DE102014214438B3 - Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zur Einstellung eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zur Einstellung eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, bei welchem die Zylinderluftmasse unter Berücksichtigung von Umgebungsparametern ermittelt wird und die Ermittlung der dem Zylinder zuzuführenden Kraftstoffmenge unter Berücksichtigung der ermittelten Zylinderluftmasse erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zur Einstellung eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors
  • Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d. h. das Verhältnis der an der Verbrennung im Zylinder teilnehmenden Zylinderluftmasse mair,cyl zur an der Verbrennung im Zylinder teilnehmenden Kraftstoffmasse mfusl ist ein wichtiger Einflussfaktor für die Schadstoffemissionen eines Verbrennungsmotors. Die Zylinderluftmasse mair,cyl wird im Motorsteuergerät aufgrund vieler verfügbarer Motorgrößen geschätzt und dient als Grundlage für die Kraftstoffzumessung. Zur Einhaltung aktueller und zukünftiger Schadstoffemissionsgrenzwerte muss die Zylinderluftmasse im Motorsteuergerät unter allen Motorbetriebsbedingungen auf wenige Prozent genau bekannt sein.
  • Aus der US 2014/0000554 A1 ist eine Steuervorrichtung für eine mehrere Zylinder aufweisende Brennkraftmaschine bekannt, welche einen durch Abgasenergie angetriebenen Turbolader und eine Kraftstoffeinspritzsteuereinheit aufweist. Die Kraftstoffeinspritzsteuereinheit gibt eine Kraftstoffeinspritzmenge für einen Zylinder derart vor, dass ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem einen Zylinder fetter ist als ein theoretisches Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, und Abgas, das ausgeblasen wird, wenn der eine Zylinder in einem Auslasshub ist, und Spülgas, welches während einer Ventilüberlappungsperiode von einem anderen Zylinder, der sich in einem Ansaughub befindet, während sich der eine Zylinder im Auslasshub befindet, durchgespült wird, in einer Abgasleitung vermischt werden, um ein gewünschtes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen.
  • Aus der US 2013/0312714 A1 ist eine Steuervorrichtung für eine einen Turbolader aufweisende Brennkraftmaschine bekannt. Diese Steuervorrichtung umfasst Betriebszustandserfassungsmittel zum Erfassen eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, Mittel zur Erfassung einer Ventilüberlappungsperiode, Kollektordruckerfassungsmittel zum Erfassen eines Kollektordruckes, Abgasdruckschätzmittel zum Schätzen eines Abgasdruckes auf einer stromaufwärtigen Seite des Turboladers, und Spülmengenschätzmittel zum Schätzen einer Spülmenge in Abhängigkeit vom Betriebszustand, der Ventilüberlappungsperiode, dem Kollektordruck und dem Abgasdruck.
  • Die Abhängigkeit der im normalen Betrieb eines Verbrennungsmotors in einem Serienfahrzeug nicht direkt messbaren Zylinderluftmasse mair,cyl von messbaren bzw. einfacher modellierbaren Systemgrößen wird im Motorsteuergerät in einem allgemein als Füllungsmodell bezeichneten Modell berechnet: mair,cyl = f(Neng, sact, pim, Tim, pem, Tem, Tco, ...)= f(EOP), (1) mit Neng = Motordrehzahl, sact, = Positionen aller motornahen Aktuatoren, zu denen der Nockenphasenversteller, der Nockenhubversteller, die Ladungsbewegungsklappen, usw., nicht aber der Turbinenaktuator, beispielsweise ein Wastegate, welches mittelbar über den Abgaskrümmerdruck wirkt, gehören, pim = Saugrohrdruck, Tim = Saugrohrtemperatur, pem = Abgaskrümmerdruck, Tem = Abgaskrümmertemperatur und Tco = Kühlmitteltemperatur.
