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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem ein primäres Stellglied eines Luftsystems der Brennkraftmaschine, insbesondere eine Drosselklappe, vorgesehen ist, und bei dem mindestens ein zusätzlich zu dem primären Stellglied vorgesehes sekundäres Stellglied des Luftsystems in Abhängigkeit eines Sollwerts angesteuert wird.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine, sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine.
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Derzeit verfügbare Brennkraftmaschinen verfügen neben einem primären Stellglied des Luftsystems wie z.B. typischerweise der Drosselklappe immer häufiger auch über weitere, d.h. sekundäre, Stellglieder, die das Luftsystem der Brennkraftmaschine beeinflussen. Die koordinierte Ansteuerung der Drosselklappe und der sekundären Luftsystemstellglieder ist aufwendig, und die herkömmlichen Systeme erfordern einen komplexen Applikationsprozess, um technisch sinnvolle Sollwertvorgaben für die sekundären Stellglieder bilden zu können.
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- - mit einem Drosselklappenstutzen (1), in dem eine elektromotorisch betätigbare Drosselklappe (11) angeordnet ist und der mit einem Saugrohr (2) verbunden ist, das an einer Einlaßöffnung (31) in einen Zylinder (32) mündet,
- - mit einem Bypasskanal (4), der in Ansaugrichtung stromaufwärts der Drosselklappe (11) von dem Drosselklappenstutzen (1) abzweigt, einen Steller (41) aufweist und kurz vor der Einlaßöffnung (31) in das Saugrohr (2) mündet, und
- - dem eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß ein Soll-Luftmassenstrom (MAF_KGH_SP_COR) für die Brennkraftmaschine von einem Pedalwert (PVS) und von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine abgeleitet ist, und
- - daß eine Aufteilung des Soll-Luftmassenstroms (MAF_KGH_SP_COR) auf den Bypasskanal (4) und das Saugrohr (2) erfolgt und zwar abhängig von einer Kühlwassertemperatur (TCO), wobei dazu ein erstes Stellsignal (MTC_SP) für den Öffnungsgrad der Drosselklappe (11) und ein zweites Stellsignal (ISAPWM) zum Steuern des Stellers (41) erzeugt wird.
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In der
DE 10 2004 048 705 A1 ist Ansaugtrakt vorgesehen, in dem als Stellglied eine Drosselklappe angeordnet ist. Der Ansaugtrakt mündet in mindestens einen Einlass mindestens eines Zylinders. Stromabwärts der Drosselklappe ist mindestens ein weiteres Stellglied angeordnet, mittels dessen eine in den Zylinder der Brennkraftmaschine strömende Gasmasse variierbar ist. Eine Einlassstelle zum Einleiten eines Tankentlüftungsstroms ist stromabwärts der Drosselklappe und stromaufwärts des Einlasses vorgesehen. Die Verzögerungszeitdauer (T_D) zwischen dem Einleiten des Tankentlüftungsstroms über die Einlassstelle in den Ansaugtrakt bis zu dessen Einleitung in den jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine wird ermittelt abhängig von einem physikalischen Modell, das einen Zusammenhang abbildet zwischen einer Anzahl an Gasmolekülen, die sich in einem freien Volumen (VOL) des Ansaugtrakts stromabwärts der Drosselklappe und stromaufwärts des Einlasses in dem jeweiligen Zylinder befinden, und der Anzahl der Gasmoleküle, die pro Zylindersegmentzeitdauer von dem Ansaugtrakt in den jeweiligen Zylinder strömen.
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Die
DE 198 47 457 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei welcher auf der Basis des Spannungsreglersignals des Generators ein Ausnutzungsgradsignal des Generators ermittelt wird, dieses unter Berücksichtigung der Motordrehzahl in einen Momentenbedarfswert des Generators umgerechnet und dieser Momentenbedarfswert bei der Steuerung der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.
