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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche
aus.
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Aus
der
DE 102 27 064
A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Zylinderfüllung
bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilhubverstellung
bekannt. Dabei werden die Größen Drosselklappenwinkel,
Lufttemperatur vor der Drosselklappe und/oder hinter der Drosselklappe,
Saugrohrdruck und Größen, insbesondere Einlassventilhub
und Motordrehzahl verwendet, die zur Bestimmung eines Normluftmassenstroms über
das Einlassventil unter vordefinierten Bedingungen ausreichen.
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Aus
der
DE 197 27 204
A1 ist eine Vorrichtung zur Erkennung eines fehlerhaften
Signals bekannt. Dabei wird mit Hilfe zweier unterschiedlicher Signalerzeugungsmittel
die gleiche Messgröße erfasst und ein Fehler dann
erkannt, wenn die Beträge der gefilterten Signale voneinander
in vorgebbarer Weise abweichen. Durch Auswertung des Vorzeichens
der Differenz lässt sich feststellen, welches der beiden
Signalerzeugungsmittel defekt ist. Als Beispiel für ein
solches Signal wird ein Lastsignal beschrieben. Dabei wird unter
Last beispielsweise die angesaugte Luftmasse verstanden. Die Bestimmung der
angesaugten Luftmasse erfolgt üblicher Weise auf zwei verschiedene
Arten. Zum einen ist im Saugrohr der Brennkraftmaschine ein Luftmassenmesser oder
Saugrohrdrucksensor angeordnet. Das vom Drucksensor gelieferte Signal
ist das Hauptlastsignal oder Füllungshauptsignal. Das Lastsignal
wird noch nach einer zweiten Methode be stimmt. Das nach der zweiten
Methode bestimmte Lastsignal wird üblicher Weise als Nebenlastsignal
bezeichnet. Es wird üblicher Weise in Abhängigkeit
vom gemessenen Drosselklappenwinkel, der Drehzahl der Brennkraftmaschine
und ggf. weiterer Größen ermittelt. Bei einer optimalen
Anpassung der beiden Lasterfassungen muss das Nebenlastsignal und
das Hauptlastsignal bei ordnungsgemäßer Funktion
beider Sensoren nahezu identisch sein. Ist dies nicht der Fall,
muss wenigstens eines der beiden Signale fehlerhaft sein.
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Vorteile der Erfindung
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche
haben demgegenüber den Vorteil, dass für Werte
des Druckverhältnisses über dem Stellglied größer
als ein vorgegebener Schwellwert die Brennraumfüllung abhängig
von der Position des Stellgliedes und einer zweiten Kennlinie für
die Strömungsgeschwindigkeit am Stellglied als Funktion
des Druckverhältnisses über dem Stellglied zwischen
dem Druck stromab des Stellgliedes und dem Druck stromauf des Stellgliedes
ermittelt wird, wobei für die Werte des Druckverhältnisses über
dem Stellglied größer als dem vorgegebenen Schwellwert
die Steigung der zweiten Kennlinie betragsmäßig
kleiner als die Steigung der den physikalischen Zusammenhang zwischen
der Strömungsgeschwindigkeit am Stellglied und dem Druckverhältnis über
dem Stellglied beschreibenden Durchflusskennlinie gewählt wird.
Auf diese Weise kann die abhängig von der Position des
Stellgliedes und der Durchflusskennlinie des Stellgliedes ermittelte
Brennraumfüllung der Brennkraftmaschine auch als Hauptlastsignal
oder als Füllungshauptsignal verwendet werden. Dies deshalb,
weil durch die Verwendung der zweiten Kennlinie für Werte
des Druckverhältnisses über dem Stellglied größer
dem vorgegebenen Schwellwert Fehler im Druckverhältnis über
dem Stellglied sich viel weniger empfindlich auf die ermittelte
Brennraumfüllung auswirken als bei Verwendung der Durchflusskennlinie.
Somit kann die Brennraumfüllung der Brennkraftmaschine
abhängig von der Position des Stellgliedes und der Durchflusskennlinie
des Stellgliedes auch für Druckverhältnisse über
dem Stellglied größer dem vorgegebenen Schwellwert, wie
sie insbesondere in einem Volllastbetriebszustand oder nahe dem
Volllastbetriebszustand der Brennkraftmaschine auftreten, zuverlässig
ermittelt werden.
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Abgesehen
davon ist die Ermittlung der Brennraumfüllung abhängig
von der Position des Stellgliedes und der Durchflusskennlinie des
Stellgliedes speziell in einem mittleren Lastbereich zwischen dem
Leerlaufbetriebszustand und dem Volllastbetriebszustand der Brennkraftmaschine
genauer als eine in Abhängigkeit des gemessenen Saugrohrdruckes
ermittelte Brennraumfüllung und erfordert zudem weniger
Applikationsaufwand.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Steigung der zweiten Kennlinie für
die Werte des Druckverhältnisses über dem Stellglied
größer als dem vorgegebenen Schwellwert gleich
Null gewählt wird. Dies stellt eine besonders einfache
Realisierung der zweiten Kennlinie dar, die zudem zuverlässig
sicherstellt, dass ihre Steigung kleiner als die Steigung der Durchflusskennlinie
für die Werte des Druckverhältnisses über
dem Stellglied größer als dem vorgegebenen Schwellwert
ist.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn abhängig von der Position
des Stellgliedes und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Normmassenstrom mittels
eines ersten Kennfeldes ermittelt wird, wobei das erste Kennfeld
für Wertepaare der Position des Stellgliedes und der Drehzahl,
die ein Druckverhältnis über dem Stellglied oberhalb
des vorgegebenen Schwellwertes zur Folge haben, derart korrigiert
wird, das der für diese Wertepaare ermittelte Normmassenstrom
nach Korrektur des ersten Kennfeldes und abhängig von der
zweiten Kennlinie den selben Massenstromwert liefert wie der für
diese Wertepaare ermittelte Normmassenstrom ohne Korrektur des ersten
Kennfeldes und abhängig von der Durchflusskennlinie. Auf
diese Weise wird sichergestellt, dass der durch den Ersatz der Durchflusskennlinie
durch die zweite Kennlinie für die Wertepaare der Position des
Stellgliedes und der Drehzahl, die ein Druckverhältnis über
dem Stellglied oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes zur Folge
haben, bedingte Fehler kompensiert wird.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn für den durch diese
Wertepaare gebildeten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine eine
Abgasrückführung und/oder eine Ventilüberschneidung
durch gleichzeitig geöffnete Einlass- und Auslassventile
mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine abgeschaltet wird.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der durch Verwendung der
zweiten Kennlinie anstelle der Durchflusskennlinie für
diese Wertepaare verursachte Fehler allein durch die Korrektur des
ersten Kennfeldes kompensiert werden kann, dessen Ausgang lediglich
abhängig von der Position des Stellgliedes und der Drehzahl
ist, jedoch nicht von der Abgasrückführrate und/oder
von einer Ventilüberschneidung.
