DE102007021479B4

DE102007021479B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007021479B4
Application number: DE102007021479.2A
Authority: DE
Inventors: Ernst Wild; Andreas Posselt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2027-05-09
Also published as: DE102007021479A1; CN101302968B; CN101302968A

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei dem eine Füllung eines Brennraums (5, 10) der Brennkraftmaschine (1) prädiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer eine Stellung eines Stellgliedes (15) zur Beeinflussung einer Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (1) charakterisierenden Größe ein erster Wert für die Füllung ermittelt wird, dass aus dem ersten Wert für die Füllung ein zweiter Wert für die Füllung durch Filterung ermittelt wird, dass eine Zeitkonstante der Filterung ausgehend von einer Nachbildung einer Saugrohrdynamik korrigiert um eine vorgegebene Prädiktionszeit gebildet wird, so dass der zweite Wert für die Füllung charakteristisch für die prädizierte Füllung ist, wobei ausgehend von einer einen Luftmassenstrom im Saugrohr (30, 35) charakterisierenden Größe ein vierter Wert für die Füllung ermittelt wird, dass eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert für die Füllung gebildet wird, dass der vierte Wert für die Füllung mit der Differenz beaufschlagt wird, so dass sich ein fünfter Wert für die Füllung ergibt, der einem prädizierten Wert für die Füllung entspricht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Aus der WO 95/04215 ist bereits ein Verfahren zur dynamisch korrekten Berechnung der Luftfüllung eines Zylinders bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Gaswechselsteuerung, beispielsweise mit verstellbarer Einlass- und/oder Auslassnockenwelle, insbesondere im instationären Betrieb bekannt. Dazu wird der Einfluss der Variation der Gaswechselsteuerung bei der Berechnung des Frischluftanteils an der Gasfüllung des Zylinders berücksichtigt.
Die DE 44 01 828 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorhersage eines zukünftigen Lastsignals (tlPr) in Zusammenhang mit der Steuerung einer Brennkraftmaschine (100). Es wird zunächst aus der in Zeiteinheiten oder Kurbelwinkeleinheiten ausgedrückten Kraftstoff-Vorlagerung (wEE), Dauer der Kraftstoff-Einspritzung (wti) und Berechnungszeit (wB) ein Kurbelwinkelintervall (wPr) ermittelt. Das zukünftige Lastsignal (tLPr) wird dann aus einem aktuellen Hauptlastsignal (tl), einem aktuellen Hilfslastsignal (tL'), das dem aktuellen Hauptlastsignal (tl) vorauseilt und dem Kurbelwinkelintervall (wPr) ermittelt. Die Ermittlung erfolgt mit einem Tiefpaßfilter erster Ordnung, dessen Filterkonstante (wF) lastabhängig vorgebbar ist.
Die US 5 159 914 A1 offenbart, dass ein Luft / Kraftstoff-Verhältnis eines Verbrennungsmotors gesteuert wird, indem die Luftladung vorhergesagt wird, um die
Zweizylinder-Motorereignisse in die Zukunft einzugeben, und dann die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt wird, um ein gewünschtes Luft/ Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Ein erster Kraftstoffimpuls wird eingespritzt, und falls erforderlich, wird ein zweiter Kraftstoffimpuls eingespritzt, um die benötigte Kraftstoffmenge für das gewünschte Luft / Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen.
Vorteile der Erfindung
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass abhängig von einer eine Stellung eines Stellgliedes zur Beeinflussung einer Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe ein erster Wert für die Füllung ermittelt wird, dass aus dem ersten Wert für die Füllung ein zweiter Wert für die Füllung durch Filterung ermittelt wird, dass eine Zeitkonstante der Filterung ausgehend von einer Nachbildung einer Saugrohrdynamik korrigiert um eine vorgegebene Prädiktionszeit gebildet wird, so dass der zweite Wert für die Füllung charakteristisch für eine prädizierte Füllung eines Brennraums der Brennkraftmaschine ist. Auf diese Weise lässt sich die Prädiktion der Füllung des Brennraums mit hoher Präzisierung und dennoch geringem Aufwand ermitteln.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zeitkonstante ausgehend von einem die Nachbildung der Saugrohrdynamik repräsentierenden Wert durch Multiplikation mit einem die vorgegebene Prädiktionszeit repräsentierenden ersten Korrekturfaktor korrigiert wird. Auf diese Weise lässt sich die Korrektur der Zeitkonstante besonders einfach und wenig aufwendig durchführen.
Eine Minimierung des Aufwandes kann erzielt werden, wenn die Filterung mit der korrigierten Zeitkonstanten mittels eines einzigen Filters erfolgt. Auf diese Weise werden Rechenaufwand und/oder Herstellungskosten eingespart.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der erste Wert für die Füllung unter Verwendung der die Saugrohrdynamik nachbildenden Zeitkonstanten gefiltert wird, um einen dritten Wert für die Füllung zu erhalten, und wenn der dritte Wert für die Füllung unter Verwendung einer die Prädiktionszeit nachbildenden Zeitkonstanten gefiltert wird, um den zweiten Wert für die Füllung zu erhalten. Auf diese Weise kann zusätzlich zu dem die aufgrund der vorgegebenen Prädiktionszeit prädizierte Füllung charakterisierenden zweiten Wert für die Füllung auch der allein durch die Saugrohrdynamik verzögerte Füllungswert in Form des dritten Wertes für die Füllung für eine Weiterverarbeitung in der Motorsteuerung gewonnen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ausgehend von einer einen Luftmassenstrom im Saugrohr charakterisierenden Größe ein vierter Wert für die Füllung ermittelt wird, wenn eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert für die Füllung gebildet wird, wenn der vierte Wert für die Füllung mit der Differenz beaufschlagt wird, so dass sich ein fünfter Wert für die Füllung ergibt, der einem prädizierten Wert für die Füllung entspricht. Auf diese Weise lässt sich mit Hilfe des ausgehend von der den Luftmassenstrom im Saugrohr charakterisierenden Größe ein im Vergleich zum abhängig von der die Stellung des Stellgliedes zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe stationär genauerer Wert für die Füllung ermitteln, der beispielsweise auf der Grundlage des Signals eines Luftmassenmessers oder eines Saugrohrdrucksensors gewonnen werden kann. Dem stationär genaueren vierten Wert für die Füllung wird so lediglich die aus der die Stellung des Stellgliedes zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe abgeleitete Dynamik der Füllung durch die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert für die Füllung hinzugefügt, so dass der prädizierte Wert für die Füllung in Form des fünften Wertes für die Füllung im Hinblick auf die Genauigkeit der Prädiktion optimal ist.