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In der
DE 102 14 722 A1 berechnet eine Berechnungseinrichtung (
1) für das erforderliche angezeigte Drehmoment das erforderliche angezeigte Drehmoment, das durch die Verbrennung einer Brennkraftmaschine erzeugt werden soll auf der Grundlage einer durch den Fahrer betätigten Gaspedalposition oder dergleichen. Eine Berechnungseinrichtung für die erforderliche Luftdurchflussrate berechnet eine erforderliche Luftdurchflussrate auf der Grundlage des erforderlichen angezeigten Drehmoments oder dergleichen. Eine Berechnungseinrichtung (
4) für den Soll-Ansaugdruck berechnet einen Soll-Ansaugdruck auf der Grundlage der erforderlichen Luftdurchflussrate oder dergleichen. Eine Reguliereinrichtung (
3) für eine minimale Luftdurchflussrate reguliert die erforderliche Luftdruchflussrate auf einen vorgegebenen unteren Grenzwert. Eine Berechnungseinrichtung (
5) für den Soll-Drosselwinkel berechnet einen Soll-Drosselwinkel auf der Grundlage der erforderlichen Luftdurchflussrate und des Soll-Ansaugdrucks. Eine Antriebseinrichtung (
6) für die Drosselklappe treibt eine Drosselklappe an, um einzurichten, dass ein Ist-Drosselwinkel mit dem Soll-Drosselwinkel übereinstimmt. Selbst wenn Eigenschaften zwischen einem Drosselwinkel und einer Luftdurchflussrate sich unter Produkten auf Grund von Herstellungsänderungen der Systeme oder dergleichen ändern, kann der Soll-Drosselwinkel mit hoher Genauigkeit berechnet werden
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Die
DE 199 25 788 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine (
1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die mit einem Brennraum (
4) versehen ist, in den Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Ansaugphase oder in einer zweiten Betriebsart während einer Verdichtungsphase direkt einspritzbar und entzündbar ist. Es ist ein Steuergerät (
15) vorgesehen zur Ermittlung des Einspritzzeitpunkts und/oder des Zündzeitpunkts des Kraftstoffs in der zweiten Betriebsart in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (
1) und der in den Brennraum (
4) einzuspritzenden Kraftstoffmasse. Durch das Steuergerät (
15) wird in der zweiten Betriebsart der Einspritzzeitpunkt und/oder der Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von Lambda ermittelt.
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Die
DE 10 2004 062 018 A1 offenbart, dass im Betrieb einer Brennkraftmaschine eine Luftfüllung (rl) in einem Brennraum unter Berücksichtigung eines Drucks (ps) in einem Ansaugkanal ermittelt wird. Es wird vorgeschlagen, dass die Luftfüllung (rl) anhand eines Modells (A) ermittelt wird, welches als Eingangsgrößen eine Drehzahl (nmot) einer Kurbelwelle und ein Verhältnis des Drucks (ps) in dem Ansaugkanal (
22) zu einem Umgebungsdruck (pu) erhält.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Steuer- und/oder Regeleinrichtung und ein Computerprogramm hierfür derart weiterzubilden, dass eine effiziente Ermittlung eines Sollwerts für das sekundäre Stellglied möglich ist, ohne einen komplexen Applikationsprozess zu erfordern, und ohne eine Flexibilität bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine einzuschränken.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sollwert für das sekundäre Stellglied in Abhängigkeit mindestens zweier Kennfelder gebildet wird, denen jeweils dieselben Eingangsgrößen zugeführt werden. Dadurch müssen zur Ermittlung der Kennfelder einserseits nur die betreffenden gemeinsamen Eingangsgrößen berücksichtigt werden, so dass sich ein Applikationsprozess vereinfacht. Andererseits kann durch die erfindungsgemäße Verwendung mehrerer Kennfelder die Sollwertbildung flexibel an unterschiedliche Betriebssituationen der Brennkraftmaschine angepasst werden.
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Besonders vorteilhaft können beispielsweise die Kennfelder voneinander verschieden ausgebildet und jeweils unterschiedlichen Betriebssituationen der Brennkraftmaschine zugeordnet sein, so dass jedes Kennfeld eine besondere Betriebssituation der Brennkraftmaschine abdeckt und hierfür optimiert werden kann. Dadurch kann insbesondere auch vermieden werden, dass - wie bei herkömmlichen Systemen üblich - ein einziges, besonders komplexes Kennfeld gebildet und für den Betrieb verwendet werden muss. Die erfindungsgemäßen mehreren Kennfelder können demgegenüber bei Nichtgebrauch z.B. auch verworfen, d.h. bei Nichtgebrauch insbesondere aus einem Zwischenspeicher eines Steuergeräts gelöscht werden, um entsprechende Ressourcen für andere Prozesse freizugeben. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn mittels der erfindungsgemäßen Kennfelder erhaltene Ausgangsgrößen alternativ zur Bildung des Sollwerts verwendet werden, d.h. in einer ersten Betriebssituation wird z.B. nur ein erstes erfindungsgemäßes Kennfeld verwendet, und in einer hiervon verschiedenen zweiten Betriebssituation wird z.B. nur ein zweites erfindungsgemäßes Kennfeld verwendet.
