DE102006002255B4 - Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben (11) zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt (1), der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils (12) mit dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) kommuniziert, mit einem Abgastrakt (4), der abhängig von der Stellung eines Gasauslassventils (13) mit dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) kommuniziert und mit einer Zündkerze, wobei die Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine umfasst:
– einen ersten Steuerpfad (SP1), der ausgebildet ist zum Ermitteln eines Zündwinkels (IGA_BAS) bezogen auf einen jeweils vorgegebenen Lastpunkt der Brennkraftmaschine, wobei der Zündwinkel (IGA_BAS) bezüglich eines ersten Gütekriteriums optimiert ist, und zum Ermitteln eines Sollwertes einer Stellung mindestens eines Luftpfadsteliglieds bezogen auf den jeweils vorgegebenen Lastpunkt der Brennkraftmaschine, wobei der Sollwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellglieds bezüglich des ersten Gütekriteriums optimiert ist,
– einen zweiten Steuerpfad (SP2),...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet und dem ein Kolben zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt, der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert und mit einem Abgastrakt, der abhängig von der Stellung des Gasauslassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert.
  • Steigende Energiekosten und Verschärfungen gesetzlicher Bestimmungen bezüglich des zulässigen Kraftstoffverbrauchs oder der zulässigen Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, Maßnahmen zu ergreifen, um einerseits den Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen zu senken und andererseits sicherzustellen, dass die von dem Kraftfahrzeug ausgestoßenen Schadstoffemissionen geringe Werte einnehmen. In diesem Zusammenhang ist es bekannt geworden, Brennkraftmaschinen, insbesondere benzinbetriebene, in bestimmten Betriebspunkten mit einem selbstzündenden Brennverfahren zu betreiben, das auch als homogeneous charge compression ignition (HCCI), controlled auto ignition (CAI) oder Raumzündungsverfahren (RZV) genannt wird. Bei diesem selbstzündenden Brennverfahren wird die Selbstzündung und damit der Verbrennungsverlauf über die reaktive Energiemenge in dem Zylinder der Brennkraftmaschine gesteuert. Diese Energiemenge kann unter anderem durch einen im Vergleich zum konventionell gezündeten Ottomotorenbetrieb sehr hohen Restgasanteil bereitge stellt werden. Gegebenenfalls kann auch eine Zündunterstützung mittels einer Zündkerze erfolgen.
  • Auch für konventionell gezündete Ottomotoren ist es bekannt, im unteren und mittleren Teillastbereich die Brennkraftmaschine mit einer hohen Abgasrückführrate zu betreiben, um die Verbrennung bezüglich der Gütekriterien Verbrauch und/oder Emissionen zu optimieren. Zu diesem Zweck werden insbesondere Phasensteller eingesetzt, mittels derer eine Phase zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine während des Betriebs verändert werden kann. Somit kann der jeweilige Beginn und das jeweilige Ende des Öffnens beziehungsweise Schließens der Gaseinlass- und/oder der Gasauslassventile bezogen auf einen Referenzpunkt auf der Kurbelwelle verändert werden. Auf diese Weise kann eine Füllung eines Brennraums eines Zylinders mit Gas verändert werden, insbesondere kann so ein internes Rückführen von Abgas, das auch als Restgas bezeichnet werden kann, in den jeweiligen Brennraum realisiert werden.
  • Aus der DE 692 297 90 T2 ist eine Steuervorrichtung bekannt, die ein Laufbetriebsarten-Kennfeld zum Ermitteln einer Vollzylinder-Arbeitsbetriebsart und einer Teilzylinder-Ruhebetriebsart auf der Basis der Drehzahl- und Ladedruckdaten aufweist. Sie weist ferner ein Zündzeitpunkt-Korrekturkennfeld auf zum Ermitteln einer Zündverzögerungsgröße, die mit der Zeit variiert und einen Zylinder-Abschaltmechanismus sowie eine Zündsteuervorrichtung auf der Basis des Laufbetriebsarten-Kennfelds und des Zündzeitpunkt-Korrekturkennfeldes steuert. Das Zündzeitpunkt-Korrekturkennfeld hat ein erstes Zündverzögerungs-Kennfeld zum Ermitteln der Zündverzögerungsgröße, die mit der Zeit abnimmt, und ein Zündverzögerungs-Korrekturfeld zum Ermitteln einer Zündverzögerungs-Korrekturgröße, um die Zündverzögerungsgröße auf der Basis der Ladedruckdaten zu korrigieren. Die Steuervorrichtung errechnet den Sollzündzeitpunkt auf der Basis der Zündverzögerungsgröße, der Zündverzögerungs-Korrekturgröße und des Referenz-Zündzeitpunktes, wenn sich die Hubzahl, die nach der Ermittlung des Umschaltvorganges von der Teilzylinder-Ruhebetriebsart zur Vollzylinder-Arbeitsbetriebsart gezählt wird, innerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet.
  • EP 0807208 B1 offenbart mittels einer Kennfeldes aus Motordrehzahl und Motorlast sowie der Abgaszusammensetzung einen optimalen Zündwinkel zu bestimmen.
  • Aus der DE 199 167 25 A1 ist es bekannt zur Drehmomentüberwachung bei Ottomotoren aus einem Referenzzündwinkelsignal und einem Istwinkelsignal ein Korrekturwinkelsignal zu bilden, das in Form eines Korrekturfaktors multiplikativ auf einen Referenz-Drehmomentwert einwirkt.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die ein präzises Steuern der Brennkraftmaschine auch im instationären Betrieb ermöglicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben zugeordnet ist. Die Brennkraftmaschine hat ferner einen Ansaugtrakt, der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert und einen Abgastrakt, der abhängig von der Stellung eines Gasauslass ventils mit dem Brennraum des Zylinders kommuniziert. Ferner ist dem Brennraum des jeweiligen Zylinders eine Zündkerze zugeordnet. Die Vorrichtung zum Steuern umfasst einen ersten Steuerpfad, der ausgebildet ist zum Ermitteln eines Zündwinkels bezogen auf einen jeweils vorgegebenen Lastpunkt der Brennkraftmaschine, der insbesondere durch mindestens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine vorgegeben ist. Der Zündwinkel ist im Hinblick auf den vorgegebenen Lastpunkt bezüglich eines ersten Gütekriteriums optimiert. Ferner ist der erste Steuerpfad ausgebildet zum Ermitteln eines Sollwertes einer Stellung mindestens eines Luftpfadstellglieds bezogen auf den jeweils vorgegebenen Lastpunkt der Brennkraftmaschine. Der Sollwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellglieds ist bezüglich des ersten Gütekriteriums optimiert. Ein Luftpfadstellglied kann ein beliebiges Stellglied sein, das in den Brennraum strömendes Gas beeinflusst.