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn ausgehend von einer einen Luftmassenstrom im Saugrohr charakterisierenden Größe ein vierter Wert für die Füllung ermittelt wird, wenn der erste Wert unter Verwendung der die Saugrohrdynamik nachbildenden Zeitkonstanten gefiltert wird, um einen dritten Wert für die Füllung zu erhalten, wenn eine Differenz zwischen dem ersten und dem dritten Wert gebildet wird, wenn die Differenz unter Verwendung einer die Prädiktionszeit nachbildenden Filterkonstanten gefiltert wird, um eine korrigierte Differenz zu erhalten, und wenn der vierte Wert für die Füllung mit der korrigierten Differenz beaufschlagt wird, so dass sich ein fünfter Wert für die Füllung ergibt, der einem prädizierten Wert für die Füllung entspricht. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil der optimalen Genauigkeit für die Füllungsprädiktion verknüpfen mit der zusätzlichen Ermittlung, der durch die Saugrohrdynamik verzögerten Füllung als weiterer Größe, die im Motorsteuergerät für eine Weiterverarbeitung genutzt werden kann.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Filterung mittels einer die vorgegebene Prädiktionszeit nachbildenden Zeitkonstanten durch Multiplikation der zu filternden Größe mit einem zweiten Korrekturfaktor erfolgt, der abhängig von der die vorgegebene Prädiktionszeit nachbildenden Zeitkonstanten, vorzugsweise als Kehrwert der die vorgegebene Prädiktionszeit nachbildenden Zeitkonstanten, gewählt wird. Auf diese Weise lässt sich die zur Berücksichtigung der vorgegebenen Prädiktionszeit durchzuführende Filterung in einfacher Weise durch eine Multiplikationsoperation ersetzen, so dass Aufwand und Kosten eingespart werden können.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die vorgegebene Prädiktionszeit so gewählt wird, dass aus der prädizierten Füllung in Abhängigkeit eines einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses im Brennraum eine prädizierte Einspritzmenge oder -dauer für eine Kraftstoffeinspritzung ins Saugrohr vor ein geschlossenes Einlassventil eines betreffenden Zylinders der Brennkraftmaschine, vorzugsweise für eine Kraftstoffeinspritzung während eines Ausschubtaktes des betreffenden Zylinders, ermittelt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das einzustellende Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis möglichst genau umgesetzt werden kann.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn mehreren Zylindern über jeweils einen separaten Saugkanal des Saugrohrs Luft und Kraftstoff zugeführt wird, wenn der Kraftstoff in mindestens zwei Saugkanäle über ein gemeinsames Einspritzventil eingespritzt wird, wenn die Einspritzung vom gemeinsamen Einspritzventil mehrstrahlig erfolgt, wobei jedem der mindestens zwei Saugkanäle mindestens ein Einspritzstrahl ausschließlich zugeführt wird, in jedem der mindestens zwei Saugkanäle über den ihm zugeordneten Einspritzstrahl die gleiche Einspritzmenge zur gleichen Einspritzzeit zugeführt wird und wenn die vorgegebene Prädiktionszeit so gewählt wird, dass aus der prädizierten Füllung in Abhängigkeit eines einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses im Brennraum eine prädizierte Einspritzmenge oder -dauer für eine Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Saugkanal der betreffenden Zylinder vor ein geschlossenes Einlassventil der betreffenden Zylinder derart ermittelt wird, dass die prädizierte Einspritzmenge oder -dauer im Brennraum aller betreffenden Zylinder im Mittel zur Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses führt. Auf diese Weise lässt sich auch bei Verwendung solcher mehrstrahligen Einspritzventile bei gleicher Einspritzmenge und gleicher Einspritzzeit für verschiedene Zylinder dennoch das einzustellende Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis korrekt einstellen, wobei durch Verwendung eines solchen mehrstrahligen Einspritzventils, das gleichzeitig mehrere Zylinder mit Kraftstoff versorgt, erhebliche Kosten eingespart werden können.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
2 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform,
5 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform,
6a) einen zeitlichen Verlauf für die Ansteuerung eines Einlassventils eines ersten Zylinders,
6b) einen zeitlichen Verlauf für eine Ansteuerung eines Einlassventils eines zweites Zylinders und
6c) einen zeitlichen Verlauf für eine Ansteuerung eines mehrstrahligen Einspritzventils.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 kennzeichnet 1 eine Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet sein kann. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen, dass die Brennkraftmaschine als Ottomotor ausgebildet ist.
Von der Brennkraftmaschine 1 ist in 1 ein erster Zylinder 40 und ein zweiter Zylinder 45 dargestellt. Über eine gemeinsame Luftzufuhr 185 werden die beiden Zylinder 40, 45 mit Frischluft versorgt. In der gemeinsamen Luftzufuhr 185 ist ein Luftmassenmesser 95 angeordnet, der den Luftmassenstrom ml misst und als zeitlich kontinuierliches Signal an eine Motorsteuerung 65 weiterleitet. Stromab des Luftmassenmessers 95 ist in der gemeinsamen Luftzufuhr 185 eine Drosselklappe 15 angeordnet, deren Stellung den Luftmassenstrom zu den Zylindern 40, 45 beeinflusst. Im Bereich der Drosselklappe 15 ist ein Positionssensor 85 angeordnet, der die Stellung α der Drosselklappe 15 beispielsweise mittels eines Potentiometers erfasst und als zeitlich kontinuierliches Signal an die Motorsteuerung 65 weiterleitet. Umgekehrt steuert die Motorsteuerung 65 die Drosselklappe 15 beispielsweise abhängig von der Stellung eines Fahrpedals im Falle eines von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Fahrzeugs an. Dies ist in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt. Stromab der Drosselklappe 15 geht die gemeinsame Luftzufuhr 185 in einen ersten Saugkanal 30 und einen zweiten Saugkanal 35 über, die zusammen das Saugrohr der Brennkraftmaschine 1 bilden. Der erste Saugkanal 30 ist dabei exklusiv dem ersten Zylinder 40 zugeordnet und versorgt diesen mit Frischluft und Kraftstoff. Der zweite Saugkanal 35 ist exklusiv dem zweiten Zylinder 45 zugeordnet und versorgt diesen mit Luft und Kraftstoff. Stromab der Drosselklappe 15 und vor der Verzweigung in die Saugkanäle 30, 35 ist im gemeinsamen Teil des Saugrohrs, der mit dem Bezugszeichen 190 gekennzeichnet ist, ein Temperatursensor 180 angeordnet, der die Temperatur T_S im Saugrohr misst und als zeitlich kontinuierliches Signal an die Motorsteuerung 65 weiterleitet Anstelle des Luftmassenmessers 95 und des Temperatursensors 180 kann im gemeinsamen Teil 190 des Saugrohrs auch ein Saugrohrdrucksensor 150 angeordnet sein, der den Druck ps im Saugohr misst und als zeitlich kontinuierliches Signal an die Motorsteuerung 65 weiterleitet. Der Saugrohrdrucksensor 150 kann