-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein
Brennraum ausgebildet ist und dem Gaswechselventile zugeordnet sind,
abhängig
von deren Stellung er mit einem Ansaugtrakt und/oder einem Abgastrakt
kommuniziert. Ferner ist mindestens ein Phasensteller mindestens
einem der Gaswechselventile zugeordnet zum Einstellen einer Gaswechselventilphase.
-
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. Zu diesem Zweck sind
viele Brennkraftmaschinen mit Phasenstellern ausgestattet, die jeweils
mindestens einem der Gaswechselventile zugeordnet sind und mittels derer
ein Restgasanteil in dem jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders
variierbar ist und so insbesondere in geeigneten Lastpunkten entsprechend hoch
einstellbar ist. Derart hohe Restgasraten werden beispielsweise
bei selbstzündenden
Brennverfahren zum Bereitstellen einer reaktiven Energiemenge in
dem Brennraum des Zylinders zum Einleiten der Selbstzündung genutzt.
Gegebenenfalls kann darüber
hinaus auch eine Zündunterstützung mittels einer
Zündkerze
erfolgen.
-
Für konventionell
gezündete
Ottomotoren ist es bekannt, im unteren und mittleren Teillastbereich die
Brennkraftmaschine mit einer hohen Abgasrückführrate zu betreiben, um die
Verbrennung in dem jeweiligen Brennraum bezüglich des Verbrauchs und/oder
der Schadstoffemissionen zu optimieren. Die zu diesem Zweck bevorzugt
eingesetzten Phasensteller wirken bevorzugt auf eine Nockenwelle oder
mindestens eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine während des
Betriebs der Brennkraftmaschine ein und sind dort ausgebildet die
Gaswechselventilphase, insbesondere eine Einlassphase und/oder eine
Auslassphase, während
des Betriebs der Brennkraftmaschine zu verändern. Auf diese Weise kann
eine Füllung
des Brennraums des Zylinders mit Gas verändert werden und es kann ein
internes Rückführen von
Abgas, das auch als Restgas bezeichnet werden kann, in den jeweiligen
Brennraum realisiert werden.
-
Eine
drehmomentbasierte Funktionsstruktur für Motorsteuerungen ist aus
dem Fachbuch „Handbuch
Verbrennungsmotor",
Herausgeber Richard von Basshuysen, Vieweg Verlag, zweite Auflage,
2002, Seiten 554 bis 557 bekannt. Schnittstellen innerhalb von Einzelfunktionen
sind hier als Drehmomente oder Wirkungsgrade definiert. Der Drehmomentwunsch
wird von der Fahrpedalstellung abgeleitet. Die Drehmomentstruktur
umfasst zwei Pfade und zwar einen Füllungspfad und einen kurbelwellensynchronen
Zündungspfad.
Der Füllungspfad
nimmt alle füllungsbeeinflussenden
Stelleingriffe der Drosselklappe vor. Der kurbelwellensynchrone
Zündungspfad
nimmt alle Eingriffe vor, die direkt auf den Verbrennungswirkungsgrad
einwirken.
-
Ferner
ist aus dem Fachbuch „ Handbuch Verbrennungsmotor" (s. o.), Seiten
557 bis 559, auch ein Saugrohrfüllungsmodell
bekannt. Das Saugrohrfüllungsmodell
ist ausgebildet eine in den Zylinder abfließende Luftmasse abhängig von
in Tabellen abgelegten Schluckkennlinien zu ermitteln, die abhängig sind
von einem modellierten Saugrohrdruck. Der modellierte Saugrohrdruck
wird über
eine Differentialgleichung aus der allgemeinen Gasgleichung berechnet.
