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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung bei
einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken mit
einem Ansaugsystem, das mindestens ein Saugrohr mit verstellbarer Drosseleinrichtung
und mindestens einem den Drosselgrad der Drosseleinrichtung erfassenden
Sensor aufweist, mindestens einem Ein- und einem Auslassventil pro
Zylinder, mindestens einer verstellbaren Nockenwelle pro Zylinderbank
zum Steuern der Ein- und Auslassventile, gegebenenfalls mit einer
Einrichtung zum variablen Einstellen des Ventilhubs, mindestens
einer Kraftstoff-Einspritzanlage pro Zylinder, mindestens einer Zündanlage
pro Zylinder und mindestens einer elektronischen Steuereinrichtung
mit mindestens einem Rechner zum Berechnen des Einspritzzeitpunkts
und der Einspritzdauer, des Zündzeitpunkts
und der Zünddauer, abhängig von
abgefragten, in Signale umgewandelten Motorparametern, wobei das
Prinzip der modellgestützten
prädikativen
Regelung angewendet wird.
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Aus
der
EP 0 820 559 B1 ist
ein Verfahren zum modellgestützten
Bestimmen der in die Zylinder einer Brennkraftmaschine einströmenden Luftmasse
bekannt, bei dem von einer Modellbeschreibung Gebrauch gemacht wird,
die auf einer nicht linearen Differentialgleichung basiert. Dabei
wird eine Approximation der nicht linearen Differentialgleichung
verwendet, durch die das Systemverhalten von einer bilinearen Gleichung
beschrieben werden kann. Diese bilineare Gleichung gestattet eine
schnelle Lösung
der Beziehung in der Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs unter
Echtzeitbedingungen, wobei eine Modellierung von variablen Saugsystemen
und Systemen mit variablen Systemsteuerungen enthalten sind.
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Aus
der
DE 197 06 126
A1 ist ein Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine
im Bereich der Magergrenze bekannt, bei dem durch eine Systematik
selbständig
erkannt wird, ob ein vorgegebener Sollwert für das Luftverhältnis an
die Magergrenze stößt. Überschreitet
der Sollwert die Magergrenze nicht, so wird das Luftzahlverhältnis unverändert beibehalten.
Wird die Magergrenze überschritten,
so beginnt die Überwachungseinrichtung
zu arbeiten und wirkt auf die Ausgabe des Luftzahlverhältnisses
zur Regelung des Luftverhältnisses
ein, indem der aktuell bestimmte Grenzwert ausgegeben wird. Der
aktuelle Grenzwert der Magergrenze ersetzt dann für den weiteren
Verfahrensschritt den vorherigen Sollwert der Magergrenze.
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Aus
der
DE 199 49 050
A1 ist ein Verfahren zur Steuerung von Prozessen in Verbindung
mit einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Steuerungsfunktion
von einem Prozessor ausgeführt
wird. Der der Steuerung zugrunde liegende Programmcode ist in einem
Speicher abgelegt. Die Steuerungsfunktion wird mittel dieses Programmcodes
und einem dem Programmcode zugeordneten Datensatz realisiert. Außerdem sind die
Brennkammern in Motorbänke
gruppiert, wobei zur Steuerung jeder Motorbank ein spezieller Datensatz zugeordnet
wird.
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Trotz
der hohen Genauigkeit der Einspritzzeitpunkte und der Einspritzdauer
sowie der Zündzeitpunkte, die
durch das modellgestützte
Rechnungsverfahren dieser bekannten Schrift erzielt wird, ergibt
sich bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylinderbänken in
Kombination mit variablen Ventilsteuerungskomponenten insbesondere
im transienten Betriebsmodus bei bankunterschiedlichen Nockenwellenverstelleigenschaften
ein unerwünschter
Unterschied bei der bankindividuellen Gemischbildung.
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Dies
bedeutet, dass trotz der genauest berechneten Zeiten und Mengen
unterschiedliche Nockenwellenstellungen bei der Berücksichtigung
der Verstellung der Nockenwellen eine ungleiche Drehmomententwicklung
stattfindet. In der Vergangenheit ging man stets von einem symmetrischen
Verstellverhalten aus. Die Praxis hat jedoch gezeigt, dass, vor
allem bei V- und bei W-Motoren während
des transienten Betriebsmodus, bei dem es zu Öldruck- bzw. Ölversorgungsproblemen
kommen kann, Unsymmetrien der Zylinderbänke in ausgeprägter Form
auftreten. Man hat in der Vergangenheit versucht, die Problematik
der bankindividuellen Gemischbildung dadurch zu lösen, dass
man die beiden bankindividuellen Ventilüberschneidungen VO_1 der ersten
Bank und VO_2 der zweiten Bank arithmetisch gemittelt und im Füllungsmodell
des Motors bei der Berechnung der Einspritzmengen und Zündwinkelbestimmungen
die Mittelwerte verwendet hat.