  • Ferner umfasst die Vorrichtung zum Steuern einen zweiten Steuerpfad, der ausgebildet ist zum Ermitteln eines Korrekturzündwinkels für eine Fixstellung des Luftpfadstellgliedes optimiert im Hinblick auf ein zweites Gütekriterium.
  • Das erste Gütekriterium ist bevorzugt gegeben in Hinblick auf einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine und/oder im Hinblick auf möglichst geringe Schadstoffemissionen. Es kann jedoch auch anderweitig vorgegeben sein. Das zweite Gütekriterium ist bevorzugt vorgegeben im Hinblick auf eine gute Fahrbarkeit eines Kraftfahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine angeordnet sein kann. Es kann jedoch auch im Hinblick auf eine andere Art und Weise vorgegeben sein, so wie zum Beispiel im Hinblick auf möglichst geringen Kraftstoffverbrauch und/oder Schadstoffemissionen.
  • Ferner umfasst die Vorrichtung zum Steuern einen dritten Steuerpfad, der ausgebildet ist zum Ermitteln eines korrigierten Korrekturzündwinkels abhängig von dem Korrekturzündwinkel und dem Sollwert und Istwert der Stellung des mindestens eines Luftpfadstellglieds.
  • Im Rahmen des Verbrennungsprozesses stellt der Zündwinkel eine signifikante Einflussgröße insbesondere bezüglich Verbrauch und Emissionen der Brennkraftmaschine dar. Ein optimaler Zündwinkel kann in der Regel dann gegeben sein, wenn ein Schwerpunkt der Verbrennung etwa beispielsweise sechs bis acht Grad Kurbelwellenwinkel nach einem oberen Totpunkt zum Liegen kommt. Klopfen, schnelle Katalysatoraufheizung, Aufbau von Drehmomentreserven oder schnelle Drehzahlregeleingriffe und dergleichen zwingen allerdings gegebenenfalls dazu von einem derart optimierten Zündwinkel abzuweichen. Einen besonderen Einfluss auf die Wahl des Zündwinkels hat der Restgasgehalt in dem Brennraum vor der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Nimmt dieser zu, so muss aufgrund der langsameren Verbrennungsgeschwindigkeit der Zündwinkel in Richtung früh verstellt werden. Der Restgasgehalt wird insbesondere durch ein oder mehrere Luftpfadstellglieder eingestellt. Insofern ist die jeweilige Stellung des jeweiligen Luftpfadstellgliedes von Bedeutung für den Restgasgehalt in dem Brennraum. Ist dem jeweiligen Luftpfadstellglied ein besonders schnell stellender Stellantrieb zugeordnet, so ist insbesondere im äußerst dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine davon auszugehen, dass sich von einem Arbeitsspiel zum nächsten, die Randbedingungen für die Verbrennung aufgrund der veränderten Stellung des jeweiligen Luftpfadstellgliedes ändern.
  • Der mittels des ersten Steuerpfades ermittelbare Zündwinkel ist bezüglich des ersten Gütekriteriums optimiert unter der Annahme, dass der Sollwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellgliedes auch tatsächlich eingestellt ist, was im stationären Betrieb der Brennkraftmaschine auch regelmäßig gegeben ist. Im dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine kann es jedoch selbst bei sehr schnellen Stellantrieben des jeweiligen Luftpfadstellgliedes zu einer nicht zu vernachlässigenden Abweichung zwischen einem Istwert und dem Sollwert der Stellung des jeweiligen Luftpfadstellgliedes kommen. Dies hat zur Folge, dass dann beispielsweise der tatsächliche Restgasgehalt abweicht von demjenigen bezüglich dessen der jeweilige Zündwinkel des ersten Steuerpfades optimiert vorgegeben ist.