Die über
die Drosselklappe in das Saugrohr einströmende Luftmasse wird aus der
Stellung der Drosselklappe abgeleitet.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Steuern einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die ein präzises Steuern der
Brennkraftmaschine ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens
einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist und dem Gaswechselventile
zugeordnet sind, abhängig
von deren Stellung er mit einem Ansaugtrakt und/oder einem Abgastrakt
kommuniziert. Ferner ist mindestens ein Phasensteller einem der
Gaswechselventile zugeordnet. Eine Drosselklappe ist in dem Ansaugtrakt
angeordnet. Ein Sollwert des Luftmassenstroms in dem Brennraum wird
abhängig
von mindestens einer einen Fahrerwunsch repräsentierende Betriebsgröße ermittelt.
Ein Korrekturwert wird abhängig
von einem Istwert des Luftmassenstroms in dem Brennraum ermittelt.
Ein Sollwert des Luftmassenstroms bezüglich der Gaswechselventilphase wird
abhängig
von dem Sollwert des Luftmassenstroms in den Brennraum und dem Korrekturwert
ermittelt. Mindestens ein Phasensteller wird abhängig von dem Sollwert des Luftmassenstroms
bezüglich der
Gaswechselventilphase angesteuert und die Drosselklappe wird abhängig von
dem Sollwert des Luftmassenstroms in dem Brennraum angesteuert.
-
Auf
diese Weise kann die in den jeweiligen Brennraum einströmende Luftmasse äußerst präzise eingestellt
werden und insbesondere auch in einem instationären Betrieb der Brennkraftmaschine
im Hinblick auf ein Gütekriterium
optimiert eingestellt werden, also insbesondere auch im Hinblick
auf einen möglichst
hohen Wirkungsgrad und/oder geringe Schadstoffemissionen und/oder
auf besten Komfort unter Minimierung der Laufunruhe und/oder auch höchstes Drehmoment
und/oder maximale Leistung.
-
Durch
das separate Vorsehen des Sollwertes des Luftmassenstroms bezüglich der
Gaswechselventilphase können
die jeweiligen Phasensteller insbesondere bei sehr schnellen Änderungen
des Sollwertes des Luftmassenstroms in dem Brennraum einfach in
geeigneter Weise angesteuert werden mit der Folge, dass einfach
ein Erfüllen
der Gütekriterien auch
in einem derartigen instationären
Betrieb möglich
ist.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in einem quasi-stationären Betrieb
der Brennkraftmaschine der Korrekturwert als Stellsignal eines Integralreglers
ermittelt, dessen Regeldifferenz abhängig von dem Istwert des Luftmassenstroms
in dem Brennraum und dem Sollwert des Luftmassenstroms bezüglich der
Gaswechselventilphase ermittelt wird. Auf diese Weise können Abweichungen
des Sollwertes des Luftmassenstroms bezüglich der Gaswechselventile
von dem Istwert des Luftmassenstroms in dem Brennraum stationär sehr präzise kompensiert
werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein geglätteter Istwert
des Luftmassenstroms in dem Brennraum abhängig von dem Istwert des Luftmassenstroms
in dem Brennraum ermittelt und die Regeldifferenz durch Bilden der
Differenz des geglätteten
Istwertes des Luftmassenstroms in dem Brennraum und des Sollwertes
des Luftmassenstroms bezüglich
der Gaswechselventilphase ermittelt. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Mitkopplung
zwischen dem Istwert des Luftmassenstroms in den Brennraum und der
Gaswechselventilphase vermieden werden. Es ist somit also eine geeignete
Regelkreisstabilität
bei dem Integralregler gewährleistet.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem transienten Betrieb
der Brennkraftmaschine der Korrekturwert abhängig von der Differenz des
Sollwertes des Luftmassenstroms in dem Brennraum und des Istwertes
des Luftmassenstroms in dem Brennraum ermittelt. Auf diese Weise kann
sichergestellt werden, dass auch in einem transienten Betrieb mit
einem sehr plötzlich
veränderten Sollwert