  • Eine Kombination der Eingänge des Füllungsmodells nach Gleichung (1) wird im Folgenden als Motorbetriebspunkt bezeichnet. Dabei wird unterschieden zwischen Haupteingängen des Füllungsmodells, die in das Füllungsmodell absolut, d. h. ohne Bezug auf Referenzwerte, eingehen, und Korrektureingängen des Füllungsmodells, für die das Füllungsmodell Auswirkungen der Abweichungen dieser Größen von ihren Werten in Referenzbetriebspunkten beschreibt.
  • In den meisten real auftretenden Motorbetriebspunkten ist der Abgaskrümmerdruck höher als der Saugrohrdruck und/oder die Auslassventile eines Zylinders schließen, bevor die Einlassventile dieses Zylinders öffnen. Dann wird das bei der Verbrennung des Kraftstoffs im Zylinder entstandene Abgas nicht vollständig vom Kolben in den Auslasskrümmer ausgeschoben, ein Teil des Abgases verbleibt als sogenanntes Restgas für den nächsten Verbrennungszyklus im Zylinder. In diesem Fall verbleibt die ganze im Ansaugtakt über die Einlassventile einströmende Frischluftmasse mair,inv, d. h. die Einlassventilluftmasse nach dem Schließen der Einlassventile, im Zylinder, nimmt an der Verbrennung im Zylinder teil und ist in diesem Fall mit der Zylinderluftmasse mair,cyl identisch.
  • Bei großer Ventilüberschneidung können bei aufgeladenen Motoren Motorbetriebspunkte auftreten, in denen während der Ventilüberschneidung der Saugrohrdruck größer ist als der Abgaskrümmerdruck. Dann werden die durch die Kolbenbewegung bewirkten Gasmassenströme durch die geöffneten Ventile von einem durch das Druckgefälle zwischen Saugrohr und Abgaskrümmer bewirkten Gasmassenstrom vom Saugrohr in Richtung Abgaskrümmer überlagert. Dabei verdrängt die aus dem Saugrohr strömende Frischluft das aus der vorhergehenden Verbrennung im Zylinder verbliebene Abgas. Mit der so erhöhten Zylinderluftmasse kann mehr Kraftstoff verbrannt und so das Motormoment erhöht werden. Wenn der durch das Druckgefälle zwischen Saugrohr und Abgaskrümmer bewirkte Gasmassenstrom vom Saugrohr in Richtung Abgaskrümmer ausreichend groß ist, verdrängt er das gesamte Abgas aus dem Zylinder und ein Teil der Frischluft strömt sofort in den Abgaskrümmer, ohne an der Verbrennung im Zylinder teilzunehmen. Dieser wegen der damit verbundenen Momentenerhöhung und Verminderung der Klopfneigung erwünschte Effekt wird als „Spülen” oder „Scavenging” bezeichnet. Die so sofort in den Abgaskrümmer strömende Luftmasse wird als Spülluftmasse mair,scav bezeichnet. Im allgemeinen Fall teilt sich damit die Einlassventilluftmasse in Zylinderluftmasse und Spülluftmasse: mair,inv = mair,cyl + mair,scav. (2)
  • Die 1 zeigt beispielhaft oben für einen Motorbetriebspunkt mit und unten ohne Scavenging die zeitlichen Verläufe von Saugrohr- und Abgaskrümmerdruck.
  • So sind die Druckverläufe vor und nach dem Zylinder während eines Arbeitsspiels eines Motors für zwei verschiedene beispielhafte Motorbetriebspunkte gezeigt. Dabei entspricht auf der X-Achse ein Kurbelwinkel von 0° dem oberen Totpunkt bei Zündung. Dabei ist N die Motordrehzahl, CAM_IN die Einlassnockenphase, CAM_EX die Auslassnockenphase, pim der Saugrohrdruck in hPa und pem der Abgaskrümmerdruck in hPa. Bei Sex handelt es sich um den Auslasshub, bei Sin um den Einlasshub. VÜ kennzeichnet die Phase der Ventilüberschneidung.
