DE102004061142A1

DE102004061142A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102004061142A1
Application number: DE102004061142A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schilling; Matthias Schultalbers
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: DE102004061142B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei diese für die flexible Steuerung des Ladungswechsels wenigstens zwei unterschiedliche Ventilerhebungskurven und eine Einrichtung zur Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurven aufweist. Das Verfahren betrifft die Steuerung der Brennkraftmaschine bei Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurven, wobei eine Ventilhubumschaltung im Betrieb des Motors realisiert wird, ohne dass die Umschaltung für den Fahrer als Drehmomentschwankung im Antriebsstrang spürbar wird. Ein Steuergerät ermittelt dabei, ausgehend von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und dem Fahrerwunsch, eine Umschaltanforderung zum Wechsel der wirksamen Ventilhubkurven. DOLLAR A Vor der Umschaltung der Ventilerhebungskurven wird prädiktiv die Drosselklappenstellung verändert, zumindest wird nach der durch die Umschaltanforderung ausgelösten prädiktiven Korrektur der Drosselklappenstellung fortlaufend das gewünschte Soll- und das Ist-Drehmoment ermittelt. Die Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurve erfolgt zeitverzögert zur Umschaltanforderung, wobei der Umschaltzeitpunkt aus dem Verlauf der Abweichung des Ist-Drehmoments vom Soll-Drehmoment ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 10 und 11. Moderne Verbrennungsmotoren sind im Laufe der Entwicklung immer mehr in Richtung maximaler Leistung bei sinkenden Verbrauchs- und Emissionswerten optimiert worden. Für die dafür notwendige Steuerung optimaler Verbrennungsbedingungen ist im Stand der Technik eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt, die vor allem eine optimierte Gemischaufbereitung sowie eine optimierte und flexibel an die Motorbetriebsbedingungen anpassbare Steuerung des Gaswechsels für die Brennkraftmaschine bereitstellen. Die Steuerung von Motoren hin zu optimalen Verbrauchs- und Emissionswerten geschieht dabei ebenfalls unter dem Gesichtspunkt der Fahreigenschaften, die ein Motor im Gesamtfahrzeug aufweist. Eine homogene Kraftentwicklung ist dabei aus Verschleißgründen der nachfolgenden Antriebselemente sowie aus Sicht des Fahreindruckes eine wichtige Komponente.

Im Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen zur flexiblen Anpassung der Füllung eines Brennraumes mit Luft und Kraftstoff vorbekannt. So kann durch eine ausgefeilte Einspritzstrategie die Einbringung des Gemischs in den Brennraum sowohl bei Motoren mit Direkteinspritzung als auch bei Saugrohreinspritzung flexibel über die Motorsteuerung angepasst werden. Weiterhin ist es vorbekannt, durch die gezielte Steuerung der Hubventile die Füllung des Motors mit Frischluft oder mit einem Luft-Brennstoffgemisch zu beeinflussen. Es sind dabei im Stand der Technik eine Reihe von Vorrichtungen bekannt, bei denen der Ventilhub gezielt beeinflusst werden kann. So finden sich vollvariable Ventiltriebe, die mechanisch, piezoelektrisch oder elektromagnetisch betätigt werden, ebenso wie schaltbar zwischen verschiedenen Öffnungskurven wählbare Steuerkonzepte. Ventilsteuervorrichtungen, bei denen schaltbar zwischen verschiedenen Ventilerhebungskurven gewählt werden kann, erschließen dabei einen weiten Bereich der für die Verbrauchs- und Emissionsoptimierung notwendigen Anpassung der Füllung. Schaltbare Ventiltriebe finden sich beispielsweise in Ausgestaltungen als schaltbare Tassenstößel in der DE 42 13 856 oder in einer Ausgestaltung mit einem auf der Nockenwelle angeordneten Nockenpaket, bei welchem wahlweise die wirksame Ventilerhebungskurve geschaltet wird in der DE 100 54 623 . Die schaltbaren Konzepte weisen einen einfachen mechanischen Aufbau und einen geringen Aufwand in der Applikation auf, jedoch treten systembedingt Nachteile durch die abrupte Umschaltung der Ventilerhebungskurven auf. Bedingt durch die sich mit der Umschaltung plötzlich ändernde Füllung des Motors und die Druckveränderung in den Ansaugkomponenten treten Veränderungen im Verbrennungsverlauf auf, die eine Änderung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmomentes hervorrufen. Die Drehmomentänderung kann dabei als „Ruckeln" im Antriebsstrang für den Fahrer spürbar werden und Sich verschleißsteigernd auf den Antriebsstrang auswirken. Für die Verminderung der Auswirkungen des Umschalteffektes auf das Drehmoment sind dabei im Stand der Technik Ansätze vorbekannt.