aber auch zusätzlich zum Luftmassenmesser 95 und zum Temperatursensor 180 im gemeinsamen Teil 190 des Saugrohrs angeordnet sein. Über ein gemeinsames Einspritzventil 50 in einer Kraftstoffzufuhr 195 werden die beiden Saugkanäle 30, 35 mit Kraftstoff versorgt, wobei eine erste Öffnung 170 in der Kraftstoffzufuhr 195 vorgesehen ist, über den der erste Saugkanal 30 mit Kraftstoff versorgt wird und wobei eine zweite Öffnung 175 in der Kraftstoffzufuhr 195 vorgesehen ist, über den der zweite Saugkanal 35 mit Kraftstoff versorgt wird. Die beiden Öffnungen 170, 175 sind dabei symmetrisch ausgebildet, so dass sich mengenmäßig und zeitlich gleiche Einspritzungen in den ersten Saugkanal 30 und den zweiten Saugkanal 35 ergeben. Somit wird also in den ersten Saugkanal 30 und den zweiten Saugkanal 35 über je einen Einspritzstrahl durch die erste Öffnung 170 bzw. durch die zweite Öffnung 175 die gleiche Kraftstoffmenge zur gleichen Zeit abgespritzt. Die Einstellung von Einspritzmenge und Einspritzzeit erfolgt dabei seitens der Motorsteuerung 65 durch Ansteuerung des gemeinsamen Einspritzventils 50 durch das Ansteuersignal I. Dieses wird in der Motorsteuerung 65 in Abhängigkeit eines einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses vorgegeben. Über ein erstes Einlassventil 55 wird das Luft-/Kraftstoffgemisch im ersten Saugkanal 30 einem Brennraum 5 des ersten Zylinders 40 zugeführt. Über ein zweites Einlassventil 60 wird das Luft-/Kraftstoffgemisch im zweiten Saugkanal 35 einem Brennraum 10 des zweiten Zylinders 45 zugeführt. Einlasszeit und Einlasshub der Einlassventile 55, 60 kann durch eine Nockenwelle eingestellt werden. Alternativ kann auch eine variable oder vollvariable Ventilsteuerung vorgesehen sein, bei der die Motorsteuerung 65 Einlasszeit und Einlasshub der Einlassventile mittels entsprechender Steuersignale H₁ , H₂ vorgibt. Eine solche variable oder vollvariable Ventilsteuerung kann beispielsweise durch elektromagnetische oder elektrohydraulische Ventilsteuerung realisiert werden. Diese Alternative der variablen bzw. vollvariablen Ventilsteuerung ist in 1 dargestellt, wobei das erste Einlassventil 55 von der Motorsteuerung 65 durch ein erstes Ansteuersignal H₁ in Hub und Phase angesteuert wird und das zweite Einlassventil 60 entsprechend durch ein zweites Ansteuersignal H₂ in Hub und Phase von der Motorsteuerung 65 angesteuert wird. Eine entsprechende Ansteuerung kann auch für das Auslassventil 155 des ersten Zylinders 40 und für das Auslassventil 160 des zweiten Zylinders 45 erfolgen, wie in 1 dargestellt. Über das Auslassventil 155 des ersten Zylinders 40 und das Auslassventil 160 des zweiten Zylinders 45 werden die bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches in den Brennräumen 5, 10 gebildeten Abgase in einen Abgasstrang 165 ausgestoßen. Dabei kann im Abgasstrang 165 wie in 1 dargestellt eine Lambdasonde 145 angeordnet sein, die den Sauerstoffanteil im Abgas misst und als zeitlich kontinuierliches Signal λ an die Motorsteuerung 65 weiterleitet. Im Bereich der Zylinder 40, 45 ist ein Drehzahlsensor 90 angeordnet, der die Motordrehzahl n der Brennkraftmaschine 1 erfasst und als zeitlich kontinuierliches Signal an die Motorsteuerung 65 weiterleitet.
In 2 ist ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Das Funktionsdiagramm kann dabei software- und/oder hardwaremäßig in der Motorsteuerung 65 implementiert sein und ist deshalb in 2 mit dem Bezugszeichen 65 gekennzeichnet. Das Funktionsdiagramm kann alternativ auch in einer beliebigen anderen Steuereinheit der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeugs oder in einer eigenen Steuereinheit angeordnet sein. Die Vorrichtung bzw. das Steuergerät 65 umfasst eine erste Ermittlungseinheit 75, die beispielsweise in Form eines Kennfeldes ausgebildet sein kann und der eingangsseitig die Position α der Drosselklappe 15 vom Drosselklappensensor 85 sowie die Motordrehzahl n vom Drehzahlsensor 90 zugeführt sind. Ausgangsgröße des Kennfeldes 75 ist dann ein erster Wert rldk für die Füllung der Brennräume 5, 10, die sich bei dem aktuellen Drosselklappenwinkel α und der aktuellen Motordrehzahl n einstellt. Das erste Kennfeld 75 kann dabei beispielsweise auf einem Prüfstand oder mittels Fahrversuchen appliziert werden. Aufgrund der Saugrohrdynamik stellt sich der aus der aktuellen Drosselklappenwinkelstellung α und der aktuellen Motordrehzahl n ermittelte erste Wert rldk für die Füllung nicht unmittelbar sondern verzögert ein. Der erste Wert rldk für die Füllung wird deshalb einer Prädiktionseinheit 70 in der Vorrichtung 65 zugeführt, um einen Vorhersage- oder Prädiktionswert für die Füllung zu ermitteln. Die Prädiktionseinheit 70 umfasst dabei ein erstes Filter 20, dem der erste Wert rldk für die Füllung als Eingangsgröße zugeführt wird. Das erste Filter 20 ist beispielsweise als Tiefpass ausgebildet. Ein zweites Kennfeld 100 in einer zweiten Ermittlungseinheit 80 ermittelt dabei die Zeitkonstante für das erste Filter 20. Das erste Filter 20 soll die Dynamik bzw. Verzögerung des Saugrohrs 30, 35, 190 nachbilden. Die vom zweiten Kennfeld 100 gebildete Zeitkonstante wird deshalb auch als Saugrohrzeitkonstante bezeichnet und vom zweiten Kennfeld 100 dem ersten Filter 20 zugeführt. Als Eingangsgrößen sind dem zweiten Kennfeld 100 die Motordrehzahl n vom Drehzahlsensor 90 sowie die aktuelle Zahl der aktiven Zylinder von einem Zylinderzähler 105 zugeführt. Der Zylinderzähler 105 ist im Beispiel nach 2 ebenfalls Teil der zweiten Ermittlungseinheit 80. Er gibt an, wie viele Zylinder aktuell aktiviert sind. Ein aktivierter Zylinder ist dadurch gekennzeichnet, dass seine Einlass- und Auslassventile zyklisch in den aufeinanderfolgenden Zylindertakten gemäß der Zündreihenfolge geöffnet und geschlossen werden. Ein deaktivierter Zylinder zeichnet sich dadurch aus, dass seine Einlass- und Auslassventile permanent geschlossen sind und somit kein Ladungswechsel stattfindet. Beim so genannten Halbmotorbetrieb wird die Hälfte der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 deaktiviert, während die andere Hälfte der Zylinder aktiviert ist. Im Vollmotorbetrieb sind alle Zylinder der Brennkraftmaschine 1 aktiviert. Je größer die Motordrehzahl n und die Zahl der aktivierten Zylinder, umso kleiner die Saugrohrzeitkonstante. Am Ausgang des ersten Filters 20 steht dann ein dritter Wert für die Füllung, von dem in einem Subtraktionsglied 110 der Prädiktionseinheit 70 der erste Wert rldk für die Füllung subtrahiert wird. Die Differenz am Ausgang des Subtraktionsgliedes 110 wird einem zweiten Filter 25 zugeführt, dessen Zeitkonstante in einer Kennlinie 115 der zweiten Ermittlungseinheit 80 abhängig von der aktuellen Motordrehzahl n vorgegeben wird. Der dritte Wert für die Füllung am Ausgang des ersten Filters 20 