  • Das linke Bild in 1 zeigt beispielhaft einen Motorbetriebspunkt von:
    N = 1500 rpm, CAM_IN = 40°, CAM_EX = 10°, pim = 1741 hPa.
  • Das rechte Bild in 1 zeigt beispielhaft einen Motorbetriebspunkt von:
    N = 2000 rpm, CAM_IN = 20°, CAM_EX = 40°, pim = 1990 hPa.
  • Das Füllungsmodell wird am Motorprüfstand und/oder im Fahrzeug stationär so bedatet, dass es die mit Hilfe eines Luftmassenmessers gemessene Zylinderluftmasse möglichst genau abbildet. Gemessen werden kann nur der gesamte Luftmassenstromüber den Luftmassenmesser. Dieser entspricht der Einlassventilluftmasse mair,inv. Zwischen durch den Zylinder durchgespülter und an der Verbrennung im Zylinder teilnehmender Luft kann dabei nicht unterschieden werden. Das als Gleichung (1) genannte Modell ist bei Bedatung auf den gemessenen Luftmassenstrom damit kein Modell der Zylinderluftmasse mair,cyl, sondern der Einlassventilluftmasse mair,inv. mair,inv = f(Neng, sact, pim, Tim, pem, Tem, Tco, ...)= f(EOP) (3)
  • Um in Scavenging-Betriebspunkten die Zylinderluftmasse nach Gleichung (2) bestimmen zu können, muss die Spülluft analog modelliert werden: mair,scav = f(EOP) (4)
  • Das Füllungsmodell hat damit nach Gleichung (1), (2), (3) und (4) die allgemeine Form mair,cyl(EOP) = mair,inv(EOP) – mair,scav(EOP) (5)
  • Am Motor-/Fahrzeugprüfstand herrschen während der Basisbedatung des Füllungsmodells Referenz-Umgebungsbedingungen, d. h. Referenz-Umgebungsdruck P0,ref, Referenz-Umgebungstemperatur T0,ref und Referenz-Kühlmitteltemperatur Tco,ref. Damit stellt sich für jede Kombination von Motordrehzahl, Saugrohrdruck und Position der motornahen Aktuatoren stationär eine bestimmte Kombination von Drücken und Temperaturen im Saugrohr und im Abgaskrümmer ein, die im Folgenden als Referenz-Abgaskrümmerdruck pem,ref, Referenz-Abgaskrümmertemperatur Tem,ref, Referenz-Saugrohrdruck pim,ref und Referenz-Saugrohrtemperatur Tim,ref bezeichnet werden. Da der Saugrohrdruck als Haupteingangsgröße in das Füllungsmodell eingeht, muss kein Referenz-Saugrohrdruck betrachtet werden. Für einen aktuellen Betriebspunkt und den damit zu vergleichenden Referenzbetriebspunkt ist der Saugrohrdruck immer gleich. Am Motor-/Fahrzeugprüfstand kann die Spülluftmasse für diese Referenz-Bedingungen mit Messtechnik zur Abgasanalyse bestimmt und in einem Modell nach Gleichung (4) von beliebiger Struktur abgelegt werden. mair,scav,ref = mair,scav(pem,ref, Tem,ref, Tim,ref) = f(EOP, pem,ref, Tem,ref, Tim,ref) (6)
  • Der Abgaskrümmerdruck ist für einen definierten Motorbetriebspunkt vom Umgebungsdruck p0 abhängig. Für Saugmotoren und mechanisch aufgeladene Motoren ist der Abgaskrümmerdruck Per grob proportional zum Umgebungsdruck p0. Mit steigender Höhe fallen Abgaskrümmerdruck pem und Umgebungsdruck p0 grob proportional ab, der Motor schiebt das Restgas besser aus, und bei gleicher Kombination von Motordrehzahl, Saugrohrdruck und Aktuatorpositionen steigt die Zylinderluftmasse. Turbomotoren benötigen für einen definierten Saugrohrdruck in einem aufgeladenen Motorbetriebspunkt in größerer Höhe eine größere Turboladerleistung und damit ein höheres Druckverhältnis pem/p0 als in geringerer Höhe, was durch eine Änderung der Position des Turbinenaktuators erreicht wird. Damit wird für einen definierten Umgebungsdruck p0 der Abgaskrümmerdruck pem erhöht. Diese beiden Effekte heben sich tendenziell auf, wobei je nach Motorkonfiguration der eine oder der andere überwiegt. Damit kann im allgemeinen Fall bei Turbomotoren für einen definierten Motorbetriebspunkt der Abgaskrümmerdruck bei fallendem Umgebungsdruck fallen oder steigen.
