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Die
Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Ermitteln mindestens
einer Modelltemperatur in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.
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Für einen
Betrieb einer Brennkraftmaschine ist eine Kenntnis einer Temperatur
der angesaugten Luft von Bedeutung. Daher weisen Brennkraftmaschinen
im Allgemeinen einen oder mehr als einen Temperatursensor in einem
Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine auf, um diese Temperatur erfassen oder
ermitteln zu können.
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Die
DE 101 11 774 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Luftaustrittstemperatur
des Verdichters eines Abgasturboladers eines Kraftfahrzeugs. Die
Luftaustrittstemperatur des Verdichters wird aus der Drehzahl der Turboladerwelle
und der Lufteintrittstemperatur des Verdichters abgeleitet.
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Die
DE 197 40 917 A1 offenbart
ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer Gasfüllung in
einem Zylinder eines Verbrennungsmotors.
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Die
DE 10 2006 042 874
A1 offenbart ein Verfahren zur Schätzung der Temperatur im Ansaugkrümmer eines
Verbrennungsmotors. Ein Schätzwert für die Temperatur
im Ansaugkrümmer
wird mittels eines Kalman-Filters ermittelt.
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Die
WO 02/06255 A2 offenbart
ein System zur Schätzung
einer Austrittstemperatur eines Turboladerkompressors.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen,
die ein präzises
Ermitteln mindestens einer Modelltemperatur in einem Ansaugtrakt
einer Brennkraftmaschine ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem
ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren
und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln mindestens einer
Modelltemperatur einer Temperatur, die an einer jeweils vorgegebenen
ersten Position in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine vorherrscht. Der
Ansaugtrakt umfasst mindestens eine von angesaugter Luft durchströmte Komponente.
Falls zwei oder mehr als zwei Komponenten vorgesehen sind, sind
diese derart nacheinander in einem Luftpfad angeordnet, dass diese
nacheinander von der ange saugten Luft durchströmt werden. Eine Temperatur
in dem Ansaugtrakt wird für
eine von der vorgegebenen ersten Position beabstandete und durch
mindestens eine der mindestens einen Komponente getrennte vorgegebene
zweite Position in dem Ansaugtrakt als eine Referenztemperatur erfasst
oder ermittelt. Eine Motorraumtemperatur in einem Motorraum wird
ermittelt. Die Brennkraftmaschine ist in dem Motorraum angeordnet.
Die jeweilige Modelltemperatur wird ermittelt ausgehend von der
vorgegebenen zweiten Position entlang des Luftpfads hin zu der vorgegebenen
ersten Position abhängig
von der Referenztemperatur, der Motorraumtemperatur und einer jeweiligen
Temperaturänderung,
die durch die jeweilige der mindestens einen Komponente verursacht
wird, durch die die jeweilige vorgegebene erste Position von der
vorgegebenen zweiten Position getrennt ist.
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Die
Temperaturen, das heißt
die mindestens eine Modelltemperatur, die Temperatur, die an der
jeweils vorgegebenen ersten Position vorherrscht, die Referenztemperatur
und die Motorraumtemperatur sind insbesondere Lufttemperaturen,
also eine Modelllufttemperatur, eine Referenzlufttemperatur und eine
Motorraumlufttemperatur. Als Komponenten sind beispielsweise ein
Verdichter oder Kompressor und/oder ein Ladeluftkühler und/oder
ein Rohr- und insbesondere Saugrohrabschnitt vorgesehen. Als Komponente
kann jedoch beispielsweise auch ein Luftfilter, eine Drosselklappe
oder eine andere Komponente des Ansaugtrakts vorgesehen sein, die
in dem Luftpfad angeordnet ist.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mittels eines physikalischen
Modells des Ansaugtrakts, dessen Grundlage eine Wärmebilanz
aus zugeführter
und abgeführter
Energie bildet, die Modelltemperatur mit hoher Präzision ermittelbar
ist. Ein Motorblock der Brennkraftmaschine erwärmt die Kompo nenten des Ansaugtrakts
und insbesondere eine Wand eines Saugrohrs. Über die jeweilige Komponente
und insbesondere über
die Wand des Saugrohrs wird wiederum Energie an die in der jeweiligen Komponente
oder dem Saugrohr befindliche Luft abgegeben. Zusätzlich kann
Wärme durch
die jeweilige Komponente an die diese durchströmende Luft abgegeben werden,
zum Beispiel durch einen Kompressor, oder kann der durchströmenden Luft
Wärme entzogen
werden, zum Beispiel durch einen Ladeluftkühler. Ferner kann auch eine
Energieabgabe an einen die jeweilige Komponente oder das Saugrohr umströmenden Luftmassenstrom
erfolgen. Aufgrund der präzise
ermittelbaren mindestens einen Modelltemperatur kann gegebenenfalls
ein Temperatursensor im Ansaugtrakt eingespart werden oder kann
ein durch einen Temperatursensor erfasster Temperaturmesswert abhängig von
der mindestens einen Modelltemperatur plausibilisiert werden, das
heißt überprüft werden.
Ferner kann die mindestens eine Modelltemperatur auch als Ersatztemperatur
genutzt werden, falls der Temperaturmesswert des Temperatursensors
aufgrund eines Defekts nicht verfügbar sein sollte.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Ansaugtrakt mindestens
zwei Komponenten, die nacheinander derart in dem Luftpfad angeordnet sind,
dass diese nacheinander von der angesaugten Luft durchströmt werden,
und durch die die jeweilige vorgegebene erste Position von der vorgegebenen zweiten
Position getrennt ist. Jeweils eine Hilfsmodelltemperatur wird ermittelt
für jede
vorgegebene Zwischenposition in dem Luftpfad zwischen jeweils zwei
in dem Luftpfad aufeinander folgende Komponenten, durch die die
jeweilige vorgegebene erste Position von der vorgegebenen zweiten
Position getrennt ist, ausgehend von der vorgegebenen zweiten Position
entlang des Luftpfads hin zu der vorgegebenen ersten Position. Die
jeweilige Hilfsmodelltemperatur wird ermittelt abhängig von
der Motorraumtemperatur. In einem ersten Fall wird die jewei lige
Hilfsmodelltemperatur ferner abhängig
von der Referenztemperatur ermittelt und in einem zweiten Fall wird die
jeweilige Hilfsmodelltemperatur ferner abhängig von der jeweils für die unmittelbar
vorangegangene Zwischenposition ermittelte Hilfsmodelltemperatur ermittelt.
Die jeweilige Hilfsmodelltemperatur wird ferner abhängig von
der Temperaturänderung
ermittelt, die durch diejenige Komponente verursacht wird, durch
die, in dem ersten Fall, die vorgegebene Zwischenposition von der
vorgegebenen zweiten Position getrennt ist, und, in dem zweiten
Fall, die jeweilige vorgegebene Zwischenposition von der jeweils
unmittelbar vorangegangenen Zwischenposition getrennt ist. Die jeweilige
Modelltemperatur wird ermittelt abhängig von der Motorraumtemperatur
und von der jeweils für
die unmittelbar vorangegangene Zwischenposition ermittelte Hilfsmodelltemperatur
und der Temperaturänderung,
die durch die diejenige Komponente verursacht wird, durch die die
jeweilige vorgegebene erste Position von der jeweils unmittelbar
vorangegangenen Zwischenposition getrennt ist. Der Vorteil ist,
dass durch das komponentenweise Ermitteln der Hilfsmodelltemperaturen
und der mindestens einen Modelltemperatur der Einfluss der jeweiligen
Komponente präzise
ermittelbar ist und somit auch die resultierende mindestens eine
Modelltemperatur besonders präzise
ermittelbar ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die vorgegebene zweite Position
an einem Lufteinlassbereich des Ansaugtrakts vorgegeben. Als die
Referenztemperatur wird eine Umgebungstemperatur erfasst oder ermittelt.
Die Umgebungstemperatur ist insbesondere eine Umgebungslufttemperatur.
