DE102014209793A1

DE102014209793A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014209793A1
Application number: DE102014209793.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Burkhardt; Jürgen Dingl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-11-26
Anticipated expiration: 2034-05-23
Also published as: KR20170007460A; US10240546B2; US20170122240A1; DE102014209793B4; CN106460698A; WO2015176930A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine umfassend einen Ansaugtrakt (1) und einen oder mehrere Zylinder (Z1 bis Z4), denen jeweils Gaseinlassventile (12) und Gasauslassventile (13) zugeordnet sind, wobei Gaswechselventile Gaseinlassventile (12) und Gasauslassventile (13) umfassen, wird in einem ersten Betriebszustand zyklisch eine Modelltemperatur eines Gases im Ansaugtrakt (1) für einen aktuellen Zeitpunkt ermittelt abhängig von einem vorgegebenen Saugrohrmodell und frei von einem Temperaturmesswert des Gases, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist. Die Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt wird ermittelt abhängig von einer Modelltemperatur, die für einen vorangegangenen Zeitpunkt ermittelt wurde. Abhängig von der für den aktuellen Zeitpunkt ermittelten Modelltemperatur wird eine Zylinderluftmasse ermittelt, die sich nach Schließen der Gaswechselventile in dem jeweiligen Zylinder befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem oder 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 Saugrohrmodell ist beispielsweise in dem Fachbuch "Handbuch Verbrennungsmotor, Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven", 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.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das beziehungsweise 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 einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt und einem oder mehreren Zylindern, denen jeweils Gaseinlassventile und Gasauslassventile zugeordnet sind, wobei Gaswechselventile Gaseinlassventile und Gasauslassventile umfassen.
In einem ersten Betriebszustand wird zyklisch eine Modelltemperatur eines Gases im Ansaugtrakt für einen aktuellen Zeitpunkt ermittelt abhängig von einem vorgegebenen Saugrohrmodell und frei von einem Temperaturmesswert des Gases, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist. Die Modelltemperatur wird für den aktuellen Zeitpunkt ermittelt abhängig von einer Modelltemperatur, die für einen vorangegangenen Zeitpunkt ermittelt wurde. Abhängig von der für den aktuellen Zeitpunkt ermittelten Modelltemperatur wird eine Zylinderluftmasse ermittelt, die sich nach Schließen der Gaswechselventile in dem jeweiligen Zylinder befindet.
Der erste Betriebszustand ist insbesondere ein instationärer Betriebszustand. Der vorangegangene Zeitpunkt ist insbesondere dem letzten Zyklus zugeordnet.
Ein Temperatursensor im Ansaugtrakt hat häufig eine relativ große Verzögerung. Indem die Zylinderluftmasse frei von einem Temperaturmesswert ermittelt wird, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist, kann sehr schnell eine Zylinderluftmasse ermittelt werden und dadurch ein Beitrag zu einem zuverlässigen und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine geleistet werden, da die Zylinderluftmasse als Grundlage für die Kraftstoffzumessung genutzt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem zweiten Betriebszustand ein Temperaturmesswert des Gases bereitgestellt, der repräsentativ ist für eine Temperatur des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt. Abhängig von der Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt und dem bereitgestellten Temperaturmesswert wird ein Temperaturkorrekturwert ermittelt. Der Temperaturkorrekturwert wird dem Saugrohrmodell zugeordnet und zumindest in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand wird die Modelltemperatur für den aktuellen Zustand abhängig von dem Temperaturkorrekturwert mittels des Saugrohrmodells ermittelt.
Der zweite Betriebszustand ist insbesondere ein quasistationärer Betriebszustand. Der quasistationäre Betriebszustand zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass alle Eingangssignale des Saugrohrmodells eine vorgegebene Zeit, wie beispielsweise mehrere Sekunden, im Wesentlichen konstant sind. Da sich die Temperatur des Gases in dem zweiten Betriebszustand im Wesentlichen nicht verändert, ist der Temperaturmesswert des Gases, der repräsentativ ist für eine Temperatur des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt, beispielsweise der Temperaturmesswert des Gases, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist oder ein Temperaturmesswert des Gases, der dem vorangegangenen Zeitpunkt zugeordnet ist.
Der Temperaturkorrekturwert wird beispielsweise derart ermittelt, dass die Differenz zwischen Modelltemperatur und Temperaturmesswert minimiert wird. Beispielsweise wird mittels des Temperaturkorrekturwerts die Modellgröße „Temperatur des Drosselklappenmassenstroms” des Saugrohrmodells korrigiert. Möglich ist alternativ oder zusätzlich auch die Einführung eines zusätzlichen, nicht physikalisch modellierten Modelleingangs „Wärmestrom durch die Saugrohrwand”, der derart mittels des Temperaturkorrekturwerts korrigiert wird, dass die Differenz zwischen Modelltemperatur und Temperaturmesswert minimiert wird. Auf diese Weise kann die Ermittlung der Zylinderluftmasse besonders genau erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem zweiten Betriebszustand der Temperaturmesswert des Gases bereitgestellt, der repräsentativ ist für eine Temperatur des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt und die Modelltemperatur wird für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Temperaturmesswert angepasst.
In dem zweiten Betriebszustand spielt die relativ große Verzögerung des Temperatursensors gegebenenfalls keine Rolle, da sich die Werte des Sensors im Wesentlichen nicht ändern. Somit kann in dem zweiten Betriebszustand die Modelltemperatur einfach an den Temperaturmesswert angepasst werden. Diese Anpassung kann wiederum bei einem Wechsel in den ersten Betriebszustand genutzt werden, da im ersten Betriebszustand die Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt ermittelt wird abhängig von einer Modelltemperatur, die für einen vorangegangenen Zeitpunkt ermittelt wurde. Hierdurch kann somit die Zylinderluftmasse in beiden Betriebszuständen besonders genau und trotzdem sehr schnell ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Temperaturmesswert angepasst, indem die Modelltemperatur um einen vorgegebenen Faktor in Richtung des Temperaturmesswerts korrigiert wird.