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Bei den Betriebssituationen kann es sich beispielsweise um solche Situationen handeln, in denen die Emissionen der Brennkraftmaschine zu minimiern sind, oder auch um die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs, usw.
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Einer weiteren Erfindungsvariante zufolge können die mittels der mehreren Kennfelder erhaltenen Ausgangsgrößen auch - vorzugsweise additiv - miteinander verknüpft werden, um den Sollwert zu bilden.
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Vorteilhaft kann der Sollwert auch einer Filterung, insbesondere einer Tiefpassfilterung, unterzogen werden, um die zeitliche Änderung des Sollwerts entsprechenden Vorgaben anzupassen. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn verhindert werden soll, dass Sprünge in dem Sollwert auftreten, die u.U. zu unerwünschten Drehmomentsprüngen der Brennkraftmaschine führen können.
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Weiterhin kann ein Wechsel zwischen den Kennfeldern auch vorteilhaft in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Ausgangsgröße durchgeführt werden, um Sollwertsprünge zu begrenzen bzw. zu vermeiden. Ein entsprechender Wechsel kann z.B. dann vorgesehen werden, wenn die Ausgangsgrößen beider betrachter Kennfelder sich nicht mehr als einen vorgebbaren Maximalbetrag voneinander unterscheiden.
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Eine ganz besonders einfache Ermittlung des Sollwerts für das sekundäre Stellglied des Luftsystems ist dann gegeben, wenn jedem Kennfeld als Eingangsgröße, vorzugsweise ausschließlich, eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und eine den Zustand des primären Stellglieds, z.B. der Drosselklappe, charakterisierende Größe zugeführt wird. Dadurch kann insbesondere auf die Modellierung zusätzlicher Abhängigkeiten verzichtet werden, wodurch Ressourcen in einer Recheneinheit eines Steuergeräts wie z.B. Speicher und Rechenzeit eingespart werden.
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Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren zur Ermittlung des Sollwerts ist ganz besonders vorteilhaft anwendbar, wenn eine Luftfüllung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine anhand eines Modells ermittelt wird. Dem Modell wird dann eine von dem ermittelten Sollwert abhängige Größe bzw. eine hiermit korrespondierende Größe als Korrekturgröße zugeführt, um die präzise Ermittlung der Luftfüllung sicherzustellen. Besonders vorteilhaft wird in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren ein solches Modell zur Ermittlung der Luftfüllung eingesetzt, bei dem die Luftfüllung im wesentlichen basierend auf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine und einer den Zustand der Drosselklappe charakterisierende Größe ermittelt wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache Berücksichtigung des erfindungsgemäß erhaltenen Sollwerts bei der Ermittlung der Luftfüllung. Insbesondere muss bei einer Applikation der Ermittlung der Luftfüllung nicht die tatsächliche Stellung des sekundären Stellglieds betrachtet werden; es reicht vielmehr aus, die erwähnten Korrekturgrößen vorzusehen, die von der Drehzahl und der Drosselklappenstellung abhängen.
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Das erfindungsgemäße Prinzip kann mit einer Vielzahl von Stellgliedern für das Luftsystem eingesetzt werden, insbesondere mit einer Nockenwellenverstellung, einer Abgasrückführung, Ladungsbewegungsklappen oder Resonanzklappen im Saugrohr oder dergleichen oder einer Kombination hieraus.
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Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem Computer beziehungsweise einer Recheneinheit eines Steuergeräts ablauffähig und zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist. Das Computerprogramm kann beispielsweise auf einem elektronischen Speichermedium abgespeichert sein, wobei das Speichermedium seinerseits zum Beispiel in dem Steuergerät enthalten sein kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine,
- 2 ein Funktionsdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 3 ein Funktionsdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Luftfüllung.
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Eine Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst mehrere Zylinder, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 gezeigt ist. Der entsprechende Brennraum trägt das Bezugszeichen 14. Kraftstoff wird in den Brennraum 14 direkt mittels eines Kraftstoffinjektors 16 eingespritzt, der an ein Kraftstoffsystem 18 angeschlossen ist. Luft gelangt in den Brennraum 14 über ein Einlassventil 20 und einen Ansaugkanal 22, in dem eine Drosselklappe 24 angeordnet ist. Diese wird von einem Stellmotor 26 verstellt, ihre aktuelle Stellung wird von einem Drosselklappensensor 28 erfasst. Der im Ansaugkanal 22 herrschende Luftdruck wird von einem Drucksensor 30, die entsprechende Temperatur von einem mit diesem kombinierten Temperatursensor 32 erfasst. Der Drucksensor 30 sitzt stromabwärts von der Drosselklappe 24 und misst den Druck vor dem Einlassventil 20.