Der Lufteinlassbereich umfasst bevorzugt einen Bereich des Ansaugtrakts,
in dem die angesaugte Luft beim Betrieb der Brennkraftmaschine im
Wesentlichen die Umgebungstemperatur aufweist. Der Lufteinlassbereich
kann sich abhängig
von der jeweiligen Ausgestaltung des Ansaugtrakts daher gegebenenfalls auch
strom abwärts
eines Luftfilters des Ansaugtrakts erstrecken. Der Vorteil ist,
dass die Umgebungstemperatur nicht oder nur wenig durch den Betrieb
der Brennkraftmaschine beeinflusst wird und daher besonders zuverlässig als
Referenztemperatur genutzt werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Motorraumtemperatur ermittelt
abhängig
von einer Temperatur der Brennkraftmaschine und abhängig von
einer Fahrgeschwindigkeit und/oder abhängig von einer Lüfterdrehzahl
eines Kühlers
und/oder abhängig
von einer Lüfterklappenstellung
des Kühlers. Als
Temperatur der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise insbesondere
eine Kühlmitteltemperatur in
einem Motorblock der Brennkraftmaschine oder eine Zylinderkopftemperatur
ermittelt. Die Motorraumtemperatur ist so besonders präzise ermittelbar und
dadurch ist auch die jeweilige Modelltemperatur besonders präzise ermittelbar.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine der mindestens einen
Komponente, durch die die jeweilige vorgegebene erste Position von
der vorgegebenen zweiten Position getrennt ist, ein Kompressor. Die
Temperaturänderung,
die durch den Kompressor verursacht wird, wird ermittelt abhängig von
einer Luftverdichtung durch den Kompressor und von einer Verlustleistung
des Kompressors. Die durch den Kompressor verursachte Temperaturänderung
ist so präzise
ermittelbar. Dadurch ist auch die jeweilige Modelltemperatur präzise ermittelbar.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn ein erster Temperaturwert
ermittelt wird abhängig
von der Luftverdichtung durch den Kompressor. Die Verlustleistung
des Kompressors wird ermittelt. Ein erster Temperaturbeitrag wird
abhängig
von der ermittelten Verlustleistung des Kompressors ermittelt. Die
Modelltemperatur und gegebenenfalls eine oder mehr als eine der
gegebenenfalls mehreren Hilfsmodelltemperaturen wird ermittelt abhängig von einem
zweiten Temperaturwert, der abhängig
von dem ersten Temperaturwert und dem ersten Temperaturbeitrag ermittelt
wird. Der Vorteil ist, dass die durch den Kompressor verursachte
Temperaturänderung
so einfach und präzise
ermittelbar ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren
und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln mindestens einer
Modelltemperatur in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.
In dem Ansaugtrakt ist ein Kompressor vorgesehen. Ein erster Temperaturwert wird
ermittelt abhängig
von einer Luftverdichtung durch den Kompressor. Eine Verlustleistung
des Kompressors wird ermittelt. Ein erster Temperaturbeitrag wird
abhängig
von der ermittelten Verlustleistung des Kompressors ermittelt. Die
mindestens eine Modelltemperatur wird ermittelt abhängig von
einem zweiten Temperaturwert, der abhängig von dem ersten Temperaturwert
und dem ersten Temperaturbeitrag ermittelt wird. Die mindestens
eine Modelltemperatur wird ermittelt abhängig von dem durch Filtern
in seiner Änderungsgeschwindigkeit
begrenzten zweiten Temperaturwert.
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Das
Verfahren ist bevorzugt auch ein Verfahren zum Steuern der Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine und insbesondere eine Drosselklappe und/oder
eine Umluftklappe und/oder ein Stellglied des Kompressors werden
abhängig
von der ermittelten mindestens einen Modelltemperatur gesteuert. Die
mindestens eine Modelltemperatur bezieht sich insbesondere auf eine
Temperatur nach dem Kompressor. Mit Kenntnis der Temperatur nach
dem Kompressor und der Temperaturänderung aufgrund der Kompression
der Luft und der Verlustleistung des Kompressors kann sich jedoch
die mindestens eine Modelltemperatur ebenso auf eine Temperatur
vor dem Kompressor beziehen. Der Begriff ”vor” wird im Sinne von stromaufwärts und
der Begriff ”nach” wird im
Sinne von stromabwärts
benutzt. Dabei wird diesbezüglich
von einem stationären
Betrieb und in Bezug auf die Drosselklappe und den Kompressor von einer
Strömungsrichtung
von einem Lufteinlass hin zu Zylindern der Brennkraftmaschine ausgegangen und
wird in Bezug auf die Umluftklappe von einer Strömungsrichtung von stromabwärts des
Kompressors hin zu stromaufwärts
des Kompressors ausgegangen. Die Temperaturen, also insbesondere
die Modelltemperatur, sind insbesondere Lufttemperaturen.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die mindestens eine Modelltemperatur
besonders präzise
ermittelbar ist durch Nutzen eines physikalischen Modells, bei dem
das Erwärmen
der den Kompressor durchströmenden
Luft aufgrund der Kompression der Luft durch den Kompressor und aufgrund
der Verlustleistung des Kompressors berücksichtigt ist. Abhängig von
der mindestens einen Modelltemperatur sind gegebenenfalls weitere
Temperaturen in dem Ansaugtrakt ermittelbar. Ferner sind aufgrund
der hohen Präzision
der mindestens einen Modelltemperatur Stellglieder der Brennkraftmaschine,
insbesondere die Drosselklappe und/oder die Umluftklappe und/oder
ein anderes Stellglied des Kompressors, präzise ansteuerbar. Dadurch ist
ein zuverlässiger,
sparsamer und emissionsarmer Betrieb der Brennkraftmaschine möglich.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass durch das Filtern des in seiner Änderungsgeschwindigkeit
begrenzten zweiten Temperaturwerts erforderliche Erwärmungs- oder
Abkühlungszeitdauern
aufgrund des zu erwärmenden
oder abzukühlenden
Volumens berücksichtigt
werden können.
Dadurch können
unnatürliche Sprünge in einem
Verlauf der mindestens einen Modelltempera tur vermieden werden.
Die mindestens eine Modelltemperatur kann so mit hoher Genauigkeit
einer tatsächlichen
Temperatur entsprechen, insbesondere in Bezug auf ihren zeitlichen
Verlauf.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der zweite Temperaturwert
durch einen PT1-Filter gefiltert wird. Der Vorteil ist, dass dies
sehr einfach ist und eine gute Genauigkeit möglich ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten oder des zweiten
Aspekts wird der erste Temperaturwert ermittelt abhängig von
einem Druckverhältnis über dem
Kompressor. Der erste Temperaturwert ist so einfach ermittelbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten oder des zweiten
Aspekts wird der erste Temperaturbeitrag ermittelt abhängig von
einer Drehzahl des Kompressors und/oder von einem durch den Kompressor
geförderten
Luftmassenstrom und/oder Volumenstrom, einer Verdichtungsleistung
des Kompressors und einem Kompressorwirkungsgrad. Der Volumenstrom
ist insbesondere abhängig
von der Drehzahl des Kompressors ermittelbar, so dass aufgrund des
Zusammenhangs der Größen Volumenstrom
und Drehzahl des Kompressors die Verlustleistung abhängig von
entweder dem Volumenstrom oder der Drehzahl des Kompressors ermittelbar
ist. Ebenso sind der Luftmassenstrom und der Volumenstrom voneinander
abhängige
Größen. Vorzugsweise
wird der erste Temperaturbeitrag oder die Verlustleistung des Kompressors
abhängig
von den genannten Größen aus
einem Kennfeld ermittelt. Der erste Temperaturbeitrag oder die Verlustleistung
des Kompressors ist dann sehr einfach und hinreichend genau ermittelbar.