  • Insbesondere bei der für Scavenging notwendigen großen Ventilüberschneidungsind die Massenströme durch die Ventile des Motors sehr empfindlich auf Änderungen des Abgaskrümmerdrucks. Bei großer Ventilüberschneidung wurde beobachtet, dass die relative Änderung der Zylinderluftmasse das Sechsfache der relativen Änderung des Auslasskrümmerabsolutdrucks betragen kann. Für Motoren mit Scavengingbetrieb ist eine Modellierung des Einflusses des Abgaskrümmerdrucks auf die Spülluftmasse im Motorsteuergerät damit zwingend notwendig. Um den Motor zunächst unter Referenzbedingungen betreiben und den Einfluss abweichender Umgebungsbedingungen später berücksichtigen zu können, ist es üblich, den Abgaskrümmerdruck zu Referenzbedingungen pem,ref und die Abweichung des aktuellen Abgaskrümmerdrucks von den Referenzbedingungen Δpem = pem – pem,ref als separate Korrekturmodelleingänge zu berücksichtigen. Analoges gilt – wenn auch weniger stark – für Saugrohr- und Abgaskrümmertemperatur. Daraus resultieren als Korrekturmodelleingänge die Abweichung der aktuellen Abgaskrümmer- und Saugrohrtemperatur von den Referenzbedingungen ΔTem = Tem – Tem,ref und ΔTim = Tim – Tim,ref. mair,scav = f(EOP, pem,ref, Δpem, ΔTem, ΔTim) (7)
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Modellierung des Einflusses dieser Abweichungen des aktuellen Abgaskrümmerdrucks von den Referenzbedingungen Δpem = pem – pem,ref, der aktuellen Abgaskrümmertemperatur von den Referenzbedingungen ΔTem = Tem – Tem,ref und der aktuellen Saugrohrtemperatur von den Referenzbedingungen ΔTim = Tim – Tim,ref auf die Spülluftmasse mair,scav und damit mittelbar nach Gleichung (2) auf die eigentlich interessierende Zylinderluftmasse mair,cyl.