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Ein im Brennraum 14 vorhandenes Kraftstoff-Luft-Gemisch wird von einer Zündkerze 34 entflammt, die mit einem Zündsystem 36 verbunden ist. Heiße Verbrennungsabgase werden aus dem Brennraum 14 über ein Auslassventil 38 und ein Abgasrohr 40 abgeleitet.
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Die in 1 gezeigte Brennkraftmaschine 10 ist in ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug eingebaut. Ein Drehmomentwunsch des Fahrers des Kraftfahrzeugs wird in Abhängigkeit einer Stellung des Gaspedals 42 ermittelt. Die Drehzahl einer Kurbelwelle 44 der Brennkraftmaschine 10 wird von einem Drehzahlsensor 46 abgegriffen. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einer nachfolgend kurz als Steuergerät bezeichneten Steuer- und Regeleinrichtung 48 gesteuert beziehungsweise geregelt. Diese erhält Eingangssignale von den Sensoren 28, 30, 32, 42 und 46 und steuert unter anderem die Stelleinrichtung 26, den Injektor 16 sowie das Zündsystem 36 an.
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Die in 1 gezeigte Brennkraftmaschine 10 wird nach dem 4-Takt-Prinzip betrieben. Dabei ist z.B. eine Ventilüberschneidung des Einlassventils 20 und des Auslassventils 38 möglich. Dies bedeutet, dass im Bereich des oberen Totpunktes zwischen einem Ausschiebetakt und einem Ansaugtakt gleichzeitig beide Ventile 20 und 38 geöffnet sein können. Hierdurch kann eine interne Abgasrückführung realisiert werden.
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Neben der Drosselklappe 24, die das primäre Stellglied des Luftsystems der Brennkraftmaschine 10 bildet, ist mindestens ein weiteres, d.h. sekundäres, Stellglied für das Luftsystem der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen. Bei dem sekundären Stellglied kann es sich beispielsweise um ein System zur Nockenwellenverstellung handeln, das die nicht abgebildeten Einlass- und Auslassnockenwellen der Brennkraftmaschine 10 in an sich bekannter Weise verstellen kann, um den Gaswechsel durch das Einlassventil 20 und das Auslassventil 38 zu beeinflussen. Z.B. kann mit dem System zur Nockenwellenverstellung auch die vorstehend beschriebene Ventilüberschneidung modifiziert werden.
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Für die weitere Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Nockenwellenverstellung eine getrennte Beeinflussung der Einlassnockenwelle und der Auslassnockenwelle ermöglicht. Demgemäß sind mit den Pfeilen wnwesuf, wnwasuf in 1 entsprechende Sollwerte für die die Nockenwellen beeinflussenden Stellglieder (nicht gezeigt) angedeutet, die von dem Steuergerät 48 ermittelt und an die Stellglieder ausgegeben werden.
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Erfindungsgemäß werden die Sollwerte wnwesuf, wnwasuf für die sekundären Stellglieder des Luftsystems jeweils in Abhängigkeit von mindestens zwei Kennfeldern gebildet, denen jeweils dieselben Eingangsgrößen zugeführt werden.
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Dadurch müssen zur Ermittlung der Kennfelder einserseits nur die betreffenden gemeinsamen Eingangsgrößen berücksichtigt werden, so dass sich ein Applikationsprozess der Brennkraftmaschine 10 vereinfacht. Andererseits kann durch die erfindungsgemäße Verwendung mehrerer Kennfelder die Sollwertbildung flexibel an unterschiedliche Betriebssituationen der Brennkraftmaschine 10 angepasst werden.
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2 zeigt ein Funktionsdiagramm, das die erfindungsgemäße Bildung der Sollwerte wnwesuf, wnwasuf veranschaulicht.
