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Die
Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Aus
der
DE 10064651 A1 ist
bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Gasfüllung einer
Mehrzahl von Zylindern bei einer Brennkraftmaschine mit variabler
Ventilsteuerung bekannt, indem eine 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. Bei einem Verhältnis
des Saugrohrdrucks zum Umgebungsdruck größer als 0,8 werden Gasfüllungsunterschiede
zwischen den Zylindern vorzugsweise mit einem Heiß-Film-Luftmassensensor
erfasst. Bei einer stärkeren
Androsselung, d. h. bei einem Verhältnis des Saugrohrdrucks zum
Umgebungsdruck kleiner als 0,8, ist vorzugsweise das Erfassungssignal
des Saugrohrdrucksensors zur Erfassung von Gasfüllungsunterschieden zwischen
Zylindern zu verwenden.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben
dem gegenüber
den Vorteil, dass die charakteristische Größe für die Absaugleistung in Abhängigkeit
des in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine zuströmenden Massenstroms und einer Änderung
des Saugrohrdrucks während
einer Ansaugphase des Zylinders ermittelt wird. Auf diese Weise
lässt sich
für die
Ermittlung der charakteristischen Größe für die Absaugleistung des Zylinders
ein einheitliches Modell realisieren, das die charakteristische
Größe für die Absaugleistung
bei allen möglichen
Drosselklappenstellungen und bei allen Lasten und Motordrehzahlen
der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Dabei lässt
sich die charakteristische Größe für die Absaugleistung
exakt auf Basis eines physikalischen Modells des Saugrohrs und eines
physikalischen Modells der Abströmung
des Gasstroms aus dem Saugrohr in den Zylinder mit vorhandener Füllungssensorik
bestimmen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Saugrohrdruck durch Abtastung mit einer
ersten vorgegebenen Abtastrate in einem ersten in seiner Länge und
Lage vorgegebenen Zeit- oder
Kurbelwinkelintervall ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich
bei geeigneter Wahl der Länge
und Lage des vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervalls der
Saugrohrdruck in Zuordnung zum jeweils ansaugenden Zylinder einfach
ermitteln.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn mehrere Werte für den Saugrohrdruck des ersten
vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervalls, insbesondere gewichtet,
gemittelt werden. Auf diese Weise reicht es auch aus, aus dem ersten
vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall Stichproben für den Saugrohrdruck
zu entnehmen und aus diesen einen repräsentativen Wert für den Saugrohrdruck
im ersten vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall zu bilden,
wobei im Falle der Gewichtung der Stichproben eine unterschiedliche
Bedeutung der Stichproben für
den Verlauf des Saugrohrdrucks im ersten vorgegebenen Zeit- oder
Kurbelwinkelintervall besonders einfach berücksichtigt werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der in das Saugrohr zuströmende Massenstrom,
vorzugsweise durch Abtastung mit einer zweiten vorgegebenen Abtastrate,
in einem zweiten in seiner Länge
und Lage vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall ermit telt
wird. Auf diese Weise lässt
sich der in das Saugrohr zuströmende
Massenstrom bei geeigneter Wahl des zweiten in seiner Länge und
Lage vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervalls besonders einfach
und zuverlässig
in Zuordnung zum jeweils gerade ansaugenden Zylinder ermitteln.
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Entsprechendes
gilt für
den Fall, dass der in das Saugrohr zuströmende Massenstrom in einem
vorgegebenen Rechenraster in einem zweiten in seiner Länge und
Lage vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall aus Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine modelliert bzw. berechnet wird.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn mehrere Werte für den Massenstrom des zweiten
vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervalls, insbesondere gewichtet,
gemittelt werden. Auf diese Weise reicht es aus, aus dem zweiten
vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall einzelne Stichproben
für den
Massenstrom zu entnehmen, die für
den Verlauf des Massenstroms im zweiten vorgegebenen Zeit- oder
Kurbelwinkelintervall repräsentativ
sind. Im Falle einer unterschiedlichen Bedeutung der einzelnen Stichproben
für den
Verlauf des Massenstroms im zweiten vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall
können
diese Stichproben auch gewichtet gemittelt werden.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das zweite Zeit- oder Kurbelwinkelintervall
um einen vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelabstand gegenüber dem
ersten Zeit- oder Kurbelwinkelintervall, vorzugsweise um einen halben
Zündabstand
zweier direkt aufeinander folgend gezündeter Zylinder der Brennkraftmaschine, versetzt
angeordnet wird, insbesondere zeitlich zumindest teilweise vor dem
ersten Zeit- oder Kurbelwinkelintervall. Auf diese Weise lässt sich
der physikalische Zusammenhang zwischen dem in das Saugrohr zuströmenden Massenstrom
und dem dort gebildeten Saugrohrdruck für den jeweils gerade ansaugenden
Zylinder optimal für
die Ermittlung der charakteristischen Größe für die Absaugleistung des Zylinders
berücksichtigen.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn ein sich für die charakteristische Größe ergebender
Wert mit einem Sollwert verglichen wird und wenn in Abhängigkeit
des Vergleichsergebnisses die Funktion der Absaugung des Zylinders
diagnostiziert wird. Auf diese Weise lässt sich mit Hilfe der charakteristischen
Größe für die Absaugleistung
des Zylinders besonders einfach prüfen, ob die Absaugung des Zylinders
fehlerfrei ist oder nicht.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die charakteristische Größe für die Absaugleistung
einem Sollwert nachgeführt
wird, insbesondere durch Ansteuerung mindestens eines Gaswechselventils
des Zylinders. Auf diese Weise lässt
sich besonders einfach eine zylinderindividuelle Füllungsregelung
realisieren.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die charakteristische Größe für die Absaugleistung
für mehrere Zylinder
ermittelt wird und wenn sich für
die charakteristische Größe ergebende
Werte mehrerer Zylinder miteinander verglichen werden und wenn in
Abhängigkeit
des Vergleichsergebnisses die Funktion der Absaugung der Zylinder
diagnostiziert wird. Auf diese Weise können auch die Unterschiede
der Absaugleistung verschiedener Zylinder der Brennkraftmaschine
erkannt und eine zugrunde liegende Fehlfunktion der Ventilsteuerung diagnostiziert
werden.
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Eine
besonders einfache Ermittlung der charakteristischen Größe für die Absaugleistung
ergibt sich, wenn als eine erste charakteristische Größe für die Absaugleistung
eine in den Zylinder abfließende
Füllung gewählt wird,
die als Summe einer in das Saugrohr zufließenden Füllung des letzten zweiten vorgegebenen Zeit-
oder Kurbelwinkelintervalls und dem Quotienten aus der Differenz
der Saugrohrdrücke
der letzten beiden ersten vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervalle
und einer Konstanten ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich
die erste charakteristische Größe für die Absaugleistung
besonders einfach und zuverlässig
mit Hilfe vorhandener Füllungssensorik
ermitteln.