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Auf
diese Weise lässt sich die Kompensation des durch Verwendung
der zweiten Kennlinie verursachten Fehlers mit geringst möglichem
Aufwand realisieren.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn abhängig von der Position
des Stellgliedes und der Durchflusskennlinie ein unverzögerter
Rohwert, der in ein Saugrohr stromab des Stellgliedes einfließenden Brennraumfüllung
ermittelt wird und wenn abhängig von dem unverzögerten
Rohwert, der in das Saugrohr stromab des Stellgliedes einfließenden
Brennraumfüllung über ein Saugrohrmodell der Saugrohrdruck
modelliert wird und wenn abhängig vom modellierten Saugrohrdruck über
ein zweites Kennfeld ein erster Wert für die in einen Brennraum
der Brennkraftmaschine abfließende Brennraumfüllung
ermittelt wird. Auf diese Weise wird zum einen ein modellierter
Wert für den Saugrohrdruck zur Verfügung gestellt,
der bei Ausfall oder nicht Vorhandensein eines Saugrohrdrucksensors
verwendet werden kann. Zum anderen wird auf diese Weise bei der
Ermittlung der Brennraumfüllung das Saugrohrverhalten und
insbesondere die durch das Saugrohr bedingte verzögerte Einleitung
der Füllung in den Brennraum der Brennkraftmaschine berücksichtigt,
so dass die tatsächlichen Verhältnisse der Brennkraftmaschine
präzise nachgebildet werden.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Saugrohrmodell und/oder das
zweite Kennfeld nur für eine Notlaufstellung des Stellgliedes
appliziert wird. Auf diese Weise werden Aufwand und Kosten eingespart.
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Eine
weitere Vereinfachung ergibt sich, wenn das Saugrohrmodell und/oder
das zweite Kennfeld für eine abgeschaltete Abgasrückführung
und/oder eine abgeschaltete Ventilüberschneidung appliziert wird.
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Vorteilhaft
ist es auch, wenn das Saugrohrmodell einen Integrator umfasst, der
die Differenz zwischen der in das Saugrohr einfließenden
Brennraumfüllung und der in den Brennraum abfließenden Brennraumfüllung
aufintegriert und das Integrationsergebnis in den modellierten Saugrohrdruck
umrechnet. Dies stellt eine besonders einfache und präzise Modellierung
für den Saugrohrdruck dar.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn mittels eines Drucksensors der
Saugrohrdruck gemessen wird, wenn abhängig vom gemessenen
Saugrohrdruck über das zweite Kennfeld ein zweiter Wert
für die in den Brennraum der Brennkraftmaschine abfließende
Brennraumfüllung ermittelt wird, wenn der erste Wert für
die in den Brennraum der Brennkraftmaschine abfließende
Brennraumfüllung mit dem zweiten Wert für die
in den Brennraum der Brennkraftmaschine abfließende Brennraumfüllung
verglichen wird und wenn abhängig vom Vergleichsergebnis
die von der Position des Stellgliedes und der Durchflusskennlinie
abgeleitete Brennraumfüllung korrigiert wird. Auf diese
Weise kann die von der Position des Stellgliedes und der Durchflusskennlinie
abgeleitete Brennraumfüllung mit geringem Zusatzaufwand
abgeglichen werden. Dies ist vor allem für den Leerlaufbetriebszustand
oder einen leerlaufnahen Betriebszustand der Brennkraftmaschine
von Vorteil, in dem durch den Vergleich des ersten Wertes mit dem
zweiten Wert ein Leckagemassenstrom über das Stellglied
ermittelt und berücksichtigt werden kann, der ansonsten
von der Ermittlung der Brennraumfüllung abhängig
von der Position des Stellgliedes und der Durchflusskennlinie nicht
erfasst werden kann.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
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2 ein
Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 ein
Funktionsdiagramm zur Erläuterung der Ermittlung eines
Leckagemassenstroms und
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4 eine
Durchflusskennlinie.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 1 eine
Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor
ausgebildet ist und die beispielsweise ein Fahrzeug antreibt. Die
Brennkraftmaschine 1 umfasst einen oder mehrere Zylinder 40,
von denen in 1 beispielhaft einer dargestellt
ist. Dem Zylinder 40 wird über einen Luftzufuhrkanal 10 Frischluft
zugeführt. Dabei ist die Strömungsrichtung der
Frischluft im Luftzufuhrkanal 10 in 1 durch
einen Pfeil gekennzeichnet. Im Luftzufuhrkanal 10 ist ein
Stellglied 5 angeordnet, das verschiedene Positionen einnehmen
kann und abhängig von seiner Position die Luftzufuhr zum
Zylinder 40 bzw. den Luftmassenstrom zum Zylinder 40 beeinflusst.
Bei dem Stellglied 5 kann es sich beispielsweise um eine
Drosselklappe handeln. Im Bereich der Drosselklappe 5 ist
ein Positionssensor 90, beispielsweise ein Potentiometer
angeordnet, das die aktuelle Position wdkba der Drosselklappe 5 misst
und das Messergebnis an eine Motorsteuerung 65 weiterleitet.
Stromauf der Drosselklappe 5 ist im Luftzufuhrkanal 10 ein
erster Temperatursensor 85 angeordnet, der die aktuelle
Temperatur Tvdk stromauf der Drosselklappe 5 im Luftzufuhrkanal 10 misst
und das Messergebnis ebenfalls an die Motorsteuerung 85 weiterleitet.
Der Bereich des Luftzufuhrkanals 10 stromab der Drosselklappe 5 wird
als Saugrohr bezeichnet und ist in 1 durch das
Bezugszeichen 45 gekennzeichnet. Im Saugrohr 45 ist
ein Drucksensor 60 angeordnet, der den aktuellen Saugrohrdruck
ps misst und das Messergebnis an die Motorsteuerung 65 weiterleitet.
Stromab der Drosselklappe 5 mündet außerdem
ein Abgasrückführkanal 110 in das Saugrohr 45.
im Abgasrückführkanal 110 ist dabei ein
Abgasrückführventil 115 angeordnet, das
von der Motorsteuerung 65 zur Einstellung einer gewünschten
Abgasrückführrate angesteuert wird. Der Abgasrückführkanal 110 verbindet einen
Abgasstrang 105 der Brennkraftmaschine 1 mit dem
Saugrohr 45. Die Strömungsrichtung des Abgases
im Abgasrückführkanal 110 ist in 1 durch
ein Pfeil dargestellt. Über ein oder mehrere Einlassventile 30 gelangt
die Luft und das ggf. rückgeführte Abgas in einen
Brennraum des Zylinders 40. In 1 ist beispielhaft
ein Einlassventil 30 dargestellt. Seine Öffnungs-
und Schließzeitpunkte werden von der Motorsteuerung 65 beispielsweise
mittels einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung EHVS eingestellt.
Alternativ können die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des
Einlassventils 30 auch mittels einer Nockenwelle eingestellt
werden. Im Bereich des Zylinders 40 ist ein zweiter Temperatursensor 95 angeordnet,
der die aktuelle Temperatur Tbr des Brennraums misst und an die
Motorsteuerung 65 weiterleitet. Dabei kann der zweite Temperatursensor 95 beispielsweise
auch ein Kühlwassertemperatursensor sein. Im Bereich des
Zylinders 40 ist weiterhin ein Drehzahlsensor 100 angeordnet,
der die aktuelle Motordrehzahl nmot der Brennkraftmaschine 1 misst
und das Messergebnis an die Motorsteuerung 65 weiterleitet.