Auf diese Weise kann die Korrektur der Zylinderluftmasse besonders robust und sehr einfach erfolgen, da beispielsweise sehr wenige Berechnungsschritte für die Korrektur notwendig sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Temperaturmesswert angepasst, indem die Modelltemperatur abhängig von dem Betrag der Differenz der Modelltemperatur und dem bereitgestellten Temperaturmesswert in Richtung des Temperaturmesswerts korrigiert wird.
Auf diese Weise kann die Korrektur der Zylinderluftmasse besonders robust und sehr genau erfolgen, da auf einfach Weise die Differenz für die Korrektur genutzt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird zyklisch ein Modelldruck eines Gases im Ansaugtrakt für einen aktuellen Zeitpunkt ermittelt abhängig von dem vorgegebenen Saugrohrmodell und frei von einem Druckmesswert des Gases, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist. Der Modelldruck wird für den aktuellen Zeitpunkt ermittelt abhängig von einem Modelldruck, der für einen vorangegangenen Zeitpunkt ermittelt wurde. Abhängig von dem für den aktuellen Zeitpunkt ermittelten Modelldruck wird die Zylinderluftmasse ermittelt.
Auch ein Drucksensor im Ansaugtrakt kann gegebenenfalls Messfehler aufweisen. Indem die Zylinderluftmasse frei von einem dem Druckmesswert ermittelt wird, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist, kann sehr schnell eine Zylinderluftmasse ermittelt werden und dadurch ein Beitrag zu einem zuverlässigen und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine geleistet werden, da die Zylinderluftmasse als Grundlage für die Kraftstoffzumessung genutzt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem zweiten Betriebszustand ein Druckmesswert des Gases bereitgestellt, der repräsentativ ist für einen Druck des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt. Ein Druckkorrekturwert wird ermittelt abhängig von dem Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt und dem bereitgestellten Druckmesswert. Der Druckkorrekturwert wird dem Saugrohrmodell zugeordnet und zumindest in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand wird der Modelldruck für den aktuellen Zustand abhängig von dem Druckkorrekturwert mittels des Saugrohrmodells ermittelt.
Der Druckkorrekturwert wird beispielsweise derart ermittelt, dass die Differenz zwischen Modelldruck und Druckmesswert minimiert wird. Beispielsweise wird eine Modellgröße des Saugrohrmodells, die repräsentativ ist für die wirksame Querschnittsfläche der Drosselklappe derart mittels des Druckkorrekturwerts korrigiert, dass die Differenz zwischen Modelldruck und Druckmesswert minimiert wird. Auf diese Weise kann die Ermittlung der Zylinderluftmasse besonders genau erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem zweiten Betriebszustand ein Druckmesswert des Gases bereitgestellt, der repräsentativ ist für einen Druck des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt und der Modelldruck wird für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Druckmesswert angepasst.
Da sich der die Druck des Gases in dem zweiten Betriebszustand im Wesentlichen nicht verändert, ist der Druckmesswert des Gases, der repräsentativ ist für einen Druck des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt, beispielsweise der Druckmesswert des Gases, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist oder ein Druckmesswert des Gases, der dem vorangegangenen Zeitpunkt zugeordnet ist.
In dem zweiten Betriebszustand ändern sich die Werte des Drucksensors im Wesentlichen nicht. Somit kann in dem zweiten Betriebszustand der Modelldruck einfach an den Druckmesswert angepasst werden. Diese Anpassung kann wiederum bei einem Wechsel in den ersten Betriebszustand genutzt werden, da im ersten Betriebszustand der Modelldruck ermittelt wird abhängig von einem Modelldruck, die für einen vorangegangenen Zeitpunkt ermittelt wurde. Hierdurch kann somit die Zylinderluftmasse in beiden Betriebszuständen besonders genau und trotzdem sehr schnell ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Druckmesswert angepasst, indem der Modelldruck um einen vorgegebenen Faktor in Richtung des Druckmesswerts korrigiert wird.
Auf diese Weise kann die Korrektur der Zylinderluftmasse besonders robust und sehr einfach erfolgen, da beispielsweise sehr wenige Berechnungsschritte für die Korrektur notwendig sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Druckmesswert angepasst, indem der Modelldruck abhängig von dem Betrag der Differenz des Modelldrucks und dem bereitgestellten Druckmesswert in Richtung des Druckmesswerts korrigiert wird.
Auf diese Weise kann die Korrektur der Zylinderluftmasse besonders robust und sehr genau erfolgen, da auf einfach Weise die Differenz für die Korrektur genutzt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer zugeordneten Steuervorrichtung,
2 einen Ausschnitt eines Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine und
3 eine auf eine Funktion x(t) angewandte Trapezintegrationsformel
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 einem 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 12 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.
Ferner kann auch eine Schaltklappe oder ein sonstiger Schaltmechanismus zum Verändern einer effektiven Saugrohrlänge in dem Ansaugtrakt 1 vorgesehen sein. Darüber hinaus können auch beispielsweise eine oder mehrere Drallklappen vorgesehen sein.
Ferner kann auch ein Lader vorgesehen sein, der beispielsweise als Abgasturbolader ausgebildet sein kann und so eine Turbine und einen Kompressor umfasst.