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Darauf
aufbauend kann eine zweite charakteristische Größe für die Absaugleistung als Quotient
aus der ersten charakteristischen Größe und einer Differenz aus
dem Saugrohrdruck und einem vom Restgas im Zylinder abhängigen Partialdruck
des letzten ersten Zeit- oder Kurbelwinkelintervalls ermittelt werden.
Auf diese Weise ist die zweite charakteristische Größe für die Absaugleistung
unabhängig
vom Saugrohrdruck. Somit ergibt sich für den Zylinder der Brennkraftmaschine
eine multiplikative Größe, die
die Absaugleistung charakterisiert.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn eine dritte charakteristische
Größe für die Absaugleistung
als Quotient aus der zweiten charakteristischen Größe und einem
Erwartungswert gebildet wird. Auf diese Weise ergibt sich wiederum
eine multiplikative Größe, die
die Absaugleistung des Zylinders charakterisiert und die zudem auch
noch unabhängig
von der Temperatur der Ansaugluft und der Stellung der Einlassnockenwelle
ist.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Saugrohrdruck durch Integration
der Differenz aus einer in das Saugrohr zufließenden Füllung und einer in den Zylinder
abfließenden
Füllung
modelliert wird, wenn der so modellierte Saugrohrdruck mit einem
gemessenen Saugrohrdruck verglichen wird und wenn die verwendete
charakteristische Größe für die Absaugleistung
mit Hilfe eines Ladungswechselmodells zur Bestimmung der in den
Zylinder abfließenden
Füllung
in Abhängigkeit
des modellierten Saugrohrdrucks so gewählt wird, dass der modellierte
Saugrohrdruck dem gemessenen Saugrohrdruck angeglichen wird. Auf
diese Weise lässt
sich eine Adaption der charakteristischen Größe für die Absaugleistung des Zylinders
realisieren.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine,
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2a) ein Diagramm eines Ventilhubs über dem
Kurbelwinkel,
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2b) ein Diagramm eines Saugrohrdrucks über dem
Kurbelwinkel,
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2c) ein Diagramm eines in das Saugrohr
zufließenden
Massenstroms über
dem Kurbelwinkel,
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3 ein
Funktionsdiagramm zur Erläuterung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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4 einen
Ablaufplan für
einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 1 eine
Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor ausgebildet
ist. Die Brennkraftmaschine 1 treibt beispielsweise ein
Kraftfahrzeug an. Sie umfasst im Beispiel nach 1 vier Zylinder 5, 10, 15, 20,
von denen exemplarisch ein erster Zylinder 5 dargestellt
ist. Dem ersten Zylinder 5 wird über eine Luftzufuhr 45,
die stromab einer Drosselklappe 50 in der Luftzufuhr 45 in
ein Saugrohr 25 übergeht, sowie über ein
Einlassventil 60 Luft zugeführt. Ferner wird Kraftstoff
in nicht dargestellter Weise in das Saugrohr 25 oder direkt
in den Zylinder 5 eingespritzt. Das sich im Zylinder 5 befindliche
Luft-/Kraftstoffgemisch wird über
eine in 1 ebenfalls nicht dargestellte
Zündkerze
gezündet.
Durch den daraufhin erfolgenden Verbrennungsvorgang wird ein in 1 nicht
dargestellter Kolben des ersten Zylinders 5 angetrieben,
der wiederum eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 antreibt.
Das bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches entstandene
Abgas wird über
ein Auslassventil 65 des ersten Zylinders 5 in
einen Abgasstrang 75 der Brennkraftmaschine 1 ausgestoßen. Die Öffnungs- und Schließzeitpunkte
des Einlassventils 60 und des Auslassventils 65 werden
entweder über
eine gemeinsame Nockenwelle oder eine separate Einlassnockenwelle
und eine separate Auslassnockenwelle oder wie in 1 dargestellt
mittels einer variablen Ventilsteuerung direkt von einer Motorsteuerung 35 angesteuert.
Ein im Bereich der Zylinder 5, 10, 15, 20 angeordneter
Kurbelwinkelsensor 70 ermittelt den aktuellen Kurbelwinkel
der Brennkraftmaschine 1 und leitet ihn an die Motorsteuerung 35 weiter.
Im Saugrohr 25 stromab der Drosselklappe 50 ist
ein Saugrohrdrucksensor 55 angeordnet, der den aktuellen
Wert des Saugrohrdrucks misst und an die Motorsteuerung 35 weiter
leitet. Die Drosselklappe 50 wird in ihrer Position, beispielsweise
abhängig
von einem Fahrerwunsch oder einem externen Steuersystem, wie beispielsweise
einer Antriebsschlupfregelung, einem Antiblockiersystem, einem Fahrgeschwindigkeitsregler,
einer Fahrdynamikregelung oder dergleichen in dem Fachmann bekannter
Weise von der Motorsteuerung 35 angesteuert und gibt an
die Motorsteuerung 35 eine Lagerückmeldung über die aktuelle Position der
Drosselklappe 50 beispielsweise mit Hilfe eines Potentiometers
zurück.
In der Luftzufuhr 45 ist ein Luftmassenmesser 80,
beispielsweise in Form eines Heiß-Film-Luftmassenmessers angeordnet, der den
dem Saugrohr 25 zufließenden
Luftmassenstrom mszu misst und den Messwert an die Motorsteuerung 35 weiter leitet.
Der von der Drosselklappe 50 zurück gemeldete Positionswert
liegt beispielsweise in Form des Drosselklappenwinkels α vor. Der
vom Saugrohrdrucksensor 55 ermittelte Saugrohrdruck ist
in 1 mit ps gekennzeichnet. Der vom Kurbelwinkelsensor 70 gelieferte
Kurbelwin kelwert ist in 1 mit KW, die daraus durch Differentiation
abgeleitete Motordrehzahl mit nmot dargestellt. Die Funktionsweise
der weiteren Zylinder 10, 15, 20 erfolgt
in entsprechend zum ersten Zylinder 5 beschriebenen Weise.
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Das
im Folgenden beschriebene Verfahren und die im Folgenden beschriebene
Vorrichtung ermöglichen
die Ermittlung einer charakteristischen Größe für die Absaugleistung der einzelnen,
an das gemeinsame Saugrohr 25 angeschlossenen Zylinder 5, 10, 15, 20.
Unter Absaugleistung wird hier eine für den Ladungswechsel typische
Größe verstanden,
die charakteristisch für
die im Ansaugtakt des jeweiligen Zylinders 5, 10, 15, 20 abgesaugte
Frischgas- oder Luftmasse ist. Die Absaugleistung wird dabei durch
folgende Größen beeinflusst:
- – das
Hubvolumen des jeweiligen Zylinders 5, 10, 15, 20
- – die
Temperatur des in den jeweiligen Zylinder 5, 10, 15, 20 einströmenden Gases
- – die
Phasenlage und der Hub der Ventilerhebungskurve des oder der Einlassventile
des jeweiligen Zylinders 5, 10, 15, 20 und
- – die
Dichtheit des Brennraums des jeweiligen Zylinders 5, 10, 15, 20,
insbesondere im Hinblick auf die Einlass- und Auslassventile sowie
die Kolbenringe.