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Diese
Näherung
führt jedoch
nicht zu einer Lösung
des Problems, da die Ursache, die zu einer von der Berechnung abweichenden
Gemischbildung bei einer Bank führt,
auch bei der anderen Bank zugrunde gelegt wird und dort eine aufgrund
der empfangenen Werte richtig berechenbare Gemischbildung unterbleibt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern
von Motorparametern bei Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei
Zylinderbänken
anzugeben, mittels dem unterschiedliche Gemischbildungen sowie unzeitige
Zündungen
in den einzelnen Zylinderblöcken
verhindert werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass von dem mindestens einen Rechner das Motorfüllungsmodell an den jeweiligen
Funktionsstellen bankselektiv gerechnet wird und die Steuerung der Einspritzung
und der Zündung
bankindividuell unter Verwendung der bankselektiv errechneten Motorparameter
erfolgt.
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Durch
die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte
ist es möglich,
für jede
Bank individuell die Gemischbildung einzustellen, so dass auch im
transienten Betriebsmodus eine optimale Verbrennung stattfinden
kann.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausbildung kann vorsehen, dass die Berechnung
für alle
Zylinderbänke gleichzeitig
stattfin det. Dies hat den Vorteil, dass die entsprechenden Werte
bei allen Bänken
zum selben Zeitpunkt vorliegen und ein Zeitverlust nicht entsteht.
Eine solche Gleichzeitigkeit ist insbesondere bei W-Motoren von
wesentlichem Vorteil, da bei diesem komplexen Motor der Zeitverlust
zu groß wäre.
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Es
ist vorteilhaft, wenn vorbestimmte bankspezifische Parameter während des
Motorbetriebs miteinander verglichen werden.
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Des
Weiteren kann es günstig
sein, dass die bankindividuelle Berechnung nach Erreichen des normalen
Betriebszustands durch eine gemeinsame Berechnung ersetzt wird.
Dabei ist es vorteilhaft, die Umstellung von der bankspezifischen
auf die bankgemeinsame Berechnung dann umzustellen, wenn die Differenz
bestimmter bankindividuelle Parameter einen vorgegebenen Schwellenwert
unterschreiten.
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Als
ein solcher Schwellenwertparameter kann die Luftzahl LAM sein, die
eine hinreichend genaue Bewertung der Gemischbildung zulässt.
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Von
besonderem Vorteil ist dabei, dass für jede Zylinderbank das identische
motorspezifische Füllungsmodell
gerechnet wird, so dass der Übergang
zur gemeinsamen Berechnung nicht zu einer Veränderung der Werte an den einzelnen
Funktionsstellen führt.
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Des
Weiteren wird eine Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
mit mindestens zwei Zylinderbänken
angegeben, bei der für
jede Zylinderbank eine eigenständige
Rechnereinheit vorgesehen ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn
in jeder Rechnereinheit dasselbe Motorfüllungsmodell gerechnet wird.
Vorteilhaft ist, wenn alle Rechner Vergleichsrechnungen durchführen, bei
denen die Funktionsstellenwerte der jeweils anderen Zylinderbänke verglichen
werden. Derartige Vergleichswerte können dann mit Schwellwerten abgeglichen
werden, die ein Umschalten auf einen gemeinsamen Rechner bewirken.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren und Blockschaltbilder
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderblöcken und
einem Ansaugtrakt sowie eine Steuereinrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung eines Motors mit zwei Zylinderblöcken in
V-Stellung und jeweils zugeordnetem Ansaugtrakt, Abgastrakt und
bankindividuellen Steuereinrichtungen;
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3 ein
Blockschaltbild des Verfahrens zur bankselektiven Ermittlung der
Füllung,
und
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4 ein
Blockschaltbild des Verfahrens mit detaillierten Eingangsparametern.
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In
den nachfolgenden Figuren sind gleiche Konstruktionselemente mit
denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Wegen ihrer Identität werden
sie nur einmal näher
erläutert.
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In 1 ist
eine Brennkraftmaschine dargestellt, die einen Ansaugtrakt 1,
der eine Drosselklappe 10 und Ansaugrohre 1-1 für eine erste
Bank B-1 und ein Ansaugrohr 1-2 für eine zweite Bank B-2 aufweist.