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Zunächst wird die Bildung des Sollwerts wnwesuf betrachtet, der zur Verstellung der Einlassnockenwelle dient. Je nach der aktuellen Betriebssituation der Brennkraftmaschine 10 (1) wird durch die nicht näher bezeichneten Schalter eines der Kennfelder KFe1, KFe2 ausgewählt, um eine entsprechende Ausgangsgröße e1, e2 auszugeben, die wie aus 2 ersichtlich dem Addierer 100 zugeleitet wird. Das momentan nicht ausgewählte Kennfeld wirkt sich auf die Bildung des Sollwerts nicht aus. Dies wird beispielsweise dadurch erzielt, dass der betreffende Schalter eines nicht ausgewählten Kennfelds einen Wert von Null an den Addierer 100 weiterleitet.
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Der Ausgang des Addierers 100 wird gegebenenfalls noch mit einem Basiswert WNLE für den Sollwert addiert, was über den Addierer 101 erfolgt. Bei dem Basiswert WNLE kann es sich beispielsweise um einen Wert handeln, wie er auch unter Notlaufbedingungen zur Verwendung als Sollwert für die Verstellung der Einlassnockenwelle verwendbar ist. Im Fehlerfall können somit vorteilhaft beide erfindungsgemäßen Kennfelder KFe1, KFe2 über ihre Schalter deaktiviert werden, und dennoch ist ein - ggf. eingeschränkter - Notlaufbetrieb für die Verstellung der Einlassnockenwelle möglich.
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Im Normalbetrieb wird wie beschrieben z.B. die Ausgangsgröße e1 des Kennfelds KFe1 zu dem Basiswert WNLE hinzuaddiert, wodurch der Sollwert wnwesuf für die Ansteueurung des die Einlassnockenwelle beeinflussenden Stellglieds erhalten wird.
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Der Sollwert wnwesuf kann einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zufolge auch noch einer Tiefpassfilterung unterzogen werden, um eine Änderungsgeschwindigkeit des Sollwerts für das sekundäre Stellglied des Luftsystems zu regulieren. Die Filterung kann bevorzugt so erfolgen, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Sollwerts für das sekundäre Stellglied des Luftsystems mit der Änderungsgeschwindigkeit eines Zustands des primären Stellglieds des Luftsystems, d.h. der Drosselklappe 24, übereinstimmt. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft eine noch näher zu beschreibende vereinfachte modellbasierte Füllungserfassung der Luftfüllung in einem Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 ohne Präzisionseinbußen verwendet werden. Entsprechende Filtermittel 102 sind in 2 abgebildet und liefern an ihrem Ausgang den gefilterten Sollwert wnwes.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Normalbetrieb, bei dem das erste Kennfeld KFe1 verwendet wird, handelt es sich beispielsweise um einen besonders emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine 10. Diese Betriebssituation wird durch das Bitflag B_emis angegeben, das eine entsprechende Ansteuerung des dem ersten Kennfeld KFe1 zugeordneten Schalters vornimmt.
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Eine weitere Betriebssituation, für die ein gesondertes, optimiertes Kennfeld KFe2 vorgesehen ist, ist ein verbrauchsoptimierter Betrieb, der in analoger Weise durch das Bitflag B_consum angegeben wird.
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Beispielsweis kann die Brennkraftmaschine 10 nach ihrem Start zunächst so betrieben werden, dass der Sollwert wnwesuf für die Verstellung der Einlassnockenwelle identisch ist mit dem Basiswert WNLE. Bei einer hydraulischen Nockenwellenverstellung kann der Basiswert WNLE z.B. einem Verstellanschlag des Verstellmechanismus entsprechen. Sobald ein hinreichend großer Druck in der Hydraulik des Verstellsystems aufgebaut ist, wird zunächst ein emissionsoptimierter Betrieb der Brennkraftmaschine 10 durch das Bitflag B_emis vorgegeben und das erste Kennfeld KFe1 aktiviert, dessen Ausgangswert e1 fortan zu dem Basiswert WNLE hinzuaddiert wird, um einen emissionsoptimierten Sollwert für die Verstellung der Einlassnockenwelle zu liefern.
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Sobald die Brennkraftmaschine 10 und ein ihr zugeordnetes Abgasnachbehandlungssystem ihre Betriebstemperatur erreicht haben, kann von dem emissionsoptimierten Betrieb in den verbrauchsoptimierten Betrieb geschaltet werden, so dass der Ausgangswert e2 des Kennfelds KFe2 fortan zu dem Basiswert WNLE hinzuaddiert wird, um einen verbrauchsoptimierten Sollwert für die Verstellung der Einlassnockenwelle zu liefern. Der Kennfeldwechsel wird durch entsprechende Zustandsübergänge der Bitflags B_emis und B_consum bewirkt, d.h. - ausgehend von positiver Logik - wechselt hierzu das Bitflag B_emis von logisch eins auf logisch null, während das Bitflag B_consum von logisch null auf logisch eins wechselt.