des Luftmassenstroms in dem Brennraum, der im Wesentlichen den Fahrerwunsch
repräsentiert,
ein besonders gut geeignetes Anpassen und zwar insbesondere auf
den Verlauf des Anpassens hin der Gaswechselventilphase erfolgen
kann.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird bei einem Erzeugen eines
Stellsignals die Drosselklappe ein Istwert der Gaswechselventilphase
und/oder der Korrekturwert und/oder ein Schätzwert einer Abgasrückführrate berücksichtigt. Dies
ist insbesondere bei Stellern von Vorteil, deren Stellgeschwindigkeit
kleiner ist als in etwa 250 Grad Kurbelwellenwinkel pro Sekunde,
wie dies beispielsweise bei elektrohydraulischen Phasenstellern
der Fall sein kann. Derartige im Vergleich zu beispielsweise elektromagnetisch
oder piezoelektrisch betätigten
Phasenstellern langsame Phasensteller können einer Veränderung
des Öffnungsgrades
der Drosselklappe nur so langsam folgen, dass ohne weitere Maßnahmen
die Gefahr besteht, dass gegebenenfalls Zündaussetzer auftreten können. Durch
das Berücksichtigen
des Istwertes der Gaswechselventilphase und/oder des Korrekturwertes
und/oder des Schätzwertes
der Abgasrückführrate kann
dann der Verlauf des Öffnungsgrades
der Drosselklappe so angepasst werden, dass das gewünschte Gütekriterium
auch in diesem transienten Betrieb eingehalten werden kann.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von dem Istwert der Gaswechselventilphase
und/oder dem Korrekturwert und/oder dem Schätzwert einer Abgasrückführrate aktiv
eine Lastaufschaltung oder Wirkungsgradverschlechterung gesteuert.
So kann insbesondere bei langsamen Gaswechselventilstellern bei
starken negativen Sprüngen
des Sollwertes des Luftmassenstroms in den Brennraum sehr schnell
so eine letztlich gewünschte
Drehmomentreduzierung an dem Abtrieb erreicht werden und dennoch
ein gewünschter
schadstoffemissionsarmer Übergang
hin zu der verringerten Luftmasse gewährleistet werden. Die Lastaufschaltung
kann beispielsweise ein Aufschalten eines Generators sein. Die Wirkungsgradverschlechterung
kann beispielsweise eine Zündwinkelverstellung
oder eine Änderung
der Einspritzmenge sein.
-
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 und
-
3 Ventilhubverläufe von
Gaseinlass- und Gasauslassventile.
-
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. Das Gaseinlassventil 12 und
das Gasauslassventil 13 sind Gaswechselventile. 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.
-
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 BG umfassen neben
den Messgrößen auch
von diesen abgeleitete Größen. Die
Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der
Betriebsgrößen BG 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, 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 Saugrohrdrucksensor 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
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, die Gaseinlass-
und Gasauslassventile 12, 13, die Phasensteller 14, 15,
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.
-
Ein
Block B1 (2) der Steuervorrichtung 25 umfasst
ein Saugrohrfüllungsmodell
des Ansaugtraktes 1. Das Saugrohrfüllungsmodell ist in dem Fachbuch „ Handbuch
Verbrennungsmotor" das
bereits eingangs zitiert wurde offenbart und dessen Inhalt ist hiermit
diesbezüglich
einbezogen. Mittels des Saugrohrfüllungsmodells wird abhängig von
mindestens einer Betriebsgröße BG ein
Istwert MAF_AV des Luftmassenstroms in den Brennraum des jeweiligen Zylinders
Z1 bis Z4 ermittelt. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang als Betriebsgröße BG mindestens
ein Öffnungsgrad
der Drosselklappe 5 und auch die Drehzahl N berücksichtigt.
Bevorzugt werden jedoch beispielsweise auch noch der mittels des
Luftmassensensors 28 erfasste Luftmassenstrom und/oder
der mittels des Saugrohrdrucksensor 34 erfasste Saugrohrdruck
berücksichtigt.