So zeigt die DE 41 35 965 C2 eine Brennkraftmaschine mit variabler Nockensteuerung, bei der zur Verminderung des Umschalteffektes von einer Nockenkontur auf die andere ein Drosselventil in der Ansaugleitung beim Umschaltvorgang gezielt mit einem Korrekturwert zur Verminderung des Drehmomentsprungs beaufschlagt wird. Das Drehmoment vor Umschaltung soll dabei gleich dem Drehmoment nach Umschaltung sein. Es wird im Moment der Umschaltung von kleinem auf großen Nockenhub das Drosselventil um einen Korrekturwert geschlossen und gleichzeitig erfolgt mit einem Zündwinkeleingriff ein Ausgleich der durch die Umschaltung auf größeren Nockenhub bewirkten Drehmomentsteigerung. Die Auswirkung der veränderten Luftfüllung auf das Drehmoment findet jedoch durch die Laufzeiten der Gasmassen nur verzögert statt, weshalb der Zündwinkel nachfolgend den Drehmomentsprung, der trotz Korrekturwert der Drosselklappe erzeugt werden würde, ausgleicht. Die bei der verzögerten Reaktion auftretende Totzeit ist dabei von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine abhängig und variiert stark. Eine Kompensation des gesteigerten Drehmomentes abhängig von der Auswirkung des Drosselklappenkorrekturwertes ist damit nur teilweise möglich. In Umschaltrichtung von großem auf kleinen Nockenhub werden Drosselklappe und Zündwinkel vor dem Umschaltzeitpunkt angepasst. Die Korrektur der Winkelstellung der Drosselklappe und die Korrektur des Zündwinkeleingriffes erfolgen hierbei wiederum gleichzeitig, um dem durch die Öffnung der Drosselklappe hervorgerufenen drehmomentsteigernden Effekt mit der Zündwinkelverstellung entgegenzuwirken. Auch hier besteht wiederum das Problem der mit den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine schwankenden Reaktionszeiten der Drehmomentänderung nach der Korrektur des Drosselklappenwinkels. Die Kompensation des sich ändernden Drehmomentes durch die Einwirkung auf den Zündwinkel muss zeitlich versetzt erfolgen, wobei diese Zeit sich mit den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ändert. Des weiteren ist mittels des Zündwinkeleingriffs eine Kompensation nur begrenzt durchführbar, da dieser nicht beliebig weit verstellt werden kann. Zur Kompensation eines steigenden Drehmoments muss eine Verstellung nach „spät" erfolgen, die einen verzögerten Brennbeginn zur Folge hat, wodurch bei einer weiten Verstellung des Zündwinkels eine Aufheizung des Auslasstraktes stattfinden kann.