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 6 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 Abgassonde 42 vor der Verbrennung. Zum Erfassen der Position der Einlassnockenwelle und/oder der Auslassnockenwelle können ein Einlassnockenwellen-Sensor beziehungsweise ein Auslassnockenwellen-Sensor vorgesehen sein. Darüber hinaus ist bevorzugt ein Temperatursensor vorgesehen, der eine Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine erfasst, und/oder ein weiterer Temperatursensor vorgesehen, dessen Messsignal repräsentativ ist für eine Ansauglufttemperatur in dem Ansaugtrakt 1, die auch als Saugrohrtemperatur bezeichnet werden kann. Ferner kann auch ein Abgasdrucksensor vorgesehen sein, dessen Messsignal repräsentativ ist für einen Abgaskrümmerdruck, also einem Druck in dem Abgastrakt 4.
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 oder ein Abgasrückführventil.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d. h. das Verhältnis der an der Verbrennung im Zylinder teilnehmenden Luftmasse m_air,cyl, die auch als Zylinderluftmasse bezeichnet werden kann, zur an der Verbrennung im Zylinder teilnehmenden Kraftstoffmasse m_fuel ist ein wichtiger Einflussfaktor für die Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine. Die Zylinderluftmasse m_air,cyl wird in der Steuereinrichtung (Motorsteuergerät) aufgrund vieler verfügbarer Größen geschätzt und dient als Grundlage für die Kraftstoffzumessung. Zur Einhaltung aktueller und zukünftiger Schadstoffemissionsgrenzwerte muss die Zylinderluftmasse im Motorsteuergerät unter allen stationären und transienten Motorbetriebsbedingungen auf wenige Prozent genau bekannt sein.
Druck und Temperatur des sich im Ansaugtrakt 1 befindenden Gases (Saugrohrdruck p_im und Saugrohrtemperatur T_im) sind wesentliche Einflussfaktoren auf die vom Motor angesaugte Zylinderluftmasse m_air,cyl und müssen für eine korrekte Schätzung der Zylinderluftmasse im Motorsteuergerät möglichst genau bekannt sein.
Der Saugrohrdruck p_im kann auch als Modelldruck eines Gases im Ansaugtrakt 1 bezeichnet werden. Die Saugrohrtemperatur T_im kann auch als Modelltemperatur eines Gases im Ansaugtrakt 1 bezeichnet werden.
Moderne Brennkraftmaschinen sind praktisch immer mit dem weiteren Temperatursensor zur Messung der Gastemperatur im Ansaugtrakt ausgerüstet, der auch als Saugrohrtemperatursensor bezeichnet werden kann. Typische Saugrohrtemperatursensoren für die Serienanwendung zeigen ein starkes PT1-Verhalten mit Zeitkonstanten in der Größenordnung von 5 s. Zusätzlich sind moderne Brennkraftmaschinen praktisch immer mit dem Saugrohrdrucksensor 34 und/oder dem Luftmassensensor 28 mit jeweils vernachlässigbarer Zeitkonstante (wenige Millisekunden) ausgerüstet. Dabei kann entweder den gemessenen Saugrohrdruck p_im,mes direkt als Modelleingang zur Bestimmung der Zylinderluftmasse verwendet werden oder ein mittels eines (allgemein als Saugrohrmodell bezeichneten) Zustandsbeobachters modelliert werden und auf den gemessenen Saugrohrdruck p_im,mes oder gemessenen Luftmassenstrom ṁ_air,mes abgeglichenen Saugrohrdruck p_im,mdl als Modelleingang zur Bestimmung der Zylinderluftmasse verwendet werden. Weiterhin kann die Saugrohrtemperatur als Modelleingang zur Bestimmung der Zylinderluftmasse verwendet werden. Dabei nutzt man entweder die gemessene Saugrohrtemperatur T_im,mes direkt oder einen korrigierte Saugrohrtemperatur T_im,mdl, für den der Messwert um Korrekturen zur Beschreibung stationärer Aufwärmeffekte zwischen Temperatursensor und Einlassventil erweitertet wird.
Dies hat zur Folge, dass zwar alle gemessenen/beobachteten Änderungen des Saugrohrdrucks schnell – d. h. mit einer Verzögerung weniger Millisekunden – in die Modellierung der Zylinderluftmasse eingehen, Änderungen der Saugrohrtemperatur aber nur langsam mit der durch den Sensor vorgegebenen Dynamik mit einer Zeitkonstante von mehreren Sekunden.
Folgend wird erläutert, wie dazu beigetragen werden kann, die aus wechselnden Aktuatorpositionen der Brennkraftmaschine resultierenden Änderungen des Saugrohrdrucks p_im und der Saugrohrtemperatur T_im genau und schnell zu modellieren, d. h. ohne die aus der großen Zeitkonstanten des Temperatursensors resultierende Verzögerung. Insbesondere ist eine derart modellierte Saugrohrtemperatur schneller verfügbar, als ein mit für Serienbrennkraftmaschinen verfügbaren Temperatursensoren erfasster Messwert. Dadurch wird die Modellierung der Zylinderluftmasse m_air,cyl verbessert und damit ein Beitrag zur Verminderung der Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen geleistet.
Systemgrenzen und Voraussetzungen
Das betrachtete System umfasst den Ansaugtrakt 1 einer Brennkraftmaschine mit dem darin befindlichen Gas. Es ist abgegrenzt durch die Saugrohrwand, die Gaseinlassventile 13 der Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine, die Drosselklappe 5 und die Einlässe eventueller weiterer Gasmassenströme wie z. B. für Tankentlüftung, Kurbelgehäuseentlüftung oder Kraftstoffeinblasung. Die Modellierung folgt einer 0D-Betrachtung, Orte im Ansaugtrakt 1 werden nicht unterschieden.
Im Ansaugtrakt 1 mit dem konstanten Volumen V_im befindet sich eine Gasmasse m_im mit dem aktuellen Saugrohrdruck p_im und der aktuellen Saugrohrtemperatur T_im (2). Es gilt die allgemeine Gasgleichung p_im·V_im = m_im·R·T_im ((1)).