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Der Kennfeldwechsel wird bevorzugt in Abhängigkeit der Ausgangsgrößen e1, e2 vorgenommen. Z.B. kann dann, wenn beide Ausgangsgrößen e1, e2 sich um nicht mehr als einen vorgebbaren Maximalbetrag voneinander unterscheiden, ein Sprung in dem Sollwert wnwesuf vermieden werden. Auch das erstmalige „Hinzuschalten“ eines Kennfelds direkt nach dem Aktivieren der Brennkraftmaschine 10 kann so gestaltet werden, dass ein hierbei entstehender Sollwertsprung vermindert bzw. ganz vermieden wird.
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Alternativ kann ein Sollwertsprung auch in Kauf genommen werden, wodurch auf die vorstehende Auswertung der umschaltbedingten Sollwertänderung verzichtet werden kann.
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Anstelle einer alternativen Verwendung der Kennfelder KFe1, KFe2 ist es auch denkbar, sie parallel zueinander zu verwenden, so dass die Ausgangsgröße e2 des zweiten Kennfelds KFe2 beispielsweise additiv der Ausgangsgröße e1 des ersten Kennfelds KFe1 zugeschlagen wird.
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Erfindungsgemäß werden allen Kennfeldern KFe1, KFe2 dieselben Eingangsgrößen zugeführt, bei denen es sich vorliegend um die Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine 10 und um den Zustand bzw. Winkel wdkba der Drosselklappe 24 (1) handelt, so dass eine besonders einfache Auswertung im Betrieb und auch ein im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren deutlich vereinfachter Applikationsprozess möglich ist.
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Das vorstehend unter Bezugnahme auf eine Verstellung der Einlassnockenwelle - beschriebene Verfahren wird vorliegend analog auch auf die Verstellung der Auslassnockenwelle angewandt. Hierzu wird der Sollwert wnwasuf zur Verstellung der Auslassnockenwelle in Abhängigkeit von dem Basiswert WNLA und von einem oder mehreren Ausgangswerten a1, a2 der betreffenden Kennfelder KFa1, KFa2 gebildet, die über entsprechende Schalter unter Steuerung durch die Bitflags B_emis und B_consum miteinbezogen werden können. Die entsprechenden Addierer und Filtermittel sind nicht näher bezeichnet. Ausgangsseitig wird analog zu dem Procedere für den Sollwert der Einlassnockenwellenverstellung ein gefilterter Sollwert wnwas für die Verstellung der Auslassnockenwelle erhalten.
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3 zeigt ein Funktionsdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Luftfüllung in einem Brennraum
14 (
1) der Brennkraftmaschine
10, wie es ähnlich bereits in der
DE 10 2004 062 018 beschrieben ist.
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In einem Hauptpfad 200 wird basierend auf den Eingangsgrößen nmot, psu ein erster Modellwert rl für die Luftfüllung modellbasiert ermittelt. Bei der Eingangsgröße nmot handelt es sich um die bereits erwähnte Drehzahl der Brennkraftmaschine 10, und bei der Eingangsgröße psu handelt es sich um einen Quotienten aus dem Saugrohrdruck ps und dem Umgebungsdruck pu. Das Kennfeld 210 liefert einen Rohwert für den Modellwert rl bezogen auf Normbedingungen wie z.B. Normaldruck und Normaltemperatur. Der Rohwert wird nachfolgend durch die nicht näher bezeichneten Multiplizierer um Korrekturfaktoren korrigiert. Ein erster Korrekturfaktor F1 bewirkt eine Anpassung des Rohwerts an den tatsächlichen Umgebungsdruck, und ein zweiter Korrekturfaktor F2 bewirkt eine Anpassung an die tatsächliche Temperatur, sodass der erste Modellwert rl erhalten wird. Der zweite Korrekturfaktor F2 wird in einem Temperaturmodell 220 bestimmt, dem als Eingangsgröße die Gastemperatur Tsr im Saugrohr zugeführt wird. Im einfachsten Fall wird für die Bildung des zweiten Korrekturfaktors F2 angenommen, dass die Gastemperatur im Brennraum zu dem Zeitpunkt „Einlass schliesst“ der gemessenen Gastemperatur Tsr im Saugrohr entspricht.