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Auch
die im jeweiligen Zylinder 5, 10, 15, 20 befindliche
Restgasmasse, die beispielsweise durch den Partialdruck pbrint des
Restgases charakterisiert ist, beeinflusst die Absaugleistung. Um
jedoch für
jeden Zylinder 5, 10, 15, 20 nur
einen Faktor und nicht noch einen Offset detektieren zu müssen, wird
in diesem Beispiel die Restgasmasse und damit der Partialdruck pbrint
des Restgases fest vorgegeben.
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Für Brennkraftmaschinen
mit mehr als einem Zylinder ist insbesondere die Ermittlung von
zylinderindividuell unterschiedlicher Absaugleistung interessant.
Dies wird unter anderem auch zur Diagnose von Ventilsteuersystemen
benötigt,
die den Hub von Einlassventilen schalten oder sogar ganze Zylinder
abschalten. Sofern die Brennkraftmaschine 1 über einen
geeigneten stetigen Stellmechanismus zur zylinderindividuellen Beeinflussung
der Absaugleistung verfügt,
insbesondere zur zylinderindividuellen Ansteuerung der Einlass- und
Auslassventile, kann mit Hilfe der Ermittlung der charakteristi schen
Größe für die Absaugleistung
des jeweiligen Zylinders 5, 10, 15, 20 auch
eine zylinderindividuelle Füllungsregelung
realisiert werden.
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Dazu
wird erfindungsgemäß die charakteristische
Größe für die Absaugleistung
des jeweiligen Zylinders 5, 10, 15, 20 abhängig von
dem in das Saugrohr 25 strömenden Gasmassenstrom und dem
Verlauf des Saugrohrdrucks im gemeinsamen Saugrohr 25 ermittelt.
Dabei soll eine Zuordnung der einzelnen Zylinder 5, 10, 15, 20 zu
den ermittelten charakteristischen Werfen für die Absaugleistung möglich sein.
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Erfindungsgemäß kommt
ein Saugrohrmodell und ein Ladungswechselmodell zur Bestimmung des charakteristischen
Werts für
die Absaugleistung und insbesondere ihrer zylinderindividuellen
Unterschiede unter Verwendung der vorhandenen beschriebenen Füllungssensorik,
nämlich
des Lustmassenmessers 80 und des Saugrohrdrucksensors 55 zum
Einsatz. Für
das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
wird die Verwendung des Saugrohrdrucksensors 55 vorausgesetzt.
Das Luftmassenmesser 80 ist vorteilhafter Weise vorgesehen,
seine Existenz ist jedoch nicht zwingend. Alternativ zum Hauptlastsignal
mszu des Luftmassenmessers 80 in Form des zum Saugrohr 25 zuströmenden Luftmassenstroms
kann auch als Nebenlastsignal das Signal α des in diesem Beispiel als
Potentiometer ausgebildeten Drosselklappenwinkelsensors ausgewertet
werden, der in 1 mit dem Bezugszeichen 51 dargestellt
ist. Dabei wird der dem Saugrohr 25 zugeführte Lustmassenstrom
mszu aus dem Drosselklappenwinkel α und weiteren Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine 1,
wie beispielsweise der Temperatur T stromauf der Drosselklappe 50 und
dem Druckverhältnis über der
Drosselklappe 50 in dem Fachmann bekannter Weise berechnet.
Das Druckverhältnis über der
Drosselklappe 50 ergibt sich dabei zu ps/pu, wobei pu der
Umgebungsdruck ist. Die entsprechenden Betriebsgrößen T, pu
können
dabei entweder durch geeignete Sensorik in in 1 nicht
dargestellter Weise erfasst oder in dem Fachmann bekannter Weise
aus anderen Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine 1 modelliert werden.
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So
kann beispielsweise ein Ansauglufttemperatursensor in der Luftzufuhr 45 stromauf
der Drosselklappe 50 zur Ermittlung der Gastemperatur stromauf
der Drosselklappe 50 vorgesehen sein. Weiterhin kann beispielsweise
ein Umgebungsdrucksensor ebenfalls stromauf der Drosselklappe 50 zur
Ermittlung des Umgebungsdruckes in der Luftzufuhr 45 vorgesehen
sein.
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Die
gemessene Ansauglufttemperatur wird dabei der Motorsteuerung 35 zugeführt. Der
gemessene Umgebungsdruck wird ebenfalls der Motorsteuerung 35 zugeführt. Die
Motorsteuerung 35 ermittelt dann aus dem Drosselklappenwinkel α, dem Druckverhältnis ps/pu über der
Drosselklappe 50 und der Gastemperatur T stromauf der Drosselklappe 50 in
dem Fachmann bekannter Weise und wie beschreiben den dem Saugrohr 25 zugeführten Luft-
bzw. Gasmassenstrom mszu.
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Der
Saugrohrdruck wird vom Saugrohrdrucksensor 55 mit einer
ersten vorgegebenen Abtastrate in einem ersten in seiner Länge und
Lage vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall abgetastet. Anschließend erfolgt
eine Transformation der abgetasteten Saugrohrdruckwerte in ein drehzahlsynchrones
Rechenraster. Die Transformation geschieht dadurch, dass die abgetasteten
Saugrohrdruckwerte über
das in seiner relativen Lage und Länge vorgegebene Zeit- oder
Kurbelwinkelintervall gemittelt werden. Die Mittelung geschieht
vorzugsweise durch Aufsummierung der abgetasteten Saugrohrdruckwerte
in einem zeitlich vorgegebenen Raster, beispielsweise 1 ms, und
durch Teilen der so gebildeten Summe durch die Anzahl der Raster
pro ersten vorgegebenen Zeit- oder
Kurbelwinkelintervall. Der Zusammenhang zwischen Zeit- und zugeordnetem
Kurbelwinkelintervall wird über
die aktuelle Motordrehzahl nmot in dem Fachmann bekannter Weise
hergestellt. Die Mittelung geschieht alternativ durch Aufsummierung
lediglich einzelner Stichproben an beliebiger Stelle des ersten
vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervalls und durch Teilen
der gebildeten Summe durch die Anzahl der genommenen Stichproben.
Dabei können
die Stichproben an solchen Stellen des ersten vorgegebenen Zeit-
oder Kurbelwinkelintervalls genommen werden, die als für besonders
repräsentativ
für den
zeitlichen Verlauf des Saugrohrdrucks im ersten vorgegebenen Zeit-
oder Kurbelwinkelintervall gelten. Um eine unterschiedliche Bedeutung
einzelner Stichproben bei der Mittelung zu berücksichtigen, können diese
auch gewichtet in den zu bildenden Mittelwert für den Saugrohrdruck im zugeordneten
ersten vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall eingehen.
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In
entsprechender Weise kann auch der in das Saugrohr 25 zuströmende Massenstrom
mszu vom Luftmassenmesser 80 durch Abtastung mit einer
zweiten vorgegebenen Abtastrate in einem zweiten in seiner Länge und
Lage vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall ermittelt werden.
