DE102005058225B3

DE102005058225B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005058225B3
Application number: DE102005058225A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mai; Jens Pache; Markus Roth; Gerd Dr. Rösel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: KR101286201B1; US7469687B2; KR20070059969A; US20080141982A1

Abstract

Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine werden Teilvolumina (V_BUF) des jeweils während einer vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) in einen Ansaugtrakt eingeströmten Fluids ermittelt für jede Periode. Tankentlüftungswerte (CPV) einer Kenngröße werden für jede Periode ermittelt. Die Kenngröße ist repräsentativ für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) durch das Tankentlüftungsventil geströmt ist. Die aufeinanderfolgenden Teilvolumina (V_BUF) werden ausgehend von dem aktuell ermittelten Teilvolumen (V_BUF) solange aufsummiert zu einem summierten Teilvolumen (V_BUF_SUM), bis das summierte Teilvolumen (V_BUF_SUM) größer oder gleich ist einem effektiven Ansaugtraktvolumen (V_IM) stromabwärts des Tankentlüftungsventils. DOLLAR A Eine Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse wird ermittelt, die während des für eine bevorstehende Kraftstoffzumessung maßgeblichen Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders in diesen einströmt. Die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse (MFF_CP) wird abhängig von demjenigen Tankentlüftungswert (CPV) ermittelt, der um die Anzahl der aufsummierten Teilvolumina (V_BUF) des summierten Teilvolumens (V_BUF_SUM) ausgehend von dem aktuell ermittelten Tankentlüftungswert (CPV) von diesem beabstandet ist.

Description

An Brennkraftmaschinen werden zunehmend hohe Anforderungen bezüglich deren Leistung und Wirkungsgrad gestellt. Gleichzeitig müssen aufgrund strenger gesetzlicher Vorschriften auch die Schadstoff-Emissionen gering sein. Zu diesem Zweck ist es bekannt Brennkraftmaschinen mit einer Vielzahl an Stellgliedern zum Einstellen einer Füllung in den jeweiligen Brennräumen der Zylinder der Brennkraftmaschine auszustatten, wobei die Füllung vor der Verbrennung aus einem Gemisch aus Luft, Kraftstoff und gegebenenfalls auch Abgasen besteht. So sind zum Beispiel Phasen-Verstelleinrichtungen bekannt, mittels derer eine Phase zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verändert werden kann und somit der jeweilige Beginn und das jeweilige Ende des Öffnens beziehungsweise Schließens der Gaseinlass- und Gasauslassventile verändert werden kann. Darüber hinaus sind auch Ventilhub-Verstelleinrichtungen bekannt, mittels derer ein Ventilhub des Gaseinlassventils oder auch eines Gasauslassventils der Brennkraftmaschine zwischen einem geringen und einem hohen Ventilhub verstellt werden kann.
Ferner sind Brennkraftmaschinen regelmäßig mit Tankentlüftungsvorrichtungen ausgestattet, durch die Kraftstoff-Verdunstungsemissionen eines Tanks eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine anordenbar ist, in einem Aktivkohlebehälter zwischengespeichert werden. In regelmäßigen Abständen wird mittels eines so genannten Tankentlüftungsventils der Aktivkohlebehälter regeneriert. Dabei gibt das Tankentlüftungsventil eine Verbindung zu dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine frei. Der in dem Aktivkohlebehälter gebundene Kraftstoff kann so in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine einströmen und in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine verbrannt werden. Für einen präzisen und auch emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine ist ein genaues Berücksichtigen dieser so zusätzlich eingebrachten Kraftstoffmenge wichtig.

Aus der DE 197 01 353 C1 ist ein Verfahren zur Tankentlüftung bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Beladungsgrad eines Aktivkohlefilters ermittelt wird und abhängig von der Höhe des Beladungsgrades und eines vorgegebenen Wertes für einen maximal möglichen Kraftstoffmassenstrom durch das Tankentlüftungsventil ein Soll-Spülstrom berechnet wird. Ein Tastverhältnis für das Tankentlüftungsventil wird abhängig von dem Soll-Spülstrom, der Temperatur des Spülstroms und dem Druckgefälle am Tankentlüftungsventil eingestellt und zwar so, dass die durch den Spülvorgang hervorgerufene Lambdaabweichung eines Lambdareglers einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet.

Der Tankentlüftungsvorgang wird in mehrere zeitlich nacheinander ablaufende Phasen eingeteilt. In einem öffnenden Rampenbetrieb wird ein relativer Massenstrom, der abhängig von dem Soll-Spülstrom berechnet wird, ausgehend von einem Wert null inkrementweise erhöht, bis der Kraftstoffmassenstrom einen Grenzwert überschreitet. Anschließend wird in einem Regelbetrieb der relative Massenstrom abhängig von dem maximal zulässigen Kraftstoffmassenstrom und einem mittleren Beladungsgrad berechnet. In einem anschließenden Rampenbetrieb wird der relative Massenstrom inkrementweise bis auf den Wert null verkleinert. Aus einer mittleren Lambdareglerabweichung und einer additiven Korrektur wird der Kraftstoffmassenstrom aus der Tankentlüftung und dem Beladungsgrad berechnet.