Mittel zur Einspritzung von Kraftstoff und – im Falle eines
Ottomotors zur Zündung – sind in 1 der Übersichtlichkeit halber
nicht dargestellt. Das bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches
im Brennraum des Zylinders 40 erzeugte Abgas wird über
ein oder mehrere Auslassventile 35, von denen in 1 eines
dargestellt ist, in den Abgasstrang 105 ausgestoßen.
Auch die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils 35 werden
von der Motorsteuerung 65 beispielsweise mittels elektrohydraulischer
Ventilsteuerung eingestellt. Alternativ können die Öffnungs-
und Schließzeitpunkte des Auslassventils 35 mittels
einer Nockenwelle eingestellt werden. Weiterhin ist im Bereich der
Motorsteuerung 65 ein Umgebungsdrucksensor 120 angeordnet,
der den aktuellen Umgebungsdruck pu misst und das Messergebnis an
die Motorsteuerung 65 weiterleitet. Der Drucksensor 60 wird
auch als Saugrohrdrucksensor bezeichnet. Die Temperatur Tvdk stromauf
der Drosselklappe sowie die Temperatur Tbr des Brennraums können
alternativ jeweils auch aus anderen Betriebsgrößen
der Brennkraftmaschine in dem Fachmann bekannter Weise modelliert
werden, so dass in diesem Fall kein entsprechender Temperatursensor
erforderlich ist.
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Die
Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang 105 ist
in 1 ebenfalls durch einen Pfeil gekennzeichnet.
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In 2 ist
ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
beispielsweise software- und/oder hardwaremäßig
in die Motorsteuerung 65 implementiert sein. Im folgenden
wird beispielhaft angenommen, dass die Vorrichtung der Motorsteuerung 65 entspricht,
wobei jedoch in 2 nur solche Komponenten der
Motorsteuerung 65 dargestellt sind, die zum Verständnis
der Erfindung erforderlich sind. Einem ersten Kennfeld 25 der
Vorrichtung 65 wird vom Positionssensor 90 die aktuelle
Position wdkba der Drosselklappe 5 und vom Drehzahlsensor 100 die
aktuelle Motordrehzahl nmot jeweils als Eingangsgröße
zugeführt. Das beispielsweise auf einem Prüfstand
unter Normbedingungen applizierte erste Kennfeld 25 liefert
dann an seinem Ausgang einen Normmassenstrom msndk über
der Drosselklappe 5. Die Normbedingungen bei der Applikation
des ersten Kennfeldes 25 sind dabei beispielsweise eine
Temperatur von 273 K stromauf der Drosselklappe 5, ein
Druck von 1013 hPa stromauf der Drosselklappe 5 und ein
Druckverhältnis über der Drosselklappe 5 zwischen
dem Druck stromab der Drosselklappe 5 und dem Druck stromauf
der Drosselklappe 5 kleiner als 0,52. In diesem Fall ist
die Strömungsgeschwindigkeit an der Drosselklappe 5 gleich
der Schallgeschwindigkeit. In einem Additionsglied 80 wird
zum Normmassenstrom msndk am Ausgang des ersten Kennfeldes 25 ein
Offsetmassenstrom oder Leckagemassenstrom msndko hinzuaddiert, der
bei vollständig geschlossener Drosselklappe dennoch über
die Drosselklappe 5 unter den genannten Normbedingungen
fließt. Der resultierende Summenmassenstrom msnres = msndk
+ msndko wird in einem ersten Multiplikationsglied mit einem ersten
Temperaturfaktor ftvdk und mit einem resultierenden Faktor fres,
der nachfolgend noch beschrieben wird, multipliziert. In einem ersten
Kehrwertbildner 125 der Vorrichtung 65 wird die
vom ersten Temperatursensor 85 eingelesene aktuelle Temperatur Tvdk
stromauf der Drosselklappe 5 in ihren Kehrwert verwandelt.
Der so gebildete Kehrwert 1/Tvdk wird einer Recheneinheit 135 zugeführt,
die den Ausgang des Kehrwertbildners 125 mit 273 K multipliziert
und aus dem gebildeten Produkt die Quadratwurzel zieht. Das Ergebnis
ist der Temperaturfaktor ftvdk, der die aktuelle Temperatur stromauf
der Drosselklappe 5 berücksichtigt und über
das erste Multiplikationsglied 145 den resultierenden Normmassenstrom
msnres entsprechend der aktuellen Temperatur stromauf der Drosselklappe 5 korrigiert.
Der Faktor fres wird in einem zweiten Multiplikationsglied 150 gebildet.
Diesem wird das Ausgangssignal eines Kennlinienmoduls 215 zugeführt.
Dem Kennlinienmodul 215 wiederum wird das Ausgangssignal
eines ersten Divisionsgliedes 175 zugeführt. Das
erste Divisionsglied 175 dividiert den vom Saugrohrdrucksensor 60 ermittelten
aktuellen Saugrohrdruck ps durch den vom Umgebungsdrucksensor 120 ermittelten
aktuellen Umgebungsdruck pu. Dabei wird vereinfachend angenommen,
dass der aktuelle Umgebungsdruck pu dem aktuellen Druck stromauf
der Drosselklappe 5 entspricht. Bei dieser Näherung
wird der Druckabfall über dem Luftzufuhrkanal 10 stromauf
der Drosselklappe 5 vernachlässigt. Andernfalls
müsste der Druck stromauf der Drosselklappe 5 durch
einen eigenen Drucksensor gemessen oder aus anderen Betriebsgrößen
der Brennkraftmaschine 1 modelliert werden.
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Die
Kennlinie des Kennlinienmoduls 215 ist in 4 dargestellt.
Dabei ist ein Strömungsgeschwindigkeitsfaktor fklaf über
dem Druckverhältnis über der Drosselklappe 5 zwischen
dem Saugrohrdruck ps stromab der Drosselklappe 5 und dem Druck
pvdk stromauf der Drosselklappe 5 dargestellt. Beim Druck
pvdk stromauf der Drosselklappe 5 handelt es sich im vorliegenden
Beispiel wie beschrieben nährerungsweise um den Umgebungsdruck
pu. Mit dem Bezugszeichen 15 ist dabei eine erste Kennlinie dargestellt,
die als Durchflusskennlinie bezeichnet wird und den physikalischen
Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit an der
Drosselklappe 5 und dem Druckverhältnis über
der Drosselklappe 5 beschreibt. Dabei ist der Strömungsgeschwindigkeitsfaktor
fklaf gleich 1 für Werte für das Druckverhältnis
ps/pu kleiner oder gleich 0,52. Dies ist gleichbedeutend damit,
dass für Werte für das Druckverhältnis
ps/pu kleiner oder gleich 0,52 die Luft mit Schallgeschwindigkeit
die Drosselklappe 5 passiert. Für Druckverhältnisse
ps/pu größer als 0,52 nimmt der Strömungsgeschwindigkeitsfaktor
fklaf mit betragsmäßig zunehmender Steigung bis
zum Wert Null ab, der bei ps = pu erreicht wird. Das bedeutet, dass
für Druckverhältnisse ps/pu größer
0,52 die Geschwindigkeit der an der Drosselklappe 5 vorbeiströmenden
Luft ausgehend von der Schallgeschwindigkeit immer kleiner wird,
bis sie den Wert Null erreicht, wenn der Saugrohrdruck ps gleich
dem Druck pvdk stromauf der Drosselklappe 5 wird. Ohne
Druckgefälle gibt es auch keine Luftbewegung.