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In dem Nebenpfad 201 wird in Abhänggkeit der Drehzahl nmot und der Drosselklappenstellung wdkba ein Kennfeld 220 adressiert, das zur Ermittlung eines zweiten Modellwerts rlrohdk für die Luftfüllung dient und an seinem Ausgang einen Rohwert für den zweiten Modellwert rlrohdk bereitstellt, der ebenfalls auf die vorstehend genannten Normalbedingungen (Druck, Temperatur) bezogen ist. Der Rohwert des Kennfelds 220 wird wiederum unter Verwendung von druck- und temperaturabhängigen Korrekturfaktoren F3, F4 korrigiert, um den zweiten Modellwert rlrohdk zu erhalten. Zuvor jedoch wird der Rohwert durch den Addierer 221 um einen Offsetwert ofmsndk ergänzt, der in dem eine Adaption realisierenden Funktionsblock 300 gebildet und später näher beschrieben wird.
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Der temperaturabhängige Korrekturfaktor F4 wird ebenfalls in dem Modell 220 gebildet und hängt von der Gastemperatur vor der Drosselklappe 24 ab, die im einfachsten Fall der Gastemperatur in dem Ansaugrohr entspricht. Beispielsweise wird der Korrekturfaktor F4 aus der Quadratwurzel des Quotienten aus 273K und der Gastemperatur vor der Drosselklappe 24 erhalten.
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Die vorstehend beschriebene Funktion zur Füllungserfassung wird auch als „sensorarme Füllungserfassung“ bezeichnet, weil sie vorteilhaft ohne einen Umgebungsdrucksensor auskommt. Der Umgebungsdruck pu wird vielmehr durch den Adaptionsblock 300 ermittelt, in den die Modellwerte rl, rlrohdk des Hauptpfads 200 und des Nebenpfads 201 eingehen.
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Die Differenz rl - rlrohdk aus den Modellwerten rl, rlrohdk wird insbesondere bei größeren Luftmassenströmen im Ansaugrohr auf einen in dem Funktionsblock 300 realisierten Integrator (nicht abgebildet) geleitet, der bei positiver Differenz den Wert pu für den Umgebungsdruck erhöht. Der Umgebungsdruck pu wird in Form des Korrekturfaktors F3 auf das drosselklappenstellungsbasiert ermittelte Füllungssignal rlrohdk zurückgkoppelt und erhöht dieses linear, bis es mit dem Füllungssignal rl des Hauptpfades 200 übereinstimmt.
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Der durch den Funktionsblock 300 ermittelte Umgebungsdruck pu wird auch auf den Hauptpfad und damit das Füllungssignal rl zurückgekoppelt, einmal in Form des Quotienten psu = ps / pu eingangsseitig des Kennfelds 210 und ein weiteres Mal in Form des Korrekturfaktors F1.
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Da bei verhältnismäßig kleinen Luftmassenströmen im Ansaugrohr ein Offsetfehler der Drosselklappenkennlinie dominiert, wird die Differenz rl - rlrohdk aus den Modellwerten rl, rlrohdk auch auf einen zweiten Integrator (nicht gezeigt) geschaltet, dessen Ausgang bei positiver Differenz'rl - rlrohdk den vorstehend bereits erwähnten Offsetwert ofmsndk erhöht. Der Offsetwert ofmsndk wird wie beschrieben und aus 3 ersichtlich auf den Nebenpfad 201 zurückgekoppelt und erhöht den Rohwert, der am Ausgang des Kennfelds 220 erhalten wird.
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Sobald die Differenz rl - rlrohdk aus den Modellwerten rl, rlrohdk sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Luftmassenströmen zu Null wird oder zumindest einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass die durch den Funktionsblock 300 vorgenommenen Adaptionen auf den Umgebungsdruck pu und den Offsetwert ofmsndk eingeschwungen sind. Damit kann die Füllung rl präzise ermittelt werden, ohne dass ein separater Umgebungsdrucksensor zur Verfügung steht.
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Die vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebene modellbasierte Füllungserfassung kann ganz besonders vorteilhaft mit dem Prinzip der erfindungsgemäßen Sollwertermittlung für das sekundäre Luftsystemstellglied (z.B. Einlassnockenwelle) kombiniert werden. Da nämlich die erfindungsgemäß verwendeten Kennfelder KFe1, KFe2, KFa1, KFa2 (2) nur von den Größen nmot und wdkba abhängig sind, kann der Zustand des sekundären Luftsystemstellglieds in den Kennfeldern 210, 220 der Füllungserfassung gemäß 3 implizit berücksichtigt werden.