Das Saugrohrfüllungsmodell
modelliert das dynamische Verhalten des Ansaugtraktes 1.
-
Block
B2 umfasst ein Drehmomentmodell, das dazu ausgebildet ist in einem
langsamen Füllungspfad
einen Sollwert MAF_SP_TQI des Luftmassenstroms in den jeweiligen
Brennraum des jeweiligen Zylinders abhängig von mindestens einer der
Betriebsgrößen BG zu
ermitteln. Dabei ist bevorzugt mindestens eine der genutzten Betriebsgrößen repräsentativ
für einen
Fahrerwunsch eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine anordenbar
ist. Bevorzugt wird somit zum Ermitteln des Sollwertes MAF_SP_TQI
des Luftmassenstroms in den Brennraum die Pedalstellung des Fahrpedals 27 herangezogen.
Die grundsätzliche
Struktur eines derartigen Drehmomentenmodells ist in dem Fachbuch „ Handbuch
Verbrennungsmotor" auf
den Seiten 554 bis 557 offenbart, dessen Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen
ist. Das über
die Drosselklappe einzustellende indizierte Drehmoment wird bevorzugt
abhängig
von mindestens einem Kennfeld unter Berücksichtigung gegebenenfalls
weiterer Rechenvorschriften in den Sollwert MAF_SP_TQI des Luftmassenstroms
in den Brennraum umgerechnet.
-
Ferner
sind Blöcke
B3 und B4 vorgesehen, die jeweils ausgebildet sind zum Ermitteln
eines Korrekturwertes DIF_MAF_IVVT_I, wobei ein "n" jeweils den
aktuellen Berechnungszyklus, so zum Beispiel innerhalb eines aktuellen
Zylindersegments bezeichnet, und "n-1" denjenigen
Berechnungszyklus der dem aktuellen vorangegangen ist. Ein Zylindersegment
ist gegeben durch denjenigen Kurbelwellenwinkel der einem Arbeitsspiel
der Brennkraftmaschine dividiert durch die Anzahl der Zylinder Z1-Z4
entspricht.
-
Der
Block B3 ist aktiv, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem quasi-stationären Betrieb
befindet und ist ansonsten inaktiv. Der quasi-stationäre Betrieb
ist bevorzugt dann gegeben, wenn der Istwertes MAF_AV des Luftmassenstroms
in den Brennraum im wesentlichen konstant ist, und zwar insbesondere,
wenn seine Änderung
unter einem vorgebbaren Betrag liegt.
-
Durch
den Block B3 ist ein Integralregler ausgebildet, dessen Regeldifferenz
abhängig
von dem Istwert MAF_AV des Luftmassenstroms in den Brennraum und
einem Sollwert MAF_IVVT eines Luftmassenstroms bezüglich einer
Gaswechselventilphase ermittelt wird. Die Größe des Sollwertes MAF_IVVT
des Luftmassen stroms bezüglich
der Gaswechselphase ist zusätzlich
zu dem Sollwert MAF_SP_TQI des Luftmassenstroms in den Brennraum
vorgegeben und wird insbesondere eingesetzt zum Ermitteln zumindest
eines Stellsignals für
zumindest einen der Phasensteller 14, 15 der Gaswechselventile.
-
Bevorzugt
wird abhängig
von dem Istwert MAF_AV des Luftmassenstroms in den Brennraum ein
geglätteter
Istwert MAF_MMV des Luftmassenstroms in den Brennraum ermittelt.
