DE10349676A1

DE10349676A1 - Verfahren und System für die Schätzung der Zylinderladung bei Innenverbrennungsmotoren mit variabler Ventilsteuerung

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Publication number: DE10349676A1
Application number: DE10349676A
Authority: DE
Inventors: Julia Helen Dearborn Buckland; Ilya V. Ypsilanti Kolmanovsky; Jing Bloomfield Sun; Joseph Ann Arbor Scillieri
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2004-05-27
Also published as: GB2397340A; US20040093148A1; US6850831B2; GB0325811D0

Abstract

Verfahren für die Bestimmung der Zylinderluftladung und/oder des verbrannten Gases im Zylinder für ein Innenverbrennungsmotorsystem. Das Motorsystem weist Zylinder auf, von denen jeder der genannten Zylinder mindestens ein Einlaßventil und mindestens ein Auslaßventil aufweist, die mit dem genannten Zylinder in Verbindung stehen. Das Verfahren bestimmt ein Szenario aus der Vielzahl von unterschiedlichen Szenarien, wobei jedes der Szenarien eine geometrische Beziehung zwischen dem Öffnen und Schließen der Einlaßventile relativ zum Schließen des Auslaßventils darstellt. Die Zylinderluftladung und/oder das verbrannte Gas im Zylinder wird entsprechend dem unter der Vielzahl von Szenarien ausgewählten Szenario berechnet. Bei einer Ausführungsform speichert das Motorsystem eine Vielzahl von verschiedenen Softwarebausteinen. Das Verfahren wählt unter der Vielzahl von Softwarebausteinen entsprechend dem unter der Vielzahl von Szenarien bestimmten Szenario einen Softwarebaustein aus. Die Berechnung der Zylinderluftladung und/oder des verbrannten Gases im Zylinder umfaßt die Ausführung der Funktion des unter den Bausteinen ausgewählten Bausteins. Bei einer Ausführungsform speichert ein Speicher das Verhältnis des durch das Restgas in mindestens einem der Zylinder bei einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders im Motor eingenommenen Volumens während des entsprechend jedem Szenario unter der Vielzahl von Szenarien für jede der Vielzahl von unterschiedlichen ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Systeme für die Schätzung der Zylinderladung bei Innenverbrennungsmotoren und insbesondere auf Verfahren und Systeme für die Schätzung der Zylinderluftladung bei Innenverbrennungsmotoren mit variabler Ventilsteuerung (VVT).
HINTERGRUND
Wie dem Fachmann bekannt ist, werden Motoren mit variabler Ventilsteuerung (VVT) in der Bemühung auf den Markt gebracht, Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu verbessern. Wie dem Fachmann ebenfalls bekannt ist, benötigen Motorsteuergeräte typischennreise eine Schätzung der Zylinderladung. Die Schätzung einer Zylinderladung wird jedoch signifikant durch die Ventilsteuerung beeinflußt. Darüber hinaus sind einige dieser Motoren mit Nockenwellenprofilumschaltung (cam profile switching – CPS) versehen, welche je nach den verschiedenen Ventilprofilen ebenfalls die Ladung beeinflussen kann. Das Ergebnis ist ein im Vergleich zu herkömmlichen Motorsystemen signifikant komplexeres Ladungsschätzungsproblem.
ZUSAMMENFASSUNG
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für die Bestimmung von mindestens entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder bei einem In nenverbrennungsmotorsystem geliefert. Das Motorsystem weist Zylinder auf, wobei jeder der genannten Zylinder mindestens ein Einlaßventil und ein Auslaßventil aufweist, die mit dem betreffenden Zylinder in Verbindung stehen. Das Verfahren bestimmt eines aus einer Vielzahl von verschiedenen Szenarien, wobei jedes der Szenarien eine geometrische Beziehung zwischen dem Öffnen und dem Schließen des Einlaßventils relativ zum Schließen des Auslaßventils darstellt. Der jeweils mindestens eine Wert, d.h. entweder die Zylinderluftladung oder das verbrannte Gas im Zylinder, wird entsprechend dem aus einer Vielzahl von Szenarien ausgewählten Szenario berechnet.
Bei einer Ausführungsform weist das Motorsystem einen Speicher zur Abspeicherung einer Vielzahl von unterschiedlichen Software-Bausteinen auf. Das Verfahren wählt aus der Vielzahl von Software-Bausteinen entsprechend dem aus der Vielzahl von Szenarien ausgewählten Szenario einen Software-Baustein aus. Die Berechnung von mindestens entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder umfaßt die Ausführung der Funktion des unter den Bausteinen ausgewählten Bausteins.
Bei einer Ausführungsform liefert eine in einem Speicher, wie z.B. einem ROM, abgespeicherte Tabelle eine Abhängigkeit von dem vom Restgas in dem mindestens einen Zylinder bei einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders im Motor eingenommenen Volumen während des Ablaufs des Zyklus, der entsprechend jedem einzelnen einer Vielzahl von Szenarien für jede einzelne der Vielzahl von unterschiedlichen Einlaßventilöffnungs- und Auslaßventilschließbedingungen festgelegt wird. Das Verfahren umfaßt: aufgrund des Speichers Bestimmen des vom Restgas in dem mindestens einen Zylinder in einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders im Motor während des entsprechend den Einlaßventilöffnungs- und Auslaßventilschließbedingungen festgelegten Zyklus eingenommenen Volumens und Bestimmen entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder aufgrund des in dem mindestens einen Zylinder vom Restgas bei einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders des Motors während des Zyklus eingenommenen Volumens.
Mit einem solchen Verfahren wird ein geometrischer Ansatz für die Ladungsschätzung bei gedrosselten, mit variabler Ventilsteuerung versehenen Motoren, welcher auch die Wirkung von Nockenprofilumschaltung mit einschließt, geliefert.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Diagramm eines Innenverbrennungsmotorsystems nach der Erfindung,
1A ein Diagramm des Motorsystems nach 1 mit Nockenwellenprofilumschaltung,
2 ein Flußdiagramm eines bei dem Motorsystem nach 1 zur Bestimmung der Zylinderladung verwendeten Prozesses,
2A eine entsprechend einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zur Bestimmung der Zylinderladung genutzte Tabelle,
3A bis 3D Steuerungsdiagramme mit der Darstellung von vier Motorszenarien, wobei jedes der Szenarien ein bestimmtes Verhältnis zwischen offenen/geschlossenen Stellungen von Einlaß- und Auslaßventilen für das Motorsystem nach 1 relativ zum oberen Totpunkt (TDC) darstellt;
4, 4A bis 4D Diagramme mit der Darstellung von vier Motorbetriebsszenarien für den Motor nach 1, wobei jedes der vier Szenarien eine bestimmte räumliche Beziehung zwischen offenen/geschlossenen Stellungen von Einlaß- und Auslaßventilen für das Motorsystem nach 1 relativ zum oberen Totpunkt (TDC) darstellt;
5 Diagramme mit der Darstellung von zwölf Motorszenarien für den Motor mit Nockenwellenprofilumschaltung nach 1A, wobei jedes der Szenarien eine bestimmte räumliche Beziehung zwischen offenen/geschlossenen Stellungen von Einlaß- und Auslaßventilen für das Motorsystem nach 1 relativ zum oberen Totpunkt (TDC) darstellt; und
6 ein Flußdiagramm eines zur Bestimmung der Zylinderladung bei dem Motorsystem mit Nockenwellenprofilumschaltung nach 1 genutzten Prozesses.