Dabei kann die zweite vorgegebene Abtastrate in vor teilhafter Weise
der ersten vorgegebenen Abtastrate entsprechend gewählt werden. Die
erste vorgegebene Abtastrate kann aber auch unterschiedlich von
der zweiten vorgegebenen Abtastrate gewählt werden. Alternativ wird
der in das Saugrohr 26 zuströmende Massenstrom in einem
vorgegebenen Rechenraster, beispielsweise in Rastern von 1 ms im
zweiten in seiner Länge
und Lage vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall aus den Betriebskenngrößen des
Drosselklappenwinkels α,
der Temperatur T stromauf der Drosselklappe 50 und dem
Druckverhältnis
ps/pu über
der Drosselklappe 50 in der beschriebenen Weise modelliert
bzw. berechnet. Unabhängig
von der Art der Bestimmung des in das Saugrohr 25 zuströmenden Massenstroms
mszu aus Hauptlastsignal oder Nebenlastsignal erfolgt dann die Transformation
der Abtast- oder Rechenwerte für
den in das Saugrohr 25 zuströmenden Massenstrom mszu in
ein drehzahlsynchrones Rechenraster wie beschrieben dadurch, dass
die Abtast- oder Rechenwerte für
den Luftmassenstrom mszu über
das zweite vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall gemittelt
werden. Diese Mittelung geschieht wiederum durch Aufsummierung der
Messwerte in dem beschriebenen Rechenraster von beispielsweise 1
ms und durch Teilen der gebildeten Summe durch die Anzahl der Rechenraster
pro zweitem vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall. Alternativ
können
wiederum einzelne Stichproben an beliebigen Stellen des zweiten
vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervalls für den in das Saugrohr 25 zuströmenden Luftmassenstrom
mszu ermittelt und aufaddiert werden, um anschließend durch
Teilen durch die Anzahl der Stichproben einen Mittelwert zu bilden.
Dabei können
die Stichproben vorteilhafter Weise besonders an Stellen des zweiten
vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervalls gebildet werden,
die von größerer Bedeutung
für den Verlauf
des Luftmassenstroms mszu im zweiten vorgegebenen Zeit- oder Kurbelwinkelintervall
sind, wobei je nach Bedeutung der ausgewählten Stellen für die Entnahme
der Stichproben diese auch unterschiedlich gewichtet in den Mittelwert
eingehen können.
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Bei
einem Vier-Takt-Motor wird als Anhaltswert für die Länge des ersten oder des zweiten
vorgegebenen Kurbelwinkelintervalls ein Wert gewählt, der mit folgender Gleichung
beschrieben werden kann: Phi_Länge
= 720°KW/Zylinderzahl (1)
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Dabei
entspricht Phi Länge
der Länge
des ersten oder zweiten vorgegebenen Kurbelwinkelintervalls, KW
bedeutet Kurbelwinkel und die Zylinderzahl ist die Anzahl der Zylinder
der Brennkraftmaschine 1, im vorliegenden Beispiel ist
die Zylinderzahl = 4.
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Es
können
aber auch kürzere
oder längere
erste oder zweite vorgegebene Kurbelwinkelintervalle gewählt werden.
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Gemäß Gleichung
(1) werden die ersten oder zweiten vorgegebenen Kurbelwinkelintervalle
mit zunehmender Zylinderzahl kleiner. Wichtig ist, dass das erste
und das zweite vorgegebene Kurbelwinkelintervall der Ansaugphase
des für
die Ermittlung des charakteristischen Werts für die Absaugleistung betrachteten
Zylinders zugeordnet werden kann.
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Für die Saugrohrdruckerfassung
gilt, dass die Phasenlage des ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervalls
in Abhängigkeit
von der Einbaulage des Saugrohrdrucksensors 55 im Saugrohr 25 und
vor allem in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl nmot und anderen Parametern wie beispielsweise
dem Mittelwert des Saugrohrdrucks ps angepasst werden kann. Dabei
hat es sich für
die Mittelung des Saugrohrdrucks ps als ein günstiger Wert erwiesen, wenn
das erste vorgegebene Kurbelwinkelintervall etwa mittig um den Zeitpunkt „Einlass
schließt" des entsprechenden
Zylinders liegt. Dieser Sachverhalt ist in 2a) und 2b) dargestellt. 2a) zeigt
den Verlauf des Ventilhubs VH des Einlassventils eines der Zylinder 5, 10, 15, 20 der
Brennkraftmaschine 1 über
dem Kurbelwinkel KW. Strich-punktiert ist dabei der Verlauf des
Ventilhubs dargestellt, dem zum Vergleich mit durchgezogener Linie
der Verlauf des Luftmassenstroms zu dem entsprechenden Zylinder überlagert
dargestellt ist. Etwa bei dem Kurbelwinkel KW, zu dem der Ventilhub
VH und mit ihm der zu dem entsprechenden Zylinder fließende Massenstrom
ausgehend von seinem Maximalwert wieder den Wert 0 erreicht, wird
die Mitte des ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervalls 300 gelegt.
Dieses beginnt bei einem ersten Kurbelwinkel φ1 vor „Einlass schließt" und endet bei einem
zweiten Kurbelwinkel φ2
nach „Einlass schließt". Gemäß dem Verlauf
des Saugrohrdrucks ps über
dem Kurbelwinkel KW nach 2b) entspricht
der Wert des Saugrohrdrucks ps in der Mitte des ersten vorgegebenen
Kurbelwinkelintervalls etwa dem Mittelwert des Verlaufs des Saugrohrdrucks
ps über
dem Kurbelwinkel KW im ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall.
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Der
Mittelwert des Saugrohrdrucks ps im ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall 300 ist
in 2b) mit dem Bezugzeichen 305 gekennzeichnet.
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Für die Massenstromerfassung
gilt, dass das zweite vorgegebene Kurbelwinkelintervall für die Mittelung
des Luftmassenstroms mszu in seiner Länge und Phase vom ersten vorgegebenen
Kurbelwinkelintervall zur Mittelung des Saugrohrdrucks ps abweichen
kann. Da im ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall die Absaugung
von Gas aus dem Saugrohr 25 erfasst wird, sollte die Mittelung
des Luftmassenstroms mszu idealerweise in einem um einen vorgegebenen
Kurbelwinkelabstand gegenüber
dem ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall versetzt angeordneten
zweiten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall erfolgen. Vorteilhafter Weise
ist dabei das zweite vorgegebene Kurbelwinkelintervall gegenüber dem
ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall nach früh verschoben,
vorzugsweise um einen halben Zündabstand
zweier direkt aufeinander folgend gezündeter Zylinder. Dabei können das
erste vorgegebene Kurbelwinkelintervall und das zweite vorgegebene
Kurbelwinkelintervall auch einander überlappen oder alternativ keine
gemeinsame Schnittmenge aufweisen.