Der erste Temperaturbeitrag oder die Verlustleistung des Kompressors
können
jedoch auch anders ermittelt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten oder des zweiten
Aspekts wird ein zweiter Temperaturbeitrag ermittelt abhängig von
einer Gehäusetemperatur
eines Gehäuseteils
des Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine nach dem Kompressor. Die
Modelltemperatur wird ermittelt abhängig von dem zweiten Temperaturwert
und dem zweiten Temperaturbeitrag. Die mindestens eine Modelltemperatur
ist dadurch insbesondere auch dann präzise ermittelbar, wenn die
verdichtete Luft erst noch durch den Gehäuseteil strömen muss, zum Beispiel durch ein
Rohr ausgangsseitig des Kompressors, beispielsweise durch eine Überbrückungsleitung
hin zu der Umluftklappe. Der Einfluss des Gehäuseteils auf die Lufttemperatur
kann so sehr einfach berücksichtigt werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der zweite Temperaturbeitrag
ermittelt wird abhängig
von Abmessungen des Gehäuseteils,
durch den verdichtete Luft aus dem Kompressor strömt, und
von dem Luftmassenstrom durch den Gehäuseteil. Der Vorteil ist, dass
der zweite Temperaturbeitrag so einfach ermittelbar ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Teil eines Kraftfahrzeugs,
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2 eine
erste Ausführungsform
einer Brennkraftmaschine mit Ansaugtrakt,
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3 eine
zweite Ausführungsform
einer Brennkraftmaschine mit Ansaugtrakt,
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4 ein
erstes Blockdiagramm,
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5 ein
erstes Ablaufdiagramm,
-
6 ein
zweites Blockdiagramm,
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7 ein
Diagramm und
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8 ein
zweites Ablaufdiagramm.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend. mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein
Kraftfahrzeug umfasst eine Brennkraftmaschine, die in einem Motorraum
EC in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, mit einem Motorblock 2 mit einem
Zylinderkopf 3, einem Ansaugtrakt IS und einem Kühler CO
(1). Der Ansaugtrakt IS umfasst bevorzugt eine
Drosselklappe THR und ein Saugrohr IM, das hin zu einem ersten Zylinder
Z1 über
einen Einlasskanal in einen Brennraum 9 des Motorblocks 2 geführt ist
(2). Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 8,
die über
eine Pleuelstange 10 mit einem Kolben 11 des ersten
Zylinders Z1 gekoppelt ist. Die Brennkraftmaschine umfasst gegebenenfalls
neben dem ersten Zylinder Z1 vorzugsweise weitere Zylinder, zum
Beispiel einen zweiten, dritten und vierten Zylinder Z2, Z3, Z4.
Die Brennkraftmaschine kann aber auch eine beliebige andere Anzahl
von Zylindern umfassen.
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In
dem Zylinderkopf 3 sind bevorzugt ein Einspritzventil 18 und
eine Zündkerze 19 angeordnet.
Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr
IM angeordnet sein. Eine Einlassnockenwelle ist mit mindestens einem
Einlassventil 12 gekoppelt und wird vorzugsweise von der
Kurbelwelle 8 angetrieben. Eine Auslassnockenwelle ist
mit mindestens einem Auslassventil 13 gekoppelt und wird vorzugsweise
ebenfalls durch die Kurbelwelle 8 angetrieben.
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Eine
Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet
sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln.
Betriebsgrößen umfassen
die Messgrößen und
von diesen abgeleitete Größen der Brennkraftmaschine.
Betriebsgrößen können repräsentativ
sein für
einen aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt
abhängig
von mindestens einer der Betriebsgrößen mindestens eine Stellgröße, die
dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels
entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann
auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet
werden. Ferner kann die Steuervorrichtung 25 auch als Vorrichtung
zum Ermitteln mindestens einer Modelltemperatur TMOD in dem Ansaugtrakt
IS der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
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Die
Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26,
der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst,
ein Luftmassensensor HFM, der einen Luftmassenstrom stromaufwärts der
Drosselklappe THR erfasst, ein erster Temperatursensor 34,
der eine Ansauglufttemperatur in dem Saugrohr IM erfasst, das heißt eine
Temperatur TCYL der in Zylinder der Brennkraftmaschine einströmenden Luft,
ein Saugrohrdrucksensor, der einen Saugrohrdruck MAP in dem Saugrohr
IM erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der einen
Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl der Brennkraftmaschine
zugeordnet wird. Ferner ist bevorzugt ein zweiter Temperatursensor 38 vorgesehen,
der eine Temperatur stromaufwärts
der Drosselklappe THR erfasst, sowie ein nicht dargestellter dritter
Temperatursensor, der eine Kühlmitteltemperatur
TCO, insbesondere in dem Motorblock 2, erfasst. Alternativ
oder zusätz lich
zu dem dritten Temperatursensor zum Erfassen der Kühlmitteltemperatur
TCO kann ein Temperatursensor zum Erfassen einer Zylinderkopftemperatur
TCYLH vorgesehen sein. Die Kühlmitteltemperatur
TCO und die Zylinderkopftemperatur TCYLH sind repräsentativ
für eine
Temperatur der Brennkraftmaschine und insbesondere für eine Temperatur des
Motorblocks 2. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann
eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein
oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe THR, die Einlass-
und Auslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 und
die Zündkerze 19.
Ferner kann als Stellglied der Brennkraftmaschine und insbesondere
des Ansaugtrakts IS auch eine Umluftklappe RFP vorgesehen sein,
wenn in dem Ansaugtrakt IS ein Verdichter oder Kompressor SCHA vorgesehen
ist.
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Jeder
Zylinder weist mindestens ein Einlassventil 12 und mindestens
ein Auslassventil 13 auf. Ferner kann vorgesehen sein,
dass jeweils mindestens zwei Zylinder einer jeweiligen Bank zugeordnet sind,
zum Beispiel einer ersten Bank B1 oder einer zweiten Bank B2 (3).
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2 und 3 zeigen
alternative Ausführungsformen
der Brennkraftmaschine und insbesondere des Ansaugtrakts IS der
Brennkraftmaschine. Der Unterschied besteht im Wesentlichen darin,
dass bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
der Kompressor SCHA und ein Ladeluftkühler ICO vor der Drosselklappe
THR, das heißt
stromaufwärts
der Drosselklappe THR, angeordnet sind und dass bei der in 3 dargestellten
Ausführungsform
der Kompressor SCHA und der Ladeluftkühler ICO nach der Drosselklappe
THR, das heißt
stromabwärts
der Drosselklappe THR, angeordnet sind. Es sind jedoch ebenso weitere
Ausführungsformen
der Brennkraftmaschine und des An saugtrakts IS möglich, beispielsweise ohne
Kompressor SCHA und/oder ohne Ladeluftkühler ICO.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Luftpfad
in Strömungsrichtung
gebildet ausgehend von einem Lufteinlass, an dem Frischluft in den
Ansaugtrakt IS aus einer Umgebung der Brennkraftmaschine angesaugt
werden kann. Die aus der Umgebung angesaugte Frischluft weist eine Umgebungstemperatur
TAM auf. In dem Luftpfad sind nacheinander in Strömungsrichtung
als Komponenten Cx des Ansaugtrakts IS vorgesehen ein Luftfilter
AIC, der Kompressor SCHA, der Ladeluftkühler ICO, die Drosselklappe
THR und das Saugrohr IM, die nacheinander von der angesaugten Frischluft durchströmt werden
können.
Es können
auch weitere, nicht dargestellte Komponenten Cx in dem Luftpfad
vorgesehen sein oder kann nur eine Auswahl der genannten Komponenten
Cx vorgesehen sein.
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Stromaufwärts des
Kompressors SCHA herrscht ein Druck P1 vor dem Kompressor SCHA und
eine Temperatur T_SCHA_UP vor dem Kompressor SCHA. Stromabwärts des
Kompressors SCHA herrscht ein Druck P2 nach dem Kompressor SCHA
und eine Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor SCHA. Vorzugsweise
ist eine Überbrückungsleitung
BC zum Überbrücken des
Kompressors SCHA vorgesehen, in der die Umluftklappe RFP angeordnet
ist. Abhängig
von einer Stellung der Umluftklappe RFP ist die durch den Kompressor SCHA
verdichtete Luft über
die Überbrückungsleitung
BC rückführbar vor
den Kompressor SCHA. Stromaufwärts
der Drosselklappe THR herrscht ein Druck PUT vor der Drosselklappe
THR und stromabwärts
der Drosselklappe THR herrscht ein Druck PDT nach der Drosselklappe
THR.