Analoge Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Innenverbrennungsmotorsystem 10 gezeigt. Das System 10 umfaßt einen oder mehrere Zylinder 11, Motorsensoren 20 und ein Steuergerät 22, die wie dargestellt angeordnet sind.
Jeder Zylinder 11 umfaßt einen Zylinderkopf 13, welcher eine Zündkerze 21 aufweist, mindestens ein Einlaßventil 12 für das selektive Abgeben einer Luft/Kraftstoffmischung 15 in den Zylinder 11 aus mindestens einer Einlaßöffnung 16 und mindestens ein Auslaßventil 14, das selektiv Abgase 17 aus dem Zylinder 11 durch eine Auslaßöffnung 18 abgibt. Die Einlaßöffnung 16 erhält Luft, nachdem die genannte Luft durch eine Drosselklappe 17 und anschließend durch einen Ansaugkrümmer und/oder einen Ansaugkanal 19 hindurchtritt. Im vorliegenden Fall wird durch das Steuergerät 22 eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe gesteuert.
Das System 10 weist auch einen an sich bekannten Kolben 25 auf, der gleitend im Zylinder 11 angeordnet ist. Während aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nur ein einziger Zylinder 11 gezeigt wird, sollte klar sein, daß der Motor bei einer bevorzugten Ausführungsform mehrere Zylinder 11 aufweist, die gegebenenfalls einen Teil eines kombinierten oder kontinuierlichen Zylinderkopfes 13 nutzen.
Das System 10 weist das Steuergerät 22, ein Paar Aktuatoren 24, die elektrisch und für Kommunikationszwecke mit dem Steuergerät 22 verbunden sind, und Sensoren 20 auf, die für Kommunikationszwecke mit dem Steuergerät 22 verbunden sind. Es sollte angemerkt werden, daß mechanische variable Nockenwellensteuerungsvorrichtungen ebenfalls genutzt werden können. Das Steuergerät 22 weist einen Mikroprozessor 30 auf, welcher als zentrale Rechnereinheit (CPU) bezeichnet wird und mit einer Speicherverwaltungseinheit (MMU) 32 in Verbindung steht. Die Speicherverwaltungseinheit 32 steuert den Datenverkehr zwischen den verschiedenen computerlesbaren Speichermedien und übermittelt Daten zur und von der CPU 30. Die computerlesbaren Speichermedien umfassen vorzugsweise beispielsweise flüchtige und nicht flüchtige Speicherung im nicht-löschbaren Festwertspeicher (ROM) 34, einen flüchtigen Schreib-/Lesespeicher (RAM) 36 und einen batteriestromgestützten Speicherchip (KAM) 38. Der KAM 38 kann dazu verwendet werden, verschiedene Betriebsvariablen abzuspeichern, während die CPU 30 heruntergefahren wird. Die computerlesbaren Speichermedien können implementiert werden, indem eine beliebige Anzahl von an sich bekannten Speichervorrichtungen, wie z.B. PROMs (programmierter, nur lesbare Speicherchips), EPROMs (elektrische PROM), EEPROMs (elektrischer löschbarer PROM), Blitzspeicher oder beliebige sonstige elektrische, magnetische, optische oder kombinierte, zur Speicherung von Daten fähige Speichervorrichtungen umfassen, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der CPU 30 bei der Steuerung des Motors oder des Fahrzeuges, in das der Motor eingebaut wird, benutzt werden. Die computerlesbaren Speichermedien können auch Floppy-Disks, CD-ROMs, Festplatten und ähnliches umfassen. Die CPU 30 steht über eine Input/Output(I/O)-Schnittstelle 40 mit verschiedenen Sensoren 20 und Aktuatoren, einschließlich der Aktuatoren 24, und der Zündkerze 21 in Verbindung. Einige Architekturen des Steuergeräts 22 enthalten keine MMU 32. Wird keine MMU 32 verwendet, verwaltet die CPU 30 die Daten und steht direkt mit dem ROM 34, dem RAM 36 und dem KAM 38 in Verbindung. Natürlich könnten nach der vorliegenden Erfindung mehr als eine CPU 30 eingesetzt werden, um die Steuerung des Motors/des Fahrzeuges sicherzustellen, und das Steuergerät 22 kann abhängig von der jeweiligen Anwendung jeweils mehrere mit der MMU 32 oder der CPU 30 verbundene ROMs 34, RAMs 36 und KAMs 38 enthalten. Weiter wird festgehalten, daß bei einem Dieselmotor keine Zündkerze 21 vorhanden wäre.
Wie dies nachstehend umfassender bzw. vollständiger erörtert wird, erhält das Steuergerät 40 durch die Sensoren 20 generierte Signale und verarbeitet bzw. nutzt die erhaltenen Signale entsprechend einem im ROM 34 abgespeicherten Programm, um Steuersignale für die Motorsysteme zu ermitteln. Wie bekannt erfordert die Ermittlung zahlreicher solcher Steuersignale eine typischerweise durch Schätzung erfolgende Bestimmung der in den Zylinder 11 eintretenden Ladung durch das Steuergerät 22, wobei die Zylinderladung aus Luft und verbranntem Gas besteht. Das im ROM 34 gespeicherte Steuergerät 22 ist ein Computerprogramm, das von der CPU 30 ausgeführt werden kann, um eine solche Schätzung vorzunehmen. Ein Flußdiagramm eines solchen Programms wird detaillierter in Verbindung mit 2 beschrieben.
Die Sensoren 20 umfassen an sich bekannte und im Handel verfügbare Fahrzeugbetriebszustandssensoren und können einen oder mehrere an sich bekannte Motortemperatursensoren, Motordrehzahlsensoren, Kurbelwinkelstellungssensoren und sonstige „Fehler"-Detektorsensoren umfassen, die Fehler oder Störungen beim Betrieb des Motors erfassen. Die Sensoren wirken so, daß sie Motorbetriebszustände messen und jeweils Signale an das Steuergerät 22 generieren und übermitteln, die die gemessenen Motorbetriebseigenschaften darstellen. Beispielsweise und ohne Einschränkung des Erfindungsrahmens wirken die Sensoren 20 so, daß sie die Winkelstellung der mit dem Kolben 25 verbundenen Kurbelwelle 26 abtasten oder erfassen und ein Signal an das Steuergerät 22 übermitteln, welches der über ein PIP-Signal aus dem Halleffektsensor 42 gemessenen oder abgetasteten Winkelstellung entspricht, wobei das genannte PIP-Signal in das Steuergerät 22, wie in 1 gezeigt, eingespeist wird.