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Durch
eine solche Phasenverschiebung der vorgegebenen Kurbelwinkelintervalle
für die
Mittelung über
den Saugrohrdruck ps und den Luftmassenstrom mszu wird berücksichtigt,
dass der Luftmassenstrom mszu in das Saugrohr 25 während des
zweiten vorgegebenen Kurbelwinkelintervalls als Endwert den ermittelten
und insbesondere gemittelten Saugrohrdruck im ersten vorgegebenen
Kurbelwinkelintervall ergibt. Die so in der Ansaugphase des entsprechenden
Zylinders über
die entsprechenden Kurbelwinkelintervalle gemittelten Signale von
Saugrohrdruck ps und Luftmassenstrom mszu sind klar diesem Zylinder
zuzuordnen.
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In 2c) ist der in das Saugrohr zufließende Luftmassenstrom
mszu über
dem Kurbelwinkel KW dargestellt. Dabei ist das zweite vorgegebene
Kurbelwinkelintervall 310 von einem dritten Kurbelwinkel φ3 bis zu einem
vierten Kurbelwinkel φ4
um den beschriebenen halben Zündabstand
gegenüber
dem ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall 300 nach
früh verschoben
und überlappt
mit dem ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall 300.
Somit deckt das zweite vorgegebene Kurbelwinkelintervall 310 den
Verlauf des Ventilhubs VH bei maximalem Ventilhub ab, bei dem die
größte An saugleistung
des zugeordneten ansaugenden Zylinders vorliegt, sodass im zweiten
vorgegebenen Kurbelwinkelintervall 310 ein starker Anstieg
des Luftmassenstroms mszu über
dem Kurbelwinkel KW zu verzeichnen ist und dessen Mittelwert über dem
zweiten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall 310 mit dem
Bezugszeichen 315 gekennzeichnet ist.
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Gemäß 2c) ist das zweite vorgegebene Kurbelwinkelintervall 310 so
gewählt,
dass der vierte Kurbelwinkel φ4
etwa in der Mittel des ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervalls 300 liegt.
Bei der Wahl der beiden vorgegebenen Kurbelwinkelintervalle 300, 310 liegt
die Annahme zugrunde, dass zwischen dem dritten Kurbelwinkel φ3 und dem
zweiten Kurbelwinkel φ2
nur der der Ventilerhebungskurve gemäß 2a) zugeordnete
Zylinder absaugt, die übrigen
Zylinder der Brennkraftmaschine jedoch nicht absaugen.
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Jetzt
kann die Differentialgleichung des Saugrohrs
25 folgendermaßen aufgestellt
werden:
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Gleichung
(2) stellt somit das Saugrohrmodell dar. Für die Umsetzung dieser Integral-Gleichung (2) in der
Motorsteuerung
35 kann diese durch eine einfache Rechenvorschrift
in einem synchronen Rechenraster realisiert werden. Die Berechnung
in einem synchronen Rechenraster, d. h. einmal pro Ansaugung eines
Zylinders, bedingt, dass nicht mit Massenströmen, sondern mit Füllungen
gerechnet wird. rlab bezeichnet die Frischluftfüllung im Brennraum des betrachteten
Zylinders, die sich während
der Ansaugphase des Zylinders ergibt, wenn der Luftmassenstrom msab
in den Brennraum des betrachteten Zylinders strömt. msab in Gleichung (2) ist
somit der Luftmassenstrom, der in den Brennraum des Zylinders während seiner
Ansaugphase strömt.
Volumen
Saug rohr ist
das Volumen des Saugrohrs
25 und Dichte
Gas ist
die Dichte des sich im Saugrohr befindlichen Frischgases. rlzu wiederum
ist die Frischluftfüllung,
die während
der Ansaugphase des betrachteten Zylinders in das Saugrohr
25 gelangt,
wenn der Luftmas senstrom mszu dem Saugrohr
25 zuströmt. rlzu ist
eine normierte Füllung,
die Werte zwischen 0 und 100 % annimmt und sich durch folgende Gleichung
ergibt:
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In
Gleichung (3) ist KUMSRL eine zylinderzahl- und hubraumabhängige Konstante
für die
Umrechnung zwischen Massenstrom und Füllung und kann in dem Fachmann
bekannter Weise beispielsweise auf einem Prüfstand appliziert werden oder
aus dem Hubraum und der Zylinderzahl des Motors berechnet werden.
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Die
Integralgleichung (2) des Saugrohrs 25 kann nun als Summengleichung
mit Füllungen
im synchronen Rechenraster geschrieben werden: ps(n) = ps(n – 1) + Ksaug·[rlzu(n) – rlab(n)] (4)
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Gleichung
(4) bedeutet, dass sich der für
das Rechenraster n ermittelte Saugrohrdruck ps(n) aus dem für das Rechenraster
n-1 ermittelten Saugrohrdruck ps(n-1) zuzüglich der Differenz der in
das Saugrohr 25 im Rechenraster n einfließenden Füllung rlzu(n)
und der im Rechenraster 1 aus dem Saugrohr 25 in
den betrachteten Zylinder ausströmenden
Füllung
rlab(n) multipliziert mit eine Konstanten Ksaug ergibt.
Die Konstante Ksaug ist abhängig vom
Volumen des Saugrohrs und der Temperatur im Saugrohr und kann in
dem Fachmann bekannter Weise beispielsweise auf einem Prüfstand appliziert
oder aus den Geometriegrößen des
Saugrohrs gewonnen werden. Das Rechenraster n-1 liegt dabei für den betrachteten
Zylinder genau um ein synchrones Rechenraster früher als das Rechenraster n,
liegt also in der dem Rechenraster n zugeordneten Ansaugphase des
betrachteten Zylinders direkt vorhergehenden Ansaugphase dieses
Zylinders. Die Auflösung
der Gleichung (4) nach rlab(n) ergibt: rlab(n) = rlzu(n)+ (ps(n – 1) – ps(n))/Ksaug (5)
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Dabei
ist in Gleichung (5) ps(n-1) und ps(n) jeweils die über das
erste vorgegebene Kurbelwinkelintervall gemittelte Messgröße für den Saugrohrdruck.
rlzu ist das über Gleichung
(3) aus dem gemessenen oder modellierten Luftmassensignal mszu gewonnene
Füllungssignal,
das einen Mittelwert über
das zweite vorgegebene Kurbelwinkelintervall darstellt.
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Die
Ermittlung des Luftmassenstroms mszu und damit der Füllung rlzu
kann insbesondere bei Druckverhältnissen über der
Drosselklappe 50 ps/pu < 0,8
mit Hilfe des Nebenlastsignals wie beschrieben, d. h. aus einem
Drosselklappenmodell berechnet werden, wobei dann in der beschriebenen
Weise die Drosselklappenstellung α,
der Saugrohrdruck ps, der Umgebungsdruck pu und die Temperatur T
stromauf der Drosselklappe 50 hier entsprechend wie beschrieben
berücksichtigt
werden.