Dies erfolgt bevorzugt durch eine Tiefpassfilterung des Istwertes MAF_AV
des Luftmassenstroms in den Brennraum oder durch eine gleitende
Mittelwertbildung abhängig von
dem Istwert MAF_AV des Luftmassenstroms in dem Brennraum. Auf diese
Weise kann bei geeigneter Wahl einer Filterkonstanten des Tiefpassfilters oder
auch eines Wichtungsfaktors im Rahmen der gleitenden Mittelwertbildung
eine unerwünschte
Mitkopplung im Rahmen der Regelung vermieden werden, insbesondere
kann die Gefahr der Mitkopplung zwischen dem Istwert MAF_AV des
Luftmassenstroms in den Brennraum und einer Gaswechselventilphase,
wie beispielsweise einer Auslassphase des Gasauslassventils 15 oder
einer Einlassphase des Gaseinlassventils 14 vermieden werden.
-
Durch
eine geeignete Wahl der Funktion f der Rechenvorschrift des Blockes
B3 kann eine Reglerverstärkung
des Integralreglers geeignet eingestellt werden.
-
Der
Block B4 ist aktiv, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem transienten
Betrieb befindet und ist ansonsten inaktiv. Der transienten Betrieb
ist bevorzugt dann gegeben, wenn sich der Sollwert MAF_SP_TQI des
Luftmassenstroms in den Brennraum ändert, und zwar insbesondere
mindestens um einen vorgebbaren Betrag, und liegt dann vor für eine vorgebbare
Zeitdauer bis wieder im Wesentlichen stationäre Verhältnisse vorliegen be züglich des
Istwertes MAF_AV des Luftmassenstroms in den Brennraum des Zylinders.
-
Der
Block B4 ist dazu ausgebildet, den Korrekturwert DIF_MAF_IVVT_I
mittels der in dem Block B4 dargestellten Berechnungsvorschrift
zu ermitteln. KF bezeichnet dabei ein Kennfeld, dessen Eingangsgröße eine
Differenz des Sollwertes MAF_SP_TQI und des Istwertes MAF_AV des
Luftmassenstroms in den Brennraum ist und dessen Ausgangsgröße ein Faktor
ist, mit dem die Differenz des Sollwertes MAF_SP_TQI und des Istwertes
MAF_AV des Luftmassenstroms in den Brennraum multipliziert wird und
so dem Korrekturwert DIF_MAF_IVVT_I zugeordnet wird. Das Kennfeld
KF ist bevorzugt durch entsprechende Versuche an einem Motorprüfstand oder auch
durch Simulationen ermittelt und in der Steuervorrichtung 25 gespeichert.
-
Ein
Block B6 ist dazu ausgebildet den Sollwert MAF_IVVT des Luftmassenstroms
bezüglich der
Gaswechselventilphase zu ermitteln. Dies erfolgt bevorzugt mittels
der in dem Block B6 angegebenen Berechnungsvorschrift, also durch
Bilden der Differenz zwischen dem Sollwert MAF_SP_TQI des Luftmassenstroms
in den Brennraum und des Korrekturwertes DIF_MAF_IVVT_I.
-
Ein
Block B7 ist dazu ausgebildet Sollwerte für mindestens eine Gaswechselventilphase
abhängig
von dem Sollwert MAF_IVVT des Luftmassenstroms bezüglich der
Gaswechselventilphase und bevorzugt zumindest abhängig von
der Drehzahl N und gegebenenfalls auch weiteren Betriebsgrößen BG zu
ermitteln. Bevorzugt wird so in dem Block B7 ein Sollwert CAM_IN_SP
der Einlassphase zum Ansteuern des Phasenstellers 14 ermittelt,
der dem Gaseinlassventil 12 zugeordnet ist. Ferner wird
so bevorzugt in dem Block B7 zusätzlich
oder alternativ ein Sollwert CAM_EX_SP einer Auslassphase zum Ansteuern
des Phasenstellers 15 ermittelt, der dem Gasauslassventil 13 zugeordnet
ist. In dem Block B7 werden dann auch entsprechende Stellsignale
zum Ansteuern der jeweiligen Phasensteller 14, 15 abhängig von
dem Sollwert CAM_IN_SP der Einlassphase beziehungsweise dem Sollwert
CAM_EX_SP der Auslassphase ermittelt.