  • Es ist bereits bekannt den Einfluss der Abweichung des aktuellen Abgaskrümmerdrucks von den Referenzbedingungen auf die Spülluftmasse mair,scav mit in der Praxis schwierig bedatbaren Korrekturkennfeldern A, B, C zu modellieren:
    Figure DE102014214438B3_0002
  • Im Folgenden wird vorausgesetzt, dass für jeden durch eine Kombination von Motordrehzahl, Saugrohrdruck und Aktuatorpositionen beschriebenen aktuellen Motorbetriebspunkt mit aktuellen Umgebungsbedingungen im Motorsteuergerät
    • – der aktuelle Umgebungsdruck p0, der aktuelle Saugrohrdruck pim, der aktuelle Abgaskrümmerdruck pem, die aktuelle Saugrohrtemperatur Tim und die aktuelle Abgaskrümmertemperatur Tem bekannt sind und
    • – die aktuelle Einlassluftmasse mair,inv unter Berücksichtigung des aktuellen Saugrohrdrucks pim, des aktuellen Abgaskrümmerdrucks pem, der aktuellen Saugrohrtemperatur Tim und der aktuellen Abgaskrümmertemperatur Tem nach Gleichung (3) genau modelliert wird
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Einfluss der Abweichung des aktuellen Abgaskrümmerdrucks, der aktuellen Saugrohrtemperatur und der aktuellen Abgaskrümmertemperatur von den Referenzbedingungen Δpem = pem – pem,ref ΔTem = Tem – Tem,ref und ΔTim = Tim – Tim,ref auf die Spülluftmasse mair,scav ohne Bedatungsaufwand, insbesondere ohne Bedatung der in Gleichung (8) beschriebenen Korrekturkennfelder zu modellieren. Dies geschieht wie folgt:
    Bei der Basisbedatung des Motorsteuergeräts zu Referenzbedingungen werden folgende Schritte durchgeführt:
    • – Der Umgebungsdruck, bei dem die Basisbedatung des Füllungsmodells durchgeführt wurde, wird als Referenz-Umgebungsdruck P0,ref als bedatbare Konstante im Motorsteuergerät abgelegt.
    • – Der Abgaskrümmerdruck pem, welcher bei der Basisbedatung des Füllungsmodells am Motorprüfstand bei Referenzbedingungen beobachtet wurde, wird in einem Referenz-Abgaskrümmerdruckmodell beliebiger Struktur im Motorsteuergerät abgelegt. pem,ref = f(Neng, sact, pim, ...) (9) Damit kann später zu jedem aktuellen Zeitpunkt bestimmt werden, welcher Referenz-Abgaskrümmerdruck Pem,ref für den aktuellen Motorbetriebspunkt bei der Basisbedatung des Füllungsmodells galt.
    • – Die Abgaskrümmertemperatur Tem, welche bei der Basisbedatung des Füllungsmodells am Motorprüfstand bei Referenzbedingungen beobachtet wurde, wird in einem Referenz-Abgaskrümmertemperaturmodell beliebiger Struktur im Motorsteuergerät abgelegt. Tem,ref = f(Neng, sact, pim, ...) (10) Damit kann später zu jedem aktuellen Zeitpunkt bestimmt werden, welche Referenz-Abgaskrümmertemperatur Tem,ref für den aktuellen Motorbetriebspunkt bei der Basisbedatung des Füllungsmodells galt.
    • – Die Saugrohrtemperatur Tim, welche bei der Basisbedatung des Füllungsmodells am Motorprüfstand bei Referenzbedingungen beobachtet wurde, wird in einem Referenz-Saugrohrtemperatur-Modell beliebiger Struktur im Motorsteuergerät abgelegt. Tim,ref = f(Neng, sact, pim, ...) (11) Damit kann später zu jedem aktuellen Zeitpunkt bestimmt werden, welche Referenz-Saugrohrtemperatur Tim,ref für den aktuellen Motorbetriebspunkt bei der Basisbedatung des Füllungsmodells galt.
    • – Die Spülluftmasse mair,scav, welche bei der Basisbedatung des Füllungsmodells am Motorprüfstand bei Referenzbedingungen bestimmt wurde, wird unter Verwendung der nach Gleichung (9) bis (11) modellierten Referenzdrücke und -temperaturen pem,ref, Tem,ref, Tim,ref in einem Referenz-Spülluftmassenmodell beliebiger Struktur nach Gleichung (6) im Motorsteuergerät abgelegt. mair,scav,ref = f(EOP, pem,ref, Tem,ref, Tim,ref) (12) Damit kann später zu jedem aktuellen Zeitpunkt bestimmt werden, welche Referenz-Spülluftmasse mair,scav,ref für den aktuellen Motorbetriebspunkt bei der Basisbedatung des Füllungsmodells galt.