Des Weiteren ist schematisch ein Motorblock 2 jeweils ein
Zylinder 20 der Bank B-1 und der Bank B-2 mit einer gemeinsamen
Kurbelwelle 24, eine Nockenwelle 42 und Ventile 43, 44 dargestellt.
Der Vollständigkeit
halber sind Kolben 21, Pleuelstange 22 und dem
jeweiligen Zylinder 20 zugeordnete Zündkerzen 23 wiedergegeben.
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An
jedem Zylinder ist mindestens ein Einspritzventil 3 vorgesehen,
das einem nicht im Detail dargestellten Einspritzsystem zugeordnet
ist. Das mindestens eine Einspritzventil ist lediglich schematisch
dargestellt und kann sowohl einem Zentraleinspritzsystem aber auch
einem Direkteinspritzsystem zu geordnet sein. Ein Abgasrohr 4 für jede Bank
B-1 und B-2 weist jeweils einen Katalysator auf. Der Motor kann
auch ein Abgasrückführsystem
mit entsprechendem Rückführrohr und
Rückführventil
aufweisen.
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Eine
Steuereinrichtung 5 ist mit Sensoren verbunden, die an
der Brennkraftmaschine verschiedene Messgrößen erfassen. Die Steuereinrichtung
errechnet abhängig
von den Messgrößen Stellsignale,
die jeweils einem entsprechenden Funktionsstellgerät zugeordnet
sind und diese steuern. Einflussgrößen, die in der Steuereinrichtung 5 verarbeitet
werden, stammen von einem Pedalstellungsgeber 6, der die
Pedalstellung des Gaspedals 7 erfasst, ein Drosselklappenstellungsgeber 11,
der den Öffnungsgrad
THR der Drosselklappe 10 erfasst, ein Luftmassenmesser 12,
der den Luftmassenstrom MAF erfasst und ein Saugrohrdrucksensor 13, der
einen Saugrohrdruck MAP erfasst. Des Weiteren sind ein erster Temperatursensor 26,
der die Kühlwassertemperatur,
ein zweiter Temperatursensor 27, der die Öltemperatur
TOIL und ein dritter Temperatursensor 15 vorgesehen, der
die Ansauglufttemperatur TAL erfasst. Des Weiteren sind ein Drehzahlgeber 25,
der die Drehzahl N der Kurbelwelle 24 erfasst, sowie eine
Sauerstoffsonde 41 im Abgastrakt 4, der den Restsauerstoffgehalt
des Abgases erfasst und einer Luftzahl LAM zuordnet.
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Hervorzuheben
ist, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beiden Zylinderbänken jeweils
ein bankindividueller Abgastrakt zugeordnet ist, der im weiteren
Verlauf nach dem Katalysator zu einem Abgasrohr vereinigt werden
kann. Nicht dargestellt ist eine ebenso mögliche Ausführungsform, bei der der Katalysator
in dem gemeinsamen Abgasrohr angeordnet ist. Wesentlich ist allerdings,
dass die Sauerstoffsonde 41 jeweils die bankspezifischen
Werte LAM-1 und LAM-2 für
jede Bank separat ermittelt.
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Im
Stand der Technik ist es bekannt, anstatt des zweiten Temperatursensors 27 einen
Fluidsensor 28 vorzusehen, der die Fluidität FL des
Motoröls
erfasst. In der üblichen
Weise um fassen die Steuergeräte
jeweils einen Stelltrieb und ein Stellglied, wobei der Stellantrieb
elektromotorischer, elektromagnetischer, mechanischer oder anderer
Art sein kann.
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Die
Steuereinrichtung 5 ist mit den Stellgliedern der Drosselklappe 10,
Einspritzventil 3 und Zündkerze 23 steuertechnisch
verbunden.
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In 2 ist
eine alternative Ausführungsform
dargestellt, bei der jeweils ein bankindividueller Ansaugtrakt 1-B1 und 1-B2 vorgesehen
ist. Ebenso ist für
jede Bank B-1 bzw. B-2 eine bankindividuelle Rechnereinheit R5-1,
R5-2 vorgesehen. Die jeweiligen Rechnereinheiten R5-1 und R5-2 sind
mit der Steuereinrichtung 5 verbunden, welche die jeweiligen
Stellglieder für
die betreffenden Funktionsstellen beaufschlagt. An den Rechnereinheiten
R5-1 und R5-2 sind schematisch Signaleingänge dargestellt, die nachfolgend
in Verbindung mit 4 näher erläutert werden.