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Bei
der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Luftpfad
in Strömungsrichtung
gebildet ausgehend von dem Lufteinlass durch die nacheinander in
Strömungsrichtung
ange ordneten Komponenten Cx Luftfilter AIC, Drosselklappe THR, Kompressor
SCHA, Ladeluftkühler
ICO und Saugrohr IM. Ferner können
auch weitere, nicht dargestellte Komponenten Cx in dem Luftpfad
vorgesehen sein oder kann nur eine Auswahl der genannten Komponenten Cx
vorgesehen sein.
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Entsprechend
der in 2 dargestellten Ausführungsform herrscht auch bei
der in 3 dargestellten Ausführungsform stromaufwärts des
Kompressors SCHA der Druck P1 vor dem Kompressor SCHA und die Temperatur
T_SCHA_UP vor dem Kompressor SCHA. Stromabwärts des Kompressors SCHA herrscht
der Druck P2 nach dem Kompressor SCHA und die Temperatur T_SCHA_DOWN
nach dem Kompressor SCHA. Vorzugsweise ist auch bei der in 3 dargestellten
Ausführungsform
die Überbrückungsleitung
BC zum Überbrücken des Kompressors
SCHA vorgesehen, in der die Umluftklappe RFP angeordnet ist. Stromaufwärts der
Drosselklappe THR herrscht der Druck PUT vor der Drosselklappe THR
und stromabwärts
der Drosselklappe THR herrscht der Druck PDT nach der Drosselklappe THR,
der dem Druck P1 vor dem Kompressor SCHA entspricht. Der Druck P2
nach dem Kompressor SCHA entspricht ferner einem Ladedruck CAP.
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Die
im Folgenden gemachten Aussagen betreffen sowohl die in 2 dargestellte
Ausführungsform
als auch die in 3 dargestellte Ausführungsform,
soweit nichts anderes erwähnt
ist. Ferner ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen
der Brennkraftmaschine und/oder des Ansaugtrakts IS beschränkt.
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4 zeigt
ein erstes Blockdiagramm, in dem insbesondere Temperaturen und ein
Wärmeaustausch
während
eines Betriebs der Brennkraftmaschine schematisch dargestellt sind
für den
Ansaugtrakt IS, den Motorraum EC und den Kühler CO. Umge bungsluft mit
der Umgebungslufttemperatur TAM wird durch den Kühler CO geleitet und gelangt in
den Motorraum EC. Diese Umgebungsluft weist eine Temperatur TIN
an einem Lufteingang des Kühlers
CO auf. Die Temperatur TIN an dem Lufteingang des Kühlers CO
entspricht der Umgebungstemperatur TAM.
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Der
Kühler
CO wird von Kühlmittel
durchströmt,
das durch den Motorblock 2 der Brennkraftmaschine aufgeheizt
wird auf die Kühlmitteltemperatur
TCO, die im Wesentlichen der Temperatur der Brennkraftmaschine und
insbesondere der Temperatur des Motorblocks 2 entspricht.
Eingangsseitig des Kühlers
CO weist das Kühlmittel
eine Kühlmitteltemperatur
TCO_IN am Kühlmitteleingang
des Kühlers CO
auf, die im Wesentlichen der Kühlmitteltemperatur
TCO in dem Motorblock 2 entspricht.
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In
dem Kühler
CO findet ein Wärmeaustausch
statt. Wärme
wird von dem Kühlmittel
an die den Kühler
durchströmende
Luft abgegeben, wodurch diese aufgeheizt wird. Das Kühlmittel
wird dadurch abgekühlt.
Ausgangsseitig des Kühlers
CO weist das Kühlmittel
noch eine Kühlmitteltemperatur TCO_OUT
am Kühlmittelausgang
des Kühlers
CO auf, mit der das Kühlmittel
zurück
in den Motorblock 2 strömt.
Die den Kühler
CO durchströmende
Luft weist eine Temperatur TOUT am Luftausgang des Kühlers CO
auf, wenn sie in den Motorraum EC gelangt. Der Wärmeaustausch in dem Kühler CO
sowie ein Grad der Erwärmung
der Luft und ein Grad der Abkühlung
des Kühlmittels
in dem Kühler
CO sind abhängig
von einem jeweiligen Volumenstrom der den Kühler CO durchströmenden Luft
und des den Kühler
CO durchströmenden
Kühlmittels.
Der Volumenstrom der den Kühler
CO durchströmenden
Luft ist ferner abhängig
von einer Fahrgeschwindigkeit V des Kraftfahrzeugs und/oder einer
Lüfterdrehzahl N_CO
des Kühlers
CO und/oder einer Lüfterklappenstellung
des Kühlers
CO.
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Der
Wärmeaustausch
in dem Kühler
CO kann allgemein als QCO' = W1'·(TCO_IN – TCO_OUT)
= W2'·(TIN – TOUT)dargestellt
werden mit einem Wärmestrom
QCO' im Kühler CO,
einem ersten Wärmekapazitätsstrom
W1 und einem zweiten Wärmekapazitätsstrom
W2'. Der erste Wärmekapazitätsstrom
W1' ist beispielsweise gebildet
durch W1' = V1'·R1·CP1 mit einem ersten Volumenstrom
V1', einer ersten
Dichte R1 und einer ersten mittleren spezifischen Wärmekapazität CP1. Der
erste Volumenstrom V1',
die erste Dichte R1, die erste mittlere spezifische Wärmekapazität CP1 und somit
auch der erste Wärmekapazitätsstrom
W1' beziehen sich
auf das Kühlmittel,
repräsentieren
also den Volumenstrom, eine Dichte, eine mittlere spezifische Wärmekapazität und einen
Wärmekapazitätsstrom
des Kühlmittels.
Entsprechend ist der zweite Wärmekapazitätsstrom
W2' beispielsweise
gebildet durch W2' =
V2'·R2·CP2 mit
einem zweiten Volumenstrom V2',
einer zweiten Dichte R2 und einer zweiten mittleren spezifischen
Wärmekapazität CP2. Der zweite
Volumenstrom V2',
die zweite Dichte R2, die zweite mittlere spezifische Wärmekapazität CP2 und somit
auch der zweite Wärmekapazitätsstrom
W2' beziehen sich
auf die den Kühler
CO durchströmende
Luft, repräsentieren
also den Volumenstrom, eine Dichte, eine mittlere spezifische Wärmekapazität und einen
Wärmekapazitätsstrom
der Luft. Der zweite Volumenstrom V2' ist abhängig von der Fahrgeschwindigkeit
V des Kraftfahrzeugs und/oder der Lüfterdrehzahl N_CO des Kühlers CO
und/oder der Lüfterklappenstellung
des Kühlers
CO ermittelbar.
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Ferner
wird vorzugsweise für
den Wärmeaustausch
in dem Kühler
CO eine normierte Temperaturänderung
E1 berücksichtigt,
die abhängig
ist von einem jeweiligen Typ des Kühlers CO und die als E1 = 1 – exp[–(1 – exp(–CFR1·N1))/CFR1] ausgedrückt werden
kann mit einem Kapazitätsstromverhältnis CFR1
und einer Übertragungsfähigkeit
N1 des Kühlers
CO3 wobei exp eine Exponentialfunktion repräsentiert.
Die Lufttemperatur TOUT am Luftausgang des Kühlers CO und die Kühlmitteltemperatur
TCO_OUT am Kühlmittelausgang
des Kühlers
CO können
dann wie folgt ermittelt werden: TCO_IN = TIN
+ (TCO_IN – TCO_OUT)/E1
= TIN + QCO'/(W1·E1) TCO_OUT = TCO_IN – QCO'/W1' TOUT = TIN – QCO'/W2'.