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Oberhalb
eines vorgegebenen Schwellwertes von beispielsweise 0,95 für
das Druckverhältnis ps/pvdk bzw. ps/pu wird nun die Durchflusskennlinie 15 durch
eine zweite, in 4 gestrichelt dargestellte Kennlinie 20 ersetzt,
deren Steigung betragsmäßig kleiner als die Steigung
der Durchflusskennlinie 15 für ps/pvdk größer
0,95 ist. Gemäß einer einfachen und in 4 dargestellten
Realisierung kann dabei die Steigung der zweiten Kennlinie 20 gleich
Null sein. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit der Füllungsberechnung
abhängig von kleineren Fehlern bei der Ermittlung des Druckverhältnisses
ps/pu verringert.
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Im
zweiten Multiplikationsglied 150 wird der Strömungsgeschwindigkeitsfaktor
fklaf am Ausgang des Kennlinienmoduls 215 mit dem Ausgang
eines zweiten Divisionsgliedes 195 multipliziert. Der Ausgang
des zweiten Divisionsgliedes 195 ist dabei ein Druckfaktor
fpvdk. Im zweiten Divisionsglied 195 wird der aktuelle
Umgebungsdruck pu durch den Normdruck 1013 hPa dividiert. Am Ausgang
des zweiten Multiplikationsgliedes 150 ergibt sich somit
der resultierende Faktor fres als Produkt aus fklaf·fpvdk.
Somit ist das Signal am Ausgang des ersten Multiplikationsgliedes 145 der
Luftmassenstrom msres an der Drosselklappe 5 unter den
aktuellen Bedingungen der Temperatur und des Druckes stromauf der
Drosselklappe 5 sowie der aktuellen Strömungsgeschwindigkeit.
In einem dritten Divisionsglied 180 wird der resultierende
Luftmassenstrom msres durch einen Faktor umsrln dividiert, so dass
sich am Ausgang des dritten Divisionsgliedes 180 ein unverzögerter
Rohwert rlroh für die in das Saugrohr 45 einströmende Brennraumfüllung
ergibt. Der Faktor umsrln wird dabei in einem dritten Multiplikationsglied 200 gebildet, in
dem die aktuelle Motordrehzahl nmot mit einem Konstantwert Kumsrl
multipliziert wird, der der Quotient aus dem konstanten und bekannten
Hubvolumen aller Zylinder der Brennkraftmaschine 1 und
einem Abgleichfaktor ist, um die unterschiedlichen physikalischen
Einheiten aneinander anzupassen.
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Der
an der Drosselklappe 5 ermittelte unverzögerte
Rohwert rlroh für die in das Saugrohr 45 einfließende
Brennraumfüllung durchströmt das Saugrohrvolumen
und kommt im Brennraum des Zylinders 40 verzögert
an. Dieses Saugrohrverhalten beschreibt der nachgeschaltete Tiefpass 220,
dessen Zeitkonstante entsprechend der Totzeit des Saugrohrs 45 gewählt
ist und beispielsweise auf einem Prüfstand und/oder in
Fahrversuchen appliziert werden kann. Am Ausgang des Tiefpassfilters 220 liegt dann
ein dritter Wert für die in den Brennraum der Brennkraftmaschine 1 bzw.
des Zylinders 40, d. h. sämtliche Zylinder der
Brennkraftmaschine 1 abfließende Brennraumfüllung
rlh als Füllungshauptsignal oder Hauptlastsignal, das zur
Weiterverarbeitung für die Bestimmung der einzuspritzenden
Kraftstoffmenge gemäß einem vorgegebenen Luft-/Kraftstoffgemischverhältnis
verwendet werden kann.
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Dabei
kann das Füllungshauptsignal rlh aufgrund der beschriebenen
Kennlinienanpassung im Kennlinienmodul 215 auch im Volllastbetriebsbereich bzw.
in einem volllastnahen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine mit
einem Druckverhältnis ps/pu größer dem
vorgegebenen Schwellwert von beispielsweise 0,95 mit hinreichender
Genauigkeit und Zuverlässigkeit verwendet werden.
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Problematisch
ist noch die Genauigkeit des Füllungshauptsignals rlh im
Leerlaufbereich oder in einem leerlaufnahen Betriebsbereich der
Brennkraftmaschine 1, in dem die Drosselklappe 5 weitgehend geschlossen
ist und in der eventuell auftretende Leckagemassenströme über
die Drosselklappe 5 somit eine verstärkte Rolle
spielen, jedoch durch das erste Kennfeld 25 nicht erfasst
werden können. Deshalb findet der Abgleich des vom ersten
Kennfeld 25 gelieferten Normmassenstrom msndk durch den
Leckagemassenstrom msndko im Additionsglied 80 statt. Im
folgenden wird beschrieben, wie der Leckagemassenstrom msndko in
einfacher Weise ermittelt werden kann. Dazu wird das unverzögerte
Rohsignal rlroh der in das Saugrohr 45 einströmenden
Brennraumfüllung einem ersten Subtraktionsglied 205 zugeführt.
Im ersten Subtraktionsglied 205 wird vom unverzögerten
Rohwert rlroh für die in das Saugrohr 45 einströmende
Brennraumfüllung ein erster Wert rl1 für die in
den Brennraum sämtlicher Zylinder der Brennkraftmaschine 1 abfließenden
Brennraumfüllung subtrahiert. Die sich bildende Differenz Δrl
am Ausgang des ersten Subtraktionsgliedes 205 wird einem
ersten Integrator 50 zugeführt, der ein Saugrohrmodell
darstellt und das zeitliche Verhalten des Saugrohrvolumens nachbildet
und zusätzlich einen modellierten Wert psdk für
den Saugrohrdruck liefert. Wie beschrieben durchströmt
der an der Drosselklappe 5 ermittelte Luftmassenstrom msres
das Saugrohrvolumen und kommt im Brennraum des Zylinders 40 verzögert
an. Der Integrator 50 integriert die Differenz Δrl
am Ausgang des ersten Subtraktionsgliedes 205 auf und rechnet
sie unter geeigneter Dimensionierung der Integrationskonstanten
in den mo dellierten Saugrohrdruck psdk um. Die Integrationskonstante
bildet dabei abhängig von der Totzeit des Saugrohrs 45 das
verzögernde Verhalten des Saugrohrvolumens nach. Die Integrationskonstante kann
dabei beispielsweise auf einem Prüfstand und/oder in Fahrversuchen
appliziert werden. Die in den Brennraum sämtlicher Zylinder
der Brennkraftmaschine 1 abfließende Brennraumfüllung
ist wiederum eine Funktion des Saugrohrdrucks. Zum Zeitpunkt des
Schließens des oder der Einlassventile 30 herrscht
Druckgleichheit zwischen dem Saugrohr 45 und dem Brennraum
der Zylinder 40. Der Zusammenhang zwischen der in den Brennraum
abfließenden Brennraumfüllung und dem Saugrohrdruck
wird durch ein zweites Kennfeld 55 beschrieben, das mit dem
in einem vierten Divisionsglied 185 gebildeten Quotienten
psdk/fpvdk sowie der Motordrehzahl nmot adressiert wird und dessen
Ausgangsgröße in einem vierten Multiplikationsglied 160 mit