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Die übrigen Bauelemente
entsprechen denjenigen, die in Zusammenhang mit der schematischen
Darstellung einer Brennkraftmaschine in 1 beschrieben
worden sind.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren
zur bankselektiven Ermittlung der Füllung bei Brennkraftmaschinen
mit variabler Nockenwellenverstellung im transienten Betriebszustand
im schrittweisen Ablauf dargestellt ist. Im Modul "variable Ventilsteuerung" werden für die Ventile 43, 44 die
bankindividuellen Ventilüberschneidungen
VO_1 bzw. VO_2 ermittelt. Diese Werte werden der Rechnereinheit
zugeführt
und bankindividuell das Motorfüllungsmodell
für jede
Bank einzeln berechnet. Die sich daraus ergebenden optimalen Einspritzmenge
sowie der Zündweg
werden für
jede Zylinderbank getrennt berechnet und die entsprechenden Funktionsstellen
beaufschlagt. Ebenso ist es möglich,
bei einer variablen Ventilhub-Einrichtung diesen Ventilhub VL jeweils in die Berechnung einfließen zu lassen.
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Diese
Berechnung kann in einer gemeinsamen Rechnereinheit durchgeführt werden,
so dass die Berechnung nacheinander abläuft. Es ist jedoch von Vorteil,
wenn für
jede Bank eine eigene Rechnereinheit vorgesehen ist, die das für alle Bänke identische
Motorfüllungsmodell
errechnet. Auf diese Weise wird erreicht, dass insbesondere bei
W- oder Sternmotoren die Zeit zwischen Erfassen der Messgrößen und
Beaufschlagen der Stellglieder zu groß wird.
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In
4 ist
ein Blockdiagramm mit den wesentlichen Motorparametern dargestellt,
die Eingang in die Berechnung des jeweiligen Motorfüllungsmodells
findet. Folgende Größen finden
Eingang in die Rechnung des Motorfüllungsmodells:
TPS
(Throttle Position) | Drosselklappenstellung |
MAP
(Manifold Air Pressure) | Saugrohrdruck |
TIA
(Temperature Intake Air) | Ansauglufttemperatur |
PRS_EX
(Pressure Exhaust) | Abgasdruck |
N_32
(Engine Speed) | Drehzahl |
MAF_MES
(Manifold Air Flow measured) | Gemessene
Luftströmung
im Saugrohr |
TIA_CYL
(Temperature Intake Air Cylinder) | Ansauglufttemperatur
am/im Zylinder |
INSY
(Intake System) (Intake Manifold Model) | Ansaugsystem
(Saugrohrmodell) |
CAM_1
(Camshaft Position (Bank1) | Nockenwellenposition |
CAM_2
(Camshaft Position (Bank2)) | Nockenwellenposition |
VVL (Variable Valve Lift) | variabler
Ventilhub |
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Dabei
werden die jeweiligen Ventilüberschneidungen
VO_1 und VO_2 über
die Nockenwellenpositionen in den einzelnen Zylinderbänke bankselektiv
dem jeweiligen Rechner für
die individuelle Modellberechnung, wie auch der variable Ventilhub
VVL_1 und VVL_2,
isoliert zugeführt.
Dies wird durch die beiden Pfeile CAM_1 und CAM_2 dargestellt, die
jeweils auf die Blöcke
INSY_1 bzw. INSY_2 weisen. Die Pfeilverbindung in der Rechnereinheit
zwischen INSY_1 und INSY_2 stellt dar, dass die jeweils verwendete
und auch die errechnete Größen und
Werte verglichen werden, um dann bei Erreichen des Normalbetriebs,
bei dem die ermittelte und abgegriffenen Parameter hinsichtlich
ihres Unterschieds geringer sind als ein vorbestimmter Schwellwert,
von einer gemeinsamen Berechnung erstellt werden.
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Auf
diese Weise können
im Normalbetrieb Rechnerabweichungen vermieden werden, so dass im Gleichgewichtszustand
eine Gemischbildung stattfindet, die für alle Bänke identisch ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen
beschränkt.
So kann es beispielsweise vorgesehen sein, bei Zylinderbänken mit
einer Vielzahl von Zylindern diese in Berechnungsblöcke aus
jeweils zwei oder drei Zylindern aufzuteilen und diese blockweise
zu berechnen. Auf diese Weise kann eine einfache Fehlerlokalisierung
erfolgen, wenn angezeigt wird, dass eine gemeinsame Berechnung für alle Blöcke nach
Erreichen des Normzustand nicht erfolgt.