell schaltende Querschnittsschalter ist während des
ersten Abschnitts der Ansaugsequenz des Zylinders geschlossen, so
dass sich ein hoher Unterdruck aufbauen kann. Nach cirka der Hälfe der
Ansaugsequenz wird der schnell schaltende Querschnittsschalter schlagartig
geöffnet,
so dass der während
des ersten Abschnitts der Ansaugsequenz erzeugte Unterdruck im Zylinder
eine sehr hohe Einströmgeschwindigkeit
des angesaugten Luft/Kraftstoffgemisches bewirkt. Die sehr schnell
in den Brennraum des Zylinders der Verbrennungskraftmaschine einströmende Einlassluftsäule führt im Bereich
kleiner und mittlerer Drehzahlen der Brennkraftmaschine zu signifikanten
Aufladeeffekten aufgrund der besseren Füllungscharakteristik des jeweiligen
Brennraums.
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Aus
der
DE 197 54 287
A1 ist eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder,
und mit mindestens einem in den Zylinder führenden Ansaugkanal mit einem
steuerbaren Einlassquerschnitt bekannt, wobei in dem Ansaugkanal
mindestens ein den Einlassquerschnitt steuerndes Ventil vorgesehen ist.
Diesem mindestens einem Ventil ist ein mindestens ein in Abhängigkeit
eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine gesteuertes Vorschaltventil
zugeordnet. Das Vorschaltventil kann dabei als elektromagnetisch
betätigbares
Schieberventil oder als ein elektromagnetisch betätigbares
Klappenventil ausgebildet sein. Das Vorschaltventil ist unabhängig von dem
Ventil, dem es zugeordnet ist, steuerbar. Vorzugsweise ist das Vorschaltventil
stromaufwärts
vor dem den Einlassquerschnitt steuernden Ventil angeordnet. Die
Ansteuerung dieses Vorschaltventils erfolgt von einer Motorelektronik
aus in Abstimmung mit verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine,
vorzugsweise einer Drehzahl, einer Motorlast, einer Betriebstemperatur,
einer Fahrpedalstellung.
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In
der Veröffentlichung
von Elsäßer A. et
al. "Impulsaufladung
und Laststeuerung",
MTZ 12/2001, Jg. 62, Seiten 998 bis 1009 ist die prinzipielle Funktion
der Impulsaufladung und Laststeuerung von Hubkolbenmotoren mittels
eines Lufttaktventils beschrieben. Die Grundidee des Lufttaktventils
basiert auf einer Beeinflussung des Ladungswechsels durch eine stromauf
des Einlassventils angeordnete, gesteuerte Klappe im Saugrohr. Mit
diesem Ventil wird die Luftmasse in weiten Bereichen bedarfsgerecht
zugemessen und gegenüber
der "natürlichen" Ansaugung noch weiter
gesteigert. Die Luftmassenerhöhung,
die so genannte dynamische Aufladung wird dadurch erreicht, dass
die Öffnungs-
und Schließvorgänge des Lufttaktventiles
in Abhängigkeit
der Betriebsparameter des Motors relativ zur Bewegung von Einlassventil und
Kolben gesteuert werden können.
Beim Betrieb einer schnell schaltenden Klappe des Lufttaktventils mit
frei ansteuerbaren Antrieb im Saugrohr können verschiedene Funktionen
zur Ladungsbeeinflussung dargestellt werden. Sie betreffen einerseits
die Regelung der Luftmasse im Brennraum und andererseits thermodynamische
Effekte zur gezielten Erhöhung oder
Verminderung der Temperatur der einströmenden Frischluft.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, das beziehungsweise die ein einfaches und präzises Steuern der
Brennkraftmaschine mit einem Impulsladeventil gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten
Aspekts aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung
zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr, das hin
zu einem Einlass eines Zylinders der Brennkraftmaschine geführt ist,
einem Gaseinlassventil, das an dem Einlass des Zylinders angeordnet
ist, einem Gasauslassventil, das an dem Auslass des Zylinders angeordnet
ist, zu dem ein Abgaskanal geführt
ist, und einem Impulsladeventil, das stromaufwärts des Gaseinlassventils in
dem Saugrohr angeordnet ist und abhängig von seiner Schaltstellung
das Saugrohr freigibt oder verschließt.