Aus der WO 97/35106 ist ein Verfahren zur Berechnung der tatsächlich in Zylinder einströmenden Frischluftmasse mit Hilfe eines Saugrohrfüllungsmodells bekannt, wobei die Modellbeschreibung auf einer nicht-linearen Differenzialgleichung basiert. Der gewählte Modellansatz beinhaltet die Modellierung einer externen Abgasrückführung, von variablen Saugsystemen und von Systemen mit variabler Ventilsteuerung.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die einen präzisen Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglichen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt, der in mindestens einen Einlass mindestens eines Zylinders mündet. Ferner ist ein Tankentlüftungsventil vorgesehen, das ausgebildet ist zum Steuern eines Einleitens eines Tankentlüftungsstroms in den Ansaugtrakt an einer Einlassstelle stromaufwärts des jeweiligen Einlasses des jeweiligen Zylinders. Teilvolumina des jeweils während einer vorgegebenen Periodenzeitdauer in den Ansaugtrakt eingeströmten Fluids werden ermittelt für jede Periode. Tankentlüftungswerte einer Kenngröße für jede Periode werden ermittelt, wobei die Kenngröße repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer durch das Tankentlüftungsventil geströmt ist. Die aufeinanderfolgenden Teilvolumina, ausgehend von dem aktuell ermittelten Teilvolumen werden solange aufsummiert zu einem summierten Teilvolumen, bis das summierte Teilvolumen größer oder gleich ist einem effektiven Ansaugtraktvolumen stromabwärts des Tankentlüftungsventils. Eine Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse wird ermittelt, die während des für eine bevorstehende Kraftstoffzumessung maßgeblichen Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders in diesen einströmt. Die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse wird abhängig von demjenigen Tankentlüftungswert ermittelt, der um die Anzahl der aufsummierten Teilvolumina des summierten Teilvolumens ausgehend von dem aktuell ermittelten Tankentlüftungswert von diesem beabstandet ist. Die Tankentlüftungskraftstoffmasse wird somit abhängig von demjenigen Tankentlüftungswert ermittelt, der entsprechend der Anzahl der aufsummierten Teilvolumina des summierten Teilvolumens vorangehenden Perioden für eine derartige Periode ermittelt wurde. Auf diese Weise kann besonders einfach die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse sehr präzise ermittelt werden und dann bei der Berechnung der über ein Einspritzventil in den Brennraum des Zylinders zuzumessenden Kraftstoffmasse entsprechend berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann dann zum einen ein emissionsunschädliches Entlüften der in dem Tank entstehenden Kraftstoffdämpfe erfolgen und zum anderen einfach sichergestellt werden, dass dadurch keine erhöhten Schadstoffemissionen entstehen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die jeweiligen Teilvolumina bezogen auf einen Bezugsdruck ermittelt und das effektive Ansaugtraktvolumen wird abhängig von einem Saugrohrdruck in dem Ansaugtrakt ermittelt. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die jeweiligen bereits in der Vergangenheit ermittelten Teilvolumina bei Änderungen des Saugrohrdrucks jeweils wieder erneut im Hinblick auf den veränderten Saugrohrdruck berechnet werden müssen, sondern lediglich das Ansaugtraktvolumen entsprechend angepasst wird und somit dann letztlich einem virtuellen effektiven Ansaugtraktvolumen entspricht. Auf diese Weise kann auch bei einem starken Instationärbetrieb die Brennkraftmaschine mit einem geringen Rechenaufwand betrieben werden. Dies ist auch insbesondere im Zusammenhang mit einem variablen Ventiltrieb für Gaseinlass- und/oder Gasauslassventile von Vorteil, da hier sehr dynamische Veränderungen des Saugrohrdrucks auftreten können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die jeweiligen Teilvolumina bezogen auf eine Bezugstemperatur ermittelt und das effektive Ansaugtraktvolumen abhängig von einer Temperatur des Fluids in dem Ansaugtrakt ermittelt. Auf diese Weise kann dann auch bei sehr hohen Temperaturschwankungen, so z. B. insbesondere in einem sehr starken Instationärbetrieb, vermieden werden, dass die jeweiligen Teilvolumina an die jeweils aktuelle Temperatur anzupassen sind und vielmehr lediglich das effektive Ansaugtraktvolumen entsprechend korrigiert werden. Auf diese Weise ist ein Betreiben der Brennkraftmaschine mit einem relativ geringen Rechenaufwand auch bei sehr starken Temperaturschwankungen möglich.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Teilvolumina in einem Volumen-Ringspeicher zwischengespeichert. Dies ermöglicht eine besonders einfache und rechenoptimierte Implementierung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Tankentlüftungswerte in einem Tankentlüftungs-Ringspeicher zwischengespeichert. Dies ermöglicht eine besonders einfache und rechenoptimierte Implementierung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
2 ein erstes Ablaufdiagramm zum Betreiben der Brennkraftmaschine und
3 ein zweites Ablaufdiagramm zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12, einem Gasauslassventil 13 und Ventilantriebe 14, 15.