Die Aktuatoren 24 sind elektromechanische oder elektrohydraulische Systeme, welche Signale vom Steuergerät 22 zu empfangen und als Reaktion auf die empfangenen Signale Ventile 12, 14 zu betätigen vermögen. Im Betrieb verwendet das Steuersystem 22 eine interne vorprogrammierte Steuermethodologie, um die eintretende Kraftstoff- und Luftmischung 15 herzustellen. Um eine solche Funktion zu liefern, erfolgt eine Feststellung der Ladung im Zylinder.
Die Feststellung der Ladung im Zylinder wird nunmehr beschrieben, wobei auch Bezug genommen wird auf „Internal Combustion Engine Fundamentals" von John B. Heywood, McGraw-Hill, Inc., 1988. Es wird zunächst angemerkt, daß das Zylindervolumen bei einem bestimmten Kurbelwinkel ohne Einschluß des Totvolumens dargestellt werden kann als:
worin
B die Bohrung des Zylinders 11 in Metern (m),
a der Kurbelradius (m),
θ der Kurbelwinkel (in Grad) und
l die Pleuelstangenlänge (m) ist.
Es werden die folgenden Definitionen verwendet, und es wird des weiteren auf 4 Bezug genommen:
TDC – Oberer Totpunkt, d.h. also der Kurbelwinkel, bei dem sich der Kolben im Zylinder am weitesten oben befindet. Diese Stellung entspricht einem Kurbelwinkel von 0°. Damit ist bei dem hierin beschriebenen Viertakt-Innenverbrennungsmotor 10 der Kolben zweimal pro Arbeitshub am TDC: am Ende des Auspuffhubs und am Endes des Verdichtungshubs. Der hierin verwendete Ausdruck TDC bezieht sich auf den TDC, der am Ende des Auspuffhubs eintritt. BDC – Unterer Totpunkt, d.h. der Kurbelwinkel, bei dem sich der Kolben in seiner tiefsten Lage im Zylinder befindet. Diese Stellung entspricht einem Kurbelwinkel von 180°. Ebenso wie beim TDC gibt es bei dem hierin beschriebenen Viertakt-Innenverbrennungsmotor 10 zwei BDC-Ereignisse: am Ende des Ansaughubs und am Ende des Expansions-(oder Arbeits-)hubs. Hier soll der BDC den BDC am Ende des Ansaughubs bedeuten.
ATDC – Nach dem TDC
CA – Kurbelwinkel
IVO – Kurbelwinkel bei der Einlaßventilöffnung (°ATDC)
IVC – Kurbelwinkel bei der Einlaßventilschließung (°ATDC)
EVC – Kurbelwinkel bei der Schließung des Auslaßventils (°ATDC)
V_IVO – Zylindervolumen bei IVO (m³)
V_IVC – Zylindervolumen bei IVC (m³)
V_EVC – Zylindervolumen bei EVC (m³)
Die für die Verbrennung verfügbare Luftmasse m_a in kg wird geschätzt durch ma = fair·pa,IVC·Vm worin:
f_air der Anteil von Luft im EGR(externe Abgasrückführungs-)Luft-Kraftstoffgemisch,
P_a,IVC die Dichte der Luft bei IVC (kg/m³) und
V_m das für das Luft-Kraftstoff-EGR-Gemisch bei IVC (m³) verfügbare Volumen ist.
Die Menge f_air wird definiert als
worin:
m_a die Luftmasse im Zylinder,
m_f die Kraftstoffmasse im Zylinder,
m i / bg die Masse von verbranntem Gas im Ansaugkrümmer, die aus der externen Abgasrückführung resultiert,
AFR das Luft-/Kraftstoffverhältnis, welches typischerweise gemessen wird, und
F_i der Anteil an verbranntem Gas im Ansaugkrümmer ist, der aus der externen Abgasrückführung resultiert und definiert wird als
. F_i kann über in der Literatur verfügbare Verfahren geschätzt werden.
Wenn die Kraftstoffeinspritzung nach IVC (Schließen des Einlaßventils) stattfindet, wie dies bei Direkteinspritzmotoren, welche mit Schichtladung arbeiten, der Fall ist, wird dieser Ausdruck
Die Luftdichte bei IVC kann wie folgt geschätzt werden:
worin;
ρ_amb (kg/m³) die Luftdichte unter Umgebungsbedingungen,
T_amb (K) die Umgebungstemperatur,
T_IVC (K) die Temperatur des Gases im Zylinder bei IVC,
P_i (kPa) der Ansaugkrümmerdruck und
P_amb (kPa) der Umgebungsdruck ist.
Es wird hier angenommen, daß der Druck im Zylinder bei IVC nahezu mit dem Ansaugkrümmerdruck im Gleichgewicht ist.
Das bei IVC für das Luft-/Kraftstoffgemisch verfügbare Volumen ist: Vm = (VIVC + Vcl) – Fe*Vr,IVC,worin:
V_IVC (m³) das Volumen des Verbrennungsraums bei IVC,
V_cl (m³) das Totvolumen jedes Zylinders,
F_e der Anteil von verbranntem Gas im Restgas, welcher über in der Literatur verfügbare Verfahren geschätzt werden kann, und
V_r,IVC (m³) das Volumen an Restgas im Zylinder bei IVC ist, wobei Restgas als das Gas im Zylinder definiert wird, das nicht durch externe Abgasrückführung eingeleitet wurde und an einem vorangegangenen Verbrennungsvorgang beteiligt war.
worin:
T_exh (K) die Auspuffkrümmertemperatur,
P_exh (kPa) der Auspuffkrümmerdruck, und
V_r,i (m³) das Volumen von Restgas zum letztmöglichen Zeitpunkt des Eintretens solchen Gases, nicht eingeschlossen das das Totvolumen einnehmende Restgas, ist. Damit ist V_r,i das Restgasvolumen bei EVC (Auslaßventilschließung) oder TDC (dem oberen Totpunkt), je nachdem welches Ereignis später stattfindet. Es ist anzumerken, daß V_r,i das Restgas in dem mindestens einen Zylinder in einer vorbestimmten Stellung mindestens einen Zylinders im Motor während jedes Viertakt-Zyklus des Motors ist.
Es wird angenommen, daß das Restgas zu dem Zeitpunkt, zu dem das Restgas zuletzt in den Zylinder eintritt (d.h. also bei EVC oder TDC), nahe bei den Auspuffkrümmerbedingungen liegt.
Das Volumen von Restgas beim letzten Eintreten (d.h. bei EVC oder TDC) wird aufgrund geometrischer Überlegungen und der Kenntnis von IVO und EVC bestimmt. Das Volumen wird für vier verschiedene Ventilsteuerungsszenarien geschätzt:

1. IVO ≤ EVC ≤ TDC. Überschneiden ist möglich, und das Auslaßventil wird vor oder bei TDC geschlossen.
2. IVO ≤ EVC, EVC > TDC, IVO ≤ TDC. Überschneiden ist möglich, und das Auslaßventil wird nach TDC geschlossen. Das Einlaßventil wird vor oder bei TDC geöffnet.
3. IVO ≤ EVC, EVC > TDC, IVO > TDC. Überschneiden ist möglich, und das Auslaßventil wird nach TDC geschlossen. Das Einlaßventil wird nach TDC geöffnet.