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Die
Erfindung zeichnet sich gemäß eines zweiten
Aspekts aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung
zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
ist, mit einem Saugrohr, das hin zu einem Einlass geführt ist,
der abhängig
von der Stellung einer Einlassvorrichtung mit einem Innenraum eines Kurbelgehäuses, das
einem Zylinder zugeordnet ist, pneumatisch koppelbar ist, wobei
der Innenraum des Kurbelgehäuses
abhängig
von der Stellung einer weiteren Einlassvorrichtung der Brennkraftmaschine pneumatisch
mit einem Zylinderinnenraum des Zylinders koppelbar ist, und mit
einem Impulsladeventil das stromaufwärts des Einlasses in dem Saugrohr angeordnet
ist und abhängig
von seiner Schaltstellung (S) das Saugrohr freigibt oder verschließt.
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Gemäß beiden
Aspekten der Erfindung wird ein gewünschter Luftmassenstrom in
den Zylinder abhängig
von einer Lastanforderung ermittelt. Die Lastanforderung kann beispielsweise
ein gewünschtes
Drehmoment sein, das von der Brennkraftmaschine abgegeben werden
soll, sie kann aber auch eine gewünschte Leistung sein, die von
der Brennkraftmaschine abgegeben werden soll. Sie kann jedoch auch
eine beliebige andere Größe sein,
die charakteristisch ist für
eine Last, die für
die Brennkraftmaschine angefordert wird.
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Ferner
wird ein maximaler Luftmassenstrom ermittelt, der bei einem maximal
verfügbaren
Saugrohrdruck in dem aktuellen Betriebspunkt einstellbar ist, wenn
das Impulsladeventil dauer haft das Saugrohr freigibt. Ein Vergleichswert
wird ermittelt abhängig
von dem gewünschten
Luftmassenstrom und dem maximalen Luftmassenstrom. Ein Ansteuern des
Impulsladeventils erfolgt abhängig
von dem Vergleichswert. Der maximale Luftmassenstrom kann besonders
einfach ermittelt werden, insbesondere mittels eines physikalischen
Modells des Ansaugverhaltens der Brennkraftmaschine. Der Vergleichswert hat
einen geringen Speicherplatzbedarf. Das Verfahren und die entsprechende
Vorrichtung zeichnen sich insgesamt aus durch einen äußerst geringen
Abstimmungsaufwand bei einer entsprechenden Applikation für eine spezifische
Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Impulsladeventil
aktiviert, wenn eine erste Bedingung erfüllt ist, die abhängt von
dem Vergleichswert und einem ersten Schwellenwert. Das Impulsladeventil
ist aktiviert, wenn es während
eines Arbeitszyklusses des Zylinders mindestens einmal in seine
Schließstellung
gesteuert wird, in der es das Saugrohr verschließt und mindestens einmal in
seine Offenstellung gesteuert wird, in der es das Saugrohr freigibt.
Bei geeigneter Wahl des ersten Schwellenwertes kann die Brennkraftmaschine
so mit einem hohen Wirkungsgrad und gleichzeitig gutem Ansprechverhalten
betrieben werden und zugleich kann der Verschleiß des Impulsladeventils gering
gehalten werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der erste Schwellenwert
abhängt
von der Drehzahl. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit den Wirkungsgrad
weiter zu steigern.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Impulsladeventil deaktiviert,
wenn eine zweite Bedingung erfüllt
ist, die abhängt
von dem Vergleichswert und dem zweiten Schwellenwert. Das Impulsladeventil
ist deaktiviert, wenn es sich während
eines Arbeitszyklusses des Zylinders dauernd in seiner Offenstellung
befindet. Bei geeigneter Wahl des zweiten Schwellenwertes in Bezug
auf den ersten Schwellenwert kann so einfach ein sehr kurz aufeinanderfolgendes
Aktivieren und anschließendes
Deaktivieren oder umgekehrt des Impulsladeventils vermieden werden.
Auf diese Weise kann einfach ein komfortables Fahrverhalten der Brennkraftmaschine
gewährleistet
werden. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der zweite Schwellenwert
abhängt
von der Drehzahl. Auf diese Weise kann einfach ein noch höherer Fahrkomfort gewährleistet
werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Kurbelwellenwinkel, bei
dem das Impulsladeventil von seiner Schließstellung in seine Offenstellung
gesteuert wird, abhängig von
dem Vergleichswert ermittelt. Dadurch ist das Steuern der Brennkraftmaschine
besonders einfach.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Kurbelwellenwinkelbereich,
während
dessen das Impulsladeventil in seine Offenstellung gesteuert wird,
abhängig
von dem Vergleichswert ermittelt. Auch so kann ein besonders einfaches
Steuern der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.