Eine Nockenwelle ist vorgesehen, die über Nocken auf das Gaseinlassventil 12 und das Gasauslassventil 13 einwirkt. Bevorzugt ist jeweils dem Gaseinlassventil 12 und dem Gasauslassventil 13 eine separate Nockenwelle zugeordnet. Ferner kann eine Ventilhub-Verstelleinrichtung 19 vorgesehen sein, die derart ausgebildet ist, dass durch sie ein Ventilhub des Gaseinlassventils 12 variierbar ist. Sie kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie entweder einen ersten Nocken zum Einwirken auf einen Stößel des Gaseinlassventils bringen kann mit der Folge, dass dann das Gaseinlassventil einen niedrigen Ventilhub durchführt, oder dass sie einen weiteren Nocken zum Einwirken auf den Stößel des Gaseinlassventils 12 bringen kann mit der Folge, dass dann das Gaseinlassventil 12 einen hohen Ventilhub durchführt. Je nach Ventilhub-Stellung VL ist somit ein während eines Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders Z1 durchgeführter Ventilhub des Gaseinlassventils 12 unterschiedlich. Die Ventilhub-Verstelleinrichtung 19 kann auch zum kontinuierlichen Variieren des Ventilhubs des Gaseinlassventils 12 ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine Betriebsart in der eine Laststeuerung durch Variieren des Ventilhubs des Gaseinlassventils erfolgt.
Darüber hinaus kann auch eine Phasen-Verstelleinrichtung 20 vorgesehen sein, mittels der ein Kurbelwellenwinkelbereich während eines Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders, in dem das Gaseinlassventil 12 den Einlass freigibt, veränderbar ist. Auf diese Weise kann dann auch eine so genannte Ventilüberschneidung eingestellt werden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sowohl das Gaseinlassventil als auch das Gasauslassventil gleichzeitig den Einlass bzw. Auslass des Zylinders freigeben.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 22 und eine Zündkerze 23. Alternativ kann das Einspritzventil 22 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein.
In dem Ansaugtrakt 1 oder jeweils in dem Einlass hin zu dem Zylinder Z1 kann ferner ein Impulsladeventil 25 angeordnet sein, das je nach seiner Stellung entweder das jeweilige Saugrohr, in dem es angeordnet ist, oder den jeweiligen Einlass verschließt oder freigibt. Ein derartiges Impulsladeventil 25 kann dazu genutzt werden, die Gasfüllung des Zylinders Z1 zu verbessern. Das Impulsladeventil 25 kann auch durch entsprechende Variation seiner Ansteuerzeiten zur Lasteinstellung eingesetzt werden.
Ferner kann in dem Ansaugtrakt 1 auch eine Schaltvorrichtung 26 zum Einstellen einer effektiven Saugrohrlänge vorgesehen sein. Die Schaltvorrichtung kann so beispielsweise als Schaltklappe ausgebildet sein, durch die eine Kommunikation zwischen einzelnen Saugrohren, die verschiedenen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, ermöglicht oder unterbunden wird, oder eine Luftzufuhr über verschiedene Abschnitte ein und desselben Saugrohres oder verschiedener Saugrohre alternativ zu ermöglichen. Eine derartige Schaltvorrichtung kann darüber hinaus auch so ausgebildet sein, dass sich abhängig von ihrer Stellung ein freies Volumen in dem Ansaugtrakt 1, das zum Ansaugen der Luft in den Zylinder 1 zur Verfügung steht, geändert werden kann und somit sich ein effektives Ansaugtraktvolumen ändern kann.
Ferner umfasst die Brennkraftmaschine eine Tankentlüftungsvorrichtung 28, die Kraftstoffdämpfe aus einem Tanksystem der Brennkraftmaschine in einem Speicher zwischenspeichert, der bevorzugt als Aktivkohlebehälter ausgebildet ist, und dann den Speicher in geeigneten Betriebssituationen der Brennkraftmaschine wieder regeneriert. Dazu umfasst die Tankentlüftungsvorrichtung 28 ein Tankentlüftungsventil 29. In einer Offenstellung des Tankentlüftungsventils 29 kann ein mit Kraftstoff angereicherter Tankentlüftungsstrom von der Tankentlüftungsvorrichtung über eine Einlassstelle 30, die stromabwärts der Drosselklappe 5 in den Ansaugtrakt 1 mündet, in den Ansaugtrakt 1 strömen. In einer Schließstellung des Tankentlüftungsventils 29 strömt kein Tankentlüftungsstrom in den Ansaugtrakt 1. In einer alternativen Ausführungsform der Brennkraftmaschine kann beispielsweise auch keine Drosselklappe vorhanden sein. In diesem Fall – aber auch im Falle des Vorhandenseins der Drosselklappe 5 – kann die Einlassstelle 30 an einer beliebigen Stelle in den Ansaugtrakt münden, an der während des Betriebs der Brennkraftmaschine ein geeigneter Druck herrscht um ein Abströmen des Tankentlüftungsstroms in den Ansaugtrakt zu gewährleisten. Beispielsweise kommt hierzu auch ein Bereich nahe zu und stromabwärts eines Luftfilters in Frage, insbesondere bei Vorhandensein einer Aufladevorrichtung mit einem Verdichter in dem Ansaugtrakt 1.
