DE102013213871B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1 bis Z4), in denen jeweils Gaseinlassventile (12) zugeordnet sind, bei dem- zumindest eine Messgröße erfasst wird, die repräsentativ ist für eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine,- abhängig von der zumindest einen Messgröße ein Einflusskennwert (Aevap) ermittelt wird für einen Einfluss einer bis zu einem Schließen des oder der dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) zugeordneten Gaseinlassventile (12) erfolgten Verdampfung von in dem Zylinder (Z1 bis Z4) befindlichen Kraftstoff auf eine in dem Zylinder (Z1 bis Z4) angesaugte Luftmasse und- ein Schätzwert (mair,cyl) der in dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) angesaugten Luftmasse abhängig von dem Einflusskennwert (Aevap) ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, denen jeweils Gaseinlassventile zugeordnet sind.
• Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, indem die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Zu diesem Zweck werden Abgaskatalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln.
• Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schadstoffemissionen während der Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch den Abgaskatalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus.
• Ein Saugrohrfüllungsmodell ist beispielsweise in dem Fachbuch „Handbuch Verbrennungsmotor, Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven“, 2. verbesserte Ausgabe, Herausgeber Richard van Basshuysen/Fred Schäfer, 2. verbesserte Auflage, Juni 2002, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, Seiten 557 bis 559, beschrieben. Ferner sind derartige Saugrohrmodelle auch in EP 0820559 B1 und EP 0886725 B1 beschrieben.
• In Dokument DE 102005047565 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung der Füllung eines Verbrennungsmotors beschrieben, bei dem der Einfluss eines Anteils an Kraftstoff auf einen Anteil an Frischluft in Brennräumen des Verbrennungsmotors ermittelt wird. Im Rahmen dieses Verfahrens wird weiter in Abhängigkeit eines Kurbelwinkels einer Kurbel- und/oder Nockenwelle unter anderem der funktionelle Zusammenhang zwischen dem Schwerpunkt eines Summenverdampfungsverlaufs und dem Anteil an Frischluft beschrieben.
• Dokument WO 2010/036417 A2 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, bei dem eine Kraftstoffzusammensetzung in Abhängigkeit eines Drucks in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors überwacht wird. Im weiteren Verlauf wird die Kraftstoffzusammensetzung angepasst, sofern eine Änderung der Kraftstoffzusammensetzung ermittelt wurde.
• Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen Beitrag leistet für einen zuverlässigen und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung zeichnet sich aus einerseits durch ein Verfahren und andererseits durch eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, denen jeweilige Gaseinlassventile zugeordnet sind. Es wird zumindest eine Messgröße erfasst, die repräsentativ ist für eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine. Betriebsgrößen umfassen neben Messgrößen auch Schätzgrößen, die abhängig von Messgrößen ermittelt werden.
• Abhängig von der zumindest einen Messgröße wird ein Einflusskennwert ermittelt für einen Einfluss einer bis zu einem Schließen des oder der dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Gaseinlassventile erfolgten Verdampfung von in dem Zylinder befindlichen Kraftstoff, also beispielsweise in den Zylinder zugemessenen Kraftstoff, wobei sich der Einfluss bezieht auf eine in dem Zylinder angesaugte Luftmasse.
• Ein Schätzwert der in dem jeweiligen Zylinder angesaugten Luftmasse wird abhängig von dem Einflusskennwert ermittelt.
• Auf diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass der in dem Zylinder befindliche Kraftstoff einen Einfluss hat auf die in dem jeweiligen Zylinder angesaugte Luftmasse. Dies beruht im Wesentlichen auf zwei Effekten. Zum einen nimmt verdampfter Kraftstoff Volumen ein und behindert damit das Ansaugen von Luft in dem jeweiligen Zylinder und verdrängt somit einen Teil der Luft. Damit hat die bis zum Schließen des oder der dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Gaseinlassventile verdampfte Kraftstoffmasse den Effekt, dass die in dem Zylinder angesaugte Luftmasse verringert wird.
• Der zweite Effekt ist, dass der schon während der Ansaugung in dem Zylinder befindliche Kraftstoff der Luft bei seinem Verdampfen Wärme entzieht und so die Dichte der Luft erhöht. Dies hat die Wirkung, dass der bis zum Schließen des oder der dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Gaseinlassventile verdampfte Kraftstoff die Luftmasse erhöht. Diese beiden Effekte überlagern sich so gegensätzlich und wirken je nach Umgebungsbedingungen unterschiedlich stark.
• Durch eine geeignete Zuordnungsvorschrift beim Ermitteln des Einflusskennwertes, die insbesondere durch entsprechende Versuche an einem Motorprüfstand und/oder durch Simulation ermittelt werden kann, können diese Effekte einfach und hinreichend genau berücksichtigt werden und so der Schätzwert der in dem jeweiligen Zylinder angesaugten Luftmasse besonders präzise ermittelt werden. Dies kann dann beispielsweise dazu genutzt werden, um ein gewünschtes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend präzise einzustellen.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Kraftstoffmassen-Verdampfungswert abhängig von der zumindest einen Messgröße erfasst, die repräsentativ ist für eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, und der Einflusskennwert wird abhängig von dem Kraftstoffmassen-Verdampfungswert ermittelt. Auf diese Weise ist ein Beitrag geleistet für ein besonders einfaches und präzises Ermitteln des Einflusskennwertes.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Verzugszeitwert ermittelt abhängig von einem bereitgestellten Betriebswert einer Ansauglufttemperatur und/oder einem bereitgestellten Betriebswert eines Saugrohrdrucks, und es wird abhängig von dem Verzugszeitwert, einer bereitgestellten Drehzahl der Brennkraftmaschine und einem Betriebswert eines Schließwinkels des Schließens des jeweiligen Gaseinlassventils, das dem jeweiligen Zylinder zugeordnet ist, der Kraftstoffmassen-Verdampfungswert ermittelt.