gibt den tatsächlichen aktuellen zeitlichen Verlauf der Füllung abhängig von der aktuellen Position α der Drosselklappe und der aktuellen Motordrehzahl n an, indem er die Saugrohrdynamik berücksichtigt. Um das einzustellende Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis korrekt einstellen zu können, muss jedoch der zur Erzielung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses erforderliche Kraftstoff bzw. die dazu erforderliche Kraftstoffmenge bereits zu einem Zeitpunkt eingespritzt werden, bevor die zugehörige Luftfüllung den jeweiligen Brennraum 5, 10 erreicht hat. Deshalb muss die Luftfüllung der Brennräume 5, 10 für eine Zeit prädiziert werden, zu der diese Füllung noch nicht in den jeweiligen Brennraum 5, 10 gelangt ist. Die durch die Saugrohrzeitkonstante nachgebildete Verzögerungszeit muss daher in reduzierender Weise korrigiert werden. Dies geschieht durch das zweite Filter 25, das alternativ auch als Multiplikationsglied ausgebildet sein kann. Die von der Kennlinie 115 gelieferte Zeitkonstante ist deshalb kleiner Eins. Mit zunehmender Motordrehzahl n wird diese Zeitkonstante größer und geht gegen Eins. Dies deshalb, weil bei theoretisch unendlich großer Motordrehzahl die Vorlagerungszeit für die Einspritzung des Kraftstoffs gegen Null gehen würde. Die Kennlinie 115 sollte dabei so beispielsweise auf einem Prüfstand oder in Fahrversuchen appliziert werden, dass die resultierende Zeitkonstante die Saugrohrzeitkonstante derart korrigiert, dass die Füllung der Brennräume 5, 10 für eine Zeit prädiziert wird, in der vor das geschlossene Einlassventil 55, 60 der Zylinder 40, 45 eingespritzt werden kann. Die Nachbildung der Saugrohrdynamik mittels des zweiten Kennfeldes 100 kann ebenfalls beispielsweise auf einem Prüfstand oder in Fahrversuchen erfolgen.
Im Falle der Verwendung eines Multiplikationsgliedes anstelle des zweiten Filters 25 bildet die Kennlinie 115 statt einer Zeitkonstanten gemäß einer vorgegebenen Prädiktionszeit wie beschrieben eine Korrekturgröße größer als Eins, die mit zunehmender Motordrehzahl n gegen Eins geht und mit der der Ausgang des Subtraktionsgliedes 110 multipliziert wird. Der Korrekturfaktor entspricht dabei dem Kehrwert der abhängig von der vorgegebenen Prädiktionszeit gebildeten Zeitkonstanten. Somit ist das Multiplikationsergebnis das gleiche wie das Ergebnis am Ausgang des zweiten Filters 25. Am Ausgang des zweiten Filters 25 bzw. des entsprechenden Multiplikationsgliedes steht nun eine korrigierte prädizierte Differenz zwischen dem dritten Wert für die Füllung und dem ersten Wert rldk für die Füllung. Diese korrigierte prädizierte Differenz wird in einem Additionsglied 120 dem Ausgangssignal einer dritten Ermittlungseinheit 125 überlagert. Die dritte Ermittlungseinheit 125 ermittelt ein stationär genaues Signal für die Füllung der Brennräume 5, 10 abhängig vom Luftmassenstrom ml des Luftmassenmessers 95 und von der Saugrohrtemperatur T_S des Temperatursensors 180 sowie von der Motordrehzahl n in Form eines beispielsweise auf einem Prüfstand oder in Fahrversuchen applizierten Kennfeldes bzw. in Form der aus der eingangs genannten Druckschrift beschriebenen Weise. Das Ausgangssignal der dritten Ermittlungseinheit 125 stellt dabei einen vierten Wert für die Füllung dar. Das Ausgangssignal des Additionsgliedes 120, dass ebenfalls Teil der Prädiktionseinheit 70 ist, stellt dann einen fünften Wert für die Füllung dar, der dem prädizierten Wert für die Füllung entspricht und einem zweiten Multiplikationsglied 130 zugeführt wird. Dort wird der fünfte Wert für die Füllung mit einem Regelfaktor fr einer Gemischregelung 135 multipliziert, wobei die Gemischregelung 135 den Regelfaktor fr abhängig vom gemessenen Lambdawert der Lambdasonde 145 in bekannter Weise bestimmt. Am Ausgang des zweiten Multiplikationsgliedes 130 steht somit der prädizierte Wert für die aktuell einzuspritzende Kraftstoffmenge I, mit dem das Einspritzventil 50 angesteuert wird.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform nach 3, in der gleiche Bezugszeichen, gleiche Elemente kennzeichnen wie in 2, ist das Funktionsdiagramm nach 2 wie folgt abgeändert:
Anstelle der Korrektur der Differenz aus dem dritten Wert für die Füllung und dem ersten Wert für die Füllung mittels des zweiten Filters 25 wird die vorgegebene Prädiktionszeit bereits durch die Filterzeitkonstante des ersten Filters 20 berücksichtigt. Zu diesem Zweck ist in der zweiten Ermittlungseinheit 80 ein drittes Multiplikationsglied 140 vorgesehen, in dem die vom zweiten Kennfeld 100 ermittelte Saugrohrzeitkonstante mit der von der Kennlinie 115 abhängig von der vorgegebenen Prädiktionszeit ermittelten Zeitkonstante kleiner als Eins multipliziert wird und das gebildete Produkt als resultierende korrigierte Zeitkonstante dem ersten Filter 20 zugeführt wird. Auf diese Weise kann das zweite Filter 25 eingespart und durch das dritte Multiplikationsglied 140 ersetzt werden. Der Ausgang des Subtraktionsgliedes 110 beim Funktionsdiagramm nach 3 entspricht dann dem Ausgang des zweiten Filters 25 gemäß 2 und kann somit direkt dem Additionsglied 120, wie in 3 dargestellt, zugeführt werden. Im übrigen entspricht das Funktionsdiagramm von 3 dem Funktionsdiagramm von 2.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung in Form eines Funktionsdiagramms, bei dem gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen wie in den 2 und 3. Die dritte Ausführungsform nach 4 ist dabei ausgehend von der ersten Ausführungsform nach 2 wie folgt abgeändert:
Es wird auf die Ermittlung des stationär genauen vierten Wertes für die Füllung verzichtet, wodurch weiterer Aufwand eingespart werden kann. Allerdings hat das Prädiktionsergebnis der dritten Ausführungsform nach 4 nicht dieselbe Genauigkeit wie das Prädiktionsergebnis gemäß den Ausführungsformen nach 2 und 3. Somit wird bei der dritten Ausführungsform nach 4 die dritte Ermittlungseinheit 125 und das Additionsglied 120 eingespart genauso wie das Subtraktionsglied 110. Vielmehr wird bei der dritten Ausführungsform nach 4 der dritte Wert für die Füllung am Ausgang des ersten Filters 20 direkt dem zweiten Filter 25 bzw. dem entsprechenden Multiplikationsglied zugeführt. Der Ausgang des zweiten Filters 25 bzw. des entsprechenden Multiplikationsgliedes ist dann ein zweiter Wert für die Füllung und wird direkt dem zweiten Multiplikationsglied 130 zur Bildung des Ansteuersignals I für die Einspritzmenge zugeführt. Somit wird der erste Wert rldk für die Füllung nicht nur wie beim Gegenstand der 2 und 3 zur Ermittlung der Dynamik der Füllung herangezogen, sondern als vollwertige Schätzung der Brennraumfüllung inklusive dem stationären Anteil, der bei den Ausführungsformen nach 2 und 3 durch die Differenzbildung mittels des Subtraktionsgliedes 110 eliminiert wurde.