Ferner ist eine Steuervorrichtung 34 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 34 kann auch als Vorrichtung zum Steuern oder zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 36, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 38 erfasst, ein Luftmassensensor 40, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein Drosselklappenstellungssensor 42, welcher einen Öffnungsgrad THR der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 44, welcher eine Ansaugluft-Temperatur T_IM erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 46, welcher einen Saugrohrdruck P_IM in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 48, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird. Ein zweiter Temperatursensor 50 erfasst eine Kühlmitteltemperatur. Ferner ist ein Nockenwellenwinkelsensor 52 vorgesehen, welcher einen Nockenwellenwinkel erfasst. Falls zwei Nockenwellen vorhanden sind, ist bevorzugt jeder Nockenwelle ein Nockenwellenwinkelsensor 52 zugeordnet. Ferner ist bevorzugt eine Abgassonde 54 vorgesehen, welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder Z1.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, die Ventilhub-Verstelleinrichtung 19, die Phasen-Verstelleinrichtung 20, das Einspritzventil 22, die Zündkerze 23, das Impuls-Ladeventil 25, die Schaltvorrichtung 26 zum Einstellen einer effektiven Saugrohrlänge oder das Tankentlüftungsventil 29.
Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und ggf. Sensoren zugeordnet sind.
Ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine ist im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 2 näher erläutert. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können. Der Start erfolgt bevorzugt zeitnah zu einem Motorstart der Brennkraftmaschine.
In einem Schritt S2 wird ein Teilvolumen V_BUF des während einer vorgegebenen Periodenzeitdauer TP in den Ansaugtrakt 1 eingeströmten Fluids ermittelt. Bevorzugt wird das Teilvolumen V_BUF entsprechend der in dem Schritt S2 angegebenen Formel ermittelt. Dabei bezeichnet MAF den Luftmassenstrom, der in den Ansaugtrakt einströmt und zwar somit demjenigen, der in dem Ansaugtrakt an der Einlassstelle vorbeiströmt, also insbesondere vorbei an der Drosselklappe 5, und durch das Tankentlüftungsventil 29 in den Ansaugtrakt 1 einströmt. Er kann beispielsweise direkt mittels des Luftmassensensors 40 und eines gegebenenfalls stromabwärts des Tankentlüftungsventils 29 angeordneten weiteren Luftmassenmessers des Tankentlüftungssystems erfasst werden, er kann jedoch auch teilweise von anderen Messgrößen mittels eines entsprechenden physikalischen Modells abgeleitet werden. RHO 0 bezeichnet eine Referenzdichte des einströmenden Fluids, die beispielsweise einen Wert von 1,225 kg/m³ hat. TP bezeichnet die Periodenzeitdauer, die beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 und 50 ms, so z. B. 20 ms, fest vorgegeben sein kann. Die Berechnungsvorschrift des Schrittes S2 korrespondiert zu der idealen Gasgleichung.
In einem Schritt S4 wird dann das in dem Schritt S2 ermittelte Teilvolumen V_BUF in einen Volumen-Ringspeicher V_RBUF gespeichert und zwar an eine Speicherposition, die durch einen Schreibzeiger IDX_V_WR vorgegeben ist. Der Volumen-Ringspeicher V_RBUF kann beispielsweise 50 Speicherplätze zum Speichern unterschiedlicher Teilvolumina V_BUF umfassen. Er kann beispielsweise in Form eines Arrays oder auch bevorzugt in Form einer Datenstruktur mit Zeigern auf das jeweilige nächste Element konkret realisiert sein. Der Volumen-Ringspeicher V_RBUF zeichnet sich dadurch aus, dass jeweils eine vorgegebene Anzahl an Teilvolumina V_BUF, die bei vorangegangenen Durchläufen des Schrittes S2 berechnet wurden, in diesem zwischengespeichert und somit abrufbar ist und dennoch der Speicherplatz begrenzt ist und jeweils die ältesten ermittelten Werte automatisch wieder überschrieben werden.
In einem Schritt S6 wird ein Tankentlüftungswert CPV ermittelt und zwar einer Kenngröße, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) durch das Tankentlüftungsventil geströmt ist oder die insbesondere jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer TP über die Einlassstelle 30 zum Einleiten des Tankentlüftungsstroms in den Ansaugtrakt 1 eingeströmt ist. Bevorzugt ist die Kenngröße eine Kraftstoffkonzentration bezogen auf die während der Periodenzeitdauer eingeströmte Luftmassse, die auch den Kraftstoff mit einschließt. Dies kann bevorzugt mittels eines entsprechenden physikalischen Modells des Tankentlüftungssystems erfolgen. Dazu kann beispielsweise eine in dem Tank befindliche Konzentration an Kraftstoffdämpfen als Schätzwert ermittelt werden und dann abhängig von dem Öffnungsgrad des Tankentlüftungsventils 29 der Tankentlüftungswert CPV ermittelt werden. In diesem Zusammenhang wird dann auch die über die Drosselklappe 5 einströmende Luftmasse berücksichtigt. Bevorzugt ist der Tankentlüftungswert CPV eine Tankentlüftungskraftstoffkonzentration, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse. Alternativ kann jedoch auch direkt der Tankentlüftungswert CPV die Tankentlüftungskraftstoffmasse sein.