• Betriebswerte können Messwerte oder Schätzwerte oder auch gewünschte einzustellende Werte, wie beispielsweise Sollwerte, sein.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Verhältniswert abhängig von einem Verhältnis des Kraftstoffmassen-Verdampfungswertes zu einem Gesamtkraftstoffmassenwert, der pro Arbeitsspiel dem jeweiligen Zylinder zugemessen werden soll, ermittelt und es wird abhängig von dem Verhältniswert der Einflusskennwert ermittelt. Auf diese Weise wird ebenso ein Beitrag geleistet, den Einflusskennwert besonders präzise zu ermitteln.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Schätzwert einer Referenz-Luftmasse mittels eines vorgegebenen Saugrohrfüllungsmodells ermittelt, das frei ist von einer Berücksichtigung eines Kraftstoffeinflusses auf die in dem jeweiligen Zylinder angesaugte Luftmasse und es wird der Schätzwert der in dem jeweiligen Zylinder angesaugten Luftmasse abhängig von dem Schätzwert der Referenz-Luftmasse ermittelt.
• Dies ermöglicht den Einsatz eines derartigen Saugrohrfüllungsmodells und dennoch ein besonders präzises Ermitteln der in den jeweiligen Zylinder angesaugten Luftmasse. Insbesondere sind derartige Saugrohrfüllungsmodelle bereits regelmäßig im Einsatz im Rahmen des Betreibens von Brennkraftmaschinen und können so einfach auch eingesetzt werden. Ein derartiges Saugrohrfüllungsmodell ist beispielsweise in dem einschlägigen Fachbuch „Handbuch Verbrennungsmotor, Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven“, 2. verbesserte Ausgabe, Herausgeber Richard van Basshuysen/Fred Schäfer, 2. verbesserte Auflage, Juni 2002, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, Seiten 557 bis 559, beschrieben, dessen Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist. Ferner sind derartige Saugrohrmodelle auch in EP 0820559 B1 und EP 0886725 B1 beschrieben, deren Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Brennkraftmaschine mit einer zugeordneten Steuervorrichtung,
• 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine und
• 3 verschiedene Signalverläufe aufgetragen über einen Kurbelwellenwinkel CRK.
• Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
• Eine Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4.
• Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in einen Brennraum 9 des Motorblocks 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist. Die Brennkraftmaschine umfasst neben dem Zylinder Z1 vorzugsweise weitere Zylinder Z2, Z3, Z4. Die Brennkraftmaschine kann aber auch jede beliebige andere Anzahl an Zylindern umfassen. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug angeordnet.
• In dem Zylinderkopf 3 sind bevorzugt ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19 angeordnet. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein.
• In dem Abgastrakt 4 ist vorzugsweise ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist.
• Ferner kann auch eine Phasen-Verstelleinrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise mit der Kurbelwelle 8 und einer Einlassnockenwelle gekoppelt ist. Die Einlassnockenwelle ist mit einem Gaseinlassventil des jeweiligen Zylinders gekoppelt. Die Phasen-Verstelleinrichtung ist dazu ausgebildet, ein Verstellen einer Phase der Einlassnockenwelle zu der Kurbelwelle 8 zu ermöglichen. Ferner kann grundsätzlich die Phasen-Verstelleinrichtung alternativ oder zusätzlich auch dazu ausgebildet sein, eine Phase einer Auslassnockenwelle zu der Kurbelwelle 8 zu verstellen, wobei die Auslassnockenwelle mit einem Gasauslassventil 13 gekoppelt ist.
• Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine umfassen die Messgrößen und aus den Messgrößen abgeleitete Größen. Die Steuervorrichtung 25 ist dazu ausgebildet, abhängig von mindestens einer Messgröße Stellgrößen zu ermitteln, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden. Die Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, der einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein Drosselklappenstellungssensor 30, der einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 erfasst, ein Umgebungsdrucksensor 32, der einen Umgebungsdruck einer Umgebung der Brennkraftmaschine erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, der einen Saugrohrdruck in dem Sammler erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl der Brennkraftmaschine zugeordnet wird. Ferner ist eine Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 21 angeordnet ist und beispielsweise einen Restsauerstoffgehalt des Abgases der Brennkraftmaschine erfasst und deren Messsignal repräsentativ ist für ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts der Absonde 42 vor der Verbrennung. Zum Erfassen der Position der Einlassnockenwelle und/oder der Auslassnockenwelle können ein Einlassnockenwellen-Sensor beziehungsweise ein Auslassnockenwellen-Sensor vorgesehen sein.
• Je nach Ausführungsform kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein. Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder die Phasen-Verstelleinrichtung oder die Zündkerze 19.
• Nach dem Viertaktprinzip arbeitende Brennkraftmaschine saugen die zur Verbrennung des Kraftstoffs bestimmte Luft während des Ansaugtakts durch zu diesem Zweck öffnende Gaseinlassventile 12 in den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4. Die durch die Verbrennung des Kraftstoffs in dem Zylinder Z1 bis Z4 entstandenen Abgase werden in dem Ausschiebetakt durch zu diesem Zweck öffnende Gasauslassventile 13 in den Abgastrakt 4 ausgeschoben. Als theoretisch maximal mögliche eingeschlossene Zylinderluftmasse m_air,cyl,th wird dabei diejenige Luftmasse bezeichnet, die genau das gesamte Hubvolumen V_disp des Zylinders Z1 bis Z4, das heißt die Differenz zwischen den Zylindervolumina am unteren und oberen Totpunkt - mit dem um die Brennkraftmaschine herum herrschenden Umgebungsdruck p₀ und der um die Brennkraftmaschine herum herrschenden Umgebungstemperatur T₀ füllen würde, während das im oberen Totpunkt verbleibende Zylindertotvolumen mit Abgas gefüllt ist: $$m_{air,cyl,th}=\frac{p_0\cdot V_{disp}}{R_{air}\cdot T_0},\text{ mit }{R}_{air}-\text{spezifische Gaskonstante von Luft}.$$