Aus der DE 102 31 143 B4 ist ein Verfahren zur Steuerung des Ventilhubes bekannt, bei welchem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine jeweils nur ein Teil der Zylinder auf einen neuen Nockenhub umgeschaltet wird, um den auftretenden Drehmomentensprung gering zu halten. Die trotzdem auftretenden Drehmomentsprünge werden mittels einer Ansteuerung der Drosselklappe und einer Zündwinkelkorrektur kompensiert. Für den Umschaltvorgang auf größeren Ventilhub wird mit der Umschaltung die Drosselklappe in Schließrichtung verstellt und gleichzeitig, da die Wirkung auf das Drehmoment sich nur langsam entfaltet, wird der Zündwinkel mit Umschaltung der Ventilhubkurven in Richtung „spät" verstellt. Nach dem ersten Umschaltvorgang wird der Nockenhub für die zweite Zylindergruppe verstellt. Zur Umschaltung von großen auf kleineren Ventilhub wird vor dem Schaltvorgang das Drosselventil in Öffnungsrichtung verstellt, wobei gleichzeitig der Zündzeitpunkt in Richtung „spät" verstellt wird, um die durch die Öffnung des Drosselventils verzögert hervorgerufene Drehmomentsteigerung zu kompensieren. Hier besteht ebenfalls das Problem der Koordination des Zündwinkeleingriffs zum Stelleingriff auf das Drosselventil. Die verzögerte Reaktion des Drehmomentes auf die Änderung der Drosselventilöffnung ist von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängig und eine Kompensation durch den Zündwinkel ist nur mit großem Aufwand zu applizieren, da der Zeitverzug von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und den Umgebungsbedingungen abhängig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde für einen Ventiltrieb, der eine diskrete Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurven ermöglicht, eine Steuerstrategie zu entwickeln, die einen möglichst harmonischen Verlauf des abgegebenen Drehmomentes gewährleistet und dabei mit geringem Aufwand steuerbar und applizierbar ist, wobei unterschiedliche Laufzeiten des Eingriffs der Stellorgane berücksichtigt werden.

Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und für gattungsgemäße Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 10 u. 11 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der jeweiligen Patentansprüche 10 bzw. 11 gelöst.

Erfindungsgemäß vorteilhaft wird für eine Brennkraftmaschine, die eine Einrichtung zur diskreten Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurven von Ladungswechselventilen aufweist, ein Steuerverfahren beschrieben, welches einen harmonischen Drehmomentverlauf trotz Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurven gewährleistet. Dazu erfolgt prädiktiv vor Umschaltung der Ventilerhebungskurve eine Anpassung der Drosselklappenstellung sowie der eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei erfindungsgemäß der Verlauf des Soll- und des Ist-Drehmomentes beobachtet wird. Gemäß der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment erfolgt eine Anpassung der eingespritzten Kraftstoffmenge zur Kompensation der Drehmomentabweichung. Die Umschaltung der Ventilerhebungskurven wird entsprechend dem Drehmomentverlauf und der Kompensation der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment ausgelöst. Die Schaltung der Ventilerhebungskurven entsprechend der Abweichung des Drehmomentverlaufes bietet den Vorteil, dass der Korrektureingriff auf die Kraftstoffmenge und die Drosselklappe aufeinander abgestimmt erfolgen kann. Die bezüglich ihrer Auswirkung auf das abgegebene Drehmoment mit verschiedenen Totzeiten behafteten Stelleingriffe können zueinander synchronisiert werden, ohne dass die Korrektureingriffe mit einer aufwendigen, für jeden Arbeitspunkt und für verschiedene Betriebs- und Umgebungsbedingungen verschiedenen Synchronisationen zueinander angepasst werden müssen.

Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die prädiktive Anpassung der Kraftstoffmenge an die zur Umschaltung vorgesteuerte Drosselklappe mit einem Korrektureingriff über den Lambdawirkungsgrad. Hervorgerufen durch die bereits vor der Umschaltung der Ventilerhebungskurven mit einem Korrekturwert beaufschlagte Stellung der Drosselklappe beginnt nach einer Totzeit ausgehend vom Stelleingriff der Ist-Wert des Drehmomentes vom Soll-Drehmoment abzuweichen. Dabei kann die Totzeit des Drosselklappeneingriffes in ihrer Auswirkung auf das Drehmoment bestimmt werden, da diese dem Zeitverzug zwischen Drosselklappeneingriff und der Reaktion des Ist-Drehmomentes entspricht. Sie bildet sich in der Zeitspanne zwischen Stelleingriff und Beginn der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment ab. Durch Bestimmung dieser Totzeit ist es möglich, mit dem Korrektureingriff über die einzuspritzende Kraftstoffmenge zum richtigen Zeitpunkt eine Kompensation der durch die Drosselklappenveränderung hervorgerufenen Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment zu erreichen. Es wird bei beginnender Abweichung eine Kompensation über eine Korrektur der Einspritzmenge erreicht. Ein Anfetten bzw. Abmagern des zu verbrennenden Gemisches verändert das abgegebene Drehmoment der Brennkraftmaschine. Der Lambdawert der Brennkraftmaschine wird dabei von seinem abgasoptimalen Wert kurzzeitig für die Dauer des Umschaltvorganges weggeführt. Es erfolgt eine Drehmomentänderung aufgrund der Veränderung des sog. „Lambdawirkungsgrades" durch Anfettung bzw. Abmagerung des Gemisches bei vorgegebener Luftmenge durch die Vorsteuerung der Drosselklappe. Die Änderung der eingespritzten Kraftstoffmenge kann dabei die durch die Änderung der Drosselklappenstellung hervorgerufene Drehmomentänderung weitgehend kompensieren. Eine Anfettung bzw. Abmagerung des Gemisches ist jedoch nur begrenzt möglich, da bei Abmagerung der Motor nur bis an seine Brenngrenze betrieben werden kann und bei Anfettung die Drehmomentsteigerung bei vorgegebener Luftmenge begrenzt ist. In vorteilhafter Weise erfolgt die Umschaltung der Ventilhubkurve an dem Punkt, an dem eine Kompensation des Drehmomentes mittels der Gemischveränderung nicht mehr möglich ist, da eine Drehmomentsteigerung bzw. Verminderung durch Anfettung bzw. Abmagerung nicht mehr möglich ist. Bei einer Ansteuerung der Drosselklappe mit einer definierten Zeitfunktion, vorzugsweise einer Rampensteuerung, auf den neuen, korrigierten und zur jeweiligen Ventilhubkurve gehörigen Winkelwert ist die Einstellung des neuen Winkelwertes jedoch weitgehend erfolgt, wobei die Abweichung des Soll- vom Ist-Drehmoment durch den Gemischeingriff weitgehend ausgeglichen sind.

Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die prädiktive Vorsteuerung der Drosselklappenstellung gemäß einer Rampenfunktion vor der Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurven, wobei als Zielwert eine Drosselklappenstellung eingestellt wird, die der Winkelstellung entspricht, welche die Drosselklappe einnehmen muss, um bei umgeschalteter Ventilhubkurve das gleiche Drehmoment abzugeben. Bei einer Rampensteuerung hin zu dieser Stellung wird bis zum Umschaltzeitpunkt das sich nach Ablauf der Totzeit ändernde Ist-Drehmoment weitgehend in Richtung Soll-Drehmoment kompensiert. Die Einstellung der Drosselklappe auf ihre neue Stellung erfolgt dabei weitgehend vor dem Umschaltzeitpunkt. Bei Verwendung einer Rampenfunktion kann die Einstellung zum Umschaltzeitpunkt bereits erfolgt sein, wobei jedoch aufgrund der Synchronisation des Schaltzeitpunktes mit der maximal möglichen Gemischanpassung ein Nachlaufen der Drosselklappe auf den neu einzustellenden Wert nach dem Umschaltzeitpunkt erfolgt.

Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt nach Umschaltung der Ventilhubkurve zeitgleich oder eine kurze Zeitspanne nach der Umschaltung ein Zündwinkeleingriff zur Kompensation der Abweichung des Ist- vom Soll-Moment. Der Zündwinkeleingriff wirkt sich vorteilhaft nahezu ohne Totzeit auf das Drehmoment aus und ist damit gut geeignet, die Drehmomentabweichungen kurzfristig zu kompensieren.

Erfindungsgemäß vorteilhaft wird mit Umschaltung der Ventilhubkurve der Korrektureingriff auf die Einspritzmenge beendet, so dass der Motor wieder „Lambdaoptimal" und somit gemäß dem Schadstoffausstoß optimiert betrieben wird.