  • Zur Laufzeit in einem aktuellen Motorbetriebspunkt bei aktuellen Umgebungsbedingungen werden folgende Schritte durchgeführt:
    • – Nach Gleichung (3) wird die Einlassventilluftmasse mair,inv, welche im aktuellen Motorbetriebspunkt, aber mit den Referenzbedingungen pem,ref, Tem,ref, Tim,ref anstelle der aktuellen Bedingungen pem, Tem, Tim aufgetreten wäre, als Referenz-Einlassventilluftmasse mair,inv,rev bestimmt. mair,inv,ref = mair,inv(EOP, pem,ref, Tem,ref, Tim,ref (13)
    • – Nach Gleichung (12) wird die Spülluftmasse mair,scav, welche im aktuellen Motorbetriebspunkt, aber mit den Referenzbedingungen pem,ref, Tem,ref, Tim,ref anstelle der aktuellen Bedingungen pem, Tem, Tim aufgetreten wäre, als Referenz-Spülluftmasse mair,scav,rev bestimmt. mair,scav,ref = mair,scav(EOPpem, ref, Tem,ref, Tim,ref) (14)
    • – Die Luftmasse, die als Zylinderluftmasse im Zylinder verbleibt, und die Luftmasse, die als Spülluftmasse in den Abgaskrümmer fließt, kommen als homogener Massenstrom aus dem Saugrohr. Die pro Arbeitstakt zuströmende Frischluft hat eine Masse der Größenordnung von 1 g. Der Zylinder hat eine sehr viel größere Masse in der Größenordnung von mehreren Kilogramm. Mit guter Näherung kann damit angenommen werden, dass zwar die Zylinderluft die zuströmende Frischluft erwärmt, die zuströmende Frischluft die Zylinderwand aber nicht signifikant abkühlt. Damit erfahren Zylinderluftmasse und Spülluftmasse beim Durchströmen des Zylinders dieselbe Erwärmung durch die heiße Zylinderwand. Druck und Temperatur der Spülluft und der bis dahin in den Zylinder eingeströmten Zylinderluft können zum Zeitpunkt des Schließens des Auslassventils als gleich angenommen werden. Dies hat zur Folge, dass bei Scavenging eine Erhöhung der Einlassventilluftmasse infolge eines Abfalls des Abgaskrümmerdrucks mit guter Näherung keinen Einfluss auf die Zylinderluftmasse hat. Es wird nur ein größeres Frischluftpaket in den Abgaskrümmer durchgespült. Analog hat eine Verminderung der Einlassventilluftmasse infolge eines Anstiegs des Abgaskrümmerdrucks mit guter Näherung keinen Einfluss auf die Zylinderluftmasse, solange das in den Abgaskrümmer durchgespülte Frischluftpaket noch nicht aufgebraucht ist. Analog gilt dies auch für Saugrohr- und Abgaskrümmertemperatur. Damit ist in einem aktuellen Motorbetriebspunkt, in dem sowohl bei aktuellen Bedingungen pem, Tem, Tim als auch bei Referenzbedingungen pem,ref, Tem,ref, Tim,ref Scavenging auftritt, die Zylinderluftmasse für beide Bedingungen gleich. Damit ist die in der Bedatung des Einlassventilluftmassenmodells nach Gleichung (3) für diesen Motorbetriebspunkt für die beiden Bedingungen hinterlegte Differenz der Einlassventilluftmassen gleich der Differenz der Spülluftmassen. mair,scav = mair,scav,ref = mair,inv – mair,inv,ref (15) Aus der Gleichung (15) folgt unter Ausschluss der physikalisch unsinnigen negativen Werte die Bestimmungsgleichung für die aktuelle Spülluftmasse: mair,scav = max(mair,scav,ref + mair,inv – mair,inv,ref, 0) (16) Das Füllungsmodell nach Gleichung (5) erhält nach Einsetzen der Gleichung (16) die finale Form mair,cyl = mair,inv – mair,scav = mair,inv – max(mair,scav,ref + mair,inv – mair,inv,ref, 0) (17)