einem zweiten resultierenden Faktor fres2 multipliziert wird. Das
zweite Kennfeld 55 wird ebenfalls beispielsweise auf einem
Prüfstand und/oder in Fahrversuchen unter Normbedingungen
appliziert. Bei den Normbedingungen handelt es sich dabei um einen
Druck von 1013 hPa stromauf der Drosselklappe 5 und um
eine Brennraum- oder Motortemperatur Tbr von 273 K. Der Ausgang
des zweiten Kennfeldes 55 stellt somit die unter diesen
Normbedingungen in den Brennraum sämtlicher Zylinder der
Brennkraftmaschine 1 abfließende Brennraumfüllung
dar. Durch Multiplikation des Ausgangs des zweiten Kennfeldes 55 mit dem
zweiten resultierenden Faktor fres2 ergibt sich somit am Ausgang
des vierten Multiplikationsgliedes 160 der erste Wert rl1
für die in den Brennraum sämtlicher Zylinder der
Brennkraftmaschine 1 abfließende Brennraumfüllung
unter den aktuellen Bedingungen des Druckes stromauf der Drosselklappe 5 und
der Brennraum- bzw. Motortemperatur Tbr. Der zweite resultierende
Faktor fres2 wird dabei in einem fünften Multiplikationsglied 155 als
Produkt des Druckfaktors fpvdk sowie eines zweiten Temperaturfaktors
ftbr gebildet. Der zweite Temperaturfaktor ftbr ergibt sich am Ausgang
einer zweiten Recheneinheit 140, die einen in einem zweiten
Kehrwertbildner 130 gebildeten Kehrwert der vom zweiten
Temperatursensor 95 gemessenen aktuellen Brennraum- oder
Motortemperatur Tbr mit der Normtemperatur 273 K multipliziert. Die
Brennraum- oder Motortemperatur Tbr kann dabei beispielsweise in
Form der Kühlwassertemperatur ermittelt werden wie bereits
beschrieben. Wird das zweite Kennfeld 55 nicht unter den
genannten Normbedingungen appliziert, so kann zwar auf die Multiplikationsglieder 155 und 160 verzichtet
und im vierten Divisionsglied 185 der modellierte Saugrohrdruck
direkt durch den aktuellen Umgebungsdruck pu dividiert werden, jedoch
gehen dann als Eingangsgröße in das zweite Kennfeld 55 auch
die Brennraumtemperatur Tbr und der Umgebungsdruck pu bzw. der Druck
stromauf der Drosselklappe 5 als Eingangsgrößen
ein, so dass die Applikation des zweiten Kennfeldes 55 erheblich
aufwendiger würde.
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Der
erste Wert rl1 für die in den Brennraum sämtlicher
Zylinder der Brennkraftmaschine 1 abfließende
Brennraumfüllung kann alternativ zum Signal rlh als Hauptlastsignal
oder als Füllungshauptsignal verwendet werden. In diesem
Fall wäre die Verwendung des Tiefpasses 220 zur
Bildung des Signals rlh nicht erforderlich. Im folgenden werden
aber für die Bildung des ersten Wertes rl1 noch einige
Vereinfachungen beschrieben, so dass der erste Wert rl1 in diesem
Fall vom Signal rlh für die in den Brennraum sämtlicher
Zylinder der Brennkraftmaschine 1 abfließenden
Brennraumfüllung abweichen kann. Dann stellt das Signal
rlh das präzisere Signal für die in den Brennraum
sämtlicher Zylinder der Brennkraftmaschine 1 abfließende
Brennraumfüllung dar und wird als Hauptlastsignal bzw.
Füllungshauptsignal verwendet. Der erste Wert rl1 wird
dann lediglich zur Adaption des Normmassenstroms msndk am Ausgang des
ersten Kennfeldes 25 mit Hilfe des Leckagemassenstroms
msndko verwendet. Dazu wird der erste Wert rl1 für die
in den Brennraum sämtlicher Zylinder der Brennkraftmaschine 1 abfließende
Brennraumfüllung einer Vergleichseinheit 75 zugeführt.
Der Vergleichseinheit 75 wird außerdem ein zweiter
Wert rl2 für die in den Brennraum sämtlicher Zylinder
der Brennkraftmaschine 1 abfließende Brennraumfüllung zugeführt.
Im Folgenden wird die Ermittlung dieses zweiten Wertes rl2 beschrieben.
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Zu
diesem Zweck wird der aktuell gemessene Saugrohrdruck ps in einem
fünften Divisionsglied 190 durch den Druckfaktor
fpvdk dividiert. Der gebildete Quotient wird als Eingangsgröße
einem dritten Kennfeld 56 zugeführt, das dem zweiten
Kennfeld 55 entspricht. Als weitere Eingangsgröße
wird dem dritten Kennfeld 56 die aktuelle Motordrehzahl
nmot zugeführt. Die Ausgangsgröße des
dritten Kennfeldes 56 wird in einem sechsten Multiplikationsglied 165 mit
dem zweiten resultierenden Faktor fres2 multipliziert. Somit stellt
der Ausgang des sechsten Multiplikationsgliedes 165 den
zweiten Wert rl2 für die in den Brennraum sämtlicher
Zylinder der Brennkraftmaschine 1 abfließende
Brennraumfüllung dar, der sich vom ersten Wert rl1 nur
dadurch unterscheidet, dass zu seiner Berechnung der gemessene Saugrohrdruck
ps verwendet wurde, während für die Berechnung
des ersten Wertes rl1 der modellierte Saugrohrdruck psdk verwendet
wurde. Die Vergleichseinheit 75 vergleicht den ersten Wert
rl1 mit dem zweiten Wert rl2 und liefert in Abhängigkeit
des Vergleichsergebnisses den Leckagemassenstrom msndko.
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Die
Ermittlung des Leckagemassenstroms msndko ist in 3 beschrieben,
die ein Funktionsdiagramm der Vergleichseinheit 75 darstellt.
Gemäß dem Funktionsdiagramm nach 3 ist
in der Vergleichseinheit 75 ein zweites Subtraktionsglied 210 angeordnet,
mit dem vom zweiten Wert rl2 der erste Wert rl1 subtrahiert wird.
Die gebildete Differenz rl2–rl1 am Ausgang des zweiten
Subtraktionsgliedes 210 wird dann dem Eingang eines zweiten
Integrators 70 der Vergleichseinheit 75 zugeführt.
Die Differenz zwischen dem zweiten Wert rl2 und dem ersten Wert
rl1 rührt daher, dass im zweiten Wert rl2 der Leckagemassenstrom
durch die Drosselklappe 5 berücksichtigt ist,
im ersten Wert rl1 jedoch nicht. Somit führt die Integration
der Differenz rl2–rl1 durch den zweiten Integrator 70 zum
Offset- oder Leckagemassenstrom msndko am Ausgang des zweiten Integrators 70.
Dazu ist die Integrationskonstante des zweiten Integrators 70 geeignet
dimensioniert und beispielsweise auf einem Prüfstand und/oder
in Fahrversuchen appliziert. Da das dritte Kennfeld 56 unter Normbedingungen
für Druck und Temperatur appliziert wurde, entspricht auch
der Leckage- oder Offsetmassenstrom msndko am Ausgang des zweiten Integrators 70 und
damit am Ausgang der Vergleichseinheit 75 einem Normleckage-
oder -offsetmassenstrom und kann daher im Additionsglied 80 zum Normmassenstrom
msndk addiert werden.