  
• Im realen Motorbetrieb weicht die in der Brennkraftmaschine an der Verbrennung des Kraftstoffs beteiligte tatsächliche in dem Zylinder angesaugte Luftmasse m_air,cyl,act aus verschiedenen Gründen von der theoretisch maximal möglichen eingeschlossenen Zylinderluftmasse m_air,cyl,th ab. Ein Grund ist, dass das in einem vorangegangenen Arbeitsspiel erzeugte Abgas - teilweise absichtlich - nicht vollständig aus dem Zylinder Z1 ausgeschoben wurde. Das nach dem Schließen der Gasauslassventile 13 im Zylinder Z1 oder im Ansaugtrakt 1 der Brennkraftmaschine verbleibende Gas wird auch als Restgas bezeichnet.
• Ein weiterer Grund ist, dass bei Brennkraftmaschinen mit externer Abgasrückführung keine reine Luft, sondern ein Abgas-Luft-Gemisch über die Gaseinlassventile 12 aus dem Ansaugtrakt in dem jeweiligen Zylinder gesaugt wird und damit - gewollt - Luft durch Abgas verdrängt wird.
• Ein weiterer Grund ist, dass bei Motoren mit Saugrohreinspritzung/-einblasung des Kraftstoffs die Verdampfung des flüssigen beziehungsweise die Expansion des gasförmigen Kraftstoffs das Gasgemisch in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 kühlt und dessen Dichte erhöht, noch bevor es in dem Zylinder Z1 bis Z4 eingeschlossen wird.
• Das Verhältnis zwischen aktuell in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 eingeschlossener Zylinderluftmasse m_air,cyl und theoretisch maximal möglicher angesaugter Luftmasse m_air,cyl,th wird auch als Liefergrad η bezeichnet: $$\eta =\frac{m_{air,cyl,act}}{m_{air,cyl,th}}.$$