In einem Schritt S8 wird dann der ermittelte Tankentlüftungswert CPV in einen Tankentlüftungs-Ringspeicher CPV_RBUF gespeichert und zwar an einer Speicherposition, die durch einen Schreibzeiger IDX_CPV_WR vorgegeben ist. Bevorzugt ist der Tankentlüftungs-Ringspeicher CPV_RBUF korrespondierend zu dem Volumen-Ringspeicher V_RBUF aufgebaut und umfasst insbesondere eine gleiche Anzahl an Speicherstellen.
In einem Schritt S10 wird geprüft, ob seit einer letztmaligen Abarbeitung des Schrittes S2 die Periodenzeitdauer TP vergangen ist. Die Prüfung in dem Schritt S10 sollte insbesondere maßgeblich darauf abstellen, ob die Messgrößen zum Ermitteln des Teilvolumens V_BUF und des Tankentlüftungswertes CPV letztmalig für die vorangegangene Periodendauer TP erfasst wurden und diese Zeitdauer abgelaufen ist. Es sollte also insbesondere sichergestellt werden, dass für jede vorgegebene Periodenzeitdauer TP die entsprechenden Messgrößen zum Ermitteln des Teilvolumens V_BUF und des Tankentlüftungswertes CPV zeitrichtig erfasst wurden und dann wieder für die nächste Periodenzeitdauer TP erfasst werden. Ist die Bedingung des Schrittes S10 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S12 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgegebene Wartezeitdauer verharrt, bevor die Verarbeitung erneut in dem Schritt S10 fortgesetzt wird.
Ist die Bedingung des Schrittes S10 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S14 der Schreibzeiger IDX_V_WR und auch der Schreibzeiger IDX_CPV_WR für den Volumen-Ringspeicher bzw. den Tankentlüftungs-Ringspeicher CPV_RBUF inkrementiert. Dies kann je nach Ausgestaltung des jeweiligen Ringspeichers V_RBUF, CPV_RBUF das Erhöhen eines Indexwertes eines Arrays sein oder auch das Versetzen des Zeigers auf die folgende Speicherstelle in dem jeweiligen Ringspeicher V_RBUF bzw. CPV_RBUF beinhalten. Allgemein wird dieser Vorgang als Inkrementierung INC des jeweiligen Schreibzeigers IDX_V_WR bzw. IDX_CPV_WR bezeichnet. Anschließend wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.
Das Programm gemäß der 2 läuft bevorzugt zeitlich quasi parallel zu einem weiteren Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine, das im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 3 näher erläutert ist.
Das Programm wird in einem Schritt S16 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Der Start erfolgt bevorzugt ebenfalls zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine.
In einem Schritt S18 wird ein effektives Basis-Ansaugtraktvolumen V_IM_BAS ermittelt. Das effektive Basis-Ansaugtraktvolumen V_IM_BAS korrespondiert zu einem freien Volumen des Ansaugtraktes 1 stromabwärts des Tankentlüftungsventils 29 bis hin zu dem Einlass in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4. Im Falle des Vorhandenseins der Drosselklappe 5 und einer nahe stromabwärts der Drosselklappe 5 angeordneten Einlassstelle 30 kann sich das freie Volumen des Ansaugtraktes 1 auch von stromabwärts der Drosselklappe 5 bis hin zu dem Einlass in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 erstrecken. Im Falle des Vorhandenseins von Stellgliedern, mittels derer das tatsächliche Volumen, das von dem Fluid auf seinem Weg hin zu dem Einlass des Brennraums des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 verändert werden kann, wird dies bei der Berechnung in dem Schritt S18 berücksichtigt. Insofern wird das effektive Basis-Ansaugtraktvolumen V_IM_BAS beispielsweise in Abhängigkeit von einer Schaltvorrichtungsstellung SK der Schaltvorrichtung 26 oder weiterer Stellglieder, die das entsprechende effektive Basis-Ansaugtraktvolumen V_IM_BAS beeinflussen, ermittelt. Im einfachsten Fall ist jedoch das effektive Basis-Ansaugtraktvolumen V_IM_BAS fest vorgegeben.
In einem anschließenden Schritt S20 wird ein effektives Ansaugtraktvolumen V_IM abhängig von dem effektiven Basis-Ansaugtraktvolumen V_IM_BAS, der Ansauglufttemperatur T_IM in dem Ansaugtrakt 1 und dem Saugrohrdruck P_IM ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt mittels der in dem Schritt S20 angegebenen Berechnungsvorschrift. P_IM_0 steht für einen Bezugs-Saugrohrdruck, der beispielsweise 1013 Hektopascal betragen kann, und T_IM_0 für eine Bezugs-Ansauglufttemperatur T_IM_0 von beispielsweise 288° K. Die Bezugs-Ansauglufttemperatur T_IM_0 ist repräsentativ für eine Bezugstemperatur eines Fluids in dem Ansaugtrakt. Die Ansauglufttemperatur T_IM ist repräsentativ für eine Temperatur des Fluids in dem Ansaugtrakt.
Durch die Berechnungsvorschrift des Schrittes S20 wird letztlich ein virtuelles Ansaugtraktvolumen ermittelt, das an die jeweils aktuellen Ansauglufttemperaturen T_IM und den aktuellen Saugrohrdruck P_IM angepasst ist.