Berücksichtigte Massenflüsse
Es gibt im allgemeinen Fall mehrere vom Saugrohrdruck beeinflusste Massenzuflüsse ṁ_in,1, ṁ_in,2, ... ṁ_in,q aus q Quellen mit bekannten Gaszuständen (d. h. Quelldrücken p_0,1, p_0,2, ... p_0,q und Quelltemperaturen T_0,1, T_0,2, ... T_0,q). Diese q Massenzuflüsse fließen über q Drosselstellen mit den wirksamen Querschnittsflächen A_in,1, A_in,2, ... A_in,q in den Ansaugtrakt 1: ṁ_in,i = A_in,i·p_0,1·C(T_0,i)·Ψ(Π_i); i ∈ [1 ... q] ((2)), mit: ṁ_in,i – Massenstrom, T_0,i – Temperatur vor Drosselstelle, p_0,i – Druck vor Drosselstelle des über die i-te Drosselstelle zufließenden Gases,
Temperaturfaktor mit κ – Isentropenexponent, R = c_p – c_v – spezifischer Gaskonstante, c_p – spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck, c_v – spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen des zufließenden Gases,
Druckverhältnis an der i-ten Drosselstelle,
Durchflusskoeffizient an der i-ten Drosselstelle, kann für den Betriebspunkt Π_i linearisiert werden zu Ψ(Π_i) = Ψ_offset(Π_i) – Ψ_slope(Π_i)·Π_i ((6))
Als Vereinfachung werden für alle im Ansaugtrakt 1 fließenden Gase jeweils einheitlicher Werte für Isentropenexponent, Gaskonstante und Wärmekapazitäten angenommen.
Diese Massenzuflüsse gelten als vom Saugrohrdruck beeinflusst,

• weil das Druckverhältnis Π_i über die jeweilige Drosselstelle zumindest in manchen Betriebszuständen unterkritisch, d. h. Π_i ≥ 0,53 sein kann,
• weil der Durchflusskoeffizient Ψ(Π_i) dann nach Gleichung ((5)) vom Saugrohrdruck p_im abhängig ist und
• weil diese Massenströme als Funktion des Saugrohrdrucks – nicht nur als Wert – in das Saugrohrmodell eingehen sollen.

Beispiele für vom Saugrohrdruck beeinflusste Zuflüsse in den Ansaugtrakt 1 sind der Massenstrom einer externen Abgasrückführung, der Kurbelgehäuseentlüftungsmassenstrom, der Tankentlüftungsmassenstrom sowie der in praktisch allen Betriebszuständen dominierende Drosselklappenmassenstrom. Wesentlich ist, dass sich diese Zuflüsse nach dem Saugrohrdruck p_im linearisieren, d. h. als lineare Funktionen des Saugrohrdrucks in der Form ṁ_in,i = L_in,i·p_im + K_in,i mit i ∈ ⌊1 ... q⌋ darstellen lassen.
Es gibt im allgemeinen Fall mehrere vom Saugrohrdruck p_im beeinflusste Massenabflüsse in s verschiedene Senken. Beispiele für Abflüsse aus dem Ansaugtrakt 1 sind Leckagemassenströme im aufgeladenen Betrieb sowie der in praktisch allen Betriebszuständen dominierende Einlassventilmassenstrom. Praktisch gibt es in der fehlerfrei arbeitenden Brennkraftmaschine nur einen Massenstrom aus dem Ansaugtrakt 1, das ist der Einlassventilmassenstrom in den jeweils ansaugenden Zylinder. Dieser wird im Folgenden als Abflussmassenstrom ṁ_out bezeichnet. Er wird im jeweiligen Motorbetriebspunkt nach dem Saugrohrdruck p_im linearisiert, d. h. als lineare Funktion des Saugrohrdrucks p_im mit den Parametern η_slope, η_offset (Steigung und Offset der volumetrischen Effizienz) angenähert: ṁ_out = η_slope·p_im – η_offset ((7)).
Das negative Vorzeichen des Offsets ist nicht zwingend.
Es gibt im allgemeinen Fall weitere, vom Saugrohrdruck p_im nicht beeinflusste Massenzuflüsse ṁ_in,q+1, ṁ_in,q+2, ... ṁ_in,q+r aus r Quellen mit bekannten Gaszuständen (d. h. Quelldrücken p_0,q+1, p_0,q+2, ... p_0,q+r und Quelltemperaturen T_0,q+1, T_0,q+2, ... T_0,q+r). Für sie gelten die Gleichungen ((2)) bis ((6)) entsprechend. Diese Massenzuflüsse gelten als nicht vom Saugrohrdruck p_im beeinflusst,

– weil entweder das Druckverhältnis über die jeweilige Drosselstelle in allen Betriebszuständen überkritisch ist, d. h. Π_i < 0,53, der Durchflusskoeffizient Ψ dann nach Gleichung ((5)) konstant ist und der jeweilige Wert des Zuflussmassenstroms unabhängig vom Saugrohrdruck p_im berechnet werden kann (z. B. am Gaseinblaseventil für CNG) oder
– weil trotz eines möglicherweise unterkritischer Druckverhältnisses Π_i ≥ 0,53 an einer Drosselstelle als Modellvereinfachung der zugehörige Massenstrom auf Basis eines alten Werts des Saugrohrdrucks p_im,n-1 außerhalb des Saugrohrmodells berechnet wird und dann nur als Wert (nicht als Funktion des Saugrohrdrucks) in das Saugrohrmodell eingeht.

Im Ansaugtrakt 1 gilt das Gesetz der Massenerhaltung (Massenbilanz) allgemein für s Abflüsse und speziell für einen Abfluss. Im Folgenden wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit nur ein Abfluss betrachtet
Modellbildung
Die Enthalpie H_im des Gases im Ansaugtrakt 1 mit konstantem Volumen V_im ist gleich der Summe von Verdrängungsarbeit V_im·p_im, Wärmeenergie W_therm, potentieller Energie W_pot und kinetischer Energie W_kin des Gases im Ansaugtrakt 1: H_im = W_therm + W_pot + W_kin + p_im·V_im ((9)).