  
• Der Liefergrad η wird bestimmt durch die Drehzahl der Kurbelwelle 8, den Saugrohrdruck, wobei hierbei der Druck vor dem Gaseinlassventil 12 zum Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils 12 maßgeblich ist, der Temperatur in dem Ansaugtrakt, insbesondere der Temperatur vor dem jeweiligen Gaseinlassventil 12, einen Abgasdruck im Abgastrakt 4 und zwar insbesondere zum Zeitpunkt des Schließens des Gasauslassventils 13, eine Abgastemperatur in dem Abgastrakt 4, Positionen aller zylindernahen Aktuatoren, wie Phasen-Verstelleinrichtung, einer Hubverstelleinrichtung für ein Verstellen des Hubs der Gaseinlass- und/oder Gasauslassventile, Drallklappen oder ein Schaltsaugrohr, ferner eine Menge, Art und Zeitpunkt der Einspritzung/Einblasung des Kraftstoffs und gegebenenfalls weitere Einflussgrößen, wie zum Beispiel eine Kühlmitteltemperatur oder dergleichen.
• Ein Schätzwert m_air,cyl in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 angesaugten Luftmasse ist eine Haupteingangsgröße zum Ermitteln der Kraftstoffzumessung und sollte zur Erfüllung von Schadstoffemissionsgrenzwerten in der Steuervorrichtung 25 unter allen Motorbetriebsbedingungen, insbesondere bis auf wenige Prozent, genau bekannt sein. Aufgrund der aktuellen Tendenzen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, vor allem
• - immer größere Ventilüberschneidung,
• - Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung auf mehrere Teileinspritzungen,
• - des kombinierten Betriebs mit sowohl Saugrohreinspritzung als auch Direkteinspritzung in die Brennräume der Zylinder,
• - bivalente Motoren, also Brennkraftmaschinen mit verschiedenen Kraftstoffarten, wie zum Beispiel Zumessung von gasförmigem Kraftstoff und flüssigem Kraftstoff,
steigt für die jeweiligen Brennkraftmaschinen die Variabilität der Einspritzung. Damit steigt der Bedarf, den Einfluss von Art, Menge und Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung/-einblasung auf den Schätzwert m_air,cyl in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 angesaugten Luftmasse genau zu modellieren, um aktuelle und künftige Emissionsanforderungen einhalten zu können.
• Die einzuspritzende Kraftstoffmasse m_fuel ergibt sich aus dem Schätzwert der in den jeweiligen Zylinder angesaugten Luftmasse und dem gewünschten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, wobei A eine Luftzahl repräsentiert und LK ein kraftstoffspezifisches Luftmassen/Kraftstoffmassen-Verhältnis, das beispielsweise einen Wert 14,7 aufweisen kann, insbesondere bei typischem alkoholarmen Ottokraftstoff: $$\lambda =\frac{m_{air,cyl}}{LK\cdot m_{fuel}},$$