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Die
in den betrachteten Zylinder abgesaugte Füllung rlab(n) gemäß Gleichung
(5) stellt eine erste charakteristische Größe für die Absaugleistung des betrachteten
Zylinders dar. In der Regel ist die so berechnete Größe rlab
aber noch nicht die gewünschte
Zielgröße. Vielmehr
soll in der Regel eine Größe berechnet
werden, die die Absaugleistung des betrachteten Zylinders unabhängig vom
Saugrohrdruck und optional auch unabhängig von der Temperatur und
der Sollstellung der Nockenwelle sein. Daher wird zusätzlich zum
Saugrohrmodell gemäß Gleichung
(2) auch noch ein Ladungswechselmodell benötigt. Das Ladungswechselmodell
beschreibt die in den betrachteten Zylinder abgesaugte Frischluftfüllung rlab
in Abhängigkeit
des Saugrohrdrucks ps. Wie bereits beschrieben, gibt es auch additive
Anteile im Ladungswechselmodell. Diese werden durch den Partialdruck
pbrint des Restgases zusammengefasst. Dieser additive Anteil soll
jedoch nicht berechnet sondern fest vorgegeben werden. Einzig für jeden
Zylinder 5, 10, 15, 20 zu bestimmen
ist daher eine multiplikative Größe, d. h.
ein Faktor, der die Absaugleistung des entsprechenden Zylinders
beschreibt. Die Ladungswechselgleichung des Ladungswechselmodells
nach dem Faktor der Umrechnung von Druck in Füllung aufgelöst lautet fupsrl(n) = rlab(n)/[ps(n) – pbrint(n)] (6)
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Die
in Gleichung (6) aufgeführten
Größen stellen
dabei jeweils wieder einen Mittelwert über das synchrone Rechenraster
n bzw. das entsprechende erste oder zweite Kurbelwinkelintervall
dar. Der Faktor fupsrl(n) für
die Umrechnung von Druck in Füllung stellt
dabei einen zweiten charakteristischen Wert für die Absaugleistung des betrachteten
Zylinders dar.
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Um
eine Unabhängigkeit
von der Temperatur T der Ansaugluft zu erhalten, kann der Faktor
fupsrl(n) für
die Umrechnung von Druck in Füllung
selbst wieder auf einen Erwartungswert fupsrlsoll(n) bezogen werden: fupsrl(n) = fupsrlsoll(n)·faktorfupsrl (7)
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Der
saugrohrdruck- und temperaturunabhängige Faktor faktorfupsrl aus Gleichung (7) stellt dabei eine dritte
charakteristische Größe für die Absaugleistung
des betrachteten Zylinders dar. Der in den Gleichungen (5) bis (7)
dargestellte Sachverhalt stellt die zentrale Idee der Erfindung
dar:
Ein charakteristischer Wert für die zylinderindividuelle
Absaugleistung kann aus über
das erste vorgegebene Kurbelwinkelintervall gemittelten Werten des
aktuellen Saugrohrdrucks und des Saugrohrdrucks im vorherigen synchronen
Rechenraster sowie aus einem über
das zweite vorgegebene Kurbelwinkelintervall gemittelten Luftmassenstrom
in das Saugrohr 25 gewonnen werden, also in Abhängigkeit
des in das Saugrohr 25 der Brennkraftmaschine zuströmenden Luftmassenstroms
in der aktuellen Ansaugphase und einer Änderung des Saugrohrdrucks
in den beiden zuletzt aufeinander folgenden Ansaugphasen des betrachteten
Zylinders. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist in 4 in Form eines Ablaufplans beispielhaft dargestellt.
Nach dem Start des Programms erfasst die Motorsteuerung 35 bei
einem Programmpunkt 200 während des ersten vorgegebenen
Kurbelwinkelintervalls die Abtastwerte des Saugrohrdrucksensors 55 und
während
des zweiten vorgegebenen Kurbelwinkelintervalls die Abtastwerte
des Luftmassenmessers 80. Im Falle der Ermittlung des Luftmassenstroms
mszu aus dem Nebenlastsignal ermittelt die Motorsteuerung 35 bei
Programmpunkt 200 im zweiten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall
die entsprechenden Rechenwerte für
den Luftmassenstrom mszu in der beschriebenen Weise. Anschließend wird
zu einem Programmpunkt 205 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 205 bildet die Motorsteuerung 35 einen
Mittelwert der abgetasteten Werte für den Saugrohrdruck bzw. der
gewonnenen Stichproben für
den Saugrohrdruck im ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall.
Dieser Mittelwert ist durch die Größe ps(n) gegeben. Ferner ermittelt
die Motorsteuerung 35 bei Programmpunkt 205 den
Mittelwert der im zweiten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall erfassten
oder berechneten Werte für
den Luftmassenstrom mszu bzw. der in diesem zweiten vorgegebenen
Kurbelwinkelintervall gebildeten Stichproben für den Luftmassenstrom mszu,
sodass sich mit Hilfe von Gleichung (3) unter Zuhilfenahme des Mittelwerts
für die
Motordrehzahl nmot im zweiten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall
und der applizierten Konstanten KUMSRL die Größe rlzu(n) für die dem
Saugrohr 25 zugeführte
Füllung
ergibt. Ferner ermittelt die Motorsteuerung 35 bei Programmpunkt 205 den
Wert ps(n-1) aus
dem vorherigen Rechenraster ebenfalls als Mittelwert der in der
vorherigen Ansaugphase des betrachteten Zylinders gebildeten Saugrohrdrücke im dortigen
ersten vorgegebenen Kurbelwinkelintervall in der beschriebenen Weise.
Anschließend
wird zu einem Programmpunkt 210 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 210 berechnet die Motorsteuerung 35 gemäß Gleichung
(5) die vom betrachteten Zylinder aktuell abgesaugte Füllung rlab(n)
als Mittelwert in der beschriebenen Weise. Anschließend liegt
der erste charakteristische Wert für die Absaugleistung des betrachteten
Zylinders vor, sodass das Programm verlassen werden kann. Optional
wird jedoch nach Programmpunkt 210 zu einem Programmpunkt 215 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 215 wird gemäß Gleichung (6) der Faktor
fupsrl(n) für
die Umrechnung von Druck in Füllung
wiederum in Form eines Mittelwertes berechnet und stellt die zweite
charakteristische Größe für die Absaugleistung
des betrachteten Zylinders dar. Anschließend kann das Programm verlassen
werden. Alternativ kann jedoch von Programmpunkt 215 zu
einem Programmpunkt 220 verzweigt werden. Bei Programmpunkt 220 wird
gemäß Gleichung
(7) der Faktor faktorfupsrl als Mittelwert
und dritte charakteristische Größe für die Absaugleistung
des betrachteten Zylinders berechnet. Anschließend wird das Programm verlassen.