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Besonders
einfach kann der maximale Luftmassenstrom bei Vorhandensein einer
Drosselklappe abhängig
von einem Gasdruck stromaufwärts
der Drosselklappe ermittelt werden. Der Gasdruck stromaufwärts der
Drosselklappe steht häufig
als Mess- oder Schätzwert ohnehin
zur Verfügung
und ist der Druck, den der Druck in dem Saugrohr in dem aktuellen
Betriebspunkt maximal einnehmen kann und zwar dann, wenn die Drosselklappe
in der Stellung ist, in der an ihr ein minimaler Druck abfällt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung,
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2 eine
weitere Ansicht von Teilen der Brennkraftmaschine gemäß 1,
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3A und 3B ein
Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der Brennkraftmaschine
und
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4 Verläufe des
Ventilhubs des Gaseinlassventils und eines Gasauslassventils der
Brennkraftmaschine und einer Schaltstellung eines Impulsladeventils
aufgetragen über
den Kurbelwellenwinkel.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Eine
Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1,
einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen
Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt umfasst vorzugsweise eine
Drosselklappe 11, ferner einen Sammler 12 und
ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen
Einlasskanal in den Motorblock geführt ist. Der Motorblock umfasst
ferner eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 25 mit
dem Kolben 24 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
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Der
Zylinderkopf umfasst einen Ventiltrieb mit einem Einlassventil 30,
einem Auslassventil 31 und Ventilantrieben 32, 33.
Der Antrieb des Gaseinlassventils 30 und des Gasauslassventils 31 erfolgt dabei
mittels einer Nockenwelle 36 (siehe 2), auf der
Nocken 39 ausgebildet sind, die auf das Gaseinlassventil 30 bzw.
das Gasauslassventil 31 einwirken, oder gegebenenfalls
mittels zweier Nockenwellen, wobei je eine dem Gaseinlassventil 30 und
dem Gasauslassventil 31 zugeordnet ist.
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Der
Antrieb für
das Gaseinlassventil 30 und/oder das Gasauslassventil 31 umfasst
vorzugsweise neben der Nockenwelle 36 eine Verstelleinrichtung 37,
die einerseits mit der Nockenwelle 36 und andererseits
mit der Kurbelwelle 21 gekoppelt ist, z. B. über Zahnkränze, die über eine
Kette miteinander gekoppelt sind. Mittels der Verstelleinrichtung 37 kann
die Phase zwischen der Kurbelwelle 21 und der Nockenwelle 36 verstellt
werden. So kann eine Ventilüberschneidung
des Gaseinlassventils 30 und des Gasauslassventils 31 eingestellt
werden, d.h. der Kurbelwellenwinkelbereich, während dessen sowohl ein Einlass
als auch ein Auslass des Zylinders freigegeben wird.
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Der
Zylinderkopf 3 (1) umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und
eine Zündkerze 35.
Alternativ kann das Einspritzventil auch in dem Ansaugkanal angeordnet
sein.
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Der
Abgastrakt 4 umfasst einen Katalysator 41. Von
dem Abgastrakt 4 kann eine Abgasrückführleitung hin zum Ansaugtrakt 1,
insbesondere hin zum Sammler 12 geführt sein.
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In
dem Saugrohr 13 ist ferner ein Impulsladeventil 18 angeordnet,
das in einer Schaltstellung S, der Offenstellung OP, den Querschnitt
des Saugrohrs 13 freigibt und in einer weiteren Schaltstellung
S, der Schließstellung
CL, den Querschnitt des Saugrohrs 13 verschließt. Das
Schaltventil kann in Form einer drehbar gelagerten Klappe ausgebildet
sein und durch Verschwenken von seiner Offenstellung OP in seine
Schließstellung
CL und umgekehrt bewegt werden. Es kann aber beispielsweise auch
als scheibenförmiges
Element ausgebildet sein, das bei seiner Bewegung von der Offenstellung
OP in seine Schließstellung
CL und umgekehrt eine translatorische Bewegung macht.