Im übrigen entspricht das Funktionsdiagramm nach 4 dem Funktionsdiagramm nach 2.
5 zeigt ein Funktionsdiagramm für eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei dem gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen wie bei den 2, 3 und 4. Das Funktionsdiagramm für die vierte Ausführungsform nach 5 ist entsprechend der dritten Ausführungsform nach 4 jedoch ausgehend von der zweiten Ausführungsform nach 3 dahingehend geändert, dass wie bei der dritten Ausführungsform nach 4 auf die Ermittlung des stationären vierten Wertes für die Füllung und damit auf die dritte Ermittlungseinheit 125, das Additionsglied 120 und das Subtraktionsglied 110 verzichtet wurde. Zusätzlich wurde bei der vierten Ausführungsform nach 5 wie auch bei der zweiten Ausführungsform nach 3 im Vergleich zur ersten Ausführungsform nach 1 und zur dritten Ausführungsform nach 4 auf das zweite Filter 25 verzichtet und stattdessen die vorgegebene Prädiktionszeit durch Korrektur der Saugrohrzeitkonstanten mittels des dritten Multiplikationsgliedes 140 für das erste Filter 20 berücksichtigt. Somit wird beim Funktionsdiagramm nach 5 das Ausgangssignal des ersten Filters 20 als zweiter Wert für die Füllung direkt dem zweiten Multiplikationsglied 130 zur Bildung des Ansteuersignals I für das Einspritzventil 50 zugeführt. Die vierte Ausführungsform nach 5 ist unter Verzicht auf die Genauigkeit des stationären vierten Wertes für die Füllung die Ausführungsform mit dem geringsten Aufwand.
Bei den Ausführungsformen nach den 2 und 4, bei denen das zweite Filter 25 bzw. das entsprechende Multiplikationsglied verwendet wird, ergibt sich der Vorteil, dass der dritte Wert für die Füllung am Ausgang des ersten Filters 20 für eine Weiterverarbeitung in der Motorsteuerung zur Verfügung steht, die die erfindungsgemäße Prädiktion nicht benötigt.
Die bisherigen Betrachtungen lassen sich abweichend von 1 auch für solche Realisierungen einsetzen, bei denen jedem Saugkanal 30, 35 ein eigenes Einspritzventil zugeordnet ist. Somit kann die Einspritzung für jeden Zylinder zur Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses korrekt prädiziert werden. Im Sonderfall, bei dem die Einspritzung für zwei oder mehr Saugkanäle 30, 35 durch ein einziges gemeinsames Einspritzventil 50 in symmetrischer Weise derart erfolgt, dass in die entsprechenden Saugkanäle 30, 35 zur gleichen Zeit die gleiche Einspritzmenge abgespritzt wird, ist die beschriebene Vorgehensweise für den Fall korrekt, in dem die entsprechenden Zylinder 40, 45 auch symmetrisch betrieben werden, d. h. gleichzeitig im gleichen Zylindertakt. Dann ist für die Zylinder 40, 45 die Kraftstoffeinspritzung zur Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses korrekt prädiziert.
Dies ändert sich, wenn die Zylinder 40, 45 nicht mehr gleichzeitig im gleichen Zylindertakt betrieben werden, sondern an verschiedener Stelle in der Zündreihenfolge und somit gleichzeitig in verschiedenen Zylindertakten betrieben werden. In diesem Fall lässt sich die Kraftstoffeinspritzung in der beschriebenen Weise nur für einen der Zylinder 40, 45 zur Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses korrekt prädizeren, für den oder die übrigen Zylinder ist der prädizierte Wert für die Füllung jedoch nicht gültig. Folglich ergibt sich für den oder die übrigen Zylinder eine Abweichung vom einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis in einem dynamischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit sich ändernder Position der Drosselklappe 15.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die vorgegebene Prädiktionszeit so gewählt wird, dass aus der prädizierten Füllung in Abhängigkeit eines einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses im jeweiligen Brennraum 5, 10 eine prädizierte Einspritzmenge oder -dauer für eine Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Saugkanal 30, 35 der betreffenden Zylinder 40, 45 vor ein geschlossenes Einlassventil 55, 60 der betreffenden Zylinder 40, 45 derart ermittelt wird, dass die prädizierte Einspritzmenge oder -dauer des gemeinsamen Einspritzventils 50 im Brennraum 5, 10 aller betreffenden Zylinder 40, 45 im Mittel zur Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses führt.