Die potentielle Energie des Gases im Ansaugtrakt 1 W_pot kann vernachlässigt werden, da zwischen Ansaugtrakteintritt und -austritt kein signifikanter Höhenunterschied besteht und die potentielle Energie von Gasen aufgrund ihrer relativ kleinen Dichte generell vernachlässigbar ist. Die kinetische Energie des Gases im Saugrohr W_kin in ist im für den Betrieb von Brennkraftmaschinen relevanten Druck- und Temperaturbereich um mindestens den Faktor 100 kleiner als die jeweilige Verdrängungsarbeit und Wärmeenergie des Gases und kann deshalb auch vernachlässigt werden. Als Enthalpie des Gases im Ansaugtrakt 1 ergibt sich damit H_im = W_therm + p_im·V_im = c_v·T_im·m_im + p_im·V_im ((10)), mit: T_im – Temperatur, m_im – Masse des Gases im Ansaugtrakt 1.
Für den Ansaugtrakt 1 als offenes System mit q + r Zuflüssen und einem Abfluss gilt unter Vernachlässigung von Wärmeübergängen durch die Saugrohrwand (auf die weiter unten nochmals eingegangen werden wird) die Enthalpiebilanz
mit: h_in,i – spezifische Enthalpie, V_in,i – Fließgeschwindigkeit, Z_in,i – Höhe des i-ten Massenzuflusses, h_out – spezifische Enthalpie, V_out – Fließgeschwindigkeit, Z_out – Höhe des Massenabflusses, g – Erdbeschleunigung.
Durch die oben beschriebene Vernachlässigung von kinetischer und potentieller Energie des Gases im Ansaugtrakt 1 werden Fließgeschwindigkeiten und Höhen vernachlässigt und Gleichung ((11)) vereinfacht sich zu
Die abfließenden Massen haben Saugrohrtemperatur T_im, damit ist die spezifische Enthalpie des Abflussmassenstroms h_out = c_p·T_im ((13)).
Die zufließenden Massen haben jeweils die Temperatur ihrer Quelle T_0,i, damit ist die spezifische Enthalpie des i-ten Zuflussmassenstroms h_in,i = c_p·T_0,i ((14)).
Duch Einsetzen der Gleichungen ((10)), ((13)), ((14)) in Gleichung ((12)) ergibt sich
Wegen des konstanten Saugrohrvolumens ist p_im·V ._im = 0. Unter Berücksichtigung der funktionalen Abhängigkeiten aus ((1)), ((2)), ((4)) und ((8)) ergibt sich aus ((15)) durch Umstellen
eine erste implizite Differentialgleichung erster Ordnung der Variablen Saugrohrdruck p_im und Saugrohrtemperatur T_im.
Die Ableitung der allgemeinen Gasgleichung für das Gas im Ansaugtrakt 1 ((1)) nach der Zeit liefert ṗ_im·V_im + p_im·V_im = ṁ_im·R·T_im + m_im·R·Ṫ_im ((17)).
Wegen des konstanten Saugrohrvolumens ist p_im·V ._im = 0. Unter Berücksichtigung der funktionalen Abhängigkeiten aus ((1)), ((2)), ((4)) und ((8)) ergibt sich aus ((17)) ṗ_im·V_im = ṁ_im(p_im)·R·T_im + m_im(p_im, T_im)·R·Ṫ_im ((18)) eine zweite implizite Differentialgleichung erster Ordnung der Variablen Saugrohrdruck p_im und Saugrohrtemperatur T_im.
Diskretisierung des Modells
Die beiden Differentialgleichungen erster Ordnung der Variablen Saugrohrdruck p_im und Saugrohrtemperatur T_im ((16)) und ((18)) werden so umgeformt, dass einmal der Saugrohrdruckgradient ṗ_im und einmal der Saugrohrtemperaturgradient Ṫ_im eliminiert werden.
Die Differenz der Gleichungen ((18))–((16)) eliminiert den Saugrohrdruckgradient ṗ_im. Nach Einsetzen der Massenbilanz ((8)) liefert das Umstellen nach Ṫ_im
Auf die Saugrohrtemperatur T_im wird die allgemeingültige Trapez-Integrationsformel (siehe 3) zur zeitlichen Diskretisierung des Modells
mit der Abtastzeit (sampling time) t_s = t_n – t_n-1 angewandt:
Alte Saugrohrtemperatur T_im,n-1 und alter Saugrohrtemperaturgradient Ṫ_im,n-1 sind zum Zeitpunkt n aus dem vorhergehenden Berechnungsschritt n – 1 bekannte Werte. Durch Einsetzen von Gleichung ((19)) in ((21)) wird auch der Saugrohrtemperaturgradient Ṫ_im eliminiert:
Die Terme mit zu Beginn der Berechnungen für Zeitpunkt n bekannten Werten werden zur Vereinfachung der weiteren Herleitung zusammengefasst:
Ein Ersetzen der aktuellen Gasmasse im Ansaugtrakt 1 in Gleichung ((22)) nach Gleichung ((1))
würde die in T_im lineare Gleichung ((22)) mit einem quadratischen Term T_im ² verkomplizieren. Da die Gasmasse im Ansaugtrakt 1 nicht springen kann und sich in einem Rechenschritt nur relativ wenig verändert, kann ohne großen Genauigkeitsverlust zur Vereinfachung von Gleichung ((22)) die aktuelle, unbekannte Gasmasse m_im durch die alte, im vorhergehenden Rechenschritt bestimmte Gasmasse
ersetzt werden:
((25)).
