DE10359671B4

DE10359671B4 - Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10359671B4
Application number: DE10359671A
Authority: DE
Inventors: Frank Weiss; Hong Dr. Zhang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: DE10359671A1

Abstract

Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit
– einem Sammler (12), von dem
– ein Saugrohr (13) hin zu
– einem Einlass
– eines Zylinders (Z1 bis Z4) der Brennkraftmaschine geführt ist,
– einem Gaseinlassventil (30), das an dem Einlass des Zylinders (Z1 bis Z4) angeordnet ist,
– einem Impulsladeventil (18), das stromaufwärts des Gaseinlassventils (30) in dem Saugrohr (13) angeordnet ist und abhängig von seiner Schaltstellung das Saugrohr (13) freigibt oder verschließt,
– weiteren Stellgliedern, die auf die Brennkraftmaschine einwirken, und mit
– einer Abgassonde (41), deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4),
– einem ersten Regler, dessen Regelgröße das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) ist und dessen Stellgröße ein Regelwert für einen Korrekturwert für die Ansteuerung des dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) zugeordneten Impulsladeventils (18) ist,
dadurch...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Sammler, von dem ein Saugrohr hin zu einem Einlass eines Zylinders einer Brennkraftmaschine geführt ist, einem Gaseinlassventil, das an dem Einlass des Zylinders angeordnet ist, und einem Impulsladeventil, das stromaufwärts des Gaseinlassventils in dem Saugrohr angeordnet ist und abhängig von seiner Schaltstellung das Saugrohr freigibt oder verschließt. Der Brennkraftmaschine sind ferner weitere Stellglieder zugeordnet, die auf sie einwirken. Ferner ist der Brennkraftmaschine eine Abgassonde zugeordnet, deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder.
Aus der DE 102 00 533 A1 ist eine Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine hat einen Ansaugtrakt mit einem Saugrohr, in dem stromaufwärts des Gaseinlassventils schnellschaltende Querschnittsschalter einer integrierten Impulsladeeinheit angeordnet sind. Der einem Zylinder zugeordnete schnellschaltende Querschnittsschalter ist während des ersten Abschnitts der Ansaugsequenz des Zylinders geschlossen, so dass sich ein hoher Unterdruck aufbauen kann. Nach cirka der Hälfte der Ansaugsequenz wird der schnellschaltende Querschnittsschalter schlagartig geöffnet, so dass der während des ersten Abschnitts der Ansaugsequenz erzeugte Unterdruck in dem Zylinder eine sehr hohe Einströmgeschwindigkeit des angesaugten Luft/Kraftstoff-Gemisches bewirkt. Die sehr schnell in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine einströmende Einlassluftsäule führt im Bereich kleiner und mittlerer Dreh zahlen der Brennkraftmaschine zu signifikanten Aufladeeffekten aufgrund der besseren Füllungscharakteristik des jeweiligen Brennraums. Die verbesserte Füllungscharakteristik des jeweiligen Brennraums hat bei derartigen Brennkraftmaschinen zu Folge, dass bei gleichem Zylindervolumen eine erhöhte Leistung von der Brennkraftmaschine abgegeben werden kann und so unter anderem durch eine Gewichtsersparnis der Brennkraftmaschine auch der Verbrauch und die Emissionen verringert werden können. Für eine hohe Kundenakzeptanz eines Fahrzeugs, in dem eine Brennkraftmaschine mit einem derartigen Querschnittsschalter angeordnet ist, der auch als Impulsladeventil bezeichnet ist, ist eine komfortable Steuerung der Brennkraftmaschine wesentlich. So ist es für ein komfortables Fahrgefühl notwendig, dass das jeweilige Drehmoment, das während eines Arbeitszyklusses von dem jeweiligen Zylinder an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgegeben wird sich möglichst gering von dem Drehmoment unterscheidet, das von anderen Zylindern an die Kurbelwelle abgegeben wird.
In der DE 101 51 687 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine offenbart, wobei darauf hingewiesen wird, dass ein Steuerelement, das zur Impulsaufladung geeignet ist, in Abhängigkeit einer gemessenen Abgaszusammensetzung angesteuert werden kann, um Toleranzen des Steuerelementes auszugleichen.