  • Es hat sich gezeigt, dass der Restgasgehalt, insbesondere in dem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine, messtechnisch nur äußerst schwer zu erfassen ist und somit von der Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine nur sehr schwer exakt zu berücksichtigen ist. Ohne weitere Maßnahmen kann es so zu Einbußen hinsichtlich der Verbrennungsqualität und/oder dem Wirkungsgrad und/oder der Schadstoffemissionen und/oder auch der Fahrbarkeit kommen. Mittels des Zusammenwirkens des zweiten und dritten Steuerpfades kann jedoch genau auch im sehr dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine ein zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden und zwar insbesondere optimiert im Hinblick auf das zweite Gütekriterium. Darüber hinaus zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, dass Istwerte der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellgliedes auch regelmäßig messtechnisch einfach erfassbar sind oder modellgestützt ermittelbar sind. Selbstverständlich kann der korrigierte Korrekturzündwinkel abhängig von dem Korrekturzündwinkel und Sollwerten und Istwerten der Stellungen mehrerer Luftpfadstellglieder ermittelt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst der dritte Steuerpfad ein Restgasmodell der Brennkraftmaschine, das ausgebildet ist zum Ermitteln einer Kenngröße für ein Verhältnis einer Soll-Restgasrate zu einer Ist-Restgasrate abhängig von dem Sollwert und Istwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellglieds und bei dem der dritte Steuerpfad ausgebildet ist zum Ermitteln eines Korrekturbeitrags für den Korrekturzündwinkel abhängig von der Kenngröße für das Verhältnis der Soll-Restgasrate zu der Ist-Restgasrate. Auf diese Weise kann insbesondere quantitativ der Einfluss des Restgases auf den Ablauf der Verbrennung sehr gut und auch einfach berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der dritte Steuerpfad das Restgasmodell der Brennkraftmaschine und das Restgasmodell ist ausgebildet zum Ermitteln einer Kenngröße für eine Änderung einer Ist-Restgasrate abhängig von dem Istwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellgliedes. Ferner ist in diesem Zusammenhang der dritte Steuerpfad dazu ausgebildet den Korrekturbeitrag für den Korrekturzündwinkel abhängig von der Kenngröße für die Änderung der Ist-Restgasrate zu ermitteln. Auf diese Weise kann insbesondere die dynamische Änderung der Restgasrate als wichtiger Einflussparameter für die Wahl des Zündwinkels berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Verbrennungsvorgangsregelvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, abhängig von der Kenngröße für das Verhältnis der Soll-Restgasrate zu der Ist-Restgasrate und/oder der Kenngröße für die Änderung der Ist-Restgasrate einen gewünschten Verbrennungsvorgang einzustellen durch Eingriff über ein Stellglied der Brennkraftmaschine anderweitig als die Zündkerze. Dies ist insbesondere im Rahmen eines Raumzündungsverfahrens sehr vorteilhaft, da so die Kenngrößen auch für diesen Zweck ohne Mehraufwand genutzt werden können.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Restgasmodell dazu ausgebildet zum Ermitteln einer Kenngröße der Soll-Restgasrate und/oder der Ist-Restgasrate und bei der eine Verbrennungsvorgangsregelvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, abhängig von der Kenngröße der Soll-Restgasrate und/oder der Ist-Restgasrate einen gewünschten Verbrennungsvorgang einzustellen durch Eingriff über ein Stellglied der Brennkraftmaschine anderweitig als die Zündkerze. Dies ist insbesondere im Rahmen eines Raumzündungsverfahrens sehr vorteilhaft einsetzbar.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Restgasmodell ein Fuzzy-Modell. Auf diese Weise können mit relativ geringen Rechenaufwand besonders einfach Aussagen über insbesondere das in dem jeweiligen Brennraum befindliche Restgas in quantitativer Art gewonnen werden, die die zyklenweise Veränderung des Restgasgehaltes repräsentieren und zwar im Hinblick auf beispielsweise Aussagen wie „mehr", "viel mehr", "weniger", "viel weniger" und so weiter. Dem liegt auch die Erkenntnis zugrunde, dass in diesem Zusammenhang derartige Aussagen bereits ausreichend sind um ein präzises Steuern insbesondere im dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der dritte Steuerpfad dazu ausgebildet, einen weiteren Korrektur beitrag abhängig von einer Differenz des Sollwertes und des Istwertes der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellglieds zu ermitteln. Der weitere Korrekturwert ermöglicht bei geeigneter Vorgabe der Art des Einflusses der Differenz des Sollwertes und des Istwertes der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellglieds ein unerwünschtes hin und her Schwanken des korrigierten Zündwinkels zu vermeiden, das auch als Jitter bezeichnet wird. Ferner kann dadurch entsprechend bei sehr großen Differenzen eine positive Beeinflussung des korrigierten Zündwinkels erfolgen, insbesondere durch ein Einschränken des Einflusses der Korrektur des Zündwinkels in diesem Fall. Durch den weiteren Korrekturwert ist ein weiterer Freiheitsgrad zur Korrektur des Zündwinkels gegeben.
  • Besonders vorteilhaft ist es ferner wenn der Lastpunkt durch einen Luftmassenstrom und eine Drehzahl und/oder eine Kühlmitteltemperatur und/oder eine Start-Kühlmitteltemperatur vorgegeben ist. Auf diese Weise können die Funktionalitäten des ersten bis dritten Steuerpfades besonders einfach in bestehende Vorrichtungen zum Steuern der Brennkraftmaschine implementiert werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das mindestens eine Luftpfadstellglied ein Phasensteller für eine Einlassphase, die dem Gaseinlassventil zugeordnet ist, und/oder ein Phasensteller für eine Auslassphase, die dem Gasauslassventil zugeordnet ist. Durch diese Phasensteller kann besonders wirkungsvoll der Restgasgehalt in dem Brennraum des Zylinders beeinflusst werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Restgasmodell dazu ausgebildet einen auf einen oberen Totpunkt des Kolbens bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkel und Öffnungs-Soll-Differenzwinkel des Gaseinlassventils zu ermitteln und/oder einen auf den oberen Totpunkt des Kolbens bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkel und Schließ-Soll-Differenzwinkel des Gasauslassventils zu ermitteln. In diesem Zusammenhang ist das Restgasmodell ferner ausgebildet zum Ermitteln der Kenngröße für das Verhältnis der Soll-Restgasrate zu der Ist-Restgasrate abhängig von dem auf den oberen Totpunkt bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkel und Öffnungs-Soll-Differenzwinkel des Gaseinlassventils und/oder abhängig von dem auf dem oberen Totpunkt bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkel und Schließ-Soll-Differenzwinkel des Gasauslassventils. Auf diese Weise können insbesondere besonders einfach und dennoch präzise Abschätzungen des Restgasgehalts in dem Zylinder im Hinblick auf das Anpassen des ermittelten Zündwinkels durchgeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der dritte Steuerpfad ausgebildet einen auf einen oberen Totpunkt des Kolbens bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkel des Gaseinlassventils und/oder einen auf den oberen Totpunkt des Kolbens bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkels des Gasauslassventils zu ermitteln und die Kenngröße für eine Änderung der Ist-Restgasrate abhängig von dem auf den oberen Totpunkt des Kolbens bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkel des Gaseinlassventils bzw. dem auf den oberen Totpunkt des Kolbens bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkels des Gasauslassventils zu ermitteln. Auf diese Weise können insbesondere besonders einfach und dennoch präzise Abschätzungen im Hinblick auf das Anpassen des ermittelten Zündwinkels durchgeführt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
  • 2 ein Blockschaltbild der Steuervorrichtung mit ersten bis dritten Steuerpfaden,
  • 3 ein Blockschaltbild des ersten und dritten Steuerpfads,
  • 4 und 5 Blockschaltbilder von Teilen des dritten Steuerpfades,
  • 6 Ventilhubverläufe von Gaseinlass- und Gasauslassventilen.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Eine Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt 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 und einem Gasauslassventil 13. Ferner ist dem Ventiltrieb bevorzugt jeweils für das Gaseinlassventil 12 und gegebenenfalls auch für das Gasauslassventil 13 ein Phasenversteller 14, 15 zugeordnet, mittels dessen eine Phase des Gaseinlassventilhubverlaufs beziehungsweise des Gasauslassventilhubverlaufs über den Kurbelwellenwinkel bezogen auf eine Referenzstellung der Kurbelwelle verstellbar ist.