Die Terme mit zu Beginn der Berechnungen für Zeitpunkt n bekannten Werten werden zur Vereinfachung der weiteren Herleitung zusammengefasst
Die q vom Saugrohrdruck beeinflussten und die r vom Saugrohrdruck unbeeinflussten Zuflüsse werden separat geschrieben
Die Terme mit zu Beginn der Berechnungen für Zeitpunkt n bekannten Werten werden zur Vereinfachung der weiteren Herleitung zusammengefasst
Das Ersetzen der vom Saugrohrdruck beeinflussten Zuflüsse nach Gleichung ((2)) in ((27)) ergibt
Das Ersetzen des Durchflusskoeffizienten an der i-ten Drosselstelle nach Gleichung ((4)) und ((6)) in ((30)) ergibt
und
Die Terme mit zu Beginn der Berechnungen für Zeitpunkt n bekannten Werten werden zur Vereinfachung der weiteren Herleitung zusammengefasst
Gleichung ((33)) vereinfacht sich damit zu T_im = (G_0,1 + G_0,2 + G_0,3) + (G_1,1 + G_1,2)·T_im + G_2,1·p_im + G_3,1·p_im·T_im ((38)) und weiter zu
Analog zur Eliminierung des Saugrohrdruckgradienten in Gleichung ((19)) ff. wird in einer zweiten parallelen Transformation der Saugrohrtemperaturgradient aus dem Gleichungssystem ((16)), ((18)) eliminiert. Eine Multiplikation von Gleichung ((16)) mit der spezifischen Gaskonstante R ergibt
Eine Multiplikation von Gleichung ((18)) mit der spezifischen Wärmekapazitat c_v liefert
Die Summe der Gleichungen ((40)) und ((41)) ergibt
und unter Berücksichtigung der Definition der spezifischen Gaskonstante R = c_p – c_v
Auf den Saugrohrdruck p_im wird die allgemeingültige Trapez-Integrationsformel ((20)) mit der Abtastzeit (sampling time) t_s = t_n – t_n-1 angewandt:
Alter Saugrohrdruck p_im,n-1 und alter Saugrohrdruckgradient ṗ_im,n-1 sind zum Zeitpunkt n aus dem vorhergehenden Berechnungsschritt n – 1 bekannte Werte. Durch Einsetzen von Gleichung ((43)) in ((44)) wird auch der Saugrohrdruckgradient ṗ_im eliminiert
Die Terme mit zu Beginn der Berechnungen für Zeitpunkt n bekannten Werten werden zur Vereinfachung der weiteren Herleitung zusammengefasst:
Die q vom Saugrohrdruck beeinflussten und die r vom Saugrohrdruck unbeeinflussten Zuflüsse werden separat geschrieben
Das Ersetzen des Abflussmassenstroms nach Gleichung ((7)) und der Zuflussmassenströme nach Gleichung ((2)) ergibt
Das Ersetzen des Durchflusskoeffizienten an der i-ten Drosselstelle nach Gleichung ((4)) und ((6)) in ((49)) ergibt
Die Terme mit zu Beginn der Berechnungen für Zeitpunkt n bekannten Werten werden zur Vereinfachung der weiteren Herleitung zusammengefasst:
Gleichung ((51)) vereinfacht sich damit zu p_im = (F_0,1 + F_0,2 + F_0,3) + F_1,1·T_im + F_2,1·p_im + F_3,1·p_im·T_im ((57)) und weiter zu
Lösung des Gleichungssystems
Die Gleichungen ((39)) und ((58)) bilden ein Gleichungssystem der Variablen Saugrohrdruck p_im und Saugrohrtemperatur T_im der Form p_im·T_im + a·p_im + b·T_im + c = 0 ((59)) und p_im·T_im + d·p_im + e·T_im + f = 0 ((60)), mit
Als Differenz der Gleichungen ((59)) und ((60)) ergibt sich das linearisierte Saugrohrmodell im aktuellen Betriebspunkt (a – d)·p_im + (b – e)·T_im + c – f = 0 ((61)).
Für b = e würden laut Gleichung ((61)) beliebige Saugrohrtemperaturänderungen keine Änderung des Saugrohrdruck bewirken, was im Widerspruch zur allgemeinen Gasgleichung ((1)) steht. Damit ist der Fall b = e physikalisch nicht relevant. Für b ≠ e lässt sich Gleichung ((61)) umstellen zu T_im d-a / b-e·p_im + f-c / b-e ((62)).
Durch Einsetzen von Gleichung ((62)) in entweder Gleichung ((59)) oder ((60)) ergibt sich jeweils (d – a)·p_im ² + (f – c – a·e + b·d)·p_im + (b·f – c·e) = 0 ((63)).
Für a = d würden laut Gleichung ((61)) beliebige Saugrohrdruckänderungen keine Änderung der Saugrohrtemperatur bewirken, was im Widerspruch zur allgemeinen Gasgleichung ((1)) steht.
Damit ist auch der Fall a = d physikalisch nicht relevant. Für a ≠ d lässt sich Gleichung ((63)) umstellen zu
Die Lösungsformel der quadratischen Gleichung
liefert für die praktisch relevanten Fälle für den Zeitpunkt n immer zwei Lösungen. Als Näherung des Saugrohrdrucks für den Zeitpunkt n wird wegen der real vorhandenen Stetigkeit des Saugrohrdrucks jeweils die näher an der alten Lösung für den Zeitpunkt n – 1 liegende Lösung verwendet.
