DE102007035312A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiebn einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Stellglied (5) in einem Luftzufuhrkanal (10) der Brennkraftmaschine (1) zur Beeinflussung der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine (1) vorgeschlagen, die eine Verwendung eines drosselklappenbasierten Füllungssignals als Hauptfüllungssignal auch im Volllastbereich der Brennkraftmaschine (1) ermöglichen. Dabei wird eine Brennraumfüllung der Brennkraftmaschine (1) abhängig von einer Position des Stellgliedes (5) und einer Durchflusskennlinie (15) des Stellgliedes (5) ermittelt. Die Durchflusskennlinie (15) beschreibt den physikalischen Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit am Stellglied (5) und dem Druckverhältnis über dem Stellglied (5) zwischen einem Druck stromab des Stellgliedes (5) und einem Druck stromauf des Stellgliedes (5). Für Werte des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) grßer als ein vorgegebener Schwellwert wird die Brennraumfüllung abhängig von der Position des Stellgliedes (5) und einer zweiten Kennlinie (20) für die Strömungsgeschwindigkeit am Stellglied (5) als Funktion des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) zwischen dem Druck stromab des Stellgliedes (5) und dem Druck stromauf des Stellgliedes (5) ermittelt. Für die Werte des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) größer als dem vorgegebenen Schwellwert wird die Steigung der zweiten Kennlinie (20) betragsmäßig kleiner als die Steigung der Durchflusskennlinie (15) gewählt.

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 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.
  • 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.
  • Vorteile der Erfindung
  • Offenbarung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Auf diese Weise lässt sich die Kompensation des durch Verwendung der zweiten Kennlinie verursachten Fehlers mit geringst möglichem Aufwand realisieren.
  • 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.
  • 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.
  • Eine weitere Vereinfachung ergibt sich, wenn das Saugrohrmodell und/oder das zweite Kennfeld für eine abgeschaltete Abgasrückführung und/oder eine abgeschaltete Ventilüberschneidung appliziert wird.
  • 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.
  • 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.
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist 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,
  • 3 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung der Ermittlung eines Leckagemassenstroms und
  • 4 eine Durchflusskennlinie.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • 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.
  • Die Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang 105 ist in 1 ebenfalls durch einen Pfeil gekennzeichnet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Auf diese Weise wird der Normmassenstrom msndk durch den Normleckagemassenstrom msndko adaptiert und somit der erste Wert rl1 dem zweiten Wert rl2 nachgeführt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10227064 A1 [0002]
    • - DE 19727204 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Stellglied (5) in einem Luftzufuhrkanal (10) der Brennkraftmaschine (1) zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (1), wobei eine Brennraumfüllung der Brennkraftmaschine (1) abhängig von einer Position des Stellgliedes (5) und einer Durchflusskennlinie (15) des Stellgliedes (5) ermittelt wird, wobei die Durchflusskennlinie (15) den physikalischen Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit am Stellglied (5) und dem Druckverhältnis über dem Stellglied (5) zwischen einem Druck stromab des Stellgliedes (5) und einem Druck stromauf des Stellgliedes (5) beschreibt, dadurch gekennzeichnet, dass für Werte des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) größer als ein vorgegebener Schwellwert die Brennraumfüllung abhängig von der Position des Stellgliedes (5) und einer zweiten Kennlinie (20) für die Strömungsgeschwindigkeit am Stellglied (5) als Funktion des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) zwischen dem Druck stromab des Stellgliedes (5) und dem Druck stromauf des Stellgliedes (5) ermittelt wird, wobei für die Werte des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) größer als dem vorgegebenen Schwellwert die Steigung der zweiten Kennlinie (20) betragsmäßig kleiner als die Steigung der Durchflusskennlinie (15) gewählt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der zweiten Kennlinie (20) für die Werte des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) größer als dem vorgegebenen Schwellwert gleich Null gewählt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Position des Stellgliedes (5) und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) ein Normmassenstrom mittels eines ersten Kennfeldes (25) ermittelt wird, wobei das erste Kennfeld (25) für Wertepaare der Position des Stellgliedes (5) und der Drehzahl, die ein Druckverhältnis über dem Stellglied (5) oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes zur Folge haben, derart korrigiert wird, dass der für diese Wertepaare ermittelte Normmassenstrom nach Korrektur des ersten Kennfeldes (25) und abhängig von der zweiten Kennlinie (20) denselben Massenstromwert liefert wie der für diese Wertepaare ermittelte Normmassenstrom ohne Korrektur des ersten Kennfeldes (25) und abhängig von der Durchflusskennlinie (15).