  • Darüber hinaus ist bevorzugt in dem Ansaugtrakt 1 ein Impulsladeventil 16 angeordnet. Darüber hinaus kann zum Beeinflussen der Fluidströmung in einen Brennraum des Zylinders Z1 hinein auch mindestens eine Drallklappe vorgesehen sein. Das Impulsladeventil 16, die Drallklappe und die Phasensteller 14, 15 sind Beispiele für Luftpfadstellglieder.
  • Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch einem Saugrohr 7 angeordnet sein.
  • In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
  • Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksen sor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel CRK erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird. Ferner ist bevorzugt ein zweiter Temperatursensor 38 vorgesehen, der eine Kühlmitteltemperatur TCO erfasst. Ein Zylinderdrucksensor 39 ist vorgesehen, der einen Druckverlauf in dem Brennraum des Zylinders Z1 erfasst. Ferner ist eine Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 21 angeordnet ist und den Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der Abgassonde vor der Oxidation des Kraftstoffs.
  • 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 Phasensteller 14, 15, das Impulsladeventil 16, die Drallklappe, das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
  • Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind.
  • In dem Blockschaltbild der 2 sind relevante Blöcke der Steuervorrichtung 25 dargestellt. So umfasst die Steuervorrichtung 25 einen ersten Steuerpfad SP1, der ausgebildet ist zum Ermitteln eines Zündwinkels IGA_BAS bezogen auf einen jeweils vorgegebenen Lastpunkt der Brennkraftmaschine, der bezüglich eines ersten Gütekriteriums optimiert ist. Der Last- Punkt ist abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine vorgegeben.
  • Das erste Gütekriterium ist bevorzugt im Hinblick auf einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch vorgegeben, es kann jedoch auch im Hinblick auf möglichst geringe Schadstoffemissionen oder weitere zu optimierende Parameter vorgegeben sein. Der erste Steuerpfad umfasst bevorzugt mindestens ein, bevorzugt mehrere Kennfelder, mittels derer der Zündwinkel IGA_BAS ermittelt wird. So kann beispielsweise ein Kennfeld mit den Eingangsgrößen Kühlmitteltemperatur TCO und einer Start-Kühlmitteltemperatur TCO_ST vorhanden sein, zwei weitere Kennfelder mit den Eingangsgrößen Drehzahl N_32 und einem Luftmassenstrom MAF_IGA_IVVT in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders vorgegeben sein, mittels derer jeweils Beiträge zum Ermitteln des Zündwinkels IGA_BAS ermittelt werden und diese Beiträge dann multiplikativ und/oder additiv miteinander verknüpft werden zu dem Zündwinkel IGA_BAS. Derartige Kennfelder, was auch für im Folgenden noch offenbarte Kennfelder gilt, sind bevorzugt durch Simulationen oder auch Versuche an einem Motorprüfstand empirisch ermittelt und in einem Datenspeicher der Steuervorrichtung 25 gespeichert. Die Ausgangsgrößen der jeweiligen Kennfelder werden bevorzugt durch Kennfeldpunktinterpolation ermittelt. Die Start-Kühlmitteltemperatur TCO_ST ist die Temperatur bei einem Start der Brennkraftmaschine.
  • Der Zündwinkel IGA_BAS ist hinsichtlich des ersten Gütekriteriums optimiert unter der Voraussetzung, dass ein Sollwert einer Stellung mindestens eines Luftpfadstellgliedes bezogen auf den jeweils vorgegebenen Lastpunkt der Brennkraftmaschine auch tatsächlich bei dem Luftpfadstellglied eingestellt ist. Darüber hinaus ist der Sollwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellglieds ebenfalls bezüglich des ersten Gütekriteriums optimiert. Bevorzugt sind auch zum Ermitteln des jeweiligen Sollwertes des mindestens einen Luftpfadstellgliedes ein entsprechendes Kennfeld oder mehrere Kennfelder vorgesehen.
  • Im Folgenden ist die entsprechende Funktionalität der Steuervorrichtung 25 im Hinblick auf die Phasensteller 14, 15, der Gaseinlassventile 12 und der Gasauslassventile 13 näher erläutert als Beispiele für die Luftpfadstellglieder. Insofern ist der erste Steuerpfad SP1 ausgebildet zum Ermitteln eines Sollwertes CAM_IN_SP_IGA der Einlassphase und eines Sollwertes CAM_EX_SP_IGA der Auslassphase.
  • Ferner ist ein zweiter Steuerpfad SP2 vorgesehen, der als Eingangsgrößen eine Kombination oder Unterkombination der Kühlmitteltemperatur TCO, der Start-Kühlmitteltemperatur TCO_ST, der Drehzahl N_32, des Luftmassenstroms MAF_IGA_IVVT in den Brennraum des jeweiligen Zylinders, eines ersten Zählers PL_SC_CTR_CA_ENTER, einer Umschaltvorgabe LV_CAM_IVVT_PL_SC und eines zweiten Zählers PL_SC_CTR_CA_LEAVE und gegebenenfalls weiterer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine hat.
  • Der zweite Steuerpfad SP2 ist dazu ausgebildet abhängig von seinen Eingangsgrößen einen Korrekturzündwinkel IGA_BAS_OPT_COR zu ermitteln. Der zweite Steuerpfad SP2 ist im Folgenden noch näher anhand der 3 erläutert.