Zusammenfassend werden Saugrohrdruck p_im und Saugrohrtemperatur T_im für den Zeitpunkt n aus den Gleichungen ((60)), ((62)) und ((65)) modelliert als
und
mit
Abgleich des Saugrohrmodells auf den gemessenen Gaszustand
Im quasistationären Betrieb, d. h. nachdem alle Eingangssignale in das Saugrohrmodell für mehrere Sekunden im Wesentlichen konstant gewesen sind, ist es vorteilhaft, wenn das Saugrohrmodell den mit dem Sensor messbaren Saugrohrdruck p_im,mdl = p_im,mes und die messbare Saugrohrtemperatur T_im,mdl = T_im,mes ausgibt. Die durch die Gleichungen ((66)) und ((67)) gegebenen Form des Saugrohrmodells kann dies nicht sicherstellen, da sie nicht vom gemessenen Saugrohrdruck p_im,mes oder von der gemessenen Saugrohrtemperatur T_im,mes abhängig sind. Insbesondere die zu Gleichung ((11)) angenommene Vernachlässigung von Wärmeübergängen durch die Saugrohrwand verfälscht das Saugrohrmodell stationär signifikant. Um Messwerte und Modellausgänge stationär trotzdem zusammenzuführen, sind drei Verfahren möglich:

1. Beobachterkorrektur: Beispielsweise ein oder mehrere Eingänge des Modells können automatisch so korrigiert werden, dass die Modellabweichungen T_im,mes – T_im,mdl und/oder p_im,mes – p_im,mdl minimiert werden.

Hierfür wird in dem quasistationären Betrieb ein Temperaturmesswert des Gases bereitgestellt, der repräsentativ ist für eine Temperatur des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt. Abhängig von der Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt und dem bereitgestellten Temperaturmesswert wird ein Temperaturkorrekturwert ermittelt. Der Temperaturkorrekturwert wird dem Saugrohrmodell zugeordnet und zumindest in einem instationären Betrieb und dem quasistationären Betrieb wird die Modelltemperatur für den aktuellen Zustand abhängig von dem Temperaturkorrekturwert mittels des Saugrohrmodells ermittelt.
Der Temperaturkorrekturwert wird beispielsweise derart ermittelt, dass die Differenz zwischen Modelltemperatur und Temperaturmesswert minimiert wird. Beispielsweise wird mittels des Temperaturkorrekturwerts die Modellgröße „Temperatur des Drosselklappenmassenstroms” des Saugrohrmodells korrigiert. Möglich ist alternativ oder zusätzlich auch die Einführung eines zusätzlichen, nicht physikalisch modellierten Modelleingangs „Wärmestrom durch die Saugrohrwand”, der derart mittels des Temperaturkorrekturwerts korrigiert wird, dass die Differenz zwischen Modelltemperatur und Temperaturmesswert minimiert wird.
Alternativ oder zusätzlich wird in dem quasistationären Betrieb ein Druckmesswert des Gases bereitgestellt, der repräsentativ ist für einen Druck des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt. Ein Druckkorrekturwert wird ermittelt abhängig von dem Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt und dem bereitgestellten Druckmesswert. Der Druckkorrekturwert wird dem Saugrohrmodell zugeordnet und zumindest in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand wird der Modelldruck für den aktuellen Zustand abhängig von dem Druckkorrekturwert mittels des Saugrohrmodells ermittelt.
Der Druckkorrekturwert wird beispielsweise derart ermittelt, dass die Differenz zwischen Modelldruck und Druckmesswert minimiert wird. Beispielsweise wird eine Modellgröße des Saugrohrmodells, die repräsentativ ist für die wirksame Querschnittsfläche der Drosselklappe derart mittels des Druckkorrekturwerts korrigiert, dass die Differenz zwischen Modelldruck und Druckmesswert minimiert wird.

2. Inkrementelle Modellkorrektur: Alternativ oder zusätzlich werden die Modelltemperatur und/oder der Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Temperaturmesswert und/oder Druckmesswert angepasst, indem die Modelltemperatur und/oder der Modelldruck um einen vorgegebenen Faktor in Richtung des Temperaturmesswerts und/oder des Druckmesswerts korrigiert werden. Hierzu werden insbesondere die Modellausgänge T_im,mdl und p_im,mdl aus Gleichungen ((66)), ((67) in jedem Abtastschritt um vorgegebene, zu kalibrierende Inkremente T_im,inc und p_im,inc in Richtung Messwerte verschoben: p_im,mdl,cor1 = p_im,mdl + sgn(p_im,mes – p_im,mdl)·T_inc ((68)) und T_im,mdl,cor1 = T_im,mdl + sgn(T_im,mes – T_im,mdl)·T_inc ((69)).

Die Parameter des Saugrohrmodells ((66)), ((67)) müssen entsprechend korrigiert werden:

3. Anteilige Modellkorrektur: Alternativ oder zusätzlich werden die Modelltemperatur und/oder der Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Temperaturmesswert und/oder Druckmesswert angepasst, indem die Modelltemperatur abhängig von dem Betrag der Differenz der Modelltemperatur und dem bereitgestellten Temperaturmesswert in Richtung des Temperaturmesswerts korrigiert wird und/oder indem der Modelldruck abhängig von dem Betrag der Differenz des Modelldrucks und dem bereitgestellten Druckmesswert in Richtung des Druckmesswerts korrigiert wird. Es werden also insbesondere die Modellausgänge T_im,mdl und p_im,mdl aus Gleichungen ((66)), ((67) in jedem Abtastschritt um zu kalibrierende Anteile der Modellfehler FT_im,inc und Fp_im,inc in Richtung Messwerte verschoben:

Die Parameter des Saugrohrmodells ((66)), ((67)) müssen entsprechend korrigiert werden:
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lässt sich in Serienmotorsteuergeräten der Einfluss schneller Änderungen der Temperatur des Gases im Ansaugtrakt 1 auf die Zylinderluftmasse genauer beschreiben als dies aufgrund einer Messung mit einem für Serienmotoren verfügbaren Temperatursensoren möglich ist. Durch die genauere Kraftstoffzumessung infolge der genaueren Bestimmung der Zylinderluftmasse können Schadstoffemissionen des Brennkraftmaschine vermindert werden.