Die DE 102 22 202 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose schadhafter Impulslader einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine, beispielsweise durch Auswertung gemessener Abgaswerte.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einfach ist und gleichzeitig ein präzises Steuern der Brennkraftmaschine gewährleistet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Sammler, von dem ein Saugrohr hin zu einem Einlass eines Zylinders der Brennkraftmaschine geführt ist, einem Gaseinlassventil, das an dem Einlass des Zylinders angeordnet ist, und einem Impulsladeventil, das stromaufwärts des Gaseinlassventils in dem Saugrohr angeordnet ist und abhängig von seiner Schaltstellung das Saugrohr freigibt oder verschließt. Ferner sind der Brennkraftmaschine weitere Stellglieder zugeordnet, die auf die Brennkraftmaschine einwirken. Ferner ist der Brennkraftmaschine eine Abgassonde zugeordnet, deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder. Die Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine umfasst einen ersten Regler, dessen Regelgröße das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder ist und dessen Stellgröße ein Regelwert für einen Korrekturwert für die Ansteuerung des dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Impulsladeventils ist.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass Ablagerungen an dem jeweiligen Impulsladeventil während des Betriebs der Brennkraftmaschine entstehen können, die zu einer Verringerung des freien Querschnitts des Saugrohrs im Bereich des Impulsladeventils führen, wenn das Impulsladeventil das Saugrohr freigibt. Die Ablagerungen können jedoch auch zur Folge haben, dass das Impulsladeventil in der Schaltstellung, in der es das Saugrohr verschließt, das Saugrohr weniger gut dichtend verschließt. Derartige Ablagerungen haben somit zur Folge, dass bei unveränderter Ansteuerung des Impulsladeventils im Vergleich zu dem Zustand ohne Ablagerungen sich unter Umständen deutliche Veränderungen in der von dem jeweiligen Zylinder angesaugten Luftmasse ergeben können. Die Ablagerungen im Bereich des dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Impulsladeventils können sich stark unterscheiden und somit sind dann auch die angesaugten Luftmassen deutlich verschieden. Dies hat dann zur Folge, das die Drehmomentbeiträge der einzelnen Zylinder im Falle einer Regelung der zuzumessenden Kraftstoffmasse mittels einer λ-Regelung für den Fahrer eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine angeordnet ist deutlich spürbar sind. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines ersten Reglers, dessen Regelgröße das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder ist und dessen Stellgröße ein Regelwert für einen Korrekturwert für die Ansteuerung des dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Impulsladeventils ist, können Drehmomentabweichungen besonders einfach und präzise korrigiert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich gezeigt hat, dass die Kraftstoffzumessung mittels der Einspritzventile deutlich geringeren Toleranzen unterworfen ist als die unter anderem durch die Ablagerungen bedingten Toleranzen der Impulsladeventile bei der Luftzufuhr.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist die Führungsgröße des ersten Reglers ein für alle Zylinder vorgegebenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis. So kann einfach das vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis in allen Zylindern eingestellt werden, was insbesondere im Hinblick auf die Abgasnachbehandlung mittels eines Abgaskatalysators vorteilhaft ist.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist die Führungsgröße ein mittleres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder. Dadurch wird einfach sicher gestellt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis der jeweiligen Zylinder untereinander geringst mögliche Abweichungen hat.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist ein weiterer Regler vorgesehen, dessen Regelgröße ein mittleres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder ist und dessen Führungsgröße das für alle Zylinder vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist und dessen Stellgröße ein Regelwert für einen weiteren Korrekturwert für die Ansteuerung aller Impulsladeventile ist. Bei geeigneter Parameterwahl des ersten Reglers und des weiteren Reglers ist so ein sehr gutes Regelverhalten erreichbar im Hinblick auf das in allen Zylindern der Brennkraftmaschine einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und im Hinblick auf eine zylinderindividuelle Gleichstellung der Luftmassen in den einzelnen Zylindern.
Wenn der erste Regler also so ausgebildet ist, dass die Stellgröße ein Korrekturwert für den Öffnungsbeginn und/oder den Öffnungswinkelbereich des Impulsladeventils ist, so ist die Vorrichtung besonders einfach.