In einem Schritt S22 wird ein Lesezeiger IDX_CPV_RD zum Lesen aus dem Tankentlüftungs-Ringspeicher CPV_RBUF gleich dem entsprechenden Schreibzeiger IDX_CPV_WR gesetzt. Entsprechend wird in dem Schritt S22 ein Lesezeiger IDX_V_RD zum Lesen aus dem Volumen-Ringspeicher V_RBUF gleich dem Schreibzeiger IDX_V_WR gesetzt, der dem Volumen-Ringspeicher V_RBUF zugeordnet ist. Ferner wird in dem Schritt S22 vorzugsweise ein summiertes Teilvolumen V_BUF_SUM mit einem neutralen Wert, insbesondere null, belegt.
In einem Schritt S24 wird zu dem summierten Teilvolumen V_BUF_SUM das mittels des Lesezeigers IDX_V_RD auslesbare Teilvolumen V_BUF hinzuaddiert. Bei dem erstmaligen Durchlaufen des Schrittes S24 wird somit dem summierten Teilvolumen V_BUF_SUM das vor dem zeitlich letzten Durchlauf des Schrittes S4 ermittelten Teilvolumens V_BUF hinzuaddiert.
In einem Schritt S26 wird anschließend geprüft, ob das summierte Teilvolumen V_BUF_SUM größer oder gleich ist dem effektiven Ansaugtraktvolumen V_IM. Ist dies nicht der Fall, so werden die entsprechenden Lesezeiger IDX_V_RD und IDX_CPV_RD in dem Schritt S28 inkrementiert und zwar entsprechend der Vorgehensweise des Schrittes S14. Anschließend wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S24 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S26 hingegen erfüllt, so entspricht in etwa die Anzahl der aufsummierten Teilvolumina V_BUF dem effektiven Ansaugtraktvolumen V_IM. Dies ist dafür repräsentativ, dass das jeweils letzte Teilvolumen V_BUF, das zum Summieren des summierten Teilvolumens V_BUF_SUM herangezogen wurde, hinsichtlich seines ihm zugeordneten Tankentlüftungswertes CPV repräsentativ ist für die Konzentration der Tankentlüftungskraftstoffmasse, die bei dem für eine bevorstehende Kraftstoffzumessung maßgeblichen Arbeitsspiel des jeweiligen Zylinders in diesen einströmt.
In einem Schritt S30 wird somit dem Tankentlüftungswert CPV derjenige Wert in dem Tankentlüftungs-Ringspeicher CPV_RBUF zugeordnet, auf den der entsprechende Lesezeiger IDX_CPV_RD zeigt.
In einem Schritt S32 wird ein Gasmassenstrom MAF_CYL in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 ermittelt und zwar bevorzugt mittels eines Saugrohrfüllungsmodells. Dazu kann beispielsweise ein Saugrohrfüllungsmodell vorgesehen sein, mittels dessen der Gasmassenstrom MAF_CYL in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 und gegebenenfalls auch der Saugrohrdruck P_IM präzise auch in instationären Betriebsphasen der Brennkraftmaschine ermittelt werden können.
Ein derartiges Saugrohrfüllungsmodell ist dem Fachmann beispielsweise aus dem einschlägigen Fachbuch "Handbuch Verbrennungsmotor, Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven", Richard van Basshuysen/Fred Schäfer, 2. Auflage 2002, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, Seiten 557–559, bekannt, dessen Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist. Ferner ist ein derartiges Saugrohrfüllungsmodell ebenfalls aus der WO 97/35106-A2 bekannt, deren Inhalt hiermit diesbezüglich ebenfalls einbezogen ist.
Der Gasmassenstrom MAF_CYL wird mittels eines abschnittsweise linearen Ansatzes abhängig von dem Saugrohrdruck P_IM ermittelt. Die einzelnen Geradenabschnitte dieses abschnittsweise linearen Ansatzes unterscheiden sich durch ihren jeweiligen Offset und die jeweilige Geradensteigung. Der jeweilige Offset und die jeweilige Geradensteigung sind in Kennfeldern abhängig von einem Umgebungsdruck P_AMB und/oder einem Abgasgegendruck P_EXH und/oder der Drehzahl N und/oder der Ventilüberschneidung VO und/oder der Schaltvorrichtungsstellung SK und/oder der Ventilhubstellung und/oder der Impulsladeventil-Stellung IMP_CH und gegebenenfalls weiteren Größen abgelegt. Die Kennfelder sind vorab durch entsprechende Versuche an einem Motorprüfstand oder auch durch Simulationen ermittelt und in einem Datenspeicher der Steuervorrichtung 34 gespeichert.
Der Saugrohrdruck P_IM wird ermittelt abhängig von dem Gasmassenstrom MAF_CYL in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4, der Drehzahl N, dem Drosselklappenöffnungsgrad THR, der Ansauglufttemperatur T_IM, dem Umgebungsdruck P_AMB, der Schaltvorrichtungsstellung SK, dem Abgasgegendruck P_EXH, der Abgastemperatur T_EXH und gegebenenfalls weiteren Größen oder auch nur einer Untermenge der genannten Größen.