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Eine
Motorraumtemperatur TEC in dem Motorraum EC ist abhängig von
der Lufttemperatur TOUT am Luftausgang des Kühlers CO und von der Temperatur
der Brennkraftmaschine und insbesondere von der Temperatur des Motorblocks 2.
Ferner ist die Motorraumtemperatur TEC auch abhängig von einem Volumenstrom
der die Brennkraftmaschine in dem Motorraum EC umströmenden Luft.
Dieser Volumenstrom wiederum ist abhängig von der Fahrgeschwindigkeit
V und/oder der Lüfterdrehzahl
N_CO und/oder der Lüfterklappenstellung.
Die Motorraumtemperatur TEC ist dann beispielsweise ermittelbar als
TEC = f(TOUT, TCO, V, N_CO, ...) oder TEC = f(TOUT, TCYLH, V, N_CO,
...). Bei hoher Fahrgeschwindigkeit V und/oder bei hoher Lüfterdrehzahl N_CO
und/oder weit geöffneter
Lüfterklappenstellung
ist der den Motorraum EC durchströmende Volumenstrom der Luft
im Allgemeinen groß.
Die Motorraumtemperatur TEC entspricht dann im Wesentlichen der
Lufttemperatur TOUT am Luftausgang des Kühlers CO. Bei stehendem Fahrzeug
oder geringer Fahrgeschwindigkeit V und/oder bei geringer Lüfterdrehzahl
N_CO und/oder geschlossener Lüfterklappenstellung
ist der den Motorraum EC durchströmende Volumenstrom der Luft
im Allgemeinen klein. Die Motorraumtemperatur TEC wird dann dominiert
von der Temperatur der Brennkraftmaschine, die im Allgemeinen die
Luft in dem Motorraum EC aufheizt und die Motorraumtemperatur TEC
entsprechend erhöht. Die
Motorraumtemperatur TEC kann gegebe nenfalls auch durch eine Abgastemperatur
beeinflusst werden, insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine
nahe an einem Abgaskatalysator angeordnet ist. Die Temperatur der
Brennkraftmaschine und insbesondere des Motorblocks 2 ist
insbesondere abhängig
von einem inneren Drehmoment der Brennkraftmaschine, der Drehzahl
der Brennkraftmaschine und/oder einer Einspritzmasse, also einer
eingespritzten Kraftstoffmenge.
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Die
den Motorraum EC durchströmende
und die Brennkraftmaschine umströmende
Luft umströmt auch
den Ansaugtrakt IS. Die Motorraumtemperatur TEC kann daher in dem
Ansaugtrakt IS vorherrschende Temperaturen beeinflussen. Insbesondere kann
die in dem Ansaugtrakt IS befindliche Luft abhängig von der Motorraumtemperatur
TEC erwärmt oder
abgekühlt
werden. Ferner können
jedoch auch Komponenten Cx des Ansaugtrakts IS, insbesondere der
Kompressor SCHA und der Ladeluftkühler ICO, selbst in dem Ansaugtrakt
IS vorherrschende Temperaturen beeinflussen. Insbesondere kann die
den Kompressor SCHA durchströmende
Luft durch diesen aufgeheizt werden und kann die den Ladeluftkühler ICO
durchströmende
Luft durch diesen abgekühlt
werden.
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Die
Umgebungsluft strömt
ausgehend von dem Lufteinlass nacheinander durch Komponenten Cx
des Ansaugtrakts hin zu Zylindern der Brennkraftmaschine. Eine erste
Komponente C1 dieser Komponenten Cx ist in diesem Beispiel gebildet
durch den Kompressor SCHA. Eine zweite Komponente C2 der Komponenten
Cx ist in diesem Beispiel gebildet durch den Ladeluftkühler ICO
und eine dritte Komponente C3 der Komponenten Cx ist beispielhaft
gebildet durch das Saugrohr IM. In diesem Beispiel entspricht eine
Temperatur TIW_C1_IN am Komponenteneingang der ersten Komponente
C1 im Wesentlichen der Umgebungstemperatur TAM. Die erste Komponete
C1 bewirkt eine Temperaturänderung DT_Cx
und insbesondere eine Temperaturerhöhung der die erste Komponente
C1 durchströmenden
Luft, also der den Kompressor SCHA durchströmenden Luft, die sich in einer
Temperatur TIW_C1_OUT am Komponentenausgang der ersten Komponente
C1 niederschlägt.
Die Temperaturänderung
DT_Cx hat daher in Bezug auf den Kompressor SCHA im Allgemeinen
ein positives Vorzeichen. Eine Temperatur TIW_C2_IN am Komponenteneingang
der zweiten Komponente C2 entspricht im Wesentlichen der Temperatur
TIW_C1_OUT am Komponentenausgang der ersten Komponente C1. Die zweite
Komponente C2 bewirkt ebenfalls die Temperaturänderung DT_Cx, die jedoch im
Falle des Ladeluftkühlers
ICO insbesondere einer Temperaturverringerung der die zweite Komponente
C2 durchströmenden
Luft entspricht abhängig
von einer Kühlleistung
des Ladeluftkühlers ICO,
die sich in einer Temperatur TIW_C2_OUT am Komponentenausgang der
zweiten Komponente C2 niederschlägt.
Die Temperaturänderung
DT_Cx hat daher in Bezug auf den Ladeluftkühler ICO im Allgemeinen ein
negatives Vorzeichen. Eine Temperatur TIW_C3_IN am Komponenteneingang
der dritten Komponente C3 entspricht im Wesentlichen der Temperatur
TIW_C2_OUT am Komponentenausgang der zweiten Komponente C2. Die
dritte Komponente C3, also in diesem Beispiel das Saugrohr IM, ist
eine passive Komponente und bewirkt selbst keine Temperaturänderung
DT_Cx. Jedoch kann die die dritte Komponente C3 durchströmende Luft
abhängig
von der Motorraumtemperatur TEC erwärmt oder abgekühlt werden,
was sich in einer Temperatur TIW_C3_OUT am Komponentenausgang der
dritten Komponente C3 niederschlagen kann. Die Temperatur TCYL der in
Zylinder der Brennkraftmaschine einströmenden Luft entspricht im Wesentlichen
der Temperatur TIW_C3_OUT am Komponentenausgang der dritten Komponente
C3. Ferner sind im Allgemeinen auch die Temperatur TIW_C1_OUT am
Komponentenausgang der ersten Komponente C1 und die Temperatur TIW_C2_OUT
am Komponentenausgang der zweiten Komponente C2 abhängig von
der Motorraumtemperatur TEC.
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Allgemein
sind die jeweiligen Temperaturen entlang des Luftpfads ermittelbar
durch QIM' =
LM·AM·(TIW – TEC)/DW TIW_Cx_OUT = TIW_Cx_IN + f(LM·AM/DW)·(TIW_Cx_IN – TEC) +
DT_Cxmit einem Wärmestrom
QIM', einer mittleren
Wärmeleitfähigkeit
LM, einer mittleren Fläche
AM und einer Wanddicke DW, jeweils bezogen auf die jeweilige Komponente
Cx. Allgemein ist somit eine Temperatur TIW_Cx_OUT am Komponentenausgang
der jeweiligen Komponente Cx ermittelbar abhängig von einer Temperatur TIW_Cx_IN
am Komponenteneingang dieser Komponente Cx, abhängig von der Motorraumtemperatur
TEC und abhängig
von der Wärmeleitfähigkeit
LM, der mittleren Fläche
AM und der Wanddicke DW dieser Komponente Cx. Bei aktiven Komponenten
Cx, die diese durchströmende
Luft aktiv erwärmen
oder abkühlen,
zum Beispiel der Kompressor SCHA oder der Ladeluftkühler ICO,
ist die Temperatur TIW_Cx_OUT am Komponentenausgang der jeweiligen
Komponente Cx ferner abhängig von
der Temperaturänderung
DT_Cx durch diese Komponente Cx ermittelbar.