-
Zu
jeder Drehzahl N und sich insbesondere in dem dynamischen Betrieb
einstellenden Istwerten MAF_AV des Luftmassenstroms in dem Zylinder existiert
genau eine Kombination der Einlassbeziehungsweise Auslassphasen,
bei der unter Einhaltung eines optimalen Zündwinkels die Brennkraftmaschine
ihr maximales Drehmoment liefert. Dies hat zur Folge, dass bei einer
fallenden Last die in dem Brennraum pro Arbeitszyklus strömende Luftmasse möglichst
rasch verringert werden sollte und bei steigender Last diese möglichst
rasch erhöht
werden sollte und darüber
hinaus in jedem Arbeitszyklus mit einem optimalen Verbrennungswirkungsgrad
die Brennkraftmaschine betrieben werden sollte. In diesem Zusammenhang
wird in einem Block B8 ein Stellsignal SG_THR für die zum Einstellen des Öffnungsgrades
der Drosselklappe 5 abhängig
von dem Sollwert MAF_SP_TQI des Luftmassenstroms in dem Brennraum
ermittelt und der Öffnungsgrad
der Drosselklappe dann entsprechend eingestellt.
-
Durch
die Funktionalität
der Blöcke
B1 bis B7 kann zum Erzeugen der Stellsignale für die Phasensteller 14, 15 der
Sollwert MAF_IVVT des Luftmassenstroms bezüglich der Gaswechselventilphase
herangezogen werden, der nicht direkt und ausschließlich an
den aktuellen Wert des Sollwertes MAF_SP_TQI des Luftmassenstroms
in den Brennraum gekoppelt ist. Es ist somit ein weiterer Freiheitsgrad
gegeben, der dazu genutzt wird, dass insbesondere durch die so eingestellte
Einlassphase beziehungsweise Auslassphase eine optimale Brennraumfüllung un ter
den gegebenen Randbedingungen und somit ein optimaler Ladungswechselwirkungsgrad
erreicht wird. Das Stellsignal für
den jeweiligen Phasensteller 14, 15 wird in diesem
Zusammenhang bevorzugt entsprechend geeignet vorauseilend unter Berücksichtigung
der Dynamik der entsprechenden relevanten Teile des Ansaugtraktes
oder auch der Phasensteller 14, 15 und eines gegebenenfalls
prädizierten
Verlaufs der Drehzahl N und zwar derart ermittelt, dass die zu einem
Zeitpunkt n prädizierte
in den jeweiligen Brennraum strömende
Luftmasse exakt der realen zu einem Zeitpunkt n+x in den Brennraum
strömenden
Luftmasse entspricht. Der Platzhalter x berücksichtigt hierbei die endliche
Stellgeschwindigkeit des jeweiligen Phasenstellers 14, 15.
-
Bevorzugt
ist als Phasensteller 14, 15 ein Phasensteller
mit hoher Verstellgeschwindigkeit, also beispielsweise größer als
400 Grad Kurbelwellenwinkel pro Sekunde, also insbesondere ein elektrischer Phasensteller
oder gegebenenfalls auch ein piezoelektrischer Phasensteller im
Einsatz. Bei elektrischen Phasenstellern ist das dynamische Verhalten
weitgehend temperaturunabhängig
und somit leicht beherrschbar.
-
Durch
das Ermitteln des Korrekturwertes DIF_MAF_IVVT_I mittels des Integral-Reglers
des Blocks B3 in dem Quasi-Stationärbetrieb
kann auch eine gegebenenfalls andernfalls bleibende Abweichung zwischen
dem geglätteten
Istwert MAF_MMV des Luftmassenstroms in den Brennraum und des Sollwertes
MAF_IVVT des Luftmassenstroms bezüglich der Gaswechselventilphase
stationär
genau kompensiert werden und somit ausgeglichen werden.