  

  und dann daraus $$m_{fuel}=\frac{m_{air,cyl}}{LK\cdot \lambda }.$$

  
• Die einzuspritzende Kraftstoffmasse kann in mehreren Einspritzpulsen zu verschiedenen Zeitpunkten eingespritzt werden, 3 zeigt anhand der Verläufe VL1, VL2, dass ein Teil des Kraftstoffs vor dem Schließen des jeweiligen Gaseinlassventils 12 eingespritzt werden kann. Dieser Anteil kann je nach Brennkraftmaschine und Betriebsart variabel sein. VH1 bezeichnet in der 3 eine Ventilerhebungskurve des Gaseinlassventils 12 und VH2 eine Ventilerhebungskurve des Gasauslassventils 13.
• In der Steuervorrichtung 25 wird ermittelt, wann Kraftstoff zugemessen wird und es kann somit abgeschätzt werden, welche Kraftstoffmasse vor dem Schließen des jeweiligen Gaseinlassventils 12 zugemessen wird. Es gilt insbesondere, dass die Kraftstoffmasse, die vor dem Schließen des jeweiligen Gaseinlassventils 12 zugemessen wird, kleiner ist als ein Gesamtkraftstoffmassenwert m_fuel, der während eines Arbeitsspiels in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 zugemessen wird. Maßgeblich für den Einfluss des Kraftstoffs auf die in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 angesaugte Luftmasse ist jedoch die vor dem Schließen des Gaseinlassventils 12 bereits verdampfte Kraftstoffmasse, die wiederum kleiner ist als die Kraftstoffmasse, die insgesamt vor dem Schließen des jeweiligen Gaseinlassventils zugemessen wurde. Eine Verzugszeit von der Zumessung des Kraftstoffs bis zu dessen Verdampfung ist insbesondere abhängig von der jeweiligen Kraftstoffart, dem Saugrohrdruck und einer Ansauglufttemperatur. Dies ermöglicht ein Abschätzen und somit Ermitteln eines Kraftstoffmassen-Verdampfungswertes, im Englischen auch bezeichnet als „fuel mass evaporated before inlet valve closure point“: $$m_{fuel,evap\_bef\_INVCLP}=f\left(m_{air,cyl},T_{im},p_{im}\right).$$

  
• Ein Schätzwert m_air,cyl,ref , insbesondere für eine bestimmte Referenz-Einspritzstrategie, wird mittels eines Saugrohrfüllungsmodells ermittelt, das vorgegeben ist und frei ist von einer Berücksichtigung eines Kraftstoffeinflusses. Dabei kann die Referenz-Einspritzstrategie beispielsweise jeweils eine späte Direkteinspritzung sein, bei der kein Kraftstoff vor dem Schließen der jeweiligen Gaseinlassventile 12 verdampft. Die Kraftstoffmasse, die bei anderen Einspritzstrategien bis zum jeweiligen Schließen der Gaseinlassventile 12 verdampft, wird dann auf diesen Schätzwert der Referenzluftmasse bezogen: $$m_{fuel,evap\_bef\_INVCLP}=f\left(m_{air,cyl,ref},T_{im},p_{im}\right).$$

  
• Ein Kraftstoffmassen-Verdampfungswert, der mit m_{fuel,evap_bef_INVCLP} bezeichnet wird, hat insbesondere die gemäß Formel 6 vorgegebenen Abhängigkeiten $$m_{fuel,evap\_bef\_INVCLP}=f\left(m_{air,cyl,ref},T_{im},p_{im}\right).$$