  • Ferner umfasst die Steuervorrichtung 25 den dritten Steuerpfad SP3, dessen Eingangsgrößen eine Kombination oder auch Untermenge des Korrekturzündwinkels IGA_BAS_OPT_COR, eines Istwertes CAM_IN_AV der Einlassphase und eines Istwertes CAM_EX_AV der Auslassphase sind. Der dritte Steuerpfad ist ausgebildet zum Ermitteln eines korrigierten Korrekturzündwinkels IGA_BAS_VVT_COR abhängig von seinen Eingangsgrößen. Der dritte Steuerpfad SP3 ist noch näher anhand der 3 bis 5 erläutert.
  • Die Steuervorrichtung ist ferner dazu ausgebildet, einen korrigierten Zündwinkel IGA_BAS_COR abhängig von dem Zündwinkel IGA_BAS und dem korrigierten Korrekturzündwinkel IGA_BAS_VVT_COR und zwar insbesondere durch eine entsprechende Differenzbildung zu ermitteln, diese Funktionalität kann auch dem dritten Steuerpfad SP3 zugeordnet sein.
  • Die folgenden Blockschaltbilder in den 3 bis 5 entsprechen einer Darstellungsweise, wie sie dem zuständigen Fachmann im Zusammenhang mit einem Einsatz des Entwicklungs- und Simulationstools „Matlab-Simulink" bekannt ist. Die rechteckigen Blöcke mit einem kleinen „x" bezeichnen Multiplizierstellen, wobei ein „:" einen Divisor bezeichnet. Die kreisförmigen Blöcke bezeichnen Summierstellen.
  • Der zweite Steuerpfad SP2 umfasst bevorzugt mehrere Blöcke mit Kennfeldern. Wie beispielsweise einen Block B1, dessen Eingangsgrößen die Kühlmitteltemperatur TCO und die Start-Kühlmitteltemperatur TCO_ST ist, einen Block B2, B3, B4, B5 dessen Eingangsgrößen jeweils die Drehzahl N_32 und der Luftmassenstrom MAF_IGA_IVVT in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 sind. Ferner sind bevorzugt ein Block B6, dessen Eingangsgröße der erste Zähler PL_SC_CTR_CA_ENTER ist, und ein Block B8 vorgesehen, dessen Eingangsgröße der zweite Zähler PL_SC_CTR_CA_LEAVE ist. Ferner umfasst der zweite Steuerpfad SP2 einen Block B8 der einen Schalter umfasst, dessen Schaltstellung abhängt von der Umschaltvorgabe LV_CAM_IVVT_PL_SC. Darüber hinaus ist ein Block B9 vorgesehen, dessen Ausgangsgröße der Wert eins ist. Mittels der in der 3 dargestellten Verknüpfungen der Ausgangsgrößen der Blöcke B1 bis B9 ist der zweite Steuerpfad SP2 dazu ausgebildet, den Korrekturzündwinkel IGA_BAS_OPT_COR zu ermitteln. Der Korrekturzündwinkel IGA_BAS_OPT_COR ist bezüglich eines zweiten Gütekriteriums optimiert. Das zweite Gütekriterium ist bevorzugt durch eine möglichst gute Fahrbarkeit vorgegeben, es kann jedoch auch anders oder zusätzlich im Hinblick auf möglichst geringe Schadstoffemissionen oder möglichst geringen Kraftstoffverbrauch oder weiteres vorgegeben sein.
  • Der zweite Steuerpfad SP2 ist dazu ausgebildet den Korrekturzündwinkel IGA_BAS_OPT_COR zu ermitteln für eine Fixstellung des Luftpfadstellgliedes, also der Phasensteller 14, 15 des Gaseinlassventils 12 beziehungsweise des Gasauslassventils 13, im Hinblick auf das zweite Gütekriterium. Die Fixstellungen können beispielsweise die Verstellendlagen der Phasensteller sein. Sie können jedoch auch beispielsweise eine Stellung der Phasensteller 14, 15 sein im Falle eines Notlaufbetriebs der Brennkraftmaschine im Hinblick auf die Phasensteller 14, 15. Diese kann auch mit der Verstellendlage korrespondieren.
  • Die Umschaltvorgabe LV_CAM_IVVT_PL_SC wird abhängig von mindestens einer Betriebsgröße ermittelt. Durch die Umschaltvorgabe LV_CAM_IVVT_PL_SC in Verbindung mit dem Schalter des Blocks B8 und den Blöcken B6 beziehungsweise B8 kann ein zyklenweise geeignet gewählter Übergang von dem Ermitteln des Korrekturzündwinkels IGA_BAS_OPT_COR abhängig von den Ausgangsgrößen der Blöcke B2 und B4 bzw. den Ausgangsgrößen der Blöcke B3 und B5 erfolgen. Die ersten und zweiten Zähler wer den bei den ihnen zugeordneten Schaltvorgängen des Schalters des Blocks B8 jeden Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine inkrementiert. Die Blöcke B6 und B8 umfassen bevorzugt eine Rechenvorschrift zum Ermitteln eines Wichtungsfaktors mit Werten zwischen null und eins zum Vermeiden von Unstetigkeiten des Korrekturzündwinkels IGA_BAS_OPT_COR. Die Rechenvorschriften können ggf. auch eine Kennlinie umfassen und sind geeignet vorgegeben.
  • Der dritte Steuerpfad SP3 umfasst bevorzugt ein Restgasmodell, das insbesondere als Fuzzy-Modell ausgebildet ist, wobei das Fuzzy-Modell ausgebildet ist, angelehnt an die bekannte Fuzzy-Theorie quantitative Aussagen bezüglich des Restgasgehalts in den jeweiligen Brennräumen der jeweiligen Zylinder zu ermitteln und damit mindestens eine zyklenweise Auflösung von Aussagen wie „mehr", „viel mehr", „weniger", „viel weniger" und so weiter abzuleiten. Die Fuzzy-Mengentheorie ist eine Erweiterung der klassischen Mengenlehre, mit der unpräzise und vage sprachliche Ausdrücke wie groß, klein, heiß, kalt und so weiter modelliert werden können. Die Fuzzy-Logik gestattet es, Regeln zu formulieren, die solche natursprachlichen Ausdrücke enthalten. Diese Regeln können zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen eingesetzt werden.