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Die
Brennkraftmaschine umfasst ferner bevorzugt einen Abgasturbolader,
der jedoch in einer einfachen Ausführungsform der Brennkraftmaschine auch
nicht vorhanden sein kann. Alternativ kann ferner statt des Abgasturboladers
ein Kompressor vorhanden sein, der entweder elektromotorisch oder durch
die Kurbelwelle 21 angetrieben wird. Der Abgasturbolader
umfasst einen Verdichter 10, der stromaufwärts der
Drosselklappe 11 in dem Ansaugtrakt 1 angeordnet
ist. Der Verdichter 10 wird von einer Turbine 40 angetrieben,
die in dem Abgastrakt 4 angeordnet ist.
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Ferner
ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, 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 ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder
mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
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Die
Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, welcher die eine
Pedalstellung PV eines Fahrpedals 7 erfasst, ein Luftmassenmesser 14,
welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 11 erfasst,
ein Temperatursensor 15, welcher die Ansauglufttemperatur
erfasst, ein Drucksensor 16, welcher einen Saugrohrdruck
erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 22, welcher einen
Kurbelwellenwinkel CRK erfasst, ein weiterer Temperatursensor 23,
welcher eine Kühlmitteltemperatur
erfasst, und ein Nockenwellenwinkelsensor 36a, welcher
den Nockenwellenwinkel erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann
eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11,
die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 31,
das Einspritzventil 34, die Zündkerze 35, die Verstelleinrichtung 37 und
das Impulsladeventil 18.
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Neben
dem Zylinder Z1 können
auch noch weitere Zylinder Z2–Z4
vorgesehen sein, denen dann auch entsprechende Stellglieder zugeordnet
sind.
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Die
Brennkraftmaschine kann auch als Zweitakt-Brennkraftmaschine ausgebildet sein
mit dem Saugrohr, das hin zu einem Einlass geführt ist, der abhängig von
der Stellung einer Einlassvorrichtung mit einem Innenraum eines
Kurbelgehäuses,
das einem Zylinder zugeordnet ist, pneumatisch koppelbar ist. Die
Einlassvorrichtung kann beispielsweise durch ein Kolbenhemd des
Kolbens des Zylinders und dem sich abgewandt von dem Kolbenboden
befindlichen und hin zu dem Kurbelgehäuse gewandten Teil des Innenraums
der Zylinderwand gebildet sein. Sie kann jedoch auch durch ein Rückschlagventil
gebildet sein, das das Saugrohr direkt mit dem Kurbelgehäuse koppelt,
wenn der Druck in dem Kurbelgehäuse geringer
ist als der Druck in dem Saugrohr. Der Innenraum des Kurbelgehäuses ist
abhängig
von der Stellung einer weiteren Einlassvorrichtung der Brennkraftmaschine
pneumatisch mit einem Zylinderinnenraum des Zylinders koppelbar
ist, und mit einem Impulsladeventil (18) das stromaufwärts des Einlasses
in dem Saugrohr angeordnet ist und abhängig von seiner Schaltstellung
(S) das Saugrohr freigibt oder verschließt.
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Ein
Ablaufdiagramm (3A, 3B) eines Programms
zum Steuern der Brennkraftmaschine ist in der Steuereinrichtung 6 gespeichert,
die auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet
werden kann, und wird während
des Betriebs der Brennkraftmaschine in der Steuereinrichtung 6 abgearbeitet.
Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls
Variablen initialisiert werden. So kann beispielsweise in dem Schritt
S1 eine logische Variable LV mit einem Deaktivierungswert NAC belegt
werden, der kennzeichnet, dass das Impulsladeventil 18 deaktiviert
ist.
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In
einem Schritt S2 wird ein gewünschter Luftmassenstrom
MAF_SP in den Zylinder Z1 ermittelt. Dies erfolgt abhängig von
einer Lastanforderung, die beispielsweise ein von der Brennkraftmaschine abzugebendes
Drehmoment sein kann. Das von der Brennkraftmaschine abzugebende
Drehmoment wird bevorzugt abhängig
von der Fahrpedalstellung PV, der Drehzahl N und gegebenenfalls
anderen Drehmomentanforderungen, beispielsweise einer Geschwindigkeitsregelung,
eines Leerlaufreglers, einer Getriebesteuerung oder einer Antriebsschlupfregelung
ermit telt. Die Lastanforderung kann auch direkt durch die Fahrpedalstellung
PV oder eine ähnliche Größe repräsentiert
sein.