Die Umschaltung der Ventilhubkurven auf eine Ventilhubkurve mit größerem Hub wird zeitverzögert zu einer vom Steuergerät aus Betriebsbedingungen des Motors bestimmten Umschaltanforderung ausgelöst. Aufgrund der Mehrmenge an Luft, die nach Umschaltung auf größeren Hub angesaugt würde, wird der Drosselklappenwinkel vor der Ventilhubumschaltung verringert. Dies erfolgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß einer Rampenfunktion. Zielwert der Umschaltung ist der Drosselklappenwinkel, der bei Umschaltung auf die Ventilerhebungskurve mit größerem Hub für die Erzeugung des notwendigen Saugrohrunterdruckes notwendig ist, um die Zylinderfüllung zu erreichen, die zur Einstellung des gleichen Drehmoments erforderlich ist. Erfindungsgemäß vorteilhaft werden Ist- und Soll-Drehmoment beobachtet, wobei aus der Abweichung von Ist- und Soll-Drehmoment die Totzeit der Füllungsänderung und nachfolgend der Umschaltzeitpunkt bestimmt werden. Die Veränderung der Drosselklappenstellung wirkt sich nach Ablauf einer Totzeit als Verminderung des Ist-Drehmomentes aus. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt eine Kompensation der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment über eine Gemischanpassung. Es wird eine Mehrmenge an Kraftstoff eingetragen, wodurch ein größeres Drehmoment aufgebracht wird. Dies erfolgt vorzugsweise über einen Korrektureingriff auf die im Steuergerät vorliegende Stellgröße des Lambdawirkungsgrades. Das Anfetten des Gemisches geschieht entsprechend einer vorher errechneten, zur Kompensation notwendigen Anpassung des Lambdawirkungsgrades. Diese Anpassung bildet sich letztlich als Mehrmenge an eingetragenem Kraftstoff ab. Die Anpassung durch Anfetten des Gemisches hat dabei eine Drehmomentsteigerung zur Folge, welche geregelt zur Kompensation der Drehmomentabweichung eingestellt wird. Die Anfettung zur Drehmomentsteigerung bei vorgegebenem Luftvolumen ist jedoch nur begrenzt möglich, so dass zu dem Zeitpunkt, an welchem über die Anfettung des Kraftstoff-Luftgemisches die maximale Korrektur des Wirkungsgrades erreicht ist, die Umschaltung auf die Ventilhubkurve größeren Hubes erfolgt. Mit der Umschaltung erfolgt zeitgleich oder kurz nach der Umschaltung eine Anpassung des Zündwinkels, die in vorteilhafter Weise geregelt entsprechend der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment erfolgt. Die geregelte Verstellung des Zündwinkels hin zu einem späten Zündzeitpunkt kompensiert dabei das zeitweise Überschwingen des Ist- über das Soll-Drehmoment.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgt die Umschaltung auf eine Ventilhubkurve kleinen Ventilhubs zeitverzögert nach einer Umschaltanforderung auf eine Ventilerhebungskurve mit geringerem Ventilhub. Es wird nach der Umschaltanforderung der Drosselklappenwinkel so vergrößert, dass er dem Drosselklappenwinkel entspricht, der bei Umschaltung auf die Ventilerhebungskurve mit geringerem Hub für die Erzeugung des gleichen Drehmoments notwendig ist. Die Korrektur der Drosselklappe erfolgt dabei bevorzugt gemäß einer ansteigenden Rampe. Beginnend mit der Verstellung der Drosselklappe wird das Ist- und das Soll-Drehmoment beobachtet, wobei aus der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment die Totzeit der Füllungsänderung bestimmt wird.

Nach Ablauf der Totzeit beginnt das Ist-Drehmoment das Soll-Drehmoment zu überschreiten. Die Abweichung wird mittels eines Eingriffs auf die Einspritzmenge, d.h. über ein Abmagern des Gemisches kompensiert werden. Es wird daher ein neuer Soll-Wirkungsgrad berechnet, um die Abweichung des Drehmomentes zu kompensieren und entsprechend diesem erfolgt die Anpassung der Kraftstoffmenge mittels eines Korrektureingriffs auf das Kraftstoff-Luftverhältnis (Lambdawert), der eine Wirkungsgradanpassung (Anpassung über Lambdawirkungsgrad) und damit eine Drehmomentverringerung zur Kompensation der Drehmomentabweichung zur Folge hat. Ist die maximale mögliche Korrektur des Wirkungsgrades erreicht, erfolgt die Schaltung auf die Ventilhubkurve kleineren Hubes, wobei zeitgleich oder kurz nach der Schaltung auf die Ventilhubkurve kleineren Hubes eine geregelte Anpassung des Zündwinkels die Abweichung des Ist-Drehmoments gegenüber dem Soll-Drehmoment kompensiert.