  • Ein Block B12 umfasst bevorzugt ein Kennfeld mit den Eingangsgrößen Einlassphasen-Soll-Ist-Differenzwinkel CAM_IN_DIF_SP_IGA und Auslassphasen-Soll-Ist-Differenzwinkel CAM_EX_DIF_SP_IGA, wobei die Ausgangsgröße des Blockes B12 ein weiterer Korrekturbeitrag FAC_CAM_DIE_SP_IP_AV für den Korrekturzündwinkel IGA_BAS_OPT_COR ist.
  • Ferner ist der dritte Steuerpfad SP3 dazu ausgebildet zusätzlich abhängig von einem Korrekturbeitrag FAC_IGA_COR_RG für den Korrekturzündwinkel den korrigierten Korrekturzündwinkel IGA_BAS_VVT_COR zu ermitteln.
  • Ein Block B14 (4) ist dazu ausgebildet abhängig von seinen Eingangsgrößen den Sollwert CAM_IN_SP_IGA der Einlassphase zu ermitteln und zwar im Hinblick auf eine Optimierung bezüglich des ersten Gütekriteriums.
  • Die Eingangsgrößen des Blockes B14 sind bevorzugt eine Kombination oder eine Unterkombination der Kühlmitteltemperatur TCO, der Start-Kühlmitteltemperatur TCO_ST, des Luftmassenstroms MAF_IGA_IVVT in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 und der Drehzahl N_32.
  • Der dritte Steuerpfad SP3 ist ausgebildet zum Ermitteln eines auf den oberen Totpunkt TDC des Kolbens 11 bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkels CAM_IN_OP_DIE_TDC des Gaseinlassventils 12 und eines aus dem oberen Totpunkt TDC des Kolbens 11 bezogenen Öffnungs-Soll-Differenzwinkels CAM_IN_OP_DIF_TDC_IGA des Gaseinlassventils 12. C_CAM_OP IN bezeichnet dabei den Kurbelwellenwinkel, währenddessen das Gaseinlassventil die Kommunikation mit dem Ansaugtrakt 1 freigibt (siehe auch 6). Der Ausgangswert eines Blocks B16 ist zwei. Alternativ kann auch eine Konstante vorgegeben sein, die repräsentativ ist für Winkel zwischen dem Beginn des Ventilhubs des Gaseinlassventils 12 bis zu dem Erreichen des maximalen Ventilhubs. Diese Konstante kann dann entsprechend zum Ermitteln des auf den oberen Totpunkt TDC des Kolbens 11 bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkels CAM_IN_OP_DIF_TDC und Öffnungs-Soll-Differenzwinkels CAM_IN_OP_DIF_TDC_IGA des Gaseinlassventils 12 benutzt wer den, was insbesondere bei asymmetrischen Nocken vorteilhaft ist.
  • Ein Block B18 ist ausgebildet abhängig von seinen Eingangsgrößen den Sollwert CAM_EX_SP_IGA der Auslassphase zu ermitteln und zwar korrespondierend zu dem Block B14. Die Eingangsgrößen des Blocks B17 sind eine Kombination oder eine Unterkombination der Kühlmitteltemperatur TCO, der Start-Kühlmitteltemperatur TCO_ST des Luftmassenstroms MAF_IGA_IVVT und der Drehzahl N_32.
  • Der dritte Steuerpfad SF3 ist ferner ausgebildet zum Ermitteln eines auf den oberen Totpunkt TDC des Kolbens 11 bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkels CAM_EX_CL_DIF_TDC des Gasauslassventils 13 und eines auf dem oberen Totpunkt TDC des Kolbens 11 bezogenen Schließ-Soll-Differenzwinkels CAM_EX_CL_DIF_TDC_IGA des Gasauslassventils 13. C_CAM_CL_EX bezeichnet dabei den Kurbelwellenwinkel, währenddessen das Gasauslassventil 13 die Kommunikation mit dem Abgastrakt 4 frei gibt (siehe auch 6).
  • Der Ausgangswert eines Blocks B20 ist zwei. Alternativ kann auch eine weitere Konstante vorgegeben sein, die repräsentativ ist für Winkel zwischen dem Erreichen des maximalen Ventilhubs des Gasauslassventils 13 bis zu dem Ende des Ventilhubs. Diese weitere Konstante kann dann entsprechend zum Ermitteln des auf den oberen Totpunkt TDC des Kolbens 11 bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkels CAM_EX_CL_DIF_TDC und Schließ-Soll-Differenzwinkels CAM_EX_CL_DIF_TDC_IGA des Gasauslassventils 13 benutzt werden, was insbesondere bei asymmetrischen Nocken vorteilhaft ist.
  • Ein Block B22 (5) umfasst bevorzugt ein Kennfeld mit Eingangsgrößen des auf den oberen Totpunkt TDC des Kolbens 11 bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkels CAM_IN_OP_DIF TDC des Gaseinlassventils 12 und des aus dem oberen Totpunkt TDC des Kolbens 11 bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkels CAM_EX_CL_DIF_TDC des Gasauslassventils 13 zu ermitteln und zwar ein Ist-Restgasverhältnis-Faktor FAC_RG_AV.
  • Ferner ist ein Block B24 vorgesehen, der bevorzugt ebenfalls ein Kennfeld umfasst mit den Eingangsgrößen des auf den oberen Totpunkt TDC des Kolbens 11 bezogenen Öffnungs-Soll-Differenzwinkels CAM_IN_OP_DIF_TDC_IGA des Gaseinlassventils 12 und des auf den oberen Totpunkt TDC des Kolbens bezogenen Schließ-Soll-Differenzwinkels CAM_EX_CL_DIF_TDC_IG des Gasauslassventils 13. Der Block B24 ist ausgebildet zum Ermitteln eines Soll-Restgasverhältnis-Faktors FAC_RG_SP abhängig von seinen Eingangsgrößen.