  • Die Drücke im Abgastrakt fallen in jedem Motorbetriebspunkt vom Auslassventil über eine eventuell vorhandene Turboladerturbine, Katalysator, eventuell vorhandene Filter und Schalldämpfer streng monoton auf Umgebungsdruck ab. Für eine definierte Abhängigkeit aller Aktuatorpositionen von Momentenanforderung und Umgebungsbedingungen, d. h. für eine definierte Ansteuerungsstrategie der Steller, sind auch die Druckabfälle an den einzelnen Komponenten des Abgasstrangs bestimmt. In Kombination mit allen anderen Eingängen des Füllungsmodells kann der Abgasgegendruckeinfluss auf die Spülluftmasse und damit auf die Zylinderluftmasse gleichwertig durch den Druck an einer beliebigen Stelle des Abgastraktes beschrieben werden, insbesondere auch durch den Umgebungsdruck ganz am Ende des Abgastrakts. Wenn das Füllungsmodell unter Verwendung eines anderen Abgasdrucks als des im Abgaskrümmer bedatet wird, kann deshalb auch die oben beschriebene Abgasgegendruckkorrektur der Spülluftmasse und damit der Zylinderluftmasse unter Verwendung desselben Abgasdrucks als Eingang bedatet werden.
  • Für Motoren, die über die Einlassventile keine reine Frischluft, sondern beispielsweise wegen externer Abgasrückführung ein Gasgemisch ansaugen, gelten alle Betrachtungen analog.
  • Nach alledem kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Einfluss der Abweichung des aktuellen Abgaskrümmerdrucks, der aktuellen Saugrohrtemperatur und der aktuellen Abgaskrümmertemperatur von den Referenzbedingungen Δpem = pem – pem,ref ΔTem = Tem – Tem,ref und ΔTim = Tim – Tim,ref auf die Spülluftmasse mair,scav und auf die Zylinderluftmasse mair,cyl ohne zusätzlichen Bedatungsaufwand physikalisch korrekt modelliert werden. Damit wird der Arbeitsaufwand bei der Bedatung des Motorsteuergeräts vermindert. Erst die genaue Kenntnis der Zylinderluftmasse mair,cyl unter allen Motorbetriebsbedingungen ermöglicht die Bestimmung der zur Einhaltung des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nötigen Kraftstoffmenge. Mit der genaueren Bestimmung der Zylinderluftmasse mair,cyl wird damit ein Beitrag zur Verminderung der Schadstoffemissionen und des Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors geleistet.
  • Die Abgaskrümmerdruck-Korrektur der Spülluftmasse und ihr Einfluss auf die Zylinderluftmasse werden beispielhaft anhand der nachfolgenden Tabellen veranschaulicht:
    Angenommen wird ein Motorbetriebspunkt, in dem bei Referenz-Umgebungsdruck P0,ref = 1000 hPa einem Saugrohrdruck pim = 2000 hPa und einem Abgaskrümmerdruck pem,ref = 1900 hPa eine Zylinderluftmasse mair,cyl,ref = 1000 mg und eine Spülluftmasse mair,scav,ref = 100 mg vorliegen. Unter der Annahme einer Motorkonfiguration, bei der bei konstantem Motorbetriebspunkt ein fallender Umgebungsdruck p0 durch steigenden Abgaskrümmerdruck Per kompensiert wird, modelliert das beschriebene Verfahren eine sich mit fallendem Umgebungsdruck p0 = [1000...850] hPa vermindernde Spülluftmasse mair,scav, wie aus der 5. Spalte der nachfolgenden Tabelle 1 ersichtlich ist, und eine konstante Zylinderluftmasse mair,cyl, wie aus den ersten 7 Zeilen der 7. Spalte der nachfolgenden Tabelle 1 ersichtlich ist. Für Umgebungsdrücke p0 unterhalb des Umgebungsdrucks, für den die modellierte Spülluftmasse mair,scav,ref = 100 mg genau 0 beträgt, sind die Zylinderluftmasse und die Einlassventilluftmasse gleich, wie es aus den letzten beiden Zeilen der nachfolgenden Tabelle 1 ersichtlich ist (siehe die fett umrandeten Felder).