4. IVO > EVC. Überschneiden ist negativ.

Jedes Szenario wird einzeln in den folgenden Unterabschnitten erörtert.
Szenario 1: IVO ≤ EVC ≤ TDC
Bei diesem Szenario öffnet sich das Einlaßventil während des Auspuffhubs und bevor sich das Auslaßventil schließt, wie dies in den 3A und 4A gezeigt wird. Während der Zeit, während der sowohl das Einlaß- wie auch das Auslaßventil offen sind, wird Abgas aus dem Zylinder sowohl in den Ansaug- wie auch den Auspuffkrümmer gedrückt. Das in den Ansaugkrümmer gedrückte Restgas wird später im Zyklus in den Motor eingeleitet und wird zu einem Teil des Gesamtrestgasvolumens. Es wird angenommen, daß das während dieser Überschneidungszeit in den Ansaugkrümmer gedrückte Restgasvolumen proportional zur momentanen Stromfläche ist.
Bei diesem Szenario schließt sich das Auslaßventil vor oder bei TDC. Es wird angenommen, daß in der Zeit von EVC bis TDC das gesamte das Zylindervolumen bei EVC (unter Ausschluß des Totvolumens) einnehmende Abgas in Richtung auf die Ansaugkanäle ausgestoßen wird. Der daraus resultierende Ausdruck für das Volumen an Restgas lautet:
worin:
A_i (m²) die effektive Einlaßventilfläche,
A_ε (m²) die effektive Auslaßventilfläche und
θ (Grad) der Kurbelwinkel ist.
Damit stellen
das Volumen an Restgas dar, das in Richtung auf den Ansaugkrümmerkanal 19 während des positiven Überschneidens, d.h. also während sowohl das Einlaß- wie auch das Auslaßventil geöffnet sind, ausgestoßen wird, und
V_EVC
das Volumen an Restgas, das nach EVC in Richtung auf den Ansaugkrümmerkanal ausgestoßen wird.
Bei Fehlen eines Ventilhebeprofils wird angenommen, daß die Ventile sich jeweils momentan öffnen und schließen. Der integrale Ausdruck wird
worin:
A max / i (m²) die maximale wirksame Einlaßventilfläche ist, die durch Multiplizieren des maximalen Ventilhubs mit dem Ventilumfang ungefähr bestimmt werden kann, und
A max / e (m²) die maximale wirksame Auslaßventilfläche ist, die durch Multiplizieren des maximalen Ventilhubs mit dem Ventilumfang ungefähr bestimmt werden kann.
Diese Vereinfachung reicht bei niedrigen Motordrehzahlen aus. (Es sollte angemerkt werden, daß bei den nachstehend beschriebenen Szenarien die Ventilhubprofilintegralen in analoger Weise ungefähr bestimmt werden können.)
Szenario 2: IVO ≤ EVC, EVC > TDC, IVO ≤ TDC
Bei diesen in den 3B und 4B gezeigten Szenarien öffnet sich das Einlaßventil während des Auspuffhubs, aber das Auslaßventil schließt sich während des Ansaughubs, d.h. nach TDC. Während der Zeit, während der sowohl das Einlaß- wie auch das Auslaßventil vor TDC geöffnet sind, wird Abgas aus dem Zylinder sowohl in den Ansaug- wie auch in den Auspuffkrümmer gedrückt. Während der Zeit, während der sowohl das Einlaß- wie auch das Auslaßventil nach TDC geöffnet sind, wird sowohl aus dem Ansaug- wie auch aus dem Auspuffkrümmer Gas in den Zylinder gezogen. Es wird angenommen, daß das Volumen an Restgas, das während dieser Überschneidungszeit in den Ansaugkrümmer gedrückt oder aus dem Auspuffkrümmer herausgezogen wird, proportional zur momentanen Stromfläche ist. Der daraus resultierende Ausdruck für das Restgasvolumen lautet:
das während des Auspuffhubs in den Ansaugkrümmerkanal gedrückte Restgasvolumens ist, und
das während des Ansaughubs aus dem Auspuffkrümmerkanal herausgesaugte Restgasvolumens ist.
Szenario 3: IVO ≤ EVC, EVC > TDC, IVO > TDC
Bei diesem Szenario, das in den 3C und 4C gezeigt wird, öffnet sich das Einlaßventil während des Ansaughubs bzw. bevor sich das Auslaßventil schließt.
Während der Zeit, in der sowohl das Einlaß- wie auch das Auslaßventil nach TDC geöffnet sind, wird Gas sowohl aus dem Ansaug- wie auch aus dem Auspuffkrümmer in den Zylinder hineingezogen. Es wird angenommen, daß das Volumen an Restgas, das während dieser Überschneidungsperiode aus dem Auspuffkrümmer eingezogen wird, proportional zur momentanen Stromfläche ist.
Vor IVO ist das gesamte in den Zylinder eingeführte Gas Abgas, und das Volumen des Restgases im Zylinder bei IVO bleibt im Zylinder. Der daraus resultierende Ausdruck für das Restgasvolumen lautet:
worin:
V_IVO
den Wert des Restgases im Zylinder darstellt, wenn sich das Einlaßventil öffnet, und
den Wert des Restgases darstellt, das während des Ansaughubs aus dem Auspuffkrümmer herausgezogen wird.
Szenario 4: IVO > EVC
Bei diesem Szenario, das in den 3D und 4D gezeigt wird, öffnet sich das Einlaßventil, nachdem das Auslaßventil schließt, d.h. die Überschneidung ist negativ. Das Volumen an Restgas wird als dem Zylindervolumen bei EVC entsprechend angenommen: Vr,i = VEVC
Dies ist der Wert des Restgases im Zylinder, wenn das Auslaßventil schließt.
Schätzung der Temperatur bei IVC
Ein Wert für T_IVC ist für das Verfahren, wie es oben beschrieben wurde, erforderlich, üblicherweise steht aber eine Messung nicht zur Verfügung. Es werden hier einige Verfahren aufgelistet, die möglicherweise für die Schätzung von T_IVC zweckmäßig sind.

1. Annäherungsweise als eine Konstante, typischerweise in der Nähe von 400 K.
2. Heranziehung der Ansaugkanaltemperatur als Ersatz, wobei diese Temperatur durch einen nicht gezeigten Temperatursensor in mindestens seinem Ansaugkanal des Motors abgetastet oder aufgrund eines aus Motorkennfelddaten entwickelten Modells geschätzt wird.
3. Entwicklung eines regressionsbasierten Modells, welches die Form TIVC = f(N, mm f, EVC-IVO)annehmen kann, worin N (u/min) die Motordrehzahl; mm _f (kg/h) die Kraftstoffflußrate ist, und EVC-IVO (°CA) die Ventilüberschneidung definiert.

Diese Schätzungen unterscheiden sich nach ihrer Komplexität, und der beste Ansatz ändert sich je nach dem in der Entwicklung befindlichen System.
Trägheitswirkungen
Die Korrekturen für Trägheitswirkungen, die in einem Papier mit dem Titel „Air Charge Estimation in Camless Engines" von M. J. van Nieuwstadt, et al, veröffentlicht in Society of Automotive Engineers World Congress and Exposition SAE-2001-01-0581, März 2001, können in effizienter Form eingesetzt werden.