  • Bezüglich einer Kenngröße für ein Verhältnis einer Soll-Restgasrate zu einer Ist-Restgasrate in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 ist der dritte Steuerpfad SP3 bevorzugt ausgebildet zum Ermitteln eines Restgasverhältnisses RG_RATIO zwischen dem Soll-Restgasverhältnis-Faktor FAC_RG_SP und dem Ist-Restgasverhältnis-Faktor FAC_RG_AV.
  • Darüber hinaus ist in einem Block B26 ein Verzögerungsglied vorgesehen, das bevorzugt in Form eines zylinderbankweisen Schieberegisters ausgebildet ist mit einer entsprechend der Zündfolge der Zylinder Z1–Z4 erfolgenden Abarbeitung des Schieberegisters. Durch entsprechende Differenzbildung ist somit der dritte Steuerpfad SP3 auch dazu ausgebildet als Kenngröße für eine Änderung einer Ist-Restgasrate eine Ist- Restgasänderung RG_CHANGE, insbesondere zylinderindividuell, zu ermitteln.
  • Die Ist-Restgasänderung RG_CHANGE und das Restgasverhältnis RG_RATIO sind dann Eingangsgrößen in einen Block B30, der bevorzugt ebenfalls ein Kennfeld umfasst und in dem dann der Korrekturbeitrag FAC_IGA_COR_RG für den Korrekturzündwinkel IGA_BAS_OPT_COR ermittelt wird.
  • Bevorzugt ist insbesondere die Funktionalität des dritten Steuerpfades SP3 der Steuervorrichtung 25 ausblendbar ausgebildet. Dadurch kann eine Gefahr eines unkontrollierten Hin- und Herspringens zwischen zwei Arbeitspunkten in Bezug auf den korrigierten Zündwinkel IGA_BAS_COR verhindert werden.
  • Insbesondere können auch der dritte und auch der zweite Steuerpfad SP3, SP2 dazu ausgebildet sein, lediglich während eines Verstellvorgangs durchgeführt durch den jeweiligen Phasensteller 14, 15 aktiviert zu sein.
  • Besonders vorteilhaft kann das Restgasmodell auch bezüglich anderer Funktionalitäten der Steuervorrichtung 25 eingesetzt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Zusammenhang mit dem Einsatz des Fuzzy-Modells. Auf diese Weise ist in der Regel eine hohe Applikationsfreundlichkeit unterstützt aufgrund der lediglichen Notwendigkeit des Berücksichtigens weniger Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine aber auch der Möglichkeit einer Erweiterung des Berücksichtigens noch zusätzlicher Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine.
  • Das Optimieren im Hinblick auf das erste und zweite Gütekriterium erfolgt im Hinblick auf die oben beschriebenen Kennfelder und Verknüpfungen bevorzugt an einem Motorprüfstand.
  • Hierzu werden verschiedene jeweils dann für den Einzelfall vorgegebene Lastpunkte, also die Drehzahl N_32 und der Luftmassenstrom MAF_IGA_IVVT in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 eingestellt und anschließend durch Variation der Phasensteller 14, 15 und auch des Zündwinkels der verbrauchsoptimale Kennfeldpunkt bestimmt. Im Rahmen dieser Untersuchungen fallen zwangsläufig nahe bei den Messungen Nachbarpunkte dieses optimalen Kennfeldpunktes ab. Genau solche Punkte werden aber teilweise auch in dem besonders dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine durchlaufen und liefern somit eine wertvolle Information zur Bedatung insbesondere der Kennfelder des dritten Steuerpfades S23, da sie für die jeweiligen Istwerte CAM_IN_AV der Einlassphase und Istwerte CAM_EX_AV der Auslassphase unter Berücksichtigung einer Summenbrennfunktion – auch als MBR50 bezeichnet – quasi lokale Optima in Bezug auf die Zündwinkelwahl darstellen.
  • Insbesondere im Zusammenhang mit einer Brennkraftmaschine, die in bestimmten Betriebspunkten mit dem Raumzündverfahren betrieben wird, ist bevorzugt in einem Block B30 (5) eine Verbrennungsvorgangsregelvorrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, abhängig von der Kenngröße für das Verhältnis der Soll-Restgasrate zu der Ist-Restgasrate und/oder der Kenngröße für die Änderung der Ist-Restgasrate einen gewünschten Verbrennungsvorgang einzustellen durch Eingriff über ein Stellglied der Brennkraftmaschine anderweitig als die Zündkerze 19. Ein Beispiel für einen derartigen Eingriff kann beispielsweise ein so genanntes Einspritzphasing sein. Der Verbrennungsvorgang kann durch die Verbrennungsvorgangsregelvorrichtung beispielsweise im Hinblick auf die Dauer des Brennvorgangs oder des Verlaufs des Druckgradientens des Zy linderdrucks während des Brennvorgangs geeignet eingestellt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich ist die Verbrennungsvorgangsregelvorrichtung dazu ausgebildet ist, abhängig von der Kenngröße der Soll-Restgasrate und/oder der Ist-Restgasrate den gewünschten Verbrennungsvorgang einzustellen durch Eingriff über ein Stellglied der Brennkraftmaschine anderweitig als die Zündkerze 19.