    p0 [hPa] p_em [hPa] m_air_inv [mg] m_air_inv_ref [mg] m_air_scav_tmp = m_air_scav_ref + m_air_inv – m_air_inv_ref [mg] m_air_scav = max(0, m_air_scav_tmp) [mg] m_air_cyl = m_air_inv – m_air_scav [mg]
    1000 1900 1000 1000 100 100 900
    975 1935 982 1000 82 82 900
    950 1970 964 1000 64 64 900
    925 2005 948 1000 48 48 900
    900 2040 931 1000 31 31 900
    875 2075 916 1000 16 16 900
    850 2110 900 1000 0 0 900
    825 2145 886 1000 –14 0 886
    800 2180 872 1000 –28 0 872
  • Für eine Motorkonfiguration, bei der bei konstantem Motorbetriebspunkt ein fallender Umgebungsdruck p0 noch durch einen nur weniger stark fallenden Abgaskrümmerdruck Per kompensiert wird, modelliert das beschriebene Verfahren bei fallendem Umgebungsdruck p0 = [1000...800] hPa konstante Zylinderluftmasse bei steigender Spülluftmasse, wie aus der nachfolgenden Tabelle 2 ersichtlich ist.
    p0 [hPa] p_em [hPa] m_air_inv [mg] m_air_inv_ref [mg] m_air_scav_tmp = m_air_scav_ref + m_air_inv – m_air_inv_ref [mg] m_air_scav = max(0, m_air_scav_tmp) [mg] m_air_cyl = m_air_inv – m_air_scav [mg]
    1000 1900 1000 1000 100 100 900
    975 1890 1005 1000 105 105 900
    950 1880 1011 1000 111 111 900
    925 1870 1016 1000 116 116 900
    900 1860 1022 1000 122 122 900
    875 1850 1027 1000 127 127 900
    850 1840 1033 1000 133 133 900
    825 1830 1038 1000 138 138 900
    800 1820 1044 1000 144 144 900

Claims (7)

  1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zur Einstellung eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, bei welchem die Zylinderluftmasse (mair,cyl) unter Berücksichtigung von Umgebungsparametern ermittelt wird und die Ermittlung der dem Zylinder zuzuführenden Kraftstoffmenge unter Berücksichtigung der ermittelten Zylinderluftmasse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vielzahl von Motorbetriebspunkten ein Referenzwert für die Spülluftmasse unter Referenzbedingungen in einem Kennfeld hinterlegt wird und ein Wert für die Änderung der Spülluftmasse in Abhängigkeit von der Differenz der Momentanwerte des Drucks im Abgaskrümmer und/oder der Temperatur im Saugrohr und/oder im Abgaskrümmer und der unter Referenzbedingungen auftretenden Werte des Drucks im Abgaskrümmer und/oder der Temperatur im Saugrohr und/oder im Abgaskrümmer ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Umgebungsparameter der Umgebungsdruck und/oder der Abgaskrümmerdruck berücksichtigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Umgebungsparameter der Saugrohrdruck berücksichtigt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umgebungsparameter die Nockenwellenverstellung berücksichtigt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umgebungsparameter mindestens einer der folgenden weiteren Parameter berücksichtigt wird: die Abgaskrümmertemperatur, die Saugrohrtemperatur, die Stellung der Drosselklappe, die Wastegateposition und der Ventilhub der Einlassventile und der Auslassventile.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassventilluftmasse des Zylinders für einen Referenzbetrieb in einem Kennfeld hinterlegt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassventilluftmasse des Zylinders für eine Vielzahl von geänderten Umgebungsparametern in einem Kennfeld hinterlegt wird.
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