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Alternativ
zur Berechnung der jeweiligen charakteristischen Größe für die Absaugleistung
des betrachteten Zylinders mit Hilfe der Gleichungen (5)–(7) kann
die charakteris tische Größe für die zylinderindividuelle Absaugleistung
auch mit Hilfe einer Adaption gelernt werden. In diesem Fall wird
das gemäß 3 dargestellte
Saugrohr- und Ladungswechselmodell in der Motorsteuerung software-
und/oder hardwaremäßig implementiert
und bei jedem Ansaugvorgang eines Zylinders in einem synchronen
Rechenraster gerechnet. Das Saugrohrmodell und das Ladungswechselmodell
entspricht dabei exakt den Gleichungen (5)–(7), einzig unterschiedlich
ist die Tatsache, dass bei der Adaption die charakteristische Größe für die zylinderindividuelle
Absaugleistung durch Abgleich eines modellierten Saugrohrdrucks
mit dem gemessenen Saugrohrdruck adaptiert wird.
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In 3 kennzeichnen
gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in 1.
Dabei wird für
das Ausführungsbeispiel
nach 3 angenommen, dass der Luftmassenstrom mszu vom
Luftmassenmesser 80 erfasst wird. Die vom Kurbelwinkelsensor 70 erfassten
aktuellen Kurbelwinkelwerte KW werden einem Differenzierglied 85 zugeführt, das
den zeitlichen Gradienten der vom Kurbelwinkelsensor 70 erfassten
Kurbelwinkel ermittelt und als Motordrehzahl nmot einem ersten Multiplikationsglied 100 zuführt, dem
außerdem
von einem Faktorwertspeicher 95 der Faktor KUMSRL zugeführt ist.
Das am Ausgang des ersten Multiplikationsglieds 100 anliegende
Produkt nmot·KUMSRL
wird einem Divisionsglied 105 als Divisor zugeführt, dem
außerdem vom
Luftmassenmesser 80 als Dividend der gemessene Luftmassenstrom
mszu zugeführt
wird. Am Ausgang des Divisionsglieds 105 liegt somit der
Quotient rlzu = mszu/(nmot·KUMSRL)
gemäß Gleichung
(3) an. Von diesem Quotienten wird in einem ersten Subtraktionsglied 110 die
in den betrachteten Zylinder abfließende Füllung rlab subtrahiert, die
von einem Ladungswechselmodell 30 gebildet wird. Somit
liegt am Ausgang des ersten Subtraktionsglieds 110 die
Differenz rlzu – rlab
an. Diese wird als Eingangsgröße einem
ersten Integrator 130 zugeführt, der das Saugrohrmodell
darstellt. Somit ergibt sich am Ausgang des ersten Integrators 130 ein
modellierter Wert für
den Saugrohrdruck psmod. Vom modellierten Wert psmod des Saugrohrdrucks
wird anschließend
in einem zweiten Subtraktionsglied 115 der vom Saugrohrdrucksensor 55 gemessene
Saugrohrdruck ps subtrahiert. Die sich bildende Differenz psmod – ps ist über einen
ersten gesteuerten Schalter 140 je nach Schalterstellung
entweder einem zweiten Integrator 150, einem dritten Integrator 155,
einem vierten Integrator 160 oder einem fünften Integrator 165 zuführbar. Dabei
ist der zweite Integrator 150 dem ersten Zylinder 5,
der dritte Integrator 155 dem zweiten Zylinder 10,
der vierte Integrator 160 dem dritten Zy linder 15 und der
fünfte
Integrator 165 dem vierten Zylinder 20 zugeordnet.
Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 70 ist außerdem einer
Auswerteeinheit 135 der Motorsteuerung 35 zugeführt, die
in der Ansaugphase des ersten Zylinders 5 den ersten gesteuerten
Schalter 140 zur Verbindung des Ausgangs des ersten Subtraktionsglieds 115 mit
dem zweiten Integrator 150, während der Ansaugphase des zweiten
Zylinders 10 zur Verbindung des Ausgangs des ersten Subtraktionsglieds 115 mit
dem dritten Integrator 155, während der Ansaugphase des dritten
Zylinders 15 zur Verbindung des Ausgangs des zweiten Subtraktionsglieds 115 mit
dem vierten Integrator 160 und während der Ansaugphase des vierten
Zylinders 20 zur Verbindung des Ausgangs des zweiten Subtraktionsglieds 115 mit
dem fünften
Integrator 165 ansteuert. Über einen zweiten gesteuerten Schalter 160,
der synchron zum ersten gesteuerten Schalter 140 von der
Auswerteeinheit 135 geschaltet wird, sind die Ausgänge der
Integratoren 150, 155, 160, 165 wahlweise
mit einem zweiten Multiplikationsglied 125 des Ladungswechselmodells 30 verbindbar.
Dabei wird der Ausgang des zweiten Integrators 150 mit
dem zweiten Multiplikationsglied 125 während der Ansaugphase des ersten
Zylinders 5, der Ausgang des dritten Integrators 155 mit
dem zweiten Multiplikationsglied 125 während der Ansaugphase des zweiten
Zylinders 10, der Ausgang des vierten Integrators 160 mit
dem zweiten Multiplikationsglied 125 während der Ansaugphase des dritten
Zylinders 15 und der Ausgang des fünften Integrators 165 mit
dem zweiten Multiplikationsglied 125 in der Ansaugphase
des vierten Zylinders 20 verbunden. Der Ausgang der Integratoren 150, 155, 160, 165 stellt
dabei den Faktor fupsrl für
die Umrechnung von Druck in Füllung
dar. Er wird von den Integratoren 150, 155, 160, 165 im
Sinne einer Minimierung der Differenz psmod – ps adaptiert. Vom modellierten
Saugrohrdruck psmod am Ausgang des ersten Integrators 130 wird
in einem dritten Subtraktionsglied 120 der Partialdruck pbrint
des Restgases aus einem Restgaswertspeicher 90 subtrahiert.
Die sich bildende Differenz psmod – pbrint am Ausgang des dritten
Subtraktionsglieds 120 wird dem zweiten Multiplikationsglied 125 zugeführt und dort
mit dem Faktor fupsrl für
die Umrechnung von Druck in Füllung
multipliziert, sodass sich am Ausgang des zweiten Multiplikationsglied 125 die
Füllung
rlab, die in den betrachteten Zylinder abgesaugt wird, ergibt und die
wie beschrieben dem ersten Subtraktionsglied 110 zugeführt wird.
Das dritte Subtraktionsglied 120 und das zweite Multiplikationsglied 125 bilden
dabei das Ladungswechselmodell 30. Die Integratoren 150, 155, 160, 165 bilden
eine Ermittlungseinheit 40 zur Ermittlung eines charakteristischen
Werts für
die Absaugleistung der einzelnen Zylinder, also eine zylinderindividuelle
Absaugleistung in Form des Faktor fupsrl für die Umrechnung von Druck
in Füllung.