Wenn IVC nach BDC eintritt, werden Trägheits- und dynamische Wirkungen signifikant. Eine solche Auswirkung ist diejenige der aus der Aufwärtsbewegung des Kolbens resultierenden Druckwelle. Diese Druckwelle erreicht die Ventile nicht unmittelbar. Das Ergebnis ist, daß bei IVC mehr Luft im Zylinder befindlich ist, als vorher geschätzt wurde. Dies wird als eine effektive Verstellung nach früh von IVC modelliert.
worin:
x_IVC (m) die Distanz des Kolbens von der Zylinderoberseite bei IVC,
γ das Verhältnis spezifischer Hitze, eingestellt auf 1,4,
R die ideale Gaskonstante, welche gleich 287 J/kg K beträgt,
T_IVC (K) die Temperatur des Gases bei IVC, und
N (u/min) die Motordrehzahl ist.
Die Distanz x_IVC wird aufgrund der Motorgeometrie XIVC = L – (SIVC – Smin)bestimmt, worin:
L (m) der Hub,
s_IVC (m) die Kolbenbewegung bei IVC und s_mi _n (m) die Mindestkolbenbewegung ist, welche bei BDC eintritt.
Die Kolbenbewegung wird wie folgt berechnet:

aufgrund der oben zitierten Heywood-Literaturstelle, worin:
a der Kurbelradius (m),
θ der Kurbelwinkel (Grad) und
l die Länge der Pleuelstange (m) ist.
Eine weitere Auswirkung ist die Einschränkung des Stroms aus dem Zylinder zu den Einlaß- und Auslaßkanälen aufgrund der relativen Größe der Ventilöffnungen. Diese Stromeinschnürung verursacht einen Druckwechsel von
worin
ρ_a,IVC die Dichte der Luft bei IVC in (kg/m³),
ν_IVC die Kolbengeschwindigkeit bei IVC in (m/s),
A_run die Kanalfläche in (m²) und
A_p die Kolbenfläche in (m²) ist.
Die Kolbengeschwindigkeit wird wie folgt berechnet:
aufgrund der oben zitierten Heywood-Literaturstelle, worin:
L der Hub (m),
N die Motordrehzahl (U/min) und
θ_IVC der Kurbelwinkel (Grad) bei IVC ist.
S wird definiert als
worin:
l die Kolbenstangenlänge in Metern und
a der Kurbelwellenradius in Metern ist.
Diese Druckänderung führt zu einer erhöhten Dichte, die gegeben wird durch:
Die Masse von für die Verbrennung zur Verfügung stehender Luft m_a (kg) wird ma =fai r·ρin·V·m.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nunmehr ein Flußdiagramm des für die Bestimmung der Zylinderluftladung m_a verwendeten Prozesses dargestellt.
Im Schritt 200 werden Einlaß- und Auslaßventilstellungen ausgelesen oder geschätzt. Im Schritt 202 erfolgt eine Bestimmung des Ansaugkrümmerdrucks P_i, des Abgasdrucks P_exh, der Temperatur des Gases bei IVC T_IVC, der Abgastemperatur T_exh, des Umgebungsdrucks P_amb, der Umgebungstemperatur T_amb, des Luft-/Kraftstoffverhältnisses AFR und der Dichte der Luft bei Umgebungsbedingungen P_amb Wie oben beschrieben werden im Schritt 202 auch F_i, F_e und f_a _i _r bestimmt. Im Schritt 203 erfolgt eine Berechnung von V_r,i. Wie oben angemerkt, ist die Bestimmung von V_r,i eine auf einem geometrischen Ausdruck basierende Berechnung. Insbesondere gibt es vier Softwarebausteine, die im ROM 34 des Steuergeräts 22 abgespeichert sind. Die vier Bausteine führen die Berechnungen von V_r,i für das jeweils entsprechende der vier oben beschriebenen Szenarien aus. Das gewählte Szenario ist eine Funktion der geometrischen Beziehungen zwischen dem Öffnen und dem Schließen des Einlaßventils relativ zum Schließen des Auslaßventils und zum oberen Totpunkt TDC. Wenn insbesondere IVO nicht kleiner als oder gleich EVC ist, Schritt 204, ist der Motor im Szenario 4 befindlich, und der Softwarebaustein 206 wird dazu verwendet, V_r,i zu berechen nach: Vr,i = VEVC.
Wenn im Schritt 204 festgestellt wird, daß IVO gleich oder kleiner als EVC ist, wird im Schritt 208 eine Feststellung dahingehend getroffen, ob EVC geringer als oder gleich TDC ist. Ist dies der Fall, ist der Motor im Szenario 1 befindlich, und es wird der Softwarebaustein 210 benutzt, um V_r,i zu berechnen nach:
Wenn im Schritt 208 festgestellt wird, daß EVC nicht gleich oder kleiner als TDC ist, erfolgt im Schritt 212 eine Feststellung dahingehend, ob IVO kleiner als oder gleich TDC ist. Ist dies der Fall, ist der Motor im Szenario 2 befindlich, und es wird der Softwarebaustein 214 benutzt, um V_r,i zu berechnen nach:
Wenn im Schritt 212 festgestellt wird, daß IVO nicht gleich oder kleiner als TDC ist, ist der Motor im Szenario 3 befindlich, und es wird der Softwarebaustein 216 benutzt, um V_r,i zu berechnen nach:
Nachdem V_r,i unter Verwendung eines der vier Bausteine 206, 210, 214 oder 216, die oben beschrieben wurden, berechnet wurde, berechnet das Steuergerät 22 im Schritt 218 wie oben beschrieben V_r,IVC auf der Grundlage von V_r,i, des Ansaugkrümmerdrucks P_i, des Abgasdrucks P_exh, der Temperatur des Gases bei IVC T_IVC und der Abgastemperatur T_exh, welche im Schritt 202 ermittelt wurden. Insbesondere
Das Steuergerät 22 berechnet anschließend im Schritt 220 wie oben beschrieben V_m. Insbesondere Vm = (VIVC + Vcl) – Fe*Vr,IVC,worin F_e über den Schritt 202 geliefert wird.
Als nächstes berechnet das Steuergerät 22 im Schritt 221 ρ_a,IVC und berechnet anschließend im Schritt 222 wie oben beschrieben m_a. Insbesondere
worin AFR und F_i im Schritt 202 geliefert werden und wobei die oben beschriebenen Trägheitswirkungen hier vernachlässigt würden.