Der Abgasgegendruck P_EXH kann einfach mittels eines weiteren Modells abhängig von der jeweils eingespritzten Kraftstoffmasse und/oder der zugeführten Gasmasse MAF_CYL in den Brennraum des jeweiligen Zylinders abgeschätzt werden. Der Umgebungsdruck P_AMB kann entweder mittels eines geeigneten Drucksensors direkt erfasst werden. Er kann jedoch alternativ auch erfasst werden durch den Saugrohrdrucksensor 46 in einer Stellung der Drosselklappe 5, in der diese die Ansaugluft nahezu nicht drosselt. Die Abgastemperatur T_EXH wird entweder mittels eines geeignet angeordneten weiteren Temperatursensors direkt erfasst oder auch abhängig von der zuzumessenden Kraftstoffmasse und/oder dem Gasmassenstrom MAF_CYL in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 abgeschätzt. Das Ermitteln des Saugrohrdrucks P_IM mittels des dynamischen Saugrohrfüllungsmodells basiert bevorzugt auf einer numerischen Lösung der idealen Gasdifferenzialgleichung.
In einem Schritt S34 wird eine Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse MFF_CP abhängig von dem in dem Schritt S30 ermittelten Tankentlüftungswert CPV und dem Gasmassenstrom MAF_CYL in dem Zylinder ermittelt. Im Falle, wenn die Kenngröße für den Tankentlüftungswert CPV die Tankentlüftungskraftstoffkonzentration ist, kann beispielsweise durch einfaches Multiplizieren des Tankentlüftungswerts CPV mit dem Gasmassenstrom MAF_CYL in den Zylinder die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse MFF_CP ermittelt werden. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass der Gasmassenstrom MAF_CYL bevorzugt noch multipliziert wird mit der Periodenzeitdauer TP und so die entsprechende Gasmasse ergibt.
In einem Schritt S36 wird dann eine abhängig von der aktuellen Last der Brennkraftmaschine bereits durch eine andere Funktion vorgegebene zuzumessende Kraftstoffmasse MFF, die pro Zylindersegmentzeitdauer zugemessen wird, abhängig von der aktuell relevanten Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse MFF_CP geeignet korrigiert und somit eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_COR ermittelt. Dieses Korrigieren kann beispielsweise im Sinne eines Vorgebens eines vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Brennraum vor der Verbrennung des Gemisches erfolgen.
Unter einer Zylindersegmentzeitdauer ist diejenige Zeitdauer zu verstehen, die ein Arbeitsspiel benötigt, dividiert durch die Anzahl der Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine. Bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit beispielsweise vier Zylindern ergibt sich somit die Zylindersegmentzeitdauer aus dem Kehrwert der halben Drehzahl dividiert durch die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine.
In einem Schritt S38 wird abhängig von der korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR das entsprechende Stellsignal SG_INJ zum Ansteuern des jeweiligen Einspritzventils 23 des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 ermittelt. Das jeweilige Einspritzventil 23 wird dann entsprechend dem Stellsignal SG_INJ angesteuert. Anschließend wird dann die Bearbeitung in dem Schritt S18 erneut fortgesetzt, gegebenenfalls nach einer vorgebbaren Wartezeitdauer oder einem vorgebbaren Warte-Kurbelwellenwinkel.
Zusätzlich kann bei dem Ermitteln des effektiven Ansaugtraktvolumens V_IM in dem Schritt S20 vorteilhaft auch noch ein Einfluss der Drehzahl und/oder des Gasmassenstroms MAF gegebenenfalls berücksichtigt werden. Das Vorgehen gemäß der Ablaufdiagramme der 2 und 3 hat ferner den Vorteil, dass der Aufwand zur Kalibrierung sinkt, da die Bedatung anhand von bekannten Messgrößen ohne Fahrzeug durchgeführt werden kann. Es ist lediglich eine Validierung der Ergebnisse erforderlich.