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Eine
an mindestens einer vorgegebenen ersten Position POS1 in dem Luftpfad
in dem Ansaugtrakt IS vorherrschende Temperatur ist als jeweilige Modelltemperatur
TMOD ermittelbar ausgehend von einer bekannten Temperatur, die an
einer vorgegebenen zweiten Position POS2 in dem Luftpfad in dem Ansaugtrakt
IS vorherrscht. Dazu wird eine jeweilige Energiebilanz zu jeder
Komponente Cx in dem Luftpfad zwischen der vorgegebenen ersten Position. POS1
und der vorgegebenen zweiten Position POS2 ermittelt, die die Energieübergänge zwischen
Festkörper
und Gas, also der jeweiligen Komponente Cx und der diese durchströmenden und
der diese umströmenden
Luft, abbildet.
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Die
bekannte Temperatur bildet eine Referenztemperatur TREF. Beispielsweise
ist die Umgebungstemperatur TAM bekannt und bildet die Referenztemperatur
TREF. Beispielsweise ist die vorgegebene zweite Position POS2 in
einem Lufteinlassbereich des Ansaugtrakts IS vorgegeben, zum Beispiel
vor dem Luftfilter AIC, am Luftfilter AIC oder zwischen dem Luftfilter
AIC und der Drosselklappe THR. Als die jeweilige Modelltemperatur
TMOD sind beispielsweise die Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor
SCHA und/oder die Temperatur TCYL der in Zylinder der Brennkraftmaschine
einströmenden
Luft ermittelbar. Es ist jedoch beispielsweise ebenso möglich, dass
die Temperatur TCYL der in Zylinder der Brennkraftmaschine einströmenden Luft
oder die Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor SCHA bekannt
ist und die Referenztemperatur TREF bildet. Als jeweilige Modelltemperatur
TMOD ist dann beispielsweise die Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem
Kompressor SCHA und/oder die Umgebungstemperatur TAM ermittelbar.
Ferner kann die Referenztemperatur TREF beispielsweise auch gebildet
sein durch die Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor SCHA.
Dann sind beispielsweise die Umgebungstemperatur TAM und/oder die
Temperatur TCYL der in Zylinder der Brennkraftmaschine einströmenden Luft
als jeweilige Modelltemperatur TMOD ermittelbar.
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Das
Ermitteln der jeweiligen Modelltemperatur TMOD an der vorgegebenen
ersten Position POS1 erfolgt ausgehend von der Referenztemperatur
TREF an der vorgegebenen zweiten Position POS2 komponentenweise
hin zu der vorgegebenen ersten Position POS1 unter Berücksichtigung
der jeweiligen Energiebilanz. Liegt daher mehr als eine Komponente
Cx in dem Luftpfad zwischen der vorgegebenen zweiten Position POS2
und der vorgegebenen ersten Position POS1, dann wird für jede vorgegebene
Zwischenposition POSZ, die zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden
Komponenten Cx in dem Luftpfad zwischen der vorgegebenen zweiten Position
POS2 und der vorgegebenen ersten Position POS1 vorgegeben ist, jeweils
eine Hilfsmodelltempera tur THMOD ermittelt. Soll beispielsweise
die Temperatur TIW_C2_OUT am Komponentenausgang der zweiten Komponente
C2 ausgehend von der Umgebungstemperatur TAM als Referenztemperatur
TREF ermittelt werden, dann wird als die Hilfsmodelltemperatur THMOD
die Temperatur TIW_C1_OUT am Komponentenausgang der ersten Komponente
C1 ermittelt. Entsprechend werden die Temperatur TIW_C1_OUT am Komponentenausgang
der ersten Komponente C1 und die Temperatur TIW_C2_OUT am Komponentenausgang
der zweiten Komponente C2 als jeweilige Hilfsmodelltemperatur THMOD
ermittelt, wenn als Modelltemperatur TMOD die Temperatur TIW_C3_OUT
am Komponentenausgang der dritten Komponente C3 ausgehend von der
Umgebungstemperatur TAM ermittelt werden soll. Bei unmittelbar aufeinander
folgenden Komponenten Cx bildet die Temperatur TIW_Cx_OUT am Komponentenausgang
der jeweiligen Komponente Cx die Temperatur TIW_Cx_IN am Komponenteneingang
der jeweils unmittelbar folgenden Komponente Cx. Die Temperatur
TIW_C1_IN am Komponenteneingang der ersten Komponente C1 in dem
Luftpfad entspricht insbesondere der Umgebungstemperatur TAM und
die Temperatur TIW_Cx_OUT am Komponentenausgang der letzten Komponente
in dem Luftpfad, in diesem Beispiel also die Temperatur TIW_C3_OUT
am Komponentenausgang der dritten Komponente C3, entspricht insbesondere
der Temperatur TCYL der in Zylinder der Brennkraftmaschine einströmenden Luft.
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5 zeigt
ein erstes Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln der mindestens
einen Modelltemperatur TMOD in dem Ansaugtrakt IS der Brennkraftmaschine.
Das Programm wird bevorzugt durch die Steuereinrichtung 25 ausgeführt. Das
Programm beginnt in einem Schritt S1, in dem beispielsweise Variablen
initialisiert werden.
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In
einem Schritt S2 wird die Referenztemperatur TREF ermittelt, zum
Beispiel durch Erfassen oder Ermitteln der an der vorgegebenen zweiten
Position POS2 vorherrschenden Temperatur. In einem Schritt S3 werden
die Lufttemperatur TOUT am Luftausgang des Kühlers CO und die Temperatur
der Brennkraftmaschine und insbesondere die Temperatur des Motorblocks 2 ermittelt.
Die Temperatur der Brennkraftmaschine oder die Temperatur des Motorblocks 2 entspricht
im Wesentlichen der Kühlmitteltemperatur
TCO in dem Motorblock 2 oder der Zylinderkopftemperatur
TCYLH des Zylinderkopfs 3. Ferner werden die Fahrgeschwindigkeit
V und/oder die Lüfterdrehzahl
N_CO des Kühlers
CO und/oder die Lüfterklappenstellung
des Kühlers
CO erfasst oder ermittelt, wie beispielsweise in Bezug auf 4 erläutert worden
ist. In einem Schritt S4 wird die Motorraumtemperatur TEC insbesondere
abhängig
von der Lufttemperatur TOUT am Luftausgang des Kühlers CO, der Temperatur der
Brennkraftmaschine und der Fahrgeschwindigkeit V, der Lüfterdrehzahl
N_CO und/oder der Lüfterklappenstellung
ermittelt. Alternativ kann die Motorraumtemperatur TEC jedoch auch beispielsweise
durch einen in dem Motorraum EC angeordneten Temperatursensor erfasst
werden.
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In
einem Schritt S5 wird die Temperaturänderung DT_Cx derjenigen Komponente
Cx ermittelt, die ausgehend von der vorgegebenen zweiten Position POS2
entlang des Luftpfads in Richtung der vorgegebenen ersten Position
POS1 zuerst kommt, falls diese aktiv die Temperaturänderung
DT_Cx, also die Temperaturerhöhung
oder Temperaturverringerung, bewirken kann. Andernfalls wird die
Temperaturänderung
DT_Cx als Null angenommen. In einem Schritt S6 wird gegebenenfalls überprüft, ob zwischen
dieser Komponente Cx und der vorgegebenen ersten Position POS1 eine
weitere der Komponenten Cx vorgesehen ist. Ist diese Bedingung erfüllt, dann wird
in einem Schritt S7 die Hilfsmodelltemperatur THMOD für die aktuelle
vorgegebene Zwischenposition POSZ abhängig von der Referenztemperatur TREF,
der Motorraumtemperatur TEC und gegebenenfalls der in dem Schritt
S5 ermittelten Temperaturänderung
DT_Cx ermittelt.