Unter Bezugnahme auf 2A wird eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein Speicher, beispielsweise ein ROM 36 (1), eine Tabelle abspeichert. Der Speicher speichert ein Verhältnis des durch Restgas eingenommenen Volumens in dem mindestens einen Zylinder bei einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders in dem Motor während des Zyklus, hier V_r,i welcher nach einem beliebigen aus der Vielzahl von Szenarien für jede der Vielzahl verschiedener Einlaßventilöffnungs- und Auslaßventilschließbedingungen bestimmt wurde. Dabei bestimmt das Verfahren aus dem Speicher den Wert V_r,i den jeweiligen Zustand der Einlaßventilöffnung und der Auslaßventilschließung. Anschließend wird aufgrund des bestimmten Wertes V_r,i die Zylinderluftladung bestimmt. Die Tabelle wählt als Funktion der Einlaßventilöffnung (IVO) und der Schließung des Auslaßventils (EVC) relativ zum oberen Totpunkt TDC und demzufolge aufgrund ihrer relativen Stellung zueinander einen der V_r,i-Werte aus, wie er aufgrund eines der oben beschriebenen Szenarien bestimmt wurde. Wenn dementsprechend beispielsweise IVC bei TDC liegt und EVC TDC ist, wird V_r,i entsprechend nach der in 2A gezeigten Tabelle, Szenario 1, berechnet. Wenn auf der anderen Seite EVC um ein Inkrement x kleiner ist als TDC (beispielsweise TDC-x) und IVO um zwei Inkremente x, beispielsweise TDC+2x, größer ist als TDC, wird V_r,i aufgrund des Szenarios 4 berechnet. Es sollte festgehalten werden, daß diese Tabelle zwar für gleiche Inkremente x sowohl für IVO als auch EVC gezeigt wird, daß aber auch eine äquivalente Tabelle mit ungleichen Inkrementen für EVC und IVO relativ zum TDC verwendet werden kann.
NOCKENWELLENPROFILUMSCHALTUNG (CPS)
Nockenwellenprofilumschaltung (CPS) wird typischerweise bei Motoren mit mindestens zwei Einlaßventilen und/oder mindestens zwei Auslaßventilen verwendet. 1A zeigt eine Konfiguration mit zwei Einlaßventilen (I) (d.h. IV1, IV2) und zwei Auslaßventilen (E). Wenn unabhängige Einlaß-Nockenwellenprofilumschaltung verwendet wird, öffnen und schließen sich die Einlaßventile möglicherweise bei einigen Nockenprofilen nicht gleichzeitig. Analog öffnen sich bei unabhängigen Auslaß-Nockenwellenprofilumschaltungen nicht sämtliche Auslaßventile mögli cherweise zur gleichen Zeit und schließen sich nicht zur gleichen Zeit. Die Auswirkungen unabhängiger Nockenwellenprofilumschaltung können bei der Entwicklung von V_r,IVC berücksichtigt werden. Hier in diesem Beispiel ist IVO1 das Einlaßventil, das sich zuerst öffnet, und IVO2 ist das Einlaßventil, das sich als zweites öffnet (d.h. IVO2 ist größer oder gleich IVO1), TDC ist der obere Totpunkt und wird als 0 Grad CA definiert, EVC ist das Schließen des Auslaßventils, hier wird angenommen, daß beide Auslaßventile zur gleichen Zeit schließen.
Algorithmen für sämtliche 12 Einlaß-/Auslaßventilkombinationen wurden für unabhängige Einlaßventil-Nockenwellenprofilumschaltung entwickelt und werden nachstehend vorgestellt: worin:
IVO1 der Kurbelwinkel, bei dem sich das erste Einlaßventil öffnet,
IVO2 der Kurbelwinkel, bei dem sich das zweite Einlaßventil öffnet,
A₁ die effektive Ventilfläche des sich zuerst öffnenden Einlaßventils, und
A₂ die effektive Ventilfläche des sich als zweites öffnenden Einlaßventils ist.
Die zwölf Szenarien werden in 5 gezeigt:
CPS-Szenario 1:
IVO1 ≤ IVO2 ≤ TDC UND EVC ≤ IVO1
CPS-Szenario 2:
IVO1 ≤ IVO2 ≤ TDC UND IVO1 < EVC ≤ IVO2
CPS-Szenario 3:
IVO1 ≤ IVO2 ≤ TDC UND IVO2 < EVC ≤ TDC
CPS-Szenario 4:
IVO1 ≤ IVO2 ≤ TDC UND TDC < EVC
CPS-Szenario 5:
IVO1 ≤ TDC ≤ IVO2 UND EVC ≤ IVO1
CPS-Szenario 6:
IVO1 ≤ TDC < IVO2 UND EVC ≤ TDC < IVO2
CPS-Szenario 7:
IVO1 ≤ TDC < IVO2 UND TDC < EVC ≤ IVO2
CPS-Szenario 8:
IVO1 ≤ TDC < IVO2 UND IVO2 < EVC
CPS-Szenario 9:
TDC < IVO2 ≤ IVO2 UND EVC ≤ TDC
CPS-Szenario 10:
TDC < IVO1 ≤ IVO2 UND TDC < EVC ≤ IVO1
CPS-Szenario 11:
TDC < IVO1 ≤ IVO2 UND IVO1 < EVC ≤ IVO2
CPS-Szenario 12:
TDC < IVO1 ≤ IVO2 UND IVO2 < EVC
Für die CPS-Szenarien 1, 5, 9 und 10:
Berechnung von V_r,i unter Verwendung eines Softwarebausteins, der V_r,i wie folgt berechnet: Vr,i = VEVC worin:
V_EVC das Volumen an im Zylinder verbleibenden Restgases ist, welches in den Ansaugkanal ausgestoßen wird oder beides.
Für die CPS-Szenarien 2 und 6:
Berechnung von V_r,i unter Verwendung eines Softwarebausteins, der V_r,i wie folgt berechnet:
worin:
das Volumen des in den Ansaugkanal ausgestoßenen Restgases ist, bevor sich das Auslaßventil schließt, und
V_EVC das Volumen des in den Ansaugkanal ausgestoßenen Restgases ist, nachdem die Auslaßventile schließen.
Für das CPS-Szenario 3:
Berechnung von V_r,i unter Verwendung eines Softwarebausteins, der V_r,i wie folgt berechnet:
worin
das Volumen des in den Ansaugkanal ausgestoßenen Restgases ist, bevor sich das zweite Auslaßventil öffnet,
das Volumen des in die Ansaugkanäle ausgestoßenen Restgases ist, nachdem beide Einlaßventile geöffnet sind (vor EVC), und
V_EVC das Volumen des in die Ansaugkanäle ausgestoßenen Restgases ist, nachdem die Auslaßventile schließen.
Für das CPS-Szenario 4:
Berechnung von V_r,i unter Verwendung eines Softwarebausteins, der V_r,i wie folgt berechnet:
worin:
das Volumen des in den Ansaugkanal ausgestoßenen Restgases ist, nachdem sich das zweite Einlaßventil öffnet,
das Volumen des in die Ansaugkanäle ausgestoßenen Restgases ist, nachdem sich beide Einlaßventile öffnen, und
das Volumen des aus den Auslaßkanälen herausgezogenen Restgases ist.
Für das CPS-Szenario 7:
Berechnung von V_r,i unter Verwendung eines Softwarebausteins, der V_r,i wie folgt berechnet:
worin:
das Volumen des in den Ansaugkanal ausgestoßenen Restgases ist, und
das Volumen des aus den Auslaßkanälen herausgezogenen Restgases ist.