In vorteilhafter Weise laufen die beschriebenen Algorithmen als Computerprogramm in einer Motorsteuerung ab, wobei das Programm zur Ausführung der Funktionen in einem Speicher der Steuerung abgelegt ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer beispielhaft aufgenommenen Umschaltkennlinie und der dargestellten Mess- und Stellgrößen näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Diagramm der Umschaltung von einer Ventilhubkurve geringen Ventilhubes auf eine Ventilhubkurve mit größerem Ventilhub, die einen positiven Drehmomentsprung bei einer Umschaltung ohne Kompensation zur Folge hätte, wie die Kennlinie KL6 beschreibt.
Vom Steuergerät wird u. a. auf Basis der Betriebsparameter des Motors sowie der steigenden Leistungsanforderung (siehe Kennlinie 3 KL3 mit sich vergrößernden Drosselklappenwinkel) und gemäß weiterer definierter Umschaltbedingungen eine Umschaltanforderung (strichliert dargestellt) generiert. Ausgehend von dieser Anforderung erfolgt prädiktiv, d. h. vor der Umschaltung der Ventilhubkurven, ein Korrektureingriff auf die Drosselklappenstellung. Dieser Korrektureingriff bildet sich als abfallender Teilbereich in der Kennlinie KL3 des Drosselklappenwinkes. Das Diagramm zeigt im weiteren Verlauf des Drosselklappenwinkels, dass dem eigentlichen Drosselklappensignal ein Korrekturwert gemäß einer abfallenden Rampenfunktion überlagert wird. Der Korrektureingriff bewirkt eine Veränderung der Drosselklappenstellung in Richtung ihrer Schließstellung. Dies geschieht im Vorfeld der Umschaltung. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei wenigstens ab diesem Zeitpunkt der Verlauf des Ist-KL2 und des Soll-Drehmoments KL1 beobachtet. Für eine kurze Zeitspanne nach dem Beginn der Korrektur des Drosselklappenwinkels KL3 folgt das Ist-Drehmoment KL2 trotz veränderter Drosselklappenstellung weiterhin dem Soll-Drehmoment KL1. Dies ist auf die weitgehend physikalisch zu begründende Totzeit aufgrund der Laufzeiten der Gasmassen zurückzuführen. Stelleingriffe mittels der Drosselklappe wirken um eine sich mit den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ändernde Totzeit auf das abgegebene Drehmoment aus. Aufgrund dieser nicht konstanten Totzeit sind komfortable, für den Fahrer unmerkliche Umschaltungen der Ventilhubkurven mit zeitlich festliegenden Umschaltbedingungen und Kompensationseingriffen nicht erzielbar. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet daher mit einer Erkennung des Zeitverzuges (Totzeit) zwischen geändertem Drosselklappensignal und der Auswirkung auf das Drehmoment, wobei auf Basis dieser Ermittlung eine in ihrem zeitlichen Ablauf angepasste Umschaltstrategie verfolgt wird. Wie die Figur zeigt kann die Totzeit dadurch ermittelt werden, dass ausgehend vom prädiktiven Eingriff auf den Drosselklappenwinkel die Zeit bis zur Abweichung des Ist-KL2 vom Soll-Drehmoment KL1 bestimmt wird. Hier zeigt sich am Verlauf des Ist-Drehmoments KL2 die Auswirkung der Abweichung des Drosselklappensignals. Das Drehmoment beginnt aufgrund des in Schließrichtung korrigierten Öffnungswinkels der Drosselklappe abzusinken. Das erfindungsgemäße Verfahren ermittelt diese Abweichung und kompensiert diese weitgehend mittels eines Eingriffs auf die Gemischbildung, wobei hier die Einspritzmenge angehoben wird. In den bekannten Steuergeräten erfolgt für einen mit Ottokraftstoff betriebenen Motor mit katalytischer Nachbehandlung eine Gemischaufbereitung für einen Lambdawert um 1. Diese Gemischaufbereitung stellt einen Kompromiss dar, der geringe Werte sowohl für NO_x-, CO- als auch HC-Emissionen produziert. Der Wert bei Lambda = 1 ist jedoch nicht der optimale Punkt für das zu erzeugende Drehmoment. Bei vorgegebener Luftmenge kann durch Anfetten das Drehmoment gesteigert werden. Der Motor kann damit durch Absenken des Lambdawertes in einem begrenzten Bereich mehr Drehmoment bei vorgegebener Luftmenge abgeben. Ein Abmagern des Gemisches (Anheben des Lambdawertes) durch eine geringere Einspritzmenge erzeugt ein Absinken des Drehmomentes. Diese Möglichkeit der Drehmomentbeeinflussung ist im Steuergerät mittels einer normierten Stellgröße dem Lambdawirkungsgrad KL5 beeinflussbar. Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zur Kompensation des Drosselklappeneingriffs bei Umschaltung auf eine Ventilhubkurve größeren Hubes eine Drehmomentsteigerung, die durch eine Mehrmenge an eingebrachtem Kraftstoff aufgebracht wird, wobei die Steuerung vorzugsweise über den Lambdawirkungsgrad KL5 erfolgt. Der Eingriff ist in der Figur anhand der Kennlinie 5 KL5 dargestellt. Der Drehmoment steigernde Einfluss des Anfettens ist bei vorgegebener Luftmenge jedoch begrenzt. Die aufgrund des prädiktiven Eingriffs auf die der Drosselklappe hervorgerufene Drehmomentabnahme kann nur begrenzt kompensiert werden. Ein komfortables, für den Fahrer unmerkliches Umschalten erfolgt demgemäss zum Zeitpunkt, an welchem eine Kompensation des Drehmomentes nicht mehr möglich ist. In der derzeitigen Steuerstruktur erfolgt dies am Ende des Regelbereiches des oben beschriebenen Lambdawirkungsgrades. Der Umschaltzeitpunkt ist damit abhängig von der Totzeit des Korrektureingriffs auf die Drosselklappe und dem Regelbereich der Kompensation des Drehmomentes über die Gemischanpassung. Im Zeitpunkt der Umschaltung wird bereits der Korrektureingriff auf die Gemischaufbereitung beendet.
Mit der Umschaltung der Ventilhubkurve erfolgt abhängig von der Differenz des Ist-zum Soll-Drehmoment ein Zündwinkeleingriff. Es erfolgt hier eine Zündwinkelrücknahme zur Kompensation des kurzzeitig über das Soll-Drehmoment ansteigenden Ist-Drehmoments. Der Zündwinkeleingriff endet mit der Übereinstimmung von Ist- und Soll-Drehmoment nach erfolgter Umschaltung.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die eine Einrichtung zur Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurven von Ladungswechselventilen, eine von einem Steuergerät ansteuerbare Drosselklappe sowie wenigstens ein steuerbares Einspritzelement aufweist, wobei vor der Umschaltung der Ventilerhebungskurven eine Erkennung der Umschaltanforderung erfolgt und prädiktiv vor Umschaltung der Ventilerhebungskurven die Drosselklappenstellung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest nach der durch die Umschaltanforderung ausgelösten prädiktiven Korrektur der Drosselklappenstellung fortlaufend das gewünschte Soll- und das Ist-Drehmoment ermittelt werden und die Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurve zeitverzögert zur Umschaltanforderung erfolgt wobei der Umschaltzeitpunkt aus dem Verlauf der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Umschaltzeitpunktes synchronisiert zum prädiktiven Korrektureingriff auf die Stellung der Drosselklappe eine Anpassung der eingespritzten Kraftstoffmenge entsprechend der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anpassung der eingespritzten Kraftstoffmenge eine geregelte Änderung des Ist-Drehmoments der Brennkraftmaschine hervorgerufen wird, welche die Drehmomentabweichung (Soll- vom Ist-Wert), die durch den prädiktiven Korrektureingriff auf die Stellung der Drosselklappe erfolgt, weitgehend kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der eingespritzten Kraftstoffmenge über die im Steuergerät verwendete Stellgröße Lambdawirkungsgrad erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappenstellung, die prädiktiv vor der Umschaltung der wirksamen Ventilerhebungskurven korrigiert wird, derart erfolgt, dass ein Zielwert der Drosselklappenstellung eingestellt wird, welcher der Stellung nach Umschaltung der Ventilerhebungskurven entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass zeitgleich oder eine kurze Zeitspanne nach der Umschaltung ein Zündwinkeleingriff zur Kompensation der Abweichung des Soll- vom Ist-Drehmoment erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass mit Umschaltung der Korrektureingriff auf die Einspritzmenge endet.