Diese Vorgehensweise sei am Beispiel der 6a) bis 6c) verdeutlicht. In 6a) ist der zeitliche Verlauf des Ansteuersignals H₁ des ersten Einlassventils 55 und in 6b) der zeitliche Verlauf des Ansteuersignals H₂ des zweiten Einlassventils 60 dargestellt. Dabei sei angenommen, dass die Brennkraftmaschine 1 im Viertaktbetrieb arbeitet. Die einzelnen Zylindertakte sind in den Zeitdiagrammen nach 6a) und 6b) mittels römischer Ziffern dargestellt. Für den ersten Zylinder 40 ist der Zylindertakt II der Ansaugtakt, in dem das erste Einlassventil 55 mit dem Hub H zum Ansaugen des Luft-/Kraftstoffgemisches aus dem ersten Saugkanal 30 geöffnet ist. Dabei zeigen die Zeitdiagramme nach 6a) und 6b) zwei Perioden des Viertaktbetriebes. Außerhalb des zweiten Zylindertaktes II ist dabei das erste Einlassventil 55 geschlossen, der Hub des ersten Einlassventils 55 gleich Null. Der zweite Zylinder 45 hat seinen Ansaugtakt im vierten Zylindertakt IV, in dem sein Einlassventil 60 mit dem Hub H geöffnet ist. Außerhalb des vierten Zylindertaktes IV ist das Einlassventil 60 des zweiten Zylinders 45 geschlossen, sein Hub also gleich Null. Die Einspritzung von Kraftstoff erfolgt vorteilhafter Weise vor das geschlossene Einlassventil des ersten Zylinders 40 und des zweiten Zylinders 45. Für den ersten Zylinder 40 bedeutet dies eine Einspritzung während des ersten Zylindertaktes I, der dem Ausschubtakt des ersten Zylinders 40 unmittelbar vor dessen Ansaugtakt entspricht. Für den zweiten Zylinder 45 bedeutet dies eine Einspritzung während des dritten Zylindertaktes III unmittelbar vor dessen Ansaugtakt. Somit müsste für eine korrekte Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses für den ersten Zylinder 40 die Luftfüllung für den ersten Zylindertakt I prädiziert werden. Für eine korrekte Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses für den zweiten Zylinder 45 müsste die Luftfüllung für den dritten Zylindertakt III prädiziert werden. Um im Mittel für beide Zylinder 40, 45 das einzustellende Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis korrekt umsetzen zu können, wird somit als Kompromiss die Luftfüllung für den zwischen dem ersten Zylindertakt I und dem dritten Zylindertakt III liegenden zweiten Zylindertakt II prädiziert und ausgehend von dieser prädizierten Luftfüllung die zur Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses erforderliche Kraftstoffmenge bestimmt. Die vorgegebene Prädiktionsszeit muss daher so gewählt werden, dass unter Berücksichtigung der Saugrohrzeitkonstanten die Füllung für den zweiten Zylindertakt II richtig prädiziert wird.
Für die Bestimmung der vorgegebenen Prädiktionszeit gibt es nun zwei Möglichkeiten, je nachdem, welchen der beiden Zylinder 40, 45 man als Ausgangspunkt wählt. Wählt man den ersten Zylinder 40 als Ausgangszylinder, so kann die vorgegebene Prädiktionszeit gleich Null gewählt werden. Dies deshalb, weil durch alleinige Berücksichtigung der Saugrohrzeitkonstanten diejenige Füllung prädiziert wird, die im Ansaugtakt des ersten Zylinders 40 und damit im zweiten Zylindertakt II in den zugeordneten Brennraum gelangen wird. Geht man hingegen vom zweiten Zylinder 45 aus, so muss die vorgegebene Prädiktionszeitkonstante abhängig von der aktuellen Motordrehzahl n so gewählt werden, dass sie zwei Zylindertakte abdeckt. Während also mit Hilfe der Saugrohrzeitkonstanten für den zweiten Zylinder 45 diejenige Füllung prädiziert wird, die in dessen Ansaugtakt und damit im vierten Zylindertakt IV vorliegt, erlangt man ausgehend von dieser Saugrohrzeitkonstanten durch Rückrechnung um zwei Zylindertakte diejenige Füllung, die für den zweiten Zylindertakt II prädiziert wird. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus der beiden Zylinder 40, 45 und der beiden Saugkanäle 30, 35 kann alternativ auch bei Wahl des zweiten Zylinders 45 als Ausgangspunkt die vorgegebene Prädiktionszeitkonstante zu Null gesetzt werden bzw. bei Wahl des ersten Zylinders 40 als Ausgangszylinder ausgehend von der Saugrohrzeitkonstanten um zwei Zylindertakte zurückgerechnet werden, so dass bei den letztgenannten Fällen die Zylinderfüllung für den vierten Zylindertakt IV prädiziert wird. Für die Taktung der beiden Zylinder 40, 45 gemäß den 6a) und 6b) kann also entweder die vorgegebene Prädiktionszeitkonstante auf Eins gesetzt werden oder die Prädiktionszeitkonstante so vorgegeben werden, dass ausgehend von der Saugrohrzeitkonstanten um zwei Zylindertakte zurückgerechnet wird.
Für den Fall, in dem beide Zylinder gleichzeitig im gleichen Zylindertakt betrieben werden, also beide Zylinder 40, 45 gleichzeitig ihren Ansaugtakt haben, muss von der Saugrohrzeitkonstanten ausgehend die vorgegebene Prädiktionszeitkonstante so gewählt werden, dass um einen Zylindertakt zurückgerechnet wird, um die Füllung in dem dem Ansaugtakt unmittelbar vorausgehenden Ausschubtakt zu prädizieren, in dem der Kraftstoff vorgelagert wird.
Für den Fall, dass die beiden Zylinder 40, 45 ihren Ansaugtakt in unmittelbar aufeinander folgenden Zylindertakten haben, also z. B. der erste Zylinder 40 im zweiten Zylindertakt II und der zweite Zylinder 45 im dritten Zylindertakt III, bietet sich als Kompromiss oder Mittelwertlösung die Rückrechnung ausgehend von der Saugrohrzeitkonstanten für den zweiten Zylinder 45 mittels der vorgegebenen Prädiktionszeitkonstanten um einen halben Zylindertakt an.
In diesem Fall spielt es eine Rolle, welcher Zylinder als Ausgangszylinder ausgewählt wird. Der Ausgangszylinder ist in diesem Fall derjenige der beiden Zylinder, der seinen Ansaugtakt genau einen Zylindertakt nach dem Ansaugtakt des anderen Zylinders hat. Wird der andere Zylinder als Ausgangszylinder ausgewählt, so muss die vorgegebene Prädiktionszeitkonstante bzw. die vorgegebene Prädiktionszeit so gewählt werden, dass ausgehend von der die Saugrohrdynamik nachbildenden Zeitkonstanten, d. h. der Saugrohrzeitkonstanten eine Rückrechnung um 1,5 Zylindertakte erfolgt.
In 6c) ist der zeitliche Verlauf des Einspritzansteuersignals I dargestellt. I stellt dabei einen Kraftstoffmassenstrom dar, der in einem vorgegebenen Zeitintervall des ersten Zylindertaktes für die Ausführungsform gemäß den 6a) und 6b) in die beiden Saugkanäle 30, 35 eingespritzt wird. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge wird somit über die Höhe des Kraftstoffmassenstroms I am Ausgang des zweiten Multiplikationsgliedes 130 bestimmt. Sie beträgt im Beispiel nach 6c) den Wert I₁ für den ersten ersten Zylindertakt I und I₂ für den zweiten ersten Zylindertakt I, mit I₂ > I₁ . Auf diese Weise wird einer öffnenden Bewegung der Drosselklappe 15 Rechnung getragen. Die Einspritzung könnte alternativ auch im jeweiligen dritten Zylindertakt III erfolgen, in dem ebenfalls beide Einlassventile 55, 60 geschlossen sind. Sowohl bei einer Einspritzung in den ersten Zylindertakten I als auch in den dritten Zylindertakten III lässt sich somit eine Einspritzung vor die geschlossenen Einlassventile 55, 60 realisieren. Dabei ist im Ausführungsbeispiel nach den 6a) bis 6c) der erste Kraftstoffmassenstrom I₁ derart bemessen, dass er für die für den nachfolgenden zweiten Zylindertakt II prädizierte Füllung zu dem einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis führt. Der zweite Kraftstoffmassenstrom I₂ ist derart bemessen, dass er für die für den nachfolgenden zweiten Zylindertakt II prädizierte Luftfüllung zu dem einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis führt.