Mit der Adaption des Faktors fupsrl für die Umrechnung von Druck
in Füllung
wird auch der Wert rlab für
die in dem betrachteten Zylinder abgesaugte Füllung adaptiert als erster
charakteristischer Wert für
die Absaugleistung. Der Restgaswertspeicher 90 und der
Faktorwertspeicher 95 sowie das Differenzierglied 85 sind
gemäß 3 außerhalb
der Motorsteuerung 35 angeordnet, können optional und unabhängig von
einander auch in der Motorsteuerung 35 implementiert sein.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist es optional vorgesehen, dass der
sich für
die verwendete erste, zweite oder dritte charakteristische Größe für die Absaugleistung
eines Zylinders ergebende Wert mit einem Sollwert verglichen wird
und dass in Abhängigkeit
eines Vergleichsergebnisses die Funktion der Absaugung des betrachteten
Zylinders diagnostiziert wird. Dies kann bei einem auf den Programmpunkt 220 folgenden
Programmpunkt 225 gemäß 4 erfolgen,
wobei der Programmpunkt 225 gestrichelt dargestellt ist.
Dabei kann der Sollwert beispielsweise auf einem Prüfstand appliziert
werden. Stimmt der sich für
die verwendete charakteristische Größe ergebende Wert bei Programmpunkt 225 mit
dem Sollwert innerhalb eines vorgegebenen, beispielsweise ebenfalls
auf einem Prüfstand
applizierten Toleranzbereichs überein,
so wird eine fehlerfreie Funktion der Absaugung des betrachteten
Zylinders diagnostiziert, andernfalls wird ein Fehler bei der Absaugung
des betrachteten Zylinders diagnostiziert und eine optische und/oder
akustische Warnmeldung, gegebenenfalls ein Notlauf der Brennkraftmaschine
oder in letzter Konsequenz ein Abstellen der Brennkraftmaschine
eingeleitet. Gemäß einer
weiteren optionalen Ausführungsform
der Erfindung kann mit Hilfe der ermittelten verwendeten charakteristischen
Größe für die Absaugleistung
des betrachteten Zylinders auch eine zylinderindividuelle Füllungsregelung
durchgeführt
werden, bei der die in der beschriebenen Weise ermittelte verwendete
charakteristische Größe für die Absaugleistung
des betrachteten Zylinders einem vorgegebenen Sollwert nachgeführt wird.
Der Sollwert kann in diesem Fall beispielsweise abhängig von
einem Fahrerwunsch oder einer Anforderung eines externen Steuersystems,
wie beispielsweise einer Antriebsschlupfregelung, eines Antiblockiersystems,
einer Fahrdynamikregelung, einer Fahrgeschwindigkeitsregelung oder
dergleichen ermittelt oder beispielsweise auf einem Prüfstand als
Festwert appliziert werden. Die zylinderindividuelle Füllungsregelung
kann dann beispielsweise durch individuelle Ansteuerung mindestens
eines Gaswechselventils des betrachteten Zylinders erfolgen, beispielsweise
eines oder mehrerer Einlassventile und eines oder mehrerer Auslassventile
des betrachteten Zylinders. Dies ist insbesondere im Falle einer
vollvariablen Ventilsteuerung möglich,
bei der auf diese Weise zylinderindividuelle Schwankungen der Absaugleistung
detektiert und ausgeregelt werden können oder bewusst auf zylinderindividuelle
Sollfüllungen
in der beschriebenen Weise geregelt werden kann. Ein entsprechender
Regelschritt für
die aktuelle Ansaugphase des betrachteten Zylinders wird dabei bei
Programmpunkt 225 gemäß 4 durchgeführt. Das
Programm nach 4 wird für jede Ansaugphase des gerade
betrachteten Zylinders durchlaufen. Nach Programmpunkt 225 wird
das Programm verlassen.
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Gemäß einer
weiteren optionalen Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass die ermittelte verwendete charakteristische
Größe für die Absaugleistung
für mehrere
Zylinder ermittelt wird und dass sich für die charakteristische Größe für die Absaugleistung
ergebende Werte mehrerer Zylinder miteinander verglichen werden
und dass in Abhängigkeit
des Vergleichsergebnisses die Funktion der Absaugung der Zylinder
diagnostiziert wird. Auf diese Weise lässt sich eine Diagnose von
unerwünschten
zylinderindividuellen Unterschieden zwischen den Absaugleistungen
einzelner Zylinder diagnostizieren. Eine typische Anwendung dabei
ist die Diagnose von Ventiltrieben zur Zylinderabschaltung. Fälschlicherweise
abgeschaltete oder fälschlicherweise
aktive Zylinder werden sofort erkannt. Ferner kann dabei eine eindeutige
Zylinderzuordnung aufgrund der wie beschrieben gewählten ersten
und zweiten Kurbelwinkelintervalle erfolgen. Weitere Anwendungen
sind bei Ventiltrieben mit Hubumschaltung denkbar. Die unterschiedlichen
Absaugleistungen im Falle der Verwendung unterschiedlicher Hubkurven
bei verschiedenen Zylindern können
erkannt werden und mit ihren Sollwerten zu Diagnosezwecken verglichen
werden. Aber auch Ventilsteuersysteme mit Phasensteuerung, wo es
aufgrund der Konstruktion zu zylinderindividuellen Unterschieden
kommen kann, können
auf diese Weise diagnostiziert werden. Insbesondere lassen sich
Unterschiede in der Absaugleistung verschiedener Zylinder bei elektromagnetischen
oder elektrohydraulischen vollvariablen Ventilsteuerungen in der
beschriebenen Weise diagnostizieren.
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Im
Falle des beschriebenen Vergleichs der charakteristischen Werte
für die
Absaugleistungen mehrerer Zylinder können Unterschiede in den Absaugleistungen
einzelner Zylinder auch dadurch behoben werden, dass die charakteristischen
Werte für
die Absaugleistungen der einzelnen Zylinder auf einen gemeinsamen Sollwert
geregelt werden, um somit eine Gleichstellung dieser Zylinder im
Hinblick auf die charakteristische Größe für die Absaugleistung zu erreichen.
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Die
Diagnose eines Fehlers in der zylinderindividuellen Absaugleistung
eines Zylinders kann beispielsweise dadurch bedingt sein, dass die
Kolbenringe nicht mehr ausreichend dicht sind, sodass sich die Füllung des
betrachteten Zylinders bei kleinen Lasten und Motordrehzahlen verringert,
dadurch dass Gas aus dem Kurbelgehäuse die Frischlufteinströmung über das
Saugrohr 25 beeinträchtigt.
In diesem Fall kann durch die zylinderindividuelle Diagnose der
Absaugleistung eine Kompressionsdiagnose realisiert werden, bei
der die Kolbenringe auf ausreichende Dichtheit überprüft werden.
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Die
beschriebenen Diagnosen können
beispielsweise am Bandende nach Herstellung der Brennkraftmaschine
bzw. des Fahrzeugs oder bei einem Werkstattaufenthalt oder auch
im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
Dabei können
insbesondere am Bandende alle möglichen
Variationen von Ventilerhebungskurven in ihrer Auswirkung auf die
Füllung
der einzelnen Zylinder in der beschriebenen Weise zu Diagnosezwecken überprüft werden.