  • Die Kenngröße der Soll-Restgasrate ist beispielsweise der Ist-Restgasverhältnis-Faktor FAC_RG_AV. Die Kenngröße der Ist-Restgasrate ist beispielsweise der Soll-Restgasverhältnis-Faktor FAC_RG_SP.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem ein Kolben (11) zugeordnet ist, mit einem Ansaugtrakt (1), der abhängig von der Stellung eines Gaseinlassventils (12) mit dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) kommuniziert, mit einem Abgastrakt (4), der abhängig von der Stellung eines Gasauslassventils (13) mit dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) kommuniziert und mit einer Zündkerze, wobei die Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine umfasst: – einen ersten Steuerpfad (SP1), der ausgebildet ist zum Ermitteln eines Zündwinkels (IGA_BAS) bezogen auf einen jeweils vorgegebenen Lastpunkt der Brennkraftmaschine, wobei der Zündwinkel (IGA_BAS) bezüglich eines ersten Gütekriteriums optimiert ist, und zum Ermitteln eines Sollwertes einer Stellung mindestens eines Luftpfadsteliglieds bezogen auf den jeweils vorgegebenen Lastpunkt der Brennkraftmaschine, wobei der Sollwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellglieds bezüglich des ersten Gütekriteriums optimiert ist, – einen zweiten Steuerpfad (SP2), der ausgebildet ist zum Ermitteln eines Korrekturzündwinkels (IGA_BAS_OPT_COR) für eine Fixstellung des mindestens einen Luftpfadstellgliedes optimiert im Hinblick auf ein zweites Gütekriterium, – mit einem dritten Steuerpfad (SP3), der ausgebildet ist zum Ermitteln eines korrigierten Korrekturzündwinkels (IGA_BAS_VVT_COR) abhängig von dem Korrekturzündwinkel (IGA_BAS_OPT_COR) und dem Sollwert und Istwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadsteliglieds und zum Ermitteln eines korrigierten Zündwinkels (IGA_BAS_COR) abhängig von dem Zündwinkel (IGA_BAS) und dem korrigierten Korrekturzündwinkel (IGA_BAS_VVT_COR).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der dritte Steuerpfad (S23) ein Restgasmodell der Brennkraftmaschine umfasst, das ausgebildet ist zum Ermitteln einer Kenngröße für ein Verhältnis einer Soll-Restgasrate zu einer Ist-Restgasrate abhängig von dem Sollwert und dem Istwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellglieds und bei dem der dritte Steuerpfad (SP3) ausgebildet ist zum Ermitteln eines Korrekturbeitrags (FAC_IGA_COR_RG) für den Korrekturzündwinkel (IGA_BAS_OPT_COR) abhängig von der Kenngröße für das Verhältnis der Soll-Restgasrate zu der Ist-Restgasrate.
  3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der dritte Steuerpfad (SP3) ein Restgasmodell der Brennkraftmaschine umfasst, das ausgebildet ist zum Ermitteln einer Kenngröße für eine Änderung einer Ist-Restgasrate abhängig von dem Istwert der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellgliedes und bei dem der dritte Steuerpfad (SP3) ausgebildet ist zum Ermitteln eines Korrekturbeitrags (FAC_IGA_COR_RG) für den Korrekturzündwinkel (IGA_BAS_OPT_COR) abhängig von der Kenngröße für die Änderung der Ist-Restgasrate.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der eine Verbrennungsvorgangsregelvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, abhängig von der Kenngröße für das Verhältnis der Soll-Restgasrate zu der Ist-Restgasrate und/oder der Kenngröße für die Änderung der Ist-Restgasrate einen gewünschten Verbrennungsvorgang einzustellen durch Eingriff über ein Stellglied der Brennkraftmaschine anderweitig als die Zündkerze (19).
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der das Restgasmodell dazu ausgebildet ist zum Ermitteln einer Kenngröße der Soll-Restgasrate und/oder der Ist-Restgasrate und bei der eine Verbrennungsvorgangsregelvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, abhängig von der Kenngröße der Soll-Restgasrate und/oder der Ist-Restgasrate einen gewünschten Verbrennungsvorgang einzustellen durch Eingriff über ein Stellglied der Brennkraftmaschine anderweitig als die Zündkerze (19).
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der das Restgas-Modell ein Fuzzy-Modell umfasst.
  7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der dritte Steuerpfad (SP3) dazu ausgebildet ist einen weiteren Korrekturbeitrag (FAC_CAM_DIF_SP_IP_AV) für den Korrekturzündwinkel (IGA_BAS_OPT_COR) zu ermitteln und zwar abhängig von einer Differenz des Sollwertes und des Istwertes der Stellung des mindestens einen Luftpfadstellglieds.
  8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Lastpunkt durch einen Luftmassenstrom und eine Drehzahl (N_32) vorgegeben ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Lastpunkt durch eine Kühlmitteltemperatur (TCO) und/oder eine Start-Kühlmitteltemperatur (TCO_ST) vorgegeben ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das mindestens eine Luftpfadstellglied ein Phasensteller (14) für eine Einlassphase ist, die dem Gaseinlassventil (12) zugeordnet ist, und/oder ein Phasensteller (15) für eine Auslassphase ist, die dem Gasauslassventil (13) zugeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der dritte Steuerpfad dazu ausgebildet ist einen auf einen oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (11) bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkel (CAM_IN_OP_DIF_TDC) und Öffnungs-Soll-Differenzwinkel (CAM_IN_OP_DIF_TDC_IGA) des Gaseinlassventils (12) zu ermitteln und/oder einen auf den oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (11) bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkel (CAM_EX_CL_DIF_TDC) und Schließ-Soll-Differenzwinkel (CAM_EX_CL_DIF_TDC_IGA) des Gasauslassventils (13) zu ermitteln und ausgebildet ist zum Ermitteln der Kenngröße für das Verhältnis der Soll-Restgasrate zu der Ist-Restgasrate abhängig von dem auf den oberen Totpunkt (TDC) bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkel (CAM_IN_OP_DIF_TDC) und Öffnungs-Soll-Differenzwinkel (CAM_IN_OP_DIF_TDC_IGA) des Gaseinlassventils (12) und/oder abhängig von dem auf den oberen Totpunkt (TDC) bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkel (CAM_EX_CL_DIF_TDC) und Schließ-Soll-Differenzwinkel (CAM_EX_CL_DIF_TDC_IGA).
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei der der dritte Steuerpfad ausgebildet ist einen auf einen oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (11) bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkel (CAM_IN_OP_DIF_TDC) des Gaseinlassventils (12) und/oder einen auf den oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (11) bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkels (CAM_EX_CL_DIF_TDC) des Gasauslassventils (13) zu ermitteln und ausgebildet ist zum Ermitteln der Kenngröße für die Änderung der Ist-Restgasrate abhängig von dem auf den oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (11) bezogenen Öffnungs-Ist-Differenzwinkels (CAM_IN_OP_DIF_TDC) des Gaseinlassventils (13) bzw. dem auf den oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (11) bezogenen Schließ-Ist-Differenzwinkels (CAM_EX_CL_DIF_TDC) des Gasauslassventils (13) zu ermitteln.
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