Erfindungsgemäß wird der erste Regler so ausgebildet, dass die Stellgröße zunächst der Regelwert für den Korrekturwert des Öffnungsbeginns unter Beibehaltung des Öffnungswinkelbereichs des Impulsladeventils ist und bei Erreichen eines vorgegebenen minimalen oder maximalen Korrekturwertes des Öffnungsbeginns oder bei Erreichen eines Minimums- der Regelabweichung anschließend die Stellgröße ein Regelwert für den Korrekturwert des Öffnungswinkelbereichs ist, und wenn eine Vorsteuerung so ausgebildet ist, dass bei jeweils der geringsten Regelabweichung ein Vorsteuerwert für den Korrekturwert des Öffnungsbeginns beziehungsweise des Öffnungswinkelbereichs abhängig von dem aktuellen Regelwert für den Korrekturwert des Öffnungsbeginns beziehungsweise des Öffnungswinkelbereichs angepasst wird. Auf diese Weise hat die Vorrichtung ein besonders günstiges Regelverhalten und gleichzeitig ist ein hoher Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist die Vorsteuerung so ausgebildet, dass der Vorsteuerwert für den Korrekturwert abhängig von dem Regelwert ermittelt wird, der von dem ersten Regler in einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt wird. So kann einfach ein besonders präziser Vorsteuerwert ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist der weitere Regler so ausgebildet, dass die Stellgröße der Regelwert für einen weiteren Korrekturwert des Öffnungswinkelbereichs unter Beibehaltung des Öffnungsbeginns des Impulsladeventils ist, und eine weitere Vorsteuerung ist so ausgebildet, dass bei jeweils der geringsten Regelabweichung ein Vorsteuerwert für den weiteren Korrekturwert des Öffnungswinkelbereichs abhängig von dem aktuellen Regelwert für den weiteren Korrekturwert des Öffnungswinkelbereichs angepasst wird. Es hat sich diesbezüglich gezeigt, dass sich ein besonders günstiges Gesamtregelverhalten ergibt, wenn die Stellgröße des weiteren Reglers der Regelwert für den weiteren Korrekturwert des Öffnungswinkelbereichs unter Beibehaltung des Öffnungsbeginns des Impulsladeventils ist. Durch die so ausgebildete Vorsteuerung, kann der erste Regler deutlich entlastet werden und kann besonders präzise Abweichungen des Vorsteuerwertes ausregeln. So kann ein sehr hoher Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.
Wenn die weitere Vorsteuerung so ausgebildet ist, dass der Vorsteuerwert für den weiteren Korrekturwert abhängig von dem Regelwert für den weiteren Korrekturwert ermittelt wird, wenn eine Drosselklappe in einer Offenstellung ist, in der der Druckabfall über der Drosselklappe minimiert ist, so können Abweichungen des mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem von dem für alle Zylinder vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis eindeutig den Impulsladeventilen zugeordnet werden.
Wenn die weitere Vorsteuerung so ausgebildet ist, dass der Vorsteuerwert für den weiteren Korrekturwert abhängig von dem Regelwert ermittelt wird, der von dem weiteren Regler in einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt wird, so ist ein besonders präzises Ermitteln des weiteren Vorsteuerwertes einfach möglich.
Wenn der oder die Korrekturwerte dem stationären Zustand abhängig von dem oder den Vorsteuerwerten und dem oder den Regelwerten ermittelt werden und außerhalb des stationären Zustands der oder die Korrekturwerte abhängig von dem oder den Vorsteuerwerten ermittelt werden, so wird außerhalb des stationären Zustands auf die Ermittlung der Regelwerte verzichtet und so können die Korrekturwerte außerhalb des stationären Zustands sehr einfach berechnet werden und weisen dennoch ausreichende Genauigkeit auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine,
2 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine und
3 ein weiteres Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 11, ferner einen Sammler 12 und ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock geführt ist. Der Motorblock umfasst ferner eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 25 mit dem Kolben 24 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf umfasst einen Ventiltrieb mit einem Einlassventil 30, einem Auslassventil 31 und Ventilantrieben 32, 33. Der Antrieb des Gaseinlassventils 30 und des Gasauslassventils 31 erfolgt dabei mittels einer Nockenwelle, auf der Nocken ausgebildet sind, die auf das Gaseinlassventil 30 bzw. das Gasauslassventil 31 einwirken, oder gegebenenfalls mittels zweier Nockenwellen, wobei je eine dem Gaseinlassventil 30 und dem Gasauslassventil 31 zugeordnet ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze 35. Alternativ kann das Einspritzventil auch in dem Ansaugkanal angeordnet sein.
In dem Saugrohr 13 ist ferner ein Impulsladeventil 18 angeordnet, das in einer Schaltstellung, der Offenstellung, den Querschnitt des Saugrohrs 13 freigibt und in einer weiteren Schaltstellung, der Schließstellung, den Querschnitt des Saugrohrs 13 verschließt.
Der Abgastrakt 4 umfasst eine Katalysator 40. Von dem Abgastrakt 4 kann eine Abgasrückführleitung hin zum Ansaugtrakt 1, insbesondere hin zum Sammler 12 geführt sein.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, die die Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine ist, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, welcher die Stellung eines Fahrpedals 7 erfasst, ein Luftmassenmesser 14, welcher einen Luftmassenstrom MAF stromaufwärts der Drosselklappe 11 erfasst, ein Temperatursensor 15, welcher die Ansauglufttemperatur erfasst, ein Drucksensor 16, welcher den Saugrohrdruck P_IM erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 22, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, der in eine Drehzahl N umgerechnet wird, ein weiterer Temperatursensor 23, welcher eine Kühlmitteltemperatur erfasst, ein Nockenwellenwinkelsensor 36a, welcher den Nockenwellenwinkel erfasst und eine Abgassonde 41 welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 31, das Einspritzventil 34, die Zündkerze 35 und das Impulsladeventil 18.