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Anschließend wird
in einem Schritt S4 ein maximaler Luftmassenstrom ermittelt und
zwar abhängig
von einem Ladedruck PUT und Parametern einer Schluckkennlinie des
Zylinders Z1 der Brennkraftmaschine und zwar eines Steigungswertes EFF_VOL_SLOP
und eines Offsetwertes EFF_VOL_OFS. Der Ladedruck PUT kann mittels
eines entsprechenden Drucksensors erfasst werden, der zwischen der
Drosselklappe 11 und dem Verdichter 10 angeordnet
ist. Er kann jedoch auch einen Schätzwert darstellen, der mittels
eines entsprechenden physikalischen Modells des Ansaugtraktes zum Beispiel
abhängig
von dem Öffnungsgrad
der Drosselklappe 11, der Drehzahl N und/oder dem von dem Saugrohrdrucksensor 16 erfassten
Saugrohrdruck und einem physikalischen Modell des Verhaltens des Verdichters 10 ermittelt
wird.
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Das
Schluckverhalten des Zylinders Z1 lässt sich mit ausreichender
Genauigkeit mittels einer linearen Schluckkennlinie approximieren.
So kann einfach durch Multiplizieren des Saugrohrdrucks mit dem
Steigungswert EFF_VOL_SLOP und eine anschließendes Addieren des Offsetwertes EFF_VOL_OFS
ein tatsächlicher
Luftmassenstrom in den Zylinder Z1 ermittelt werden. Der maximale Luftmassenstrom
MAF_MAX, der durch Verändern der
Stellung der Drosselklappe 11 in dem aktuellen Betriebspunkt
einstellbar ist, wenn das Impulsladenventil 18 dauerhaft
das Saugrohr freigibt, das heißt wenn
es deaktiviert ist, kann einfach dadurch ermittelt werden, dass
dem Saugrohrdruck der Ladedruck PUT zugeordnet wird und dann der
maximale Luftmassenstrom MAF_MAX mittels der oben beschriebenen
Schluckkennlinie ermittelt wird. Auf diese Weise wird einfach die
Erkenntnis genutzt, dass durch ein entsprechendes Verstellen der
Stellung der Drosselklappe 11 der Saugrohrdruck maximal
den aktuellen Ladedruck PUT annehmen kann.
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In
einem Schritt S6 wird ein Vergleichswert VW abhängig von dem gewünschten
Luftmassenstrom MAF_SP und dem maximalen Luftmassenstrom MAF_MAX
ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt dadurch, dass das Verhältnis des
gewünschten
Luftmassenstroms MAF_SP und des maximalen Luftmassenstroms MAF_MAX
ermittelt wird. Alternativ kann jedoch beispielsweise auch die Differenz
des gewünschten
Luftmassenstroms MAF_SP und des maximalen Luftmassenstroms MAF_MAX
ermittelt werden.
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In
einem Schritt S8 wird dann ein erster Schwellenwert THD1 ermittelt.
Der erste Schwellenwert THD1 wird bevorzugt abhängig von einer Drehzahl, bevorzugt
mittels einer Kennlinie ermittelt. Er kann jedoch auch fest vorgegeben
sein. Falls der Vergleichswert durch das Bilden des Quotienten des gewünschten
Luftmassenstroms MAF_SP und des maximalen Luftmassenstroms MAF_MAX
gebildet wurde, so hat der erste Schwellenwert THD1 bevorzugt Werte
in der Nähe
des Wertes eins.
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In
einem Schritt S10 wird geprüft,
ob der Vergleichswert VW größer ist
als der erste Schwellenwert THD1. Ist dies der Fall, so wird in
einem Schritt S12 der logischen Variable LV ein Aktivierwert AC
zugeordnet. Anschließend
wird die Bearbeitung in dem auf den Verknüpfungspunkt A folgenden Schritt
fortgesetzt.
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Ist
die Bedingung des Schrittes S10 hingegen nicht erfüllt, so
wird in einem Schritt S13 ein zweiter Schwellenwert THD2 ermittelt.
Dies erfolgt ebenso wie für
den ersten Schwellenwert THD1 bevorzugt abhängig von der Drehzahl N. Der
zweite Schwellenwert THD2 kann jedoch auch ein fest vorgegebener
Wert sein. Der zweite Schwellenwert THD2 ist so gewählt, dass
er jeweils kleiner ist als der erste Schwellenwert THD1.
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In
einem Schritt S14 wird anschließend
geprüft,
ob der Vergleichswert kleiner ist als der zweite Schwellenwert THD2.
Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S18 die logische Variable
mit einem Deaktivierungswert NAC belegt. Anschlie ßend wird dann
die Bearbeitung in einem Schritt S16 fortgesetzt, in dem das Programm
für eine
vorgegebene Wartezeitdauer T_W verharrt, bevor die Bearbeitung erneut
in dem Schritt S2 fortgesetzt wird. Bevorzugt ist die vorgegebene
Wartezeitdauer T_W so gewählt, dass
pro Arbeitszyklus des Zylinders Z1–Z4 der Schritt S2 und die
darauf folgenden Schritte einmal durchlaufen werden.
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Wenn
die Bedingung des Schrittes S14 nicht erfüllt ist, so wird die Bearbeitung
in dem Schritt S20 fortgesetzt. In dem Schritt S20 wird geprüft, ob die
logische Variable LV den Aktivierungswert AC hat. Ist dies nicht
der Fall, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S16 fortgesetzt.
Ist dies hingegen der Fall, so wird in einem Schritt S22 ein erster
Kurbelwellenwinkel CRK1 ermittelt, zu dem das Impulsladeventil 18 von
seiner Schließstellung
CL in seine Offenstellung OP gesteuert werden soll. Der erste Kurbelwellenwinkel
CRK1 wird abhängig
von dem Vergleichswert VW und bevorzugt der Drehzahl N ermittelt.
Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines entsprechenden Kennfeldes,
das vorab durch Versuche an einem Motorprüfstand oder auch durch Simulationen
ermittelt wurde.
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Anschließend wird
in einem Schritt S24 ein Kurbelwellenwinkelbereich CRK_OP ermittelt,
während
dessen das Impulsladeventil 18 in seine Offenstellung OP
gesteuert ist. Dies erfolgt ebenfalls abhängig von dem Vergleichswert
VW und gegebenenfalls der Drehzahl N. Bevorzugt ist auch dazu ein Kennfeld
vorgesehen, das ebenfalls vorab durch Versuche an einem Motorprüfstand oder
auch durch Simulationen ermittelt wurde.
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In
einem Schritt S26 wird dann das Impulsladeventil 18 entsprechend
der in den Schritten S22 und S24 ermittelten Werte des ersten Kurbelwellenwinkels
CRK1 und des Kurbelwellenwinkelbereichs CRK_OP angesteuert. Anschließend wird
dann die Bearbeitung in dem Schritt S16 fortgesetzt.
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Anhand
der 4 sind beispielhafte Verläufe des Ventilhubs 91 des
Gasauslassventils 31, des Ventilhubs 92 des Gaseinlassventils 30 und
der Stellung S des Impulsladeventils 18 über dem
Kurbelwellenwinkel CRK aufgetragen. Je später das Impulsladeventil 18 von
seiner Schließstellung
CL in seine Offenstellung OP gesteuert wird und zwar im Hinblick auf
das Öffnen
des Gaseinlassventils bevor der Ventilhub des Gaseinlassventils 30 seinen
Maximalwert erreicht, desto höher
ist der Unterdruck stromabwärts des
Impulsladeventils 18. Dies führt dann zu einer sehr starken
Saugwirkung beim Öffnen
des Impulsladeventils 18 und bei einem passenden Schließzeitpunkt
des Gaseinlassventils 30 zu einer erhöhten Luftmasse in dem Zylinder
Z1–Z4
aufgrund der Dynamik und der Trägheit
der durch das Saugrohr 13 strömenden Luftmasse. Der erste
Kurbelwellenwinkel CRK1, bei dem das Impulsladeventil in seine Offenstellung
gesteuert wird, beeinflusst die nach dem Schließen des Gaseinlassventils 30 in
dem Zylinder Z1–Z4
befindliche Luftmasse sehr stark. Auch der Kurbelwellenbereich CRK_OP
hat einen Einfluss auf die Luftmasse die sich nach Schließen des
Gaseinlassventils 30 in dem Zylinder Z1 befindet.
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In
der 4 ist ein beispielhafter Verlauf der Schaltstellung
S des Impulsladeventils 18 für einen Arbeitszyklus des Zylinders
Z1 dargestellt und zwar wenn das Impulsladeventil 18 aktiviert
ist, das heißt die
logische Variable LV den Aktivierungswert AC hat. Wenn das Impulsladeventil 18 deaktiviert
ist und somit die logische Variable LV den Deaktivierungswert DAC
hat so befindet sich das Impulsladeventil 18 über dem
gesamten in der 4 dargestellten Kurbelwellenwinkel
CRK in seiner Schließstellung CL.