1: Ansaugtrakt
2: Motorblock
3: Zylinderkopf
4: Abgastrakt
5: Drosselklappe
6: Sammler
7: Saugrohr
8: Kurbelwelle
10: Pleuelstange
11: Kolben
12: Gaseinlassventil
13: Gasauslassventil
14, 15: Ventilantrieb
18: Nockenwelle
19: Ventilhub-Verstelleinrichtung
20: Phasen-Verstelleinrichtung
22: Einspritzventil
23: Zündkerze
25: Impulsladeventil
26: Schaltvorrichtung zum Einstellen einer effektiven
: Saugrohrlänge
28: Tankentlüftungsvorrichtung
29: Tankentlüftungsventil
30: Einlassstelle
34: Steuervorrichtung
36: Pedalstellungsgeber
38: Fahrpedal
40: Luftmassensensor
42: Drosselklappenstellungssensor
44: erster Temperatursensor
46: Saugrohrdrucksensor
48: Kurbelwellenwinkelsensor
50: zweiter Temperatursensor
52: Nockenwellenwinkelsensor
54: Abgassonde
N: Drehzahl
P_IM: Saugrohrdruck
P_IM_0: Bezugs-Saugrohrdruck
VL: Ventilhub-Stellung
PH: Phase
PH_E: Phase der ersten Nockenwelle
PH_A: Phase der zweiten Nockenwelle
MAF: Gasmassenstrom in Ansaugtrakt
MAF_CYL: Gasmassenstrom in Brennraum Zylinder
IMP_CH: Impulscharger-Stellung
SK: Schaltvorrichtungsstellung
VOL: freies Volumen Ansaugtrakt
T_IM: Ansaugluftemperatur
T_IM_0: Bezugs-Ansauglufttemperatur
MFF: zuzumessende Kraftstoffmasse (pro Zylindersegment)
MFF_CP: Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse
MFF_COR: korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse
SG_INJ: Stellsignal für Einspritzventil
V_BUF: Teilvolumen
V_BUF_SUM: summiertes Teilvolumen
V_IM: effektives Ansaugtraktvolumen
V_IM_BAS: effektives Basis-Ansaugtraktvolumen
TP: Periodenzeitdauer
V_RBUF: Volumen-Ringspeicher
IDX_WR: Schreibzeiger
IDX_RD: Lesezeiger
NUM_SUM: Anzahl der aufsummierten Teilvolumina

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt (1), der in mindestens einen Einlass mindestens eines Zylinders (Z1 bis Z4) mündet, mit einem Tankentlüftungsventil (29), das ausgebildet ist zum Steuern eines Einleitens eines Tankentlüftungsstroms in den Ansaugtrakt (1) an einer Einlassstelle (30) stromaufwärts des jeweiligen Einlasses des jeweiligen Zylinders, bei dem – Teilvolumina (V_BUF) des jeweils während einer vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) in den Ansaugtrakt (1) eingeströmten Fluids ermittelt werden für jede Periode und Tankentlüftungswerte (CPV) einer Kenngröße für jede Periode ermittelt werden, wobei die Kenngröße repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) durch das Tankentlüftungsventil geströmt ist, – die aufeinanderfolgenden Teilvolumina (V_BUF) ausgehend von dem aktuell ermittelten Teilvolumen (V_BUF) solange aufsummiert werden zu einem summierten Teilvolumen (V_BUF_SUM), bis das summierte Teilvolumen (V_BUF_SUM) größer oder gleich ist einem effektiven Ansaugtraktvolumen (V_IM) stromabwärts des Tankentlüftungsventils (29), und – eine Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse (MFF_CP) ermittelt wird, die während des für eine bevorstehende Kraftstoffzumessung maßgeblichen Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders (Z1 bis Z4) in diesen einströmt, wobei die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse (MFF_CP) abhängig von demjenigen Tankentlüftungswert (CPV) ermittelt wird, der um die Anzahl der aufsummierten Teilvolumina (V_BUF) des summierten Teilvolumens (V_BUF_SUM) ausgehend von dem aktuell ermittelten Tankentlüftungswert (V_BUF) von diesem beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – die jeweiligen Teilvolumina (V_BUF) bezogen auf einen Bezugs-Saugrohrdruck (P_IM_0) ermittelt werden und – das effektive Ansaugtraktvolumen (V_IM) abhängig von einem Saugrohrdruck (P_IM) in dem Ansaugtrakt (1) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – die jeweiligen Teilvolumina (V_BUF) bezogen auf eine Bezugstemperatur ermittelt werden und – das effektive Ansaugtraktvolumen (V_IM) abhängig von einer Temperatur des Fluids in dem Ansaugtrakt (1) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Teilvolumina (V_BUF) in einem Volumen-Ringspeicher (V_RBUF) zwischengespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Tankentlüftungswerte (CPV) in einem Tankentlüftungs-Ringspeicher (CPV_RBUF) zwischengespeichert werden.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt (1), der in mindestens einen Einlass mindestens eines Zylinders (Z1 bis Z4) mündet, mit einem Tankentlüftungsventil, das ausgebildet ist zum Steuern eines Einleitens eines Tankentlüftungsstroms in den Ansaugtrakt (1) an einer Einlassstelle (30) stromaufwärts des jeweiligen Einlasses des jeweiligen Zylinders, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum – Ermitteln von Teilvolumina (V_BUF) des jeweils während einer vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) in den Ansaugtrakt (1) eingeströmten Fluids für jede Periode, – Ermitteln von Tankentlüftungswerten (CPV) einer Kenngröße für jede Periode, wobei die Kenngröße repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) durch das Tankentlüftungsventil geströmt ist, – zum Aufsummieren der aufeinanderfolgenden Teilvolumina (V_BUF) ausgehend von dem aktuell ermittelten Teilvolumen (V_BUF) zu einem summierten Teilvolumen (V_BUF_SUM) solange, bis das summierte Teilvolumen (V_BUF_SUM) größer oder gleich ist einem effektiven Ansaugtraktvolumen (P_IM) stromabwärts des Tankentlüftungsventils (29) und – Ermitteln einer Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse, die während des für eine bevorstehende Kraftstoffzumessung maßgeblichen Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders (Z1 bis Z4) in diesen einströmt, und – Ermitteln der Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse abhängig von demjenigen Tankentlüftungswert (CPV), der um die Anzahl der aufsummierten Teilvolumina (V_BUF) des summierten Teilvolumens (V_BUF_SUM) ausgehend von dem aktuell ermittelten Tankentlüftungswert (CPV) von diesem beabstandet ist.