Für das CPS-Szenario 8:
Berechnung von V_r,i unter Verwendung eines Softwarebausteins, der V_r,i wie folgt berechnet:
worin:
das Volumen des in den Ansaugkanal ausgestoßenen Restgases ist,
das Volumen des aus den Auslaßkanälen herausgezogenen Restgases ist, bevor sich das zweite Einlaßventil öffnet, und
das Volumen des aus den Auslaßkanälen herausgezogenen Restgases ist, nachdem sich das zweite Ventil öffnet.
Für das CPS-Szenario 11:
Berechnung von V_r,i unter Verwendung eines Softwarebausteins, der V_r,i wie folgt berechnet:
worin:
V_IVO1 das Volumen des aus den Auslaßkanälen herausgezogenen Restgases ist, bevor sich das erste Einlaßventil öffnet, und
das Volumen des aus den Auslaßkanälen herausgezogenen Restgases ist, nachdem sich das erste Einlaßventil öffnet.
Für das CPS-Szenario 12:
Berechnung von V_r,i unter Verwendung eines Softwarebausteins, der V_r,i wie folgt berechnet:
worin
V_IVO das Volumen des aus den Auslaßkanälen herausgezogenen Restgases ist, bevor sich das erste Einlaßventil öffnet,
das Volumen des aus den Auslaßkanälen herausgezogenen Restgases ist, nachdem sich das erste Ventil öffnet und bevor sich das zweite Ventil öffnet, und
das Volumen des aus den Auslaßkanälen herausgezogenen Restgases ist, nachdem sich das zweite Ventil öffnet.
Es wird nunmehr auf 6 Bezug genommen. Es wird an Stelle von Schritt 203 (2) Schritt 203_CPS verwendet, um V_r,i unter Verwendung eines der oben dargestellten Softwarebausteine zu berechnen.
Somit erfolgt nach Schritt 202, 2, im Schritt 600 eine Feststellung, ob EVC kleiner als oder gleich IVO1 ist. Ist dies der Fall, befindet sich der Motor in den CPS-Szenarien 1, 5, 9 oder 10, und es wird der Softwarebaustein 602 verwendet, um V_r,i zu berechnen als Vr,i = VEVC.
Wenn auf der anderen Seite im Schritt 600 festgestellt wird, daß EVC nicht gleich oder kleiner als bzw. gleich IVO1 ist, erfolgt im Schritt 604 eine Feststellung, ob IVO1 kleiner als oder gleich TDC ist. Ist dies der Fall, erfolgt eine Feststellung im Schritt 606, ob IVO2 kleiner als oder gleich TDC ist. Ist dies der Fall, erfolgt im Schritt 608 eine Feststellung, ob EVC kleiner oder gleich IVO2 ist. Ist dies der Fall, ist der Motor im Szenario 2 befindlich, und es wird der Baustein 610 benutzt, um V_r,i zu berechnen als
Wenn im Schritt 608 festgestellt wird, daß EVC nicht kleiner als oder gleich IVO2 ist, erfolgt im Schritt 612 eine Feststellung, ob EVC kleiner als oder gleich TDC ist.
Ist dies der Fall, ist der Motor im CPS-Szenario 3 befindlich, und es wird der Baustein 614 verwendet, um V_r,i zu berechnen als:
Wenn im Schritt 612 festgestellt wird, daß EVC nicht gleich oder kleiner als TDC ist, ist der Motor im CPS-Szenario 4 befindlich, und der Baustein 616 wird verwendet, um V_r,i zu berechnen als:
Wenn im Schritt 606 festgestellt wird, daß IVO2 nicht gleich oder kleiner als TDC ist, erfolgt im Schritt 618 eine Feststellung, ob EVC kleiner als oder gleich TDC ist. Ist dies der Fall, ist der Motor im CPS-Szenario 6 befindlich, und der Baustein 610 wird verwendet, um V_r,i zu berechnen als:
Wenn im Schritt 618 festgestellt wird, daß EVC nicht gleich oder kleiner als TDC ist, erfolgt im Schritt 622 eine Feststellung, ob EVC kleiner als oder gleich IVO2 ist. Ist dies der Fall, ist der Motor im CPS-Szenario 7 befindlich, und der Baustein 624 wird verwendet, um V_r,i zu berechnen als:
Wenn im Schritt 622 festgestellt wird, daß EVC nicht kleiner als oder gleich IVO2 ist, ist der Motor im CPS-Szenario 8 befindlich, und der Baustein 626 wird verwendet, um V_r,i zu berechnen als:
Wenn im Schritt 604 festgestellt wird, daß IVO1 nicht kleiner als oder gleich TDC ist, erfolgt im Schritt 628 eine Feststellung, ob EVC kleiner als oder gleich IVO2 ist. Ist dies der Fall, ist der Motor im CPS-Szenario 11 befindlich, und der Baustein 630 wird verwendet, um V_r,i zu berechnen als:
Wenn im Schritt 628 festgestellt wird, daß EVC nicht kleiner als oder gleich IVO2 ist, ist der Motor im CPS-Szenario 12 befindlich, und der Baustein 632 wird verwendet, um V_r,i zu berechnen als:
Regressionsbasiertes Modellieren
In Fällen, in denen ein rein geometrischer Ansatz nicht die erforderliche Genauigkeit liefert, können die geometrischen Ausdrücke dazu verwendet werden, um eine einfachere, vielleicht präzisere regressionsbasierte Schätzung zu erzeugen. Beispielsweise kann der Luftstrom wie folgt modelliert werden:
Schätzung des verbrannten Gases
Die in den vorangegangenen Abschnitten beschriebenen Ausdrücke können auch dazu verwendet werden, die Menge von verbranntem Gas im Zylinder zu schätzen, die anschließend in den Modellen von Zündzeitpunkt für maximales Bremsmoment, NO_x-Emission usw. verwendet werden können. Das heißt, wenn einmal V_r,i wie oben in Verbindung mit entweder den 2 oder 2A oder für Nockenwellenprofilschaltung auf der Grundlage der 6 oder einer zur Tabelle in 2A äquivalenten Tabelle bestimmt wurde, kann die Menge von verbranntem Gas im Restgas m res / bg bestimmt werden nach
worin:
ρ_bg die Dichte des verbrannten Gases,
M_bg die molare Masse des Restgases,
M_m die molare Masse der Mischung, und
F_e ein Anteil von verbranntem Gas im Restgas ist.
Dies führt zusätzlich zu dem über externe Abgasrückführung eingeleiteten verbrannten Gas m i / bg zu einer Schätzung der Gesamtmenge an verbranntem Gas im Zylinder m_bg. mbg = mr esbg + mibg worin m i / bg aufgrund der oben ermittelten Definition von F_i bestimmt wird: mibg = Fi·ma.
So ergibt sich beispielsweise unter Bezugnahme auf 2, wenn eine Schätzung des verbrannten Gases m_bg gewünscht wird, im Schritt 223 eine Berechnung von ρ_bg nach
und anschließend wird im Schritt 225 m res / bg berechnet nach m res / bg = F_e·(V_r,i + V_cl)·ρ_bg. Schließlich wird im Schritt 227 m_bg nach m_bg = m res / bg + m i / bg i berechnet.