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In
einem Schritt S8 wird die nächste
der Komponenten Cx in dem Luftpfad in Richtung der vorgegebenen
ersten Position POS1 und die nächste der
vorgegebenen Zwischenpositionen POSZ gewählt, falls diese nicht bereits
der vorgegeben ersten Position POS1 entspricht. Abhängig davon,
ob die vorgegebene erste Position POS1 stromabwärts oder stromaufwärts der
vorgegebenen zweiten Position POS2 liegt, wird dazu eine Zählung der
Komponenten Cx um Eins erhöht
oder verringert, das heißt auf
die erste Komponente C1 folgt die zweite Komponente C2 oder auf
die zweite Komponente C2 folgt die dritte Komponente C3, wenn die
vorgegebene erste Position POS1 stromabwärts der vorgegebenen zweiten
Position POS2 liegt, und auf die dritte Komponente C3 folgt die
zweite Komponente C2 oder auf die zweite Komponente folgt die erste
Komponente C1, wenn die vorgegebene erste Position POS1 stromaufwärts der
vorgegebenen zweiten Position POS2 liegt. Falls erforderlich, wird
in einem Schritt S9 die Temperaturänderung DT_Cx dieser nächsten Komponente
Cx ermittelt oder wird andernfalls die Temperaturänderung
DT_Cx als Null angenommen.
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In
einem Schritt S10 wird gegebenenfalls entsprechend dem Schritt S6 überprüft, ob eine
weitere der Komponenten Cx bis zu der vorgegebenen ersten Position
POS1 zu berücksichtigen
ist. Ist diese Bedingung erfüllt,
dann wird das Programm in dem Schritt S7 fortgesetzt. In dem Schritt
S7 wird dann die Hilfsmodelltemperatur THMOD für die nun aktuelle vorgegebene
Zwischenposition POSZ ermittelt abhängig von der zuvor für die vorangegangene
vorgegebene Zwischenposition POSZ ermittelten Hilfsmodelltemperatur
THMOD, der Motorraumtemperatur TEC und gegebenenfalls der in dem
Schritt S9 ermittelten Temperaturänderung DT_Cx durch die aktuelle Komponente
Cx. Ist die Bedingung in dem Schritt S10 jedoch nicht erfüllt, dann
wird in einen Schritt S11 die Modelltemperatur TMOD für die vorgegebene erste
Position POS1 ermittelt abhängig
von der Hilfsmodelltemperatur THMOD, die zuvor für die vorangegangene vorgegebene
Zwischenposition POSZ ermittelt worden ist, der Motorraumtemperatur
TEC und gegebenenfalls der Temperaturänderung DT_Cx, die durch diejenigen
Komponente Cx bewirkt wird, die ausgehend von der vorgegebenen zweiten Position
POS2 in Richtung der vorgegebenen ersten Position POS1 unmittelbar
vor der vorgegebenen ersten Position POS1 liegt. Das Programm wird
in einem Schritt S12 beendet oder vorzugsweise zum Aktualisieren
der jeweiligen Modelltemperatur TMOD in dem Schritt S2 fortgesetzt.
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Ist
die Bedingung in dem Schritt S6 nicht erfüllt, ist also nur eine der
Komponenten Cx zwischen der vorgegebenen zweiten Position POS2 und
der vorgegebenen ersten Position POS1 vorgesehen, dann wird das
Programm in dem Schritt S11 fortgesetzt, in dem dann die Modelltemperatur
TMOD für die
vorgegebene erste Position POS1 ermittelt wird abhängig von
der Referenztemperatur TREF, der Motorraumtemperatur TEC und der
gegebenenfalls in dem Schritt S5 ermittelten Temperaturänderung DT_Cx
dieser einen der Komponenten Cx. Das Programm wird dann ebenfalls
in dem Schritt S12 beendet oder vorzugsweise in dem Schritt S2 fortgesetzt.
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Die
jeweilige Komponente Cx in dem Luftpfad und insbesondere die durch
diese bewirkte Temperaturänderung
DT_Cx werden bevorzugt durch ein physikalisches Modell modelliert.
Beispielhaft ist dies für
den Kompressor SCHA mit Bezug auf die 6 bis 8 beschrieben.
Es können
jedoch ebenso andere Modelle genutzt werden, zum Beispiel Polynom-Modelle
und/oder ”Black-Box”-Modelle,
zum Beispiel basierend auf einem neuronalen Netz. Ferner kann ein äußerer Wärmeübergang
hin zum Mo torraum EC insbesondere durch ein empirisches Modell und/oder
Polynom-Modell und/oder ”Black-Box”-Modell
modelliert werden. Die jeweils erforderlichen Parameter werden beispielsweise
durch Versuche, zum Beispiel auf einem Motorprüfstand, oder Fahrversuche mit
dem Kraftfahrzeug ermittelt für
den jeweiligen Typ der Brennkraftmaschine und des Ansaugtrakts IS.
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6 zeigt
ein zweites Blockdiagramm mit dem Kompressor SCHA und 7 zeigt
ein dem Kompressor SCHA zugehöriges
Diagramm. Eingangsseitig des Kompressors SCHA herrschen der Druck
P1 vor dem Kompressor SCHA und die Temperatur T_SCHA_UP vor dem
Kompressor SCHA. Ausgangsseitig des Kompressors SCHA herrschen der
Druck P2 nach dem Kompressor SCHA und die Temperatur T_SCHA_DOWN
nach dem Kompressor SCHA. Der Kompressor SCHA fördert einen Volumenstrom VOL_SCHA
oder entsprechend einen Luftmassenstrom MAF_SCHA. Im Folgenden wird beispielhaft
die Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor SCHA ausgehend von
der bekannten Temperatur T_SCHA_UP vor dem Kompressor SCHA ermittelt.
Bevorzugt wird die Temperatur T_SCHA_UP vor dem Kompressor SCHA
als Messwert durch einen Temperatursensor erfasst. Es ist jedoch
ebenso möglich,
ausgehend von der bekannten Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor SCHA
die Temperatur T_SCHA_UP vor dem Kompressor SCHA zu ermitteln.
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Der
Kompressor SCHA heizt im Allgemeinen die diesen durchströmende Luft
auf aufgrund einer Luftverdichtung, die durch den Kompressor bewirkt wird,
und aufgrund einer Verlustleistung P_SCHA_LOSS des Kompressors SCHA.
Die Luftverdichtung und die Verlustleistung P_SCHA_LOSS bewirken
somit die Temperaturänderung
DT_Cx durch den Kompressor SCHA als Komponente Cx des Ansaugtrakts
IS. Die Temperaturänderung
durch die Luftverdichtung kann unter der vereinfachenden Annahme
einer adiabaten Zustandsänderung
der Luft ausgedrückt
werden durch eine Poissonsche Gleichung T_SCHA_UP/T_SCHA_DOWN_1
= (P1/P2)^((k – 1)/k)mit
einem ersten Temperaturwert T_SCHA_DOWN_1, der einen durch die Luftverdichtung
bewirkten ausgangsseitigen Temperaturanteil repräsentiert, und einem Isentropenexponent
k. Das Symbol ^ bedeutet, dass der Ausdruck ((k – 1)/k) einen Exponenten bildet
zu einer Basis, die durch den Ausdruck (P1/P2) gebildet ist. Ein
Kehrwert des Ausdrucks (P1/P2), das heißt der Ausdruck (P2/P1), wird auch
als Druckverhältnis
PQ_SCHA über
dem Kompressor SCHA bezeichnet.
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Die
Verlustleistung P_SCHA_LOSS wird bevorzugt mittels des in 7 dargestellten
Diagramms ermittelt abhängig
von dem Druckverhältnis PQ_SCHA über dem
Kompressor SCHA und von dem Volumenstrom VOL_SCHA oder einer Drehzahl N
des Kompressors SCHA. Ferner wird die Verlustleistung P_SCHA_LOSS
vorzugsweise abhängig von
einem Kompressorwirkungsgrad ETA ermittelt. Aus dem Diagramm ist
ferner eine Verdichtungsleistung P_SCHA_OUT des Kompressors SCHA
ermittelbar. Die Verlustleistung P_SCHA_LOSS des Kompressors SCHA
kann ausgedrückt
werden als P_SCHA_LOSS = (1 – ETA)·P_SCHA_OUT.