Die Steuervorrichtung 25 ist dazu ausgebildet, das oben beschriebene Vorgehen auszuführen und so insbesondere die Zylinderluftmasse, die sich nach Schließen der Gaswechselventile in dem jeweiligen Zylinder befindet, zu ermitteln.
In diesem Zusammenhang ist sie insbesondere dazu ausgebildet, das unter dem Punkt Zusammenfassung beschriebene Vorgehen unter Berücksichtigung des sonstigen obigen erläuternden Vorgehens durchzuführen. Zu diesem Zweck weist sie insbesondere einen Programm- und Datenspeicher auf und eine entsprechende Recheneinheit, wie einen Mikroprozessor.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0820559 B1 [0004]
EP 0886725 B1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Handbuch Verbrennungsmotor, Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven”, Herausgeber Richard van Basshuysen/Fred Schäfer, 2. verbesserte Auflage, Juni 2002, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, Seiten 557 bis 559 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine umfassend einen Ansaugtrakt (1) und einen oder mehrere Zylinder (Z1 bis Z4), denen jeweils Gaseinlassventile (12) und Gasauslassventile (13) zugeordnet sind, wobei Gaswechselventile Gaseinlassventile (12) und Gasauslassventile (13) umfassen, bei dem in einem ersten Betriebszustand – zyklisch eine Modelltemperatur eines Gases im Ansaugtrakt (1) für einen aktuellen Zeitpunkt ermittelt wird abhängig von einem vorgegebenen Saugrohrmodell und frei von einem Temperaturmesswert des Gases, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist, – wobei die Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt ermittelt wird abhängig von einer Modelltemperatur, die für einen vorangegangenen Zeitpunkt ermittelt wurde, – abhängig von der für den aktuellen Zeitpunkt ermittelten Modelltemperatur eine Zylinderluftmasse ermittelt wird, die sich nach Schließen der Gaswechselventile in dem jeweiligen Zylinder befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in einem zweiten Betriebszustand – ein Temperaturmesswert des Gases bereitgestellt wird, der repräsentativ ist für eine Temperatur des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt, – ein Temperaturkorrekturwert abhängig von der Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt und dem bereitgestellten Temperaturmesswert ermittelt wird, – der Temperaturkorrekturwert dem Saugrohrmodell zugeordnet wird und – zumindest in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand die Modelltemperatur für den aktuellen Zustand abhängig von dem Temperaturkorrekturwert mittels des Saugrohrmodells ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in dem zweiten Betriebszustand – der Temperaturmesswert des Gases bereitgestellt wird, der repräsentativ ist für eine Temperatur des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt und – die Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Temperaturmesswert angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Temperaturmesswert angepasst wird, indem die Modelltemperatur um einen vorgegebenen Faktor in Richtung des Temperaturmesswerts korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei dem die Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Temperaturmesswert angepasst wird, indem die Modelltemperatur abhängig von dem Betrag der Differenz der Modelltemperatur und dem bereitgestellten Temperaturmesswert in Richtung des Temperaturmesswerts korrigiert wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, bei dem zyklisch ein Modelldruck eines Gases im Ansaugtrakt (1) für einen aktuellen Zeitpunkt ermittelt wird abhängig von dem vorgegebenen Saugrohrmodell und frei von einem Druckmesswert des Gases, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist, – wobei der Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt ermittelt wird abhängig von einem Modelldruck, der für einen vorangegangenen Zeitpunkt ermittelt wurde, – abhängig von dem für den aktuellen Zeitpunkt ermittelten Modelldruck die Zylinderluftmasse ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem in dem zweiten Betriebszustand – ein Druckmesswert des Gases bereitgestellt wird, der repräsentativ ist für einen Druck des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt, – ein Druckkorrekturwert ermittelt wird abhängig von dem Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt und dem bereitgestellten Druckmesswert, – der Druckkorrekturwert dem Saugrohrmodell zugeordnet wird und – zumindest in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand der Modelldruck für den aktuellen Zustand abhängig von dem Druckkorrekturwert mittels des Saugrohrmodells ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem in dem zweiten Betriebszustand – der Druckmesswert des Gases bereitgestellt wird, der repräsentativ ist für einen Druck des Gases zu dem aktuellen Zeitpunkt und – der Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Druckmesswert angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Druckmesswert angepasst wird, indem der Modelldruck um einen vorgegebenen Faktor in Richtung des Druckmesswerts korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Modelldruck für den aktuellen Zeitpunkt abhängig von dem bereitgestellten Druckmesswert angepasst wird, indem der Modelldruck abhängig von dem Betrag der Differenz des Modelldrucks und dem bereitgestellten Druckmesswert in Richtung des Druckmesswerts korrigiert wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine umfassend einen Ansaugtrakt (1) und einen oder mehrere Zylinder (Z1 bis Z4), denen jeweils Gaseinlassventile (12) und Gasauslassventile (13) zugeordnet sind, wobei Gaswechselventile Gaseinlassventile (12) und Gasauslassventile (13) umfassen, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist in einem ersten Betriebszustand – zyklisch eine Modelltemperatur eines Gases im Ansaugtrakt (1) für einen aktuellen Zeitpunkt zu ermitteln abhängig von einem vorgegebenen Saugrohrmodell und frei von einem Temperaturmesswert des Gases, der dem aktuellem Zeitpunkt zugeordnet ist, – wobei die Modelltemperatur für den aktuellen Zeitpunkt ermittelt wird abhängig von einer Modelltemperatur, die für einen vorangegangenen Zeitpunkt ermittelt wurde, – abhängig von der für den aktuellen Zeitpunkt ermittelten Modelltemperatur eine Zylinderluftmasse zu ermitteln, die sich nach Schließen der Gaswechselventile in dem jeweiligen Zylinder befindet.