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D.h., die tatsächliche Stellung z.B. der Einlassnockenwelle und Auslassnockenwelle muss in dem Modell nach 3 nicht als gesonderte Kennfeld-Eingangsgröße berücksichtigt werden, um die Füllung rl genau bestimmen zu können. Vielmehr reicht es völlig aus, den Einfluss der erfindungsgemäß allein in Abhängigkeit von nmot und wdkba ermittelten Sollwerte wnwesuf, wnwasuf (2) in Form der Korrekturwerte rlkorr1, rlkorr2 zu berücksichtigen, die in der in 3 abgebildeten Weise z.B. additiv auf die mittels der Kennfelder 210, 220 erhaltenen Rohwerte für die Füllung aufgeschlagen werden. Die Stellung der Ein- und Auslassnockenwelle wird also vermöge der Korrekturwerte rlkorr1, rlkorr2 in die modellbasierte Füllungserfassung gemäß 3 miteinbezogen, wobei die Korrekturwerte rlkorr1, rlkorr2 mit den Sollwerten wnwesuf, wnwasuf korrespondieren.
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Mit anderen Worten bildet die tatsächliche Stellung z.B. der Einlassnockenwelle und Auslassnockenwelle keine separate Eingangsgröße für die Kennfelder 210, 220, wie dies bei herkömmlichen Verfahren der Fall wäre. Zur Applikation derartiger Kennfelder mit z.B. den Eingangsgrößen nmot, ps und zusätzlich der Nockenwellenstellung wäre ein sehr viel größerer Aufwand erforderlich, als er für die Durchfühung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben ist, bei dem die Größen rlkorr1, rlkorr2 lediglich korrigierend auf die von den einfachen Kennfeldern 210, 220 gelieferten Rohwerte aufaddiert werden. Die Korrekturwerte rlkorr1, rlkorr2 werden vorteilhaft in zu der Bildung der Sollwerte wnwesuf, wnwasuf gemäß 2 vergleichbarer Weise erhalten. Bevorzugt werden ebenfalls nur solche Kennfelder zur Ermittlung der Korrekturwerte rlkorr1, rlkorr2 verwendet, die von den beiden Größen nmot und wdkba abhängen. Die zur Ermittlung der Korrekturwerte rlkorr1, rlkorr2 dienenden Kennfelder werden nach demselben Prinzip wie die Kennfelder KFe1, KFe2, .. (2) betriebssituationsabhängig verwendet und liefern in Abhängigkeit der Größen nmot und wdkba einen Korrekturterm rlkorr1, rlkorr2, der die einfache Berücksichtigung des Einflusses der Nockenwellenstellung auf die Luftfüllung rl bei dem Modell der 3 erlaubt.
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Die vorstehenden Vorteile beruhen i.w. darauf, dass die erfindunsgemäßen Kennfelder der 2 und die Kennfelder zur Ermittlung der Korrekturwerte rlkorr1, rlkorr2 auch nur von den beiden Größen nmot und wdkba abhängen, die bereits in dem Modell gemäß 3 verwendet werden.
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Das vorstehend beschriebene Prinzip der Kombination der erfindungsgemäßen Ermittlung der Sollwerte wnwesuf, wnwasuf bzw. hiermit korrespondierender Korrekturwerte rlkorr1, rlkorr2 mit der modellbasierten Füllungserfassung ist auch dann einsetzbar, wenn andere sekundäre Luftsystemsteller verwendet werden, z.B. ein Abgasrückführventil, Ladungsbewegungsklappen oder Resonanzklappen im Saugrohr oder dergleichen oder einer Kombination hieraus.
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Für diese anderen sekundären Luftsystemsteller sind wiederum zu den Kennfeldern KFe1, KFe2 entsprechende Kennfelder vorzusehen, die bevorzugt nur von den beiden Größen nmot und wdkba abhängen, die bereits in dem Modell gemäß 3 verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße vereinfachte Ermittlung der Sollwerte wnwesuf, wnwasuf muss nicht notwendig mit der Füllungserfassung gemäß 3 kombiniert werden, sondern bietet allein bereits eine vereinfachte Sollwertermittlung und Applikation und eine hohe Flexibilität im Betrieb durch die Möglichkeit des Kennfeldwechsels. Es können auch andere als die in 2 beschriebenen Eingangsgrößen nmot, wdkba für die Kennfelder verwendet werden.