Jedoch bewirkt im Allgemeinen nicht die gesamte Verlustleistung
P_SCHA_LOSS das Erwärmen
der den Kompressor SCHA durchströmenden
Luft. Beispielsweise wird ein Teil der Verlustleistung P_SCHA_LOSS
an die den Kompressor SCHA umgebende Luft abgegeben. Es wird daher
nur ein Leistungsanteil P_DT der Verlustleistung P_SCHA_LOSS berücksichtigt,
der die Luft erwärmt,
die den Kompressor SCHA durchströmt.
Dies kann ausgedrückt
werden durch P_DT = A·P_SCHA_LOSS = MAF_SCHA·C·DT1mit
einem Anteilsfaktor A, der beispielsweise über Versuche ermittelbar ist,
einer spezifischen Wärmekapazität C von
Luft und einem ersten Temperaturbeitrag DT1, der einen durch die Verlustleistung P_SCHA_LOSS
bewirkten ausgangsseitigen Temperaturanteil repräsentiert.
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Es
kann ein zweiter Temperaturwert T_SCHA_DOWN_2 ermittelt werden abhängig von dem
ersten Temperaturwert T_SCHA_DOWN_1 und von dem ersten Temperaturbeitrag
DT1. Die Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor SCHA ist abhängig von
dem zweiten Temperaturwert T_SCHA_DOWN_2 ermittelbar und kann insbesondere
auch gleich dem zweiten Temperaturwert T_SCHA_DOWN_2 sein. Bevorzugt
wird der zweite Temperaturwert T_SCHA_DOWN_2 gefiltert und insbesondere
derart gefiltert, dass eine Änderungsgeschwindigkeit
des zweiten Temperaturwerts T_SCHA_DOWN_2 begrenzt wird. Bevorzugt
wird der zweite Temperaturwert T_SCHA_DOWN_2 mittels eines PT1-Filters
gefiltert.
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Bevorzugt
repräsentiert
die Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor SCHA diejenige Temperatur,
die unmittelbar ausgangsseitig des Kompressors SCHA vorherrscht.
Es kann jedoch vorgesehen sein, dass die Temperatur T_SCHA_DOWN
nach dem Kompressor SCHA für eine
Position ermittelt werden soll, die von dem Ausgang des Kompressors
SCHA beabstandet ist. Beispielsweise soll eine Temperatur T_RFP
an der Umluftklappe RFP als die Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem
Kompressor SCHA ermittelt werden. Die durch den Kompressor SCHA
verdichtete und aufgeheizte Luft strömt dann gegebenenfalls durch
einen Gehäuseteil
TUBE, zum Beispiel ein Rohr und insbesondere die Überbrückungsleitung
BC, das sich insbesondere unmittelbar an den Ausgang des Kompressors
SCHA anschließt.
Bei dem Durchströmen dieses
Gehäuseteils
TUBE wird die Luft weiter erwärmt
oder gegebenenfalls auch abgekühlt.
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Dies
kann berücksichtigt
werden durch Ermitteln eines zweiten Temperaturbeitrags DT2, zum Beispiel
durch DT2 = TG_OUT – TG_IN = K(L, D)·(T_TUBE – TG_IN)/MAF_SCHA^0,2mit
einer Lufttemperatur TG_OUT an einem Ausgang des Gehäuseteils
TUBE, einer Lufttemperatur TG_IN an einem Eingang des Gehäuseteils
TUBE, einer Reynoldszahl K, die abhängig von einer Länge L und einem
Durchmesser D des Rohrs in dem Gehäuseteil TUBE, durch den die
Luft strömt,
ermittelbar ist, und einer Gehäusetemperatur
T_TUBE des Gehäuseteils TUBE.
Strömt
nicht die gesamte durch den Kompressor SCHA strömende Luftmasse durch den Gehäuseteil
TUBE, dann ist gegebenenfalls anstatt des Luftmassenstroms MAF_SCHA
durch den Kompressor SCHA ein durch den Gehäuseteil TUBE strömender Luftmassenstrom
zu berücksichtigen.
Die Lufttemperatur TG_IN am Eingang des Gehäuseteils TUBE entspricht insbesondere
dem zweiten Temperaturwert T_SCHA_DOWN_2 und die Temperatur T_SCHA_DOWN
nach dem Kompressor entspricht insbesondere der Lufttemperatur TG_OUT
am Ausgang des Gehäuseteils
TUBE. Die Lufttemperatur TG_OUT am Ausgang des Gehäuseteils
TUBE wird abhängig
von dem zweiten Temperaturwert T_SCHA_DOWN_2 und von dem zweiten
Temperaturbeitrag DT2 ermittelt, bevorzugt durch Filtern und insbesondere
durch Filtern mittels PT1-Filter.
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8 zeigt
ein zweites Ablaufprogramm eines Programms zum Ermitteln der Temperatur T_SCHA_DOWN
nach dem Kompressor SCHA oder der Temperatur T_SCHA_UP vor dem Kompressor SCHA
als die Modelltemperatur TMOD oder allgemein der mindestens einen
Modelltemperatur TMOD, wenn in dem Luftpfad in dem Ansaugtrakt IS
der Brennkraftmaschine zwischen der vorgegebenen zweiten Position
POS2 und der vorgegebenen ersten Position POS1 der Kompressor SCHA
vorgesehen ist. Das Programm ist besonders vorteilhaft für die in 3 dargestellte
Brennkraftmaschine mit Ansaugtrakt IS nutzbar. Das Programm kann
jedoch ebenso für
andere Brennkraftmaschinen mit anderem Ansaugtrakt IS genutzt werden,
zum Beispiel für
die in 2 dargestellte Brennkraftmaschine mit Ansaugtrakt
IS. Das Programm wird bevorzugt durch die Steuereinrichtung 25 ausgeführt. Das
Programm beginnt in einem Schritt S20, in dem beispielsweise Variablen
initialisiert werden.
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In
einem Schritt S21 wird der erste Temperaturwert T_SCHA_DOWN_1 abhängig von
dem Druckverhältnis
PQ_SCHA über
dem Kompressor SCHA ermittelt, vorzugsweise wie zuvor mit Bezug auf 6 beschrieben.
In einem Schritt S22 wird die Verlustleistung P_SCHA_LOSS des Kompressors SCHA
ermittelt abhängig
von dem Druckverhältnis PQ_SCHA über dem
Kompressor SCHA, dem Volumenstrom VOL_SCHA oder der Drehzahl N des Kompressors
SCHA und dem Kompressorwirkungsgrad ETA, vorzugsweise wie zuvor
mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben.
In einem Schritt S23 wird der erste Temperaturbeitrag DT1, vorzugsweise wie
zuvor beschrieben, abhängig
von der ermittelten Verlustleistung P_SCHA_LOSS ermittelt. In einem Schritt
S24 wird der zweite Temperaturwert T_SCHA_DOWN_2 abhängig von
dem ersten Temperaturwert T_SCHA_DOWN_1 und von dem ersten Temperaturbeitrag
DT1 ermittelt. Gegebenenfalls ist ein Schritt S25 vorgesehen, in
dem, bevorzugt wie zuvor beschrieben, der zweite Temperaturbeitrag DT2
ermittelt wird abhängig
von der Gehäusetemperatur
T_TUBE des Gehäuseteils
TUBE und von dem Luftmassenstrom, der den Gehäuseteil TUBE durchströmt. In einem
Schritt S26 wird die Modelltemperatur TMOD, die beispielsweise der
Temperatur T_SCHA_DOWN nach dem Kompressor SCHA entspricht, abhängig von
dem zweiten Temperaturwert T_SCHA_DOWN_2 und gegebenenfalls abhängig von
dem zweiten Temperaturbeitrag DT2 ermittelt. Das Programm endet
in einem Schritt S27 und wird bevorzugt zum Aktualisieren der Modelltemperatur TMOD
in dem Schritt S21 fortgesetzt.
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Das
mit Bezug auf die 6 bis 8 erläuterte Verfahren
ist insbesondere auch unabhängig von
dem mit Bezug auf die 4 und 5 erläuterten
Verfahren durchführbar.