  
• Abhängig von dem Kraftstoffmassen-Verdampfungswert lässt sich ein Einflusskennwert A_evap ermitteln für einen Einfluss einer bis zu einem Schließen des oder der dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 zugeordneten Gaseinlassventile 12 erfolgten Verdampfung von in dem Zylinder Z1 bis Z4 befindlichen Kraftstoff auf eine in dem Zylinder Z1 bis Z4 angesaugte Luftmasse und $$A_{evap}=f\left(\frac{m_{fuel,evap\_bef\_INVCLP}}{m_{fuel}}\right).$$

  
• Ein Schätzwert m_air,cyl der in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 angesaugten Luftmasse kann dann abhängig von dem Einflusskennwert A_evap ermittelt werden: $$m_{air,cyl}=m_{air,cyl,ref}\cdot A_{evap}\left(\frac{m_{fuel,evap\_bef\_INVCLP}}{m_{fuel}}\right).$$

  
• Auf einem Speichermedium der Steuervorrichtung 25 ist vorzugsweise ein Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine gespeichert, das im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 2 näher erläutert ist. Das Programm wird beispielsweise bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine, so beispielsweise zeitnah zu einem Motorstart, in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können.
• In einem Schritt S3 wird zumindest eine der Messgrößen erfasst, die repräsentativ ist für eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine.
• In einem Schritt S5 wird nachfolgend abhängig von der zumindest einen Messgröße ein Einflusskennwert A_evap ermittelt für einen Einfluss einer bis zu einem Schließen des oder der dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 zugeordneten Einlassventile 12 erfolgten Verdampfung von in dem Zylinder Z1 bis Z4 zugemessenen Kraftstoff auf eine in dem Zylinder Z1 bis Z4 angesaugte Luftmasse.
• In dem Schritt S5 wird der Einflusskennwert A_evap ermittelt. In diesem Zusammenhang wird bevorzugt ein Verzugszeitwert ermittelt abhängig von einem bereitgestellten Betriebswert der Ansauglufttemperatur und/oder einem bereitgestellten Betriebswert des Saugrohrdrucks.
• Abhängig von dem Verzugszeitwert, einer bereitgestellten Drehzahl der Brennkraftmaschine und einem Betriebswert eines Schließwinkels des Schließens des jeweiligen Gaseinlassventils 12 wird ein Kraftstoffmassen-Verdampfungswert m_{fuel,evap_bef_INVCLP} ermittelt. Der Einflusskennwert A_evap wird dann abhängig von dem Kraftstoffmassen-Verdampfungswert m_{fuel,evap_bef_INVCLP} ermittelt.
• In diesem Zusammenhang kann auch ein Verhältniswert abhängig von einem Verhältnis des Kraftstoffmassen-Verdampfungswertes m_{fuel,evap_bef_INVCLP} zu dem Gesamtkraftstoffmassenwert, der pro Arbeitsspiel dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 zugemessen werden soll, ermittelt werden und dann abhängig von dem Verhältniswert der Einflusskennwert A_evap ermittelt werden.
• In einem Schritt S7 wird der Schätzwert m_air,cyl der in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 angesaugten Luftmasse abhängig von dem Einflusskennwert A_evap ermittelt, wobei hierbei insbesondere auch der Schätzwert m_air,cyl,ref der Referenzluftmasse berücksichtigt wird, der mittels eines vorgegebenen Saugrohrfüllungsmodells ermittelt wird, das frei ist von einer Berücksichtigung eines Kraftstoffeinflusses.
• Das Programm wird anschließend, gegebenenfalls nach einer vorgebbaren Verzögerungszeitdauer, erneut in dem Schritt S3 fortgesetzt. Durch das Vorgehen lässt sich insbesondere der variable Einfluss verschiedener Einspritzstrategien auf die Zylinderluftmasse einfach berücksichtigen, ohne die jeweilige Zylinderluftmasse datenintensiv für verschiedene Einspritzstrategien getrennt in einem Speicher der Steuervorrichtung 25 ablegen zu müssen. Auf diese Weise wird somit Speicherplatz eingespart und auch ein Kalibrationsaufwand möglichst gering gehalten. Insbesondere bei einer wechselnden Einspritzstrategie und/oder Einspritzbedatung während einer Motorentwicklung muss so eine Modellierung der Zylinderluftmasse insbesondere nicht mehr überarbeitet werden.
• Bezugszeichenliste