Verfahren nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Umschaltung der Ventilhubkurve auf einen größeren Ventilhub folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden. – Ausgehend von einer Umschaltanforderung auf eine Ventilerhebungskurve mit größerem Ventilhub wird der Drosselklappenwinkel so verringert, dass er dem Drosselklappenwinkel entspricht, der bei Umschaltung auf die Ventilerhebungskurve mit größerem Hub für die Erzeugung des gleichen Drehmoments notwendig ist, wobei dies sprunghaft oder gemäß einer abfallenden Funktion, vorzugsweise einer Rampe, erfolgt. – Ist- und Soll-Drehmoment werden beobachtet, wobei aus der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment die Totzeit der Reaktion des Ist-Drehmoments auf die Füllungsänderung (Änderung der angesaugten Luftmasse) bestimmt wird. – Aus der Abweichung von Soll- und Ist-Moment wird ein Lambdawirkungsgrad berechnet, um die Abweichung des Ist-Drehmomentes zu kompensieren. – Entsprechend dem berechneten Lambdawirkungsgrad erfolgt die Anpassung der Kraftstoffmenge mit einem Korrektureingriff auf das Kraftstoff-Luftverhältnis (Lambdawert) und damit eine Drehmomentsteigerung zur Kompensation der Drehmomentabweichung. – Die Anfettung des Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt bis zur maximal zur Drehmomentsteigerung möglichen Korrektur des Lambdawirkungsgrades, wobei bei Erreichen dieses Schwellwertes die Schaltung auf die Ventilhubkurve größeren Hubes erfolgt. – Zeitgleich oder kurz nach der Schaltung auf die Ventilhubkurve größeren Hubes erfolgt eine Anpassung des Zündwinkels, wobei durch geregelte Verstellung des Zündwinkels hin zu einem späten Zündzeitpunkt das zeitweise Überschwingen des Ist- über das Soll-Drehmoment kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Umschaltung mit der Ventilhubkurve auf geringeren Ventilhub folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden. – Nach der Umschaltanforderung auf die Ventilerhebungskurve mit geringerem Ventilhub wird der Drosselklappenwinkel so vergrößert, dass er dem Drosselklappenwinkel entspricht, der bei Umschaltung auf die Ventilerhebungskurve mit geringerem Hub für die Erzeugung des gleichen Drehmoments notwendig ist, wobei dies sprunghaft oder gemäß einer ansteigenden Funktion, vorzugsweise einer Rampe, erfolgt. – Ist- und Soll-Drehmoment werden beobachtet, wobei aus der Abweichung von Ist- und Soll-Drehmoment die Totzeit der Füllungsänderung bestimmt wird. – Aus der Abweichung des Ist- vom Soll-Drehmoment wird ein neuer Lambdawirkungsgrad berechnet, um die Abweichung des Drehmomentes zu kompensieren. – Entsprechend dem berechneten Lambdawirkungsgrad erfolgt die Anpassung der Kraftstoffmenge mit einem Korrektureingriff auf das Kraftstoff- Luftverhältnis (Lambdawert), der eine Drehmomentverringerung zur Kompensation der Drehmomentabweichung zur Folge hat. – Ist über die Abmagerung des Kraftstoff-Luftgemisches die maximale mögliche Korrektur des Wirkungsgrades (vorzugsweise nahe der Brenngrenze) erreicht, erfolgt die Schaltung auf die Ventilhubkurve kleineren Hubes. – Zeitgleich oder kurz nach der Schaltung auf die Ventilhubkurve kleineren Hubes erfolgt eine Anpassung des Zündwinkels, wobei durch geregelte Verstellung des Zündwinkels die Abweichung des Ist-Drehmoments gegenüber dem Soll-Drehmoment kompensiert wird.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1–10 geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, wobei es auf einem Speicher des Computers abgelegt ist.
Steuer und oder Regeleinrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Speicher umfasst, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 abgelegt ist.