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Auf
diese Weise wird der Normmassenstrom msndk durch den Normleckagemassenstrom
msndko adaptiert und somit der erste Wert rl1 dem zweiten Wert rl2
nachgeführt.
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Im
Folgenden werden einige Vereinfachungen des Funktionsdiagramms nach 2 erläutert. So
ist es optional vorgesehen, das erste Kennfeld 25 für
Wertepaare der Position wdkba der Drosselklappe 5 und der
Motordrehzahl nmot, die ein Druckverhältnis über
der Drosselklappe 5 oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes
von in diesem Beispiel 0,95 zur Folge haben, derart zu korrigie ren,
dass der für diese Wertepaare ermittelte Normmassenstrom msndk
am Ausgang des solchermaßen korrigierten ersten Kennfeldes 25 abhängig
von der zweiten Kennlinie 20 in einen resultierenden Massenstrom msres
am Ausgang des ersten Multiplikationsgliedes 145 umgewandelt
wird, der sich identisch bei Verwendung der gleichen Wertepaare
am Eingang des unkorrigierten ersten Kennfeldes 25 ergeben
würde, wenn statt der zweiten Kennlinie 20 für
Druckverhältnisse über der Drosselklappe 5 oberhalb
des vorgegebenen Schwellwertes die Durchflusskennlinie 15 verwendet
werden würde. Auf diese Weise wird der durch die Abänderung
der Durchflusskennlinie 15 oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes
für das Druckverhältnis ps/pu über der
Drosselklappe 5 in die zweite Kennlinie 20 verursachte
Fehler bei der Ermittlung des resultierenden Massenstrom msres durch
die genannte Korrektur des ersten Kennfeldes 25 kompensiert.
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In
vorteilhafter Weise ist zusätzlich optional vorgesehen,
für Druckverhältnisse ps/pu über der Drosselklappe
größer dem vorgegebenen Schwellwert das Abgasrückführventil 115 derart
anzusteuern, dass es vollständig geschlossen ist und damit die
Abgasrückführrate auf Null reduziert wird. Zusätzlich
oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Einlass- und Auslassventile 35 sämtlicher
Zylinder der Brennkraftmaschine 1 für Druckverhältnisse ps/pu
größer dem vorgegebenen Schwellwert derart angesteuert
werden, dass keine Ventilüberschneidung mehr auftritt.
Ventilüberschneidung bedeutet, dass mindestens ein Einlassventil
und mindestens ein Auslassventil eines Zylinders gleichzeitig geöffnet sind.
Mit gesperrter Ventilüberschneidung befinden sich die Einlass-
und Auslassventile 30, 35 in ihrer Leistungsstellung,
d. h. es wird ein maximaler Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 ermöglicht. Dasselbe
gilt im Falle der Abgasrückführung für
das geschlossene Abgasrückführventil 115.
Wenn also oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes für das Druckverhältnis
ps/pu das Abgasrückführventil 115 vollständig
geschlossen ist, so muss die Position des Abgasrückführventils 115 bei
der Korrektur des ersten Kennfeldes 25 nicht berücksichtigt
werden. Entsprechend muss die Ventilüberschneidung für
die Korrektur des ersten Kennfeldes 25 nicht berücksichtigt
werden, wenn die Ventilüberschneidung für Druckverhältnisse
ps/pu oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes verhindert wird. Am
einfachsten erfolgt die Korrektur des ersten Kennfeldes 25 für Druckverhältnisse
ps/pu oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes also dann, wenn oberhalb
des vorgegebenen Schwellwertes für das Druckverhältnis ps/pu
sowohl das Abgasrückführventil 115 vollständig
geschlossen als auch die Ventilüberschneidung für
sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine 1 gesperrt
ist. Dies ist im Volllastbetriebszustand, in dem die Brennkraftmaschine 1 maximale
Leistung bringen soll bzw. im volllastnahen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 in
der Regel sowieso der Fall und stellt daher keine Einschränkung
des Betriebs der Brennkraftmaschine dar, sondern vereinfacht die Applikation
des ersten Kennfeldes 25 erheblich. Das erste Kennfeld 25 kann
dann nämlich unabhängig von der Position des Abgasrückführventils 115 und der
Ventilüberschneidung appliziert werden. Der vorgegebene
Schwellwert für das Druckverhältnis ps/pu wird
dabei vorteilhafter Weise so gewählt, dass für Druckverhältnisse
oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes die Brennkraftmaschine 1 sowieso üblicher
Weise bei geschlossenem Abgasrückführventil 115 und
bei gesperrter Ventilüberschneidung betrieben wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es optional vorgesehen,
dass das Saugrohrmodell und damit der erste Integrator 50 nur
für eine Notlaufstellung der Drosselklappe 5 appliziert wird.
Die Notlaufstellung der Drosselklappe 5 entspricht dabei
beispielsweise der Stellung der Drosselklappe 5 im Leerlauf
oder in einem leerlaufnahen Betriebszustand der Brennkraftmaschine
und ermöglicht einen Notlauf der Brennkraftmaschine 1 bei
geringer Leistung. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen
sein, auch das zweite Kennfeld 55 und damit auch das dritte
Kennfeld 56 nur für die Notlaufstellung des Stellgliedes 5 zu
applizieren. Dies hat den Vorteil, dass der Applikationsaufwand
für das Saugrohrmodell 50, das zweite Kennfeld 55 und
das dritte Kennfeld 56 erheblich reduziert werden kann, so
dass auch Kosten eingespart werden. Allerdings ist der erste Wert
rl1 für die in den Brennraum sämtlicher Zylinder
der Brennkraftmaschine 1 abfließende Füllung
dann nur für Betriebszustände der Brennkraftmaschine
repräsentativ, in denen sich die Drosselklappe 5 in
ihrer Notlaufstellung befindet, also im hier beschriebenen Beispiel
im Leerlaufbetriebszustand bzw. im leerlaufnahen Betriebszustand
bei weitgehend geschlossener Position der Drosselklappe. Der Öffnungsgrad
der Drosselklappe beträgt dabei in der Notlaufstellung
beispielsweise maximal 5%. Zusätzlich kann es optional
für eine weitere Vereinfachung der Applikation des Saugrohrmodells 50 vorgesehen
sein, dass es für eine abgeschaltete Abgasrückführung
und/oder eine abgeschaltete Ventilüberschneidung appliziert
wird. Im Leerlaufbetriebszustand bzw. im leerlaufnahen Betriebszustand
der Brennkraftmaschine 1 ist die Abgasrückführung üblicher
Weise sowieso nicht aktiv und das Abgasrückführventil 115 vollständig
gesperrt sowie die Ventilüberschneidung abgeschaltet. Deshalb
stellt die genannte Vereinfachung der Applikation des Saugrohrmodells 50 keine
wirkliche Einschränkung des Betriebsbereichs der Brennkraftmaschine 1 dar,
ermöglicht aber eine erheblich einfachere Applikation und damit
Verringerung der Kosten, da die Position des Abgasrückführventils
und/oder die Ventilüberschneidung für die Applikation
des Saugrohrmodells 50 nicht berücksichtigt werden
muss.