1

Ansaugtrakt

2

Motorblock

3

Zylinderkopf

4

Abgastrakt

5

Drosselklappe

6

Sammler

7

Saugrohr

8

Kurbelwelle

9

Brennraum

10

Pleuelstange

11

Kolben

12

Gaseinlassventil

13

Gasauslassventil

18

Einspritzventil

19

Zündkerze

21

Abgaskatalysator

25

Steuereinrichtung

26

Pedalstellungsgeber

27

Fahrpedal

28

Luftmassensensor

30

Drosselklappenstellungssensor

32

Umgebungsdrucksensor

34

Saugrohrdrucksensor

36

Kurbelwellenwinkelsensor

42

Abgassonde

Z1-Z4

Zylinder

A_evap

Einflusskennwert

m_air,cyl

Schätzwert der in den jeweiligen Zylinder angesaugten Luftmasse

m_{fuel,evap,bef_INVCLP}

Kraftstoffmassen-Verdampfungswert

m_air,cyl,ref

Schätzwert einer Referenz-Luftmasse

S1 - S7

Schritt

CRK

Kurbelwellenwinkel

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1 bis Z4), in denen jeweils Gaseinlassventile (12) zugeordnet sind, bei dem - zumindest eine Messgröße erfasst wird, die repräsentativ ist für eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, - abhängig von der zumindest einen Messgröße ein Einflusskennwert (A_evap) ermittelt wird für einen Einfluss einer bis zu einem Schließen des oder der dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) zugeordneten Gaseinlassventile (12) erfolgten Verdampfung von in dem Zylinder (Z1 bis Z4) befindlichen Kraftstoff auf eine in dem Zylinder (Z1 bis Z4) angesaugte Luftmasse und - ein Schätzwert (m_air,cyl) der in dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) angesaugten Luftmasse abhängig von dem Einflusskennwert (A_evap) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem - ein Kraftstoffmassen-Verdampfungswert (m_{fuel,evap,bef_INVCLP}) abhängig von der zumindest einen Messgröße ermittelt wird, die repräsentativ ist für eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, und - der Einflusskennwert (A_evap) abhängig von dem Kraftstoffmassen-Verdampfungswert (m_{fuel,evap,bef_INVCLP}) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem - ein Verzugszeitwert ermittelt wird abhängig von einem bereitgestellten Betriebswert einer Ansauglufttemperatur und/oder einem bereitgestellten Betriebswert eines Saugrohrdrucks, und - abhängig von dem Verzugszeitwert, einer bereitgestellten Drehzahl der Brennkraftmaschine und einem Betriebswert eines Schließwinkels des Schließens des jeweiligen Gaseinlassventils (12) der Kraftstoffmassen-Verdampfungswert (m_{fuel,evap,bef_INVCLP}) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem - ein Verhältniswert abhängig von einem Verhältnis des Kraftstoffmassen-Verdampfungswertes (m_{fuel,evap,bef_INVCLP}) zu einem Gesamtkraftstoffmassenwert ermittelt wird, der pro Arbeitsspiel dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) zugemessen werden soll, und - abhängig von dem Verhältniswert der Einflusskennwert (A_evap) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem - ein Schätzwert (m_air,cyl,ref) einer Referenz-Luftmasse mittels eines vorgegebenen Saugrohrfüllungsmodells ermittelt wird, das frei ist von einer Berücksichtigung eines Kraftstoffeinflusses, und - der Schätzwert (m_air,cyl) der in dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) angesaugten Luftmasse abhängig von dem Schätzwert (m_air,cyl,ref) der Referenz-Luftmasse ermittelt wird.
6. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.

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