Alternativ könnte für einen fest vorgegebenen in dem jeweiligen Saugkanal 30, 35 über das Einspritzventil 50 eingespritzten Kraftstoffmassenstrom abhängig vom Regelfaktor fr im Block 130 der 2 bis 5 auch die zur Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses erforderliche Einspritzdauer variabel ausgegeben werden, während der der fest vorgegebene Kraftstoffmassenstrom im jeweiligen ersten Zylindertakt einzuspritzen wäre. Diese Einspritzdauer ist dabei derart begrenzt, dass keine Einspritzung in ein offenes Einlassventil 55, 60 erfolgt.
Alternativ kann vom Block 130 auch sowohl die Einspritzdauer als auch der einzuspritzende Kraftstoffmassenstrom für die Umsetzung des bei der prädizierten Luftfüllung einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses vorgegeben werden. Für die Berechnung der Einspritzdauer muss der Regelfaktor fr so dimensioniert sein, dass er im Falle der Ausbildung des Blockes 130 als Multiplikationsglied nach Multiplikation mit dem prädizierten Füllungswert einen Wert für die Einspritzdauer für einen fest vorgegebenen Kraftstoffmassenstrom ergibt. Die Motorsteuerung 65 muss dann das Einspritzintervall der berechneten Einspritzdauer so zeitlich anordnen, dass die Einspritzung nicht in ein offenes Einlassventil 55, 60 erfolgen kann. Bei Kenntnis der Öffnungszeiten der Einlassventile 55, 60 in der Motorsteuerung 65, insbesondere im Falle einer variablen oder vollvariablen Ventilsteuerung, lassen sich daher die möglichen Einspritzzeiten einfach bestimmen.
Für den Fall, dass sowohl die Einspritzdauer als auch der einzuspritzende Kraftstoffmassenstrom im Block 130 berechnet werden, können von der Gemischregelung 135 zwei Regelfaktoren, nämlich einer für die Einspritzdauer und einer für den einzuspritzenden Kraftstoffmassenstrom zur Verfügung gestellt werden, die beide mit dem prädizierten Wert für die Füllung im Block 130 multipliziert werden, wobei sich dann am Block 130 ein erstes Ausgangssignal für die erforderliche Einspritzdauer und ein zweites Ausgangssignal für den erforderlichen Kraftstoffmassenstrom ergeben. In diesem Fall umfasst der Block 130 zwei Multiplikationsglieder, wobei jedem der beiden Multiplikationsglieder der prädizierte Wert für die Füllung zugeführt ist. Einem ersten der beiden Multiplikationsglieder ist dann von der Gemischregelung 135 der Regelfaktor für die Einspritzdauer zugeführt und im anderen der beiden Multiplikationsglieder ist von der Gemischsteuerung 135 der Regelfaktor für den Kraftstoffmassenstrom zugeführt. Die beiden Multiplikationsglieder mit ihren Ausgängen für Einspritzdauer und Kraftstoffmassenstrom sowie den unterschiedlichen Regelfaktoren am Eingang sind beispielhaft in 5 gestrichelt angedeutet. Dabei ist der Regelfaktor für den Kraftstoffmassenstrom fr_I und der Regelfaktor für die Einspritzdauer fr_T dargestellt. Das Multiplikationsglied für den Kraftstoffmassenstrom ist mit 130 gekennzeichnet und das Multiplikationsglied für die Einspritzdauer mit 200. Das Ausgangssignal des Multiplikationsgliedes für den Kraftstoffmassenstrom ist mit I und das Ausgangssignal des Multiplikationsgliedes für die Einspritzdauer mit T gekennzeichnet.
Das erste Filter 20 und das ggf. vorhandene zweite Filter 25 weisen beispielsweise die folgende allgemeine Übertragungsfunktion auf: $A = A_alt + E * \frac{T_{A b t a s t}}{T_{Z k}}$
Dabei ist A die zum aktuellen Abtastzeitpunkt ermittelte Ausgangsgröße des jeweiligen Filters 20, 25, A_alt die zum letzten Abtastzeitpunkt vor dem aktuellen Abtastzeitpunkt ermittelte Ausgangsgröße des jeweiligen Filters 20, 25 oder wenn der aktuelle Abtastzeitpunkt der erste Abtastzeitpunkt seit einer Aktivierung oder Initialisierung des jeweiligen Filters 20, 25 ist, ein vorgegebener Startwert, beispielsweise der Wert Null, E die zum aktuellen Abtastzeitpunkt vorliegende Eingangsgröße des jeweiligen Filters 20, 25, T_Abtast der zeitliche Abstand zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten und T_Zk die Zeitkonstante des jeweiligen Filters 20, 25.
Das erste Filter 20 und das ggf. vorhandene zweite Filter 25 sind somit jeweils als Tiefpass ausgebildet.
Anstelle der Position der Drosselklappe 15 kann auch eine andere diese Stellung charakterisierende Größe, beispielsweise der Betätigungsgrad eines Fahrpedals im Falle einer linearen Umsetzung der Fahrpedalbetätigung in die Stellung der Drosselklappe 15 verwendet werden.
Statt eines einzigen Einspritzstrahls in jeden der beiden Saugkanäle 30, 35 können auch mehrere Einspritzstrahlen in jeden der beiden Saugkanäle 30, 35 abgespritzt werden, die insgesamt jedoch zu einer gleichen Einspritzmenge während der gleichen Einspritzzeit in den beiden Saugkanälen 30, 35 führen. Dabei können den beiden Saugkanälen 30, 35 entweder die gleiche Anzahl von Einspritzstrahlen, in gleicher Einspritzmenge zugeführt werden oder eine unterschiedliche Anzahl von Einspritzstrahlen, wobei jedoch die Gesamteinspritzmenge während der Einspritzzeit für die beiden Saugkanäle 30,35 wieder gleich ist.
Wie beschrieben können auch mehr als die dargestellten Zylinder 40, 45 über je einen eigenen Saugkanal versorgt werden, wobei die Einspritzung über das gemeinsame Einspritzventil 50 in entsprechender Weise für jeden dieser Saugkanäle zur Verfügung gestellt wird. Dabei erfolgt dann in jedem dieser Saugkanäle eine Kraftstoffeinspritzung zur gleichen Einspritzzeit in der gleichen Einspritzmenge in einen oder mehreren Einspritzstrahlen. In diesem Fall muss die Prädiktionszeit bzw. die Prädiktionszeitkonstante so vorgegeben werden, dass für alle dieser Zylinder im Mittel sich das einzustellende Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis ergibt, wie am Beispiel der Zweizylinderlösung beispielhaft beschrieben wurde. Dabei ist es vorteilhaft, wenn es mindestens einen Zylindertakt oder einen Teil eines Zylindertaktes gibt, in dem für keinen dieser Zylinder das oder die zugeordneten Einlassventile geöffnet sind, um eine Einspritzung vor die geschlossenen Einlassventile zu ermöglichen.