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Zusätzlich
oder alternativ kann auch das zweite Kennfeld 55 und damit
das dritte Kennfeld 56 in gleicher Weise bei abgeschalteter
Abgasrückführung und/oder bei abgeschalteter Ventilüberschneidung
appliziert werden, was ebenfalls eine Vereinfachung der Applikation
und Verringerung der Kosten bewirkt. Die Folge ist, dass die Adaption
des ersten Wertes rl1 mit Hilfe des Normleckagemassenstroms msndko
nur für den Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 zuverlässig
durchgeführt werden kann, in dem sich die Drosselklappe 5 in
ihrer Notlaufstellung befindet, also im beschriebenen Beispiel im
Leerlaufbetriebszustand oder im leerlaufnahen Betriebszustand der
Brennkraftmaschine 1 mit einem maximalen Öffnungsgrad
der Drosselklappe 5 von beispielsweise 5%. Außerhalb
dieses Betriebsbereichs der Notlaufstellung der Drosselklappe 5 sollte
dann die Adaption des ersten Wertes rl1 mit Hilfe des Normleckagemassenstroms
msndko abgeschaltet werden. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
lässt sich die mittels des ersten Kennfeldes 25 aus
der Position wdkba der Drosselklappe 5 und der Motordrehzahl
nmot berechnete Brennraumfüllung über den gesamten
Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1 zuverlässig und
genau ermitteln, so dass dieses Füllungssignal als Hauptlastsignal
bzw. als Füllungshauptsignal gemäß dem
Signal rlh verwendet werden kann. Entsprechend kann auch der erste
Wert rl1 als Hauptlastsignal bzw. Füllungshauptsignal verwendet
werden, jedoch bei der beschriebenen vereinfachten Applikation des
Saugrohrmodells 50 und/oder des zweiten Kennfeldes 55 und
des dritten Kennfeldes 56 nur in dem Betriebsbereich der
Notlaufstellung der Drosselklappe 5.
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Für
den Fall, dass der Saugrohrdrucksensor 60 ausfällt
oder ein Fehler des Saugrohrdrucksensor 60 erkannt wird,
kann statt des gemessenen Saugrohrdrucks ps auch der modellierte
Saugrohrdruck psdk verwendet werden. Für den Fall, dass
das Saugrohrmodell 50 in der beschriebenen vereinfachten
Weise nur für die Notlaufstellung der Drosselklappe 5 appliziert
wurde, ist der modellierte Wert psdk für den Saugrohrdruck
auch nur für den Betriebsbereich der Notlaufstellung der
Drosselklappe 5 hinreichend genau, so dass bei Verwendung
des modellierten Wertes psdk für den Saugrohrdruck in anderen
Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1 außerhalb
der Notlaufstellung der Drosselklappe 5 der Betrieb der
Brennkraftmaschine 1 nicht mehr Wirkungsgrad- und verbrauchsoptimal
ist.
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Fällt
der Saugrohrdrucksensor 60 aus bzw. wird ein Fehler in
der Messwerterfassung des Saugrohrdrucksensors 60 erkannt,
so sollte die Adaption des ersten Wertes rl1 mit Hilfe des Normleckagemassenstroms
msndko abgeschaltet werden, weil dann der zweite Wert rl2 nicht
mehr zuverlässig ermittelt werden kann.
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Wenn
der Positionssensor 90 ausfällt oder eine fehlerhafte
Messwerterfassung durch den Positionssensor 90 erkannt
wird, dann wird die Drosselklappe 5 von der Motorsteuerung 65 in
ihre Notlaufposition verbracht. In diesem Fall kann die Füllung nicht
mehr zuverlässig mit Hilfe des ersten Wertes rl1 bzw. des
Signals rlh abhängig von der Position wdkba der Drosselklappe 5 ermittelt
werden, so dass der zweite Wert rl2 für die in den Brennraum
sämtlicher Zylinder der Brennkraftmaschine 1 abfließende
Füllung verwendet und in der beschriebenen Weise beispielsweise
zur Ermittlung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge verwendet wird.
Für die Ermittlung des zweiten Wertes rl2 ist die Kenntnis
der Position wdkba der Drosselklappe 5 nicht erforderlich.
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Im
Leerlaufbetriebszustand oder im leerlaufnahen Betriebszustand der
Brennkraftmaschine 1, in dem die Drosselklappe 5 weitgehend
geschlossen ist, beispielsweise mit einem Öffnungsgrad
von weniger als 5%, ist es für eine zuverlässige
und genaue Füllungsermittlung gemäß dem
ersten Wert rl1 bzw. dem Signal rlh erforderlich, den Normmassenstrom msndk
mit Hilfe des Normleckagemassenstroms msndko in der beschriebenen
Weise abzugleichen.
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Soll
die Brennraumfüllung gemäß dem ersten
Wert rl1 bzw. dem Signal rlh im Volllastbetriebszustand der Brennkraftmaschine
bzw. in einem volllastnahen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 bei
einem Druckverhältnis ps/pu über der Drosselklappe 5 größer
dem vorgegebenen Schwellwert von beispielsweise 0,95 verwendet werden,
so ist zur Reduzierung der Empfindlichkeit des ersten Wertes rl1 bzw.
des Signals rlh abhängig vom Druckverhältnis ps/pu
oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes die Verwendung der zweiten
Kennlinie 20 vorgesehen, wobei der dadurch verursachte
Fehler bei der Ermittlung des ersten Wertes rl1 bzw. des Signals
rlh durch die beschriebene Korrektur des ersten Kennfeldes 25 kompensiert
werden kann.
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Vorstehend
wurde beschrieben, wie der Temperaturfaktor ftbr aus der Brennraumtemperatur Tbr
ermittelt wird. Alternativ kann der Temperaturfaktor ftbr, der auch
als temperaturabhängiger Dichtefaktor bezeichnet wird,
in einem Temperaturmodell in dem Fachmann bekannter Weise aus der
Temperatur Tvdk stromauf der Drosselklappe und der Brennraum- oder
Kühlwassertemperatur Tbr gebildet werden und ist repräsentativ
für die Temperatur des Gases im Brennraum der Brennkraftmaschine 1 zum Zeitpunkt
des Schließens des Einlassventils 30. Durch den
temperaturabhängigen Dichtefaktor ftbr wird somit die aktuelle
Temperatursituation bei der Berechnung des ersten Wertes rl1 und
des zweiten Wertes rl2 ausgehend von dem unter Normbedingungen applizierten
Saugrohrmodell 50 und dem zweiten Kennfeld 55 bzw.
dritten Kennfeld 56 berücksichtigt, wobei diese
Normbedingungen für die Temperatur Tvdk stromauf der Drosselklappe 5 und
für die Brennraumtemperatur Tbr jeweils einen Wert von
273 K vorsehen.
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Für
eine korrekte Füllungserfassung auf der Basis des Saugrohrdruckes über
den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine wäre
eine im Vergleich zur erfindungsgemäßen Füllungserfassung auf
der Basis der Position wdkba der Drosselklappe 5 erheblich
aufwendigere Modellierung erforderlich, bei der abhängig
von der Stellung jedes Stellgliedes im Luftsystem, wie Abgasrückführventil 115,
Einlassventile 30, Auslassventile 35 und Drosselklappe 5 jeweils
ein Restgaspartialdruck modelliert werden müsste, der von
einem Gesamtdruck abgezogen würde, bis man schließlich
den Partialdruck der Luft im Brennraum erhielte, der unter anderem
mit Hilfe eines Temperaturmodells in die Luftmasse im Brennraum
umgerechnet wird. Sowohl der Aufwand für die Applikation
einer sol chen druckbasierten Füllungserfassung als auch
für Speicherplatz und Rechenzeit ist sehr hoch.