Wenn somit im Schritt 203 in 2 oder im Schritt 203_CPS in 6 V_r,i berechnet wurde, kann eine Bestimmung entweder der Zylinderluftladung m_a oder des verbrannten Gases im Zylinder m_bg oder sowohl der Zylinderluftladung m_a und des verbrannten Gases im Zylinder m_bg erfolgen (d.h. jeweils eine Bestimmung mindestens entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder).
Eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung wurde beschrieben. Es dürfte jedoch klar sein, daß verschiedene Änderungen angebracht werden können, ohne Geist und Umfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist aufgrund des Vorstehenden eine Erweiterung auf unabhängige Abgas-Nockenwellenprofilumschaltung offensichtlich.
Dementsprechend fallen weitere Ausführungsbeispiele in den Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von mindestens entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder bei einem Innenverbrennungsmotorsystem, wobei das genannte Motorsystem Zylinder aufweist und wobei jeder der genannten Zylinder mindestens ein Einlaßventil und mindestens ein mit dem genannten Zylinder in Verbindung stehendes Auslaßventil aufweist, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: Bestimmung eines Szenarios unter einer Vielzahl unterschiedlicher Szenarien, wobei jedes der Szenarien eine geometrische Beziehung zwischen dem Öffnen und dem Schließen des Einlaßventils relativ zum Schließen des Auslaßventils darstellt, und Berechnen jeweils mindestens entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder entsprechend dem unter der Vielzahl von Szenarien festgelegten Szenario.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorsystem einen Speicher aufweist, welcher Speicher eine Vielzahl verschiedener Softwarebausteine speichert, und dadurch, daß das Verfahren umfaßt: Auswählen eines Softwarebausteins unter einer Vielzahl von Softwarebausteinen entsprechend einem unter der Vielzahl von Szenarien festgelegten Szenario, und dadurch, daß die Berechnung jeweils mindestens entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder die Ausführung der Funktion des unter den Bausteinen ausgewählten Bausteines umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt: Speichern in einem Speicher eines Verhältnisses des in dem mindestens einen Zylinder bei einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders in dem Motor durch Restgas eingenommenen Volumens während des Zyklus, welcher nach einem beliebigen aus der Vielzahl von Szenarien für jede der Vielzahl verschiedener Einlaßventilöffnungs- und Auslaßventilschließbedingungen bestimmt wurde, Bestimmen aufgrund des Speichers des vom Restgas in dem mindestens einen Zylinder in einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders im Motor während des entsprechend für unterschiedliche Einlaßventilöffnungs- und Auslaßventilschließbedingungen festgelegten Zyklus eingenommenen Volumens, und Bestimmen entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder aufgrund des in mindestens einem Zylinder bei einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders im Motor während des Zyklus vom Restgas eingenommenen Volumens.
Verfahren zur Bestimmung von mindestens entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder bei einem Viertakt-Innenverbrennungsmotorsystem, wobei das genannte Motorsystem Zylinder aufweist und wobei jeder der genannten Zylinder mindestens ein Einlaßventil und mindestens ein mit dem genannten Zylinder in Verbindung stehendes Auslaßventil aufweist, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: Bestimmen des Restgasvolumens V_r,i in einem der Zylinder bei einer Bedingung, wobei die Bedingung jeweils der Auspuffhub in dem Viertakt-Motorzyklus oder der Zeitpunkt des Schließens des Auslaßventils ist, je nachdem, welches Ereignis später eintritt, Bestimmen einer Vielzahl von verschiedenen Szenarien, wobei jedes der Szenarien eine geometrische Beziehung zwischen dem Schließen des Einlaßventils relativ zum Öffnen und Schließen des Auslaßventils darstellt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Anpassung des unter der genannten Bedingung bestimmten Restgasvolumens durch Veränderungen bei der Dichte des Restgases zwischen der genannten Bedingung und dem Schließen des Einlaßventils umfaßt, um einen Meßwert des Restgasvolumens im Zylinder bei der Schließung des Einlaßventils V_r,IVC zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Bestimmen der Differenz V_m zwischen dem Volumen des Zylinderverbrennungsraums zum Zeitpunkt des Schließens des Einlaßventils V_IVC und V_r,IVC umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Bestimmen der Zylinderluftladung zum Zeitpunkt des Schließens des Einlaßventils ausgehend von der festgestellten Differenz V_m, der Dichte der Luft beim Schließen des Einlaßventils und des Anteils an Luft im Luft-/Kraftstoffgemisch im Zylinder beim Schließen des Einlaßventils umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Bestimmung des verbrannten Gases im Zylinder ausgehend von dem festgestellten Restgasvolumen V_i,r umfaßt.
Computerlesbares Speichermedium, welches Daten gespeichert hat, die durch einen Computer ausführbare Anweisungen darstellen, um mindestens entweder die Zylinderluftladung oder das verbrannte Gas im Zylinder für ein Innenverbrennungsmotorsystem zu bestimmen, wobei das Motorsystem Zylinder aufweist und wobei jeder der genannten Zylinder mindestens ein Einlaßventil und mindestens ein mit dem genannten Zylinder in Verbindung stehendes Auslaßventil aufweist, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: Anweisungen für das Bestimmen eines Szenarios unter einer Vielzahl unterschiedlicher Szenarien, wobei jedes der Szenarien eine geometrische Beziehung zwischen dem Öffnen und dem Schließen des Einlaßventils relativ zum Schließen des Auslaßventils darstellt, und Anweisungen für das Berechnen jeweils mindestens entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder entsprechend dem unter der Vielzahl von Szenarien festgelegten Szenario.
Speichermedium nach Anspruch 9, bei dem das Motorsystem einen Speicher aufweist, welcher Speicher eine Vielzahl von verschiedenen Softwarebausteinen speichert, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium umfaßt: Anweisungen für das Auswählen eines Softwaremoduls unter einer Vielzahl von Softwarebausteinen entsprechend einem unter der Vielzahl von Szenarien festgelegten Szenario, und dadurch, daß die Anweisungen für die Berechnung jeweils mindestens entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder Anweisungen für die Ausführung der Funktion des unter den Bausteinen ausgewählten Bausteines umfassen
Speichermedium nach Anspruch 9, bei dem das Motorsystem einen Speicher für die Speicherung eines Verhältnisses des durch das Restgas in mindestens einem der Zylinder bei einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders des Motors eingenommenen Volumens während eines Zyklus umfaßt, welcher entsprechend einem Szenario der Vielzahl von Szenarien für jede Vielzahl von unterschiedlichen Einlaßventilöffnungs- und Auslaßventilschließungsbedingungen bestimmt wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß es umfaßt: Anweisungen für das Bestimmen ausgehend vom Speicher des vom Restgas in dem mindestens einen Zylinder bei einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders im Motor eingenommenen Volumens während eines Zyklus für die Einlaßventilöffnungs- und Auslaßventilschließungsbedingungen, und Anweisungen für das Bestimmen entweder der Zylinderluftladung oder des verbrannten Gases im Zylinder ausgehend von dem vom Restgas in mindestens einem der Zylinder bei einer vorbestimmten Stellung des mindestens einen Zylinders im Motor während des Zyklus eingenommenen Volumen.