Der stationär genaue vierte Wert für die Füllung kann statt aus dem vom Luftmassenmesser 95 gemessenen Luftmassenstrom ml, der vom Temperatursensor 180 gemessenen Saugrohrtemperatur T_S und der vom Drehzahlsensor 90 gemessenen Motordrehzahl n auch alternativ aus dem vom Saugrohrdrucksensor 150 gemessenen Saugrohrdruck ps in der aus der eingangs genannten Druckschrift genannten Weise ermittelt werden.
Wird der auf diese Weise prädizierte Wert für die Füllung in der beschriebenen Weise zur Berechnung des einzuspritzenden Kraftstoffmassenstroms bzw. der Einspritzdauer verwendet, so führt dies zu einer korrekten Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses bzw. bei Verwendung eines gemeinsamen Einspritzventils für die Einspritzung in die Saugkanäle verschiedener Zylinder in unterschiedlichen Ansaugtakten zu einer im Mittel korrekten Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei dem eine Füllung eines Brennraums (5, 10) der Brennkraftmaschine (1) prädiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer eine Stellung eines Stellgliedes (15) zur Beeinflussung einer Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (1) charakterisierenden Größe ein erster Wert für die Füllung ermittelt wird, dass aus dem ersten Wert für die Füllung ein zweiter Wert für die Füllung durch Filterung ermittelt wird, dass eine Zeitkonstante der Filterung ausgehend von einer Nachbildung einer Saugrohrdynamik korrigiert um eine vorgegebene Prädiktionszeit gebildet wird, so dass der zweite Wert für die Füllung charakteristisch für die prädizierte Füllung ist, wobei ausgehend von einer einen Luftmassenstrom im Saugrohr (30, 35) charakterisierenden Größe ein vierter Wert für die Füllung ermittelt wird, dass eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert für die Füllung gebildet wird, dass der vierte Wert für die Füllung mit der Differenz beaufschlagt wird, so dass sich ein fünfter Wert für die Füllung ergibt, der einem prädizierten Wert für die Füllung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante ausgehend von einem die Nachbildung der Saugrohrdynamik repräsentierenden Wert durch Multiplikation mit einem die vorgegebene Prädiktionszeit repräsentierenden ersten Korrekturfaktor korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung mit der korrigierten Zeitkonstanten mittels eines einzigen Filters (20) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert für die Füllung unter Verwendung der die Saugrohrdynamik nachbildenden Zeitkonstanten gefiltert wird, um einen dritten Wert für die Füllung zu erhalten, und dass der dritte Wert für die Füllung unter Verwendung einer die Prädiktionszeit nachbildenden Zeitkonstanten gefiltert wird, um den zweiten Wert für die Füllung zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer einen Luftmassenstrom im Saugrohr (30, 35) charakterisierenden Größe ein vierter Wert für die Füllung ermittelt wird, dass der erste Wert unter Verwendung der die Saugrohrdynamik nachbildenden Zeitkonstanten gefiltert wird, um einen dritten Wert für die Füllung zu erhalten, dass eine Differenz zwischen dem ersten und dem dritten Wert gebildet wird, dass die Differenz unter Verwendung einer die Prädiktionszeit nachbildenden Filterkonstanten gefiltert wird, um eine korrigierte Differenz zu erhalten, und dass der vierte Wert für die Füllung mit der korrigierten Differenz beaufschlagt wird, so dass sich ein fünfter Wert für die Füllung ergibt, der einem prädizierten Wert für die Füllung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung mittels einer die vorgegebene Prädiktionszeit nachbildenden Zeitkonstanten durch Multiplikation der zu filternden Größe mit einem zweiten Korrekturfaktor erfolgt, der abhängig von der die vorgegebene Prädiktionszeit nachbildenden Zeitkonstanten, vorzugsweise als Kehrwert der die vorgegebene Prädiktionszeit nachbildenden Zeitkonstanten, gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Prädiktionszeit so gewählt wird, dass aus der prädizierten Füllung in Abhängigkeit eines einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses im Brennraum (5, 10) eine prädizierte Einspritzmenge oder -dauer für eine Kraftstoffeinspritzung ins Saugrohr (30, 35) vor ein geschlossenes Einlassventil (55, 60) eines betreffenden Zylinders (40, 45) der Brennkraftmaschine (1), vorzugsweise für eine Kraftstoffeinspritzung während eines Ausschubtaktes des betreffenden Zylinders (40, 45), ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren Zylindern (40, 45) über jeweils einen separaten Saugkanal (30, 35) des Saugrohrs Luft und Kraftstoff zugeführt wird, dass der Kraftstoff in mindestens zwei der Saugkanäle (30, 35) über ein gemeinsames Einspritzventil (50) eingespritzt wird, dass die Einspritzung vom gemeinsamen Einspritzventil (50) mehrstrahlig erfolgt, wobei jedem der mindestens zwei Saugkanäle (30, 35) mindestens ein Einspritzstrahl ausschließlich zugeführt wird, dass jedem der mindestens zwei Saugkanäle (30, 35) über den ihm zugeordneten Einspritzstrahl die gleiche Einspritzmenge zur gleichen Einspritzzeit zugeführt wird und dass die vorgegebene Prädiktionszeit so gewählt wird, dass aus der prädizierten Füllung in Abhängigkeit eines einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses im Brennraum (5, 10) eine prädizierte Einspritzmenge oder -dauer für eine Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Saugkanal (30, 35) der betreffenden Zylinder (40, 45) vor ein geschlossenes Einlassventil (55, 60) der betreffenden Zylinder (40, 45) derart ermittelt wird, dass die prädizierte Einspritzmenge oder -dauer im Brennraum (5, 10) aller betreffenden Zylinder (40, 45) im Mittel zur Umsetzung des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses führt.
Vorrichtung (65) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), mit Mitteln (70) zur Prädiktion einer Füllung eines Brennraums (5, 10) der Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass erste Ermittlungsmittel (75) vorgesehen sind, die abhängig von einer eine Stellung eines Stellgliedes (15) zur Beeinflussung einer Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (1) charakterisierenden Größe einen ersten Wert für die Füllung ermitteln, dass Filtermittel (20, 25) vorgesehen sind, die aus dem ersten Wert für die Füllung einen zweiten Wert für die Füllung durch Filterung ermitteln, dass zweite Ermittlungsmittel (80) vorgesehen sind, die eine Zeitkonstante der Filterung ausgehend von einer Nachbildung einer Saugrohrdynamik korrigiert um eine vorgegebene Prädiktionszeit bilden, so dass der zweite Wert für die Füllung charakteristisch für die prädizierte Füllung ist, wobei ausgehend von einer einen Luftmassenstrom im Saugrohr (30, 35) charakterisierenden Größe ein vierter Wert für die Füllung ermittelt wird, dass eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert für die Füllung gebildet wird, dass der vierte Wert für die Füllung mit der Differenz beaufschlagt wird, so dass sich ein fünfter Wert für die Füllung ergibt, der einem prädizierten Wert für die Füllung entspricht.