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Zusätzlich
kann abhängig von der Differenz rl2–rl1 am Ausgang
des zweiten Subtraktionsgliedes 210 bzw. abhängig
vom ermittelten Normleckagemassenstrom msndko ein Fehler in der
auf der Position wdkba der Drosselklappe 5 basierten Füllungserfassung
mittels des ersten Wertes rl1 detektiert werden, nämlich
dann, wenn die Differenz rl2–rl1 einen beispielsweise auf
einem Prüfstand und/oder in Fahrversuchen geeignet applizierten
Diagnoseschwellwert überschreitet bzw. der ermittelte Normleckagemassenstrom
msndko einen beispielsweise auf einem Prüfstand und/oder
in Fahrversuchen geeignet applizierten Diagnoseschwellwert überschreitet.
Der jeweilige Diagnoseschwellwert wird dabei beispielsweise derart
geeignet appliziert, dass ein Überschreiten des entsprechenden
Diagnoseschwellwerts durch rl2–rl1 bzw. durch den Normleckagemassenstrom
msndko auch nur im Fehlerfall auftreten kann. In diesem Fehlerfall
entspricht der ermittelte Normleckagemassenstrom msndko nicht mehr
dem tatsächlichen Normleckagemassenstrom, sondern ist gegenüber
diesem erhöht. Der entsprechende Diagnoseschwellwert sollte
andererseits so appliziert werden, dass Messtoleranzen und Rechentoleranzen der
Elemente der Vorrichtung 65 noch nicht zur Detektion eines
Fehlers führen.
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Die
Diagnosefähigkeit ist im Funktionsdiagramm nach 3 dargestellt.
Dabei wird die Differenz rl2–rl1 am Ausgang des zweiten
Subtraktionsgliedes 210 in der Vergleichseinheit 75 einer
ersten Diagnoseeinheit 225 zugeführt, der außerdem
von einem ersten Diagnoseschwellwertspeicher ein erster Diagnoseschwellwert
für die Differenz am Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 210 zugeführt ist. Überschreitet
die Differenz rl2–rl1 am Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 210 den
ersten Diagnoseschwellwert, so gibt die erste Diagnoseeinheit 225 an
ihrem Ausgang ein gesetztes Fehlersignal F ab, andernfalls ein zurückgesetztes
Fehlersignal F. Zusätzlich oder alternativ kann es dabei
wie in 3 gestrichelt dargestellt vorgesehen sein, dass
der Normleckagemassenstrom msndko am Ausgang des zweiten Integrators 70 einer
zweiten Diagnoseeinheit 235 zugeführt wird, der
von einem zweiten Diagnoseschwellwertspeicher 240 ein zweiter
Diagnoseschwellwert für den Normleckagemassenstrom zugeführt
wird. Stellt die zweite Diagnoseeinheit 235 fest, dass
der Normleckagemas senstrom msndko am Ausgang des zweiten Integrators 70 den
zweiten vorgegebenen Diagnoseschwellwert überschreitet,
so gibt sie an ihrem Ausgang ein gesetztes Fehlersignal F' ab, andernfalls
ein zurückgesetztes Fehlersignal F'. Das entsprechende
Fehlersignal F, F' kann beispielsweise optisch und/oder akustisch
an einer Wiedergabeeinheit des Fahrzeugs wiedergegeben werden. Bei
gesetztem Fehlersignal F bzw. F' kann auch eine Fehlerreaktionsmaßnahme
eingeleitet werden, die beispielsweise darin besteht, dass die Drosselklappe 5 in
ihre Notlaufposition verbracht wird, das Abgasrückführventil 115 vollständig
geschlossen wird und eine eventuell vorhandene Ventilüberschneidung
der Brennkraftmaschine 1 durch entsprechende Ansteuerung
sämtlicher Einlassventile 30 und Auslassventile 35 sämtlicher
Zylinder der Brennkraftmaschine 1 vermieden wird. In letzter
Konsequenz kann als Fehlerreaktionsmaßnahme die Brennkraftmaschine 1 auch
vollständig abgeschaltet werden. Sind beide Diagnoseeinheiten 225, 235 in der
Vergleichseinheit 75 vorhanden, so können die beiden
Fehlersignale F, F' einem ODER-Glied zugeführt, dessen
Ausgangssignal dann als resultierendes Fehlersignal betrachtet wird,
das für die Fehlererkennung und die Einleitung einer Fehlerreaktionsmaßnahme
relevant ist. Ist nur eine der beiden Diagnoseeinheiten 225, 235 vorgesehen,
so ist deren Ausgangssignal das für die Fehlererkennung
bzw. Einleitung einer Fehlerreaktionsmaßnahme relevante
Signal. Dabei kann jeder Diagnoseeinheit 225, 235 ein
eigener Fehlerzähler zugeordnet sein, der die Setzimpulse
des Ausgangssignal F, F' der jeweiligen Diagnoseeinheit 225, 235 zählt,
wobei ein Fehler erst mit Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes des
jeweiligen Fehlerzählers erkannt wird. im Falle bei Verwendung
des ODER-Gliedes zur Auswertung der Fehlersignale F, F' im Falle
des Vorhandenseins beider Diagnoseeinheiten 225, 235 kann
der Fehlerzähler auch am Ausgang des ODER-Gliedes angeordnet
sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform
kann bei Vorhandensein der beiden Diagnoseeinheiten 225, 235 auch
ein UND-Glied vorgesehen sein, dem die beiden Ausgangssignale der
Diagnoseeinheiten 225, 235 zugeführt
sind, so dass der Ausgang des UND-Gliedes nur dann gesetzt wird, wenn
sowohl die Differenz rl2–rl1 den zugeordneten ersten Diagnoseschwellwert
als auch gleichzeitig der Normleckagemassenstrom msndko am Ausgang
des zweiten Integrators 70 den zugeordneten zweiten Diagnoseschwellwert überschreitet.
Ein Fehler wird dann nur erkannt, wenn das Ausgangssignal des UND-Gliedes
gesetzt ist. Der Ausgang des UND-Gliedes kann dabei ebenfalls beispielsweise
einem Fehlerzähler in der beschriebenen Weise zugeführt
sein.
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Das
Druckverhältnis ps/pu oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes
von beispielsweise 0,95 kann dabei abhängig von der Motordrehzahl
nmot bei unterschiedlichen Positionen wdkba der Drosselklappe 5 erreicht
werden.
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Der
Normleckagemassenstrom msndko kann sich beispielsweise während
der Lebensdauer der Brennkraftmaschine ändern, wobei diese Änderung
durch die Nachführung oder Adaption mittels des Additionsgliedes 80 bei
der Ermittlung des ersten Wertes rl1 für die dem Brennraum
sämtlicher Zylinder der Brennkraftmaschine 1 zugeführte
Brennraumfüllung berücksichtigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10227064
A1 [0002]
- - DE 19727204 A1 [0003]