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den durch diese Wertepaare gebildeten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) eine Abgasrückführung und/oder eine Ventilüberschneidung durch gleichzeitig geöffnete Einlass- und Auslassventile (30, 35) mindestens eines Zylinders (40) der Brennkraftmaschine (1) abgeschaltet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Position des Stellgliedes (5) und der Durchflusskennlinie (15) ein unverzögerter Rohwert der in ein Saugrohr (45) stromab des Stellgliedes (5) einfließenden Brennraumfüllung ermittelt wird und dass abhängig von dem unverzögerten Rohwert der in das Saugrohr (45) stromab des Stellgliedes (5) einfließenden Brennraumfüllung über ein Saugrohrmodell (50) der Saugrohrdruck modelliert wird und dass abhängig vom modellierten Saugrohrdruck über ein zweites Kennfeld (55) ein erster Wert für die in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (1) abfließende Brennraumfüllung ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugrohrmodell (50) und/oder das zweite Kennfeld (55) nur für eine Notlaufstellung des Stellgliedes (5) appliziert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugrohrmodell (50) und/oder das zweite Kennfeld (55) für eine abgeschaltete Abgasrückführung und/oder eine abgeschaltete Ventilüberschneidung appliziert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugrohrmodell (50) einen Integrator umfasst, der die Differenz zwischen der in das Saugrohr (45) einfließenden Brennraumfüllung und der in den Brennraum ab fließenden Brennraumfüllung aufintegriert und das Integrationsergebnis in den modellierten Saugrohrdruck umrechnet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Drucksensors (60) der Saugrohrdruck gemessen wird, dass abhängig vom gemessenen Saugrohrdruck über das zweite Kennfeld (55) ein zweiter Wert für die in den Brennraum der Brennkraftmaschine (1) abfließende Brennraumfüllung ermittelt wird, dass der erste Wert für die in den Brennraum der Brennkraftmaschine (1) abfließende Brennraumfüllung mit dem zweiten Wert für die in den Brennraum der Brennkraftmaschine (1) abfließende Brennraumfüllung verglichen wird und dass abhängig vom Vergleichsergebnis die von der Position des Stellgliedes (5) und der Durchflusskennlinie (15) abgeleitete Brennraumfüllung korrigiert wird.
  10. Vorrichtung (65) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Stellglied (5) in einem Luftzufuhrkanal (10) der Brennkraftmaschine (1) zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (1), wobei die Vorrichtung (65) Ermittlungsmittel (25,) umfasst, die eine Brennraumfüllung der Brennkraftmaschine (1) abhängig von einer Position des Stellgliedes (5) und einer Durchflusskennlinie (15) des Stellgliedes (5) ermitteln, wobei die Durchflusskennlinie (15) den physikalischen Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit am Stellglied (5) und dem Druckverhältnis über dem Stellglied (5) zwischen einem Druck stromab des Stellgliedes (5) und einem Druck stromauf des Stellgliedes (5) beschreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungsmittel (25,) für Werte des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) größer als ein vorgegebener Schwellwert die Brennraumfüllung abhängig von der Position des Stellgliedes (5) und einer zweiten Kennlinie (20) für die Strömungsgeschwindigkeit am Stellglied (5) als Funktion des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) zwischen dem Druck stromab des Stellgliedes (5) und dem Druck stromauf des Stellgliedes (5) ermitteln, wobei für die Werte des Druckverhältnisses über dem Stellglied (5) größer als dem vorgegebenen Schwellwert die Steigung der zweiten Kennlinie (20) betragsmäßig kleiner als die Steigung der Durchflusskennlinie (15) ist.
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