-
Das
dynamische Verhalten der Phasensteller kann so insbesondere bei
der jeweiligen Vorgabe des Sollwertes CAM_IN_SP der Einlassphase
beziehungsweise des Sollwertes CAM_EX_SP der Auslassphase derart
berücksichtigt
werden, dass sich die Phasensteller 14, 15 für einen
jeweils zu erwartenden Betriebspunkt an einer vorgegebenen optimalen
Einlassphase beziehungsweise Auslassphase befinden.
-
Im
Falle eines langsamen Phasenstellers mit einer geringeren Verstellgeschwindigkeit,
wie zum Beispiel kleiner als 100 Grad Kurbelwellenwinkel pro Sekunde,
wie dies beispielsweise für
einen hydraulisch betätigten
Phasensteller 14, 15 der Fall ist, ist bevorzugt
statt dem Block B8 ein Block B10 vorgesehen. Der Block B10 ist dazu
ausgebildet das Stellsignal SG_THR zum Einstellen des Öffnungsgrades
der Drosselklappe abhängig
von dem Sollwert MAF_SP_TQI des Luftmassenstroms und mindestens
einer der folgenden Größen zu ermitteln:
einen Schätzwertes
der Abgasrückführrate EGR,
den Sollwert CAM_EX_SP der Auslassphase, den Sollwert CAM_IN_SP
der Einlassphase, den Istwert CAM_EX_AV der Auslassphase, den Istwert CAM_IN_AV
der Einlassphase und den Korrekturwert DIF_MRF_IVVT_I. Auf diese
Weise kann die Realisierung des Fahrerwunsches, insbesondere repräsentiert
durch den Sollwert MAF_SP_TQI des Luftmassenstroms in den Brennraum,
verzögert
erfolgen. Insofern ist das Ansteuern der Drosselklappe 5 von
dem Fahrerwunsch entkoppelt und kann an das Erreichen des Istwertes
CAM_EX_AV der Auslassphase und/oder des Istwertes CAM_IN_AV der Einlassphase
oder einer vorgegebenen Abgasrückführrate gekoppelt
sein, und so können
verbrennungstechnisch kritische Beladungen des Brennraums wirkungsvoll
vermieden werden. Der Schätzwert
der Abgasrückführrate wird
bevorzugt abhängig von
mindestens einer Betriebsgröße BG, bevorzugt mittels
eines Restgasmodells der Brennkraftmaschine ermittelt, wie es regelmäßig bei
modernen Motorsteuerungen im Einsatz ist.
-
Insbesondere
bei einem hoch dynamischen negativen Lastsprung, also bei einem
sehr schnellen Verringern des Sollwertes MAF_SP_TQI des Luftmassenstroms
in den Brennraum, kann das dadurch repräsentierte gewünschte Verringern
des Drehmoments abtriebsseitig der Brennkraftmaschine dadurch sehr
schnell erreicht werden, dass in diesem Falle eine externe Lastaufschaltung
oder eine temporäre
Wirkungsgradverschlechterung aktiv durchgeführt wird, um insbesondere den
Fahrerwunsch anderweitig zu realisieren als über eine sofortige Reduzierung
des tatsächlich
in dem jeweiligen Brennraum befindlichen Luftmasse. Die externe
Lastaufschaltung, kann beispielsweise durch Aufschalten eines Generators
erfolgen, der durch die Kurbelwelle 8 angetrieben wird.
Die Wirkungsgradverschlechterung kann beispielsweise auch durch
einen Zündwinkelverzug
erfolgen.
-
Gaswechselventilverläufe sind
anhand der 3 näher dargestellt. Dabei ist 50 der
Gaseinlassventilhubverlauf, 52 der Gasauslassventilhubverlauf, CRK
der Kurbelwellenwinkel und TDC ein oberer Totpunkt des Kolbens 11.