Neben dem Zylinder Z1 können auch noch weitere Zylinder Z2–Z4 vorgesehen sein, denen dann auch entsprechende Stellglieder zugeordnet sind.
Eine erste Ausführungsform der Steuereinrichtung 6 wird im folgenden anhand des Blockschaltbilds der 2 erläutert. In einem Block B1 werden Schätzwerte verschiedener Betriebsgrößen und so insbesondere ein Schätzwert MAF_CYL_MOD des Luftmassenstroms in den jeweiligen Zylinder Z1–Z4 mittels eines Beobachters ermittelt. Die Struktur eines derartigen Beobachters ist beispielsweise in der WO 97/35106 offenbart, die unter anderem Modellgleichungen für den Luftmassenstrom in dem Zylinder, den Massenstrom in dem Bereich der Drosselklappe 11, und auch weitere Gleichungen, wie für den Saugrohrdruck, den Abgasgegendruck, die Abgastemperatur oder einen Restgasmassenstrom offenbart. Der Inhalt der WO 97/35106 ist hiermit diesbezüglich einbezogen. Die WO 97/35106 offenbart zwar nicht den Einfluss einer Ansteuerung des Impulsladeventils 18 zu berücksichtigen, dies kann jedoch bei der Ermittlung des Schätzwertes MAF_CYL_MOD mittels eines additiven und/oder multiplikativen Umrechungswertes von dem Saugrohrdruck zu dem jeweiligen Schätzwert MAF_CYL_MOD des Luftmassenstrom in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 erfolgen. Dem entsprechend sind Eingangsgrößen des Blockes B1 der Saugrohrdruck P_IM, der Drosselklappenöffnungsgrad THR, die Drehzahl N der Brennkraftmaschine und entsprechende Ansteuergrößen des Impulsladeventils, die bevorzugt ein Öffnungsbeginn S_I des individuellen Impulsladeventils 18 und ein Öffnungswinkelbereich D_I des individuellen Impulsladeventils 18 sind. Dem zufolge ist für jedes Impulsladeventil 18 je ein Öffnungsbeginn S_I und ein Öffnungswinkelbereich D_I des individuellen Impulsladeventils 18 Eingangsgröße in den Block B1.
In einem Block B2 wird dann abhängig von dem Schätzwert MAF_CYL_MOD des Luftmassenstroms in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 und einen Sollwert LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ein Sollwert MFF_SP der zuzumessenden Kraftstoffmasse in die jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 ermittelt. Der Sollwert MFF_SP der Kraftstoffmasse, die in die jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine zugemessen werden soll, wird dann mittels entsprechender Ansteuerung der Einspritzventile 34 in den jeweiligen Zylindern Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine eingestellt. Der Block B3 stellt im Rahmen des Blockdiagramms die Brennkraftmaschine dar.
Mittels der Abgassonde 41 wird individuell für die einzelnen Zylinder Z1 bis Z4 ein zylinderindividuell erfasstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_I erfasst.
In einem Block B4 wird ein mittleres Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_MW durch Mittelung der den jeweiligen Zylindern Z1 bis Z4 zugeordneten, zylinderindividuell erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisse LAM_I berechnet. Ferner wird in dem Block B4 eine zylinderindividuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeldifferenz D_LAM_I aus der Differenz des mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_MW und dem jeweiligen zylinderindividuell erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_I ermittelt.
In einer Summierstelle, deren Ausgang, die Eingangsgröße eines Blocks B5 ist, wird die Differenz des Sollwertes LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_MW ermittelt und dann dem Block B5 zugeführt.
In dem Block B5 wird ein Regelwert RW_D_ALL und ein Vorsteuerwert VW_D_ALL für einen weiteren Korrekturwert KW_D_ALL für den Öffnungswinkelbereich aller Impulsladeventile 18 ermittelt. Dazu ist einerseits in dem Block B5 ein weiterer Regler und andererseits eine weitere Vorsteuerung ausgebildet. Dem weiteren Regler wird die Eingangsgröße des Blocks B5 zugeführt und er erzeugt als Stellgröße den Regelwert RW_D_ALL des weiteren Korrekturwerts KW_D_ALL. Der weitere Regler ist vorzugsweise als PID-Regler ausgebildet, wobei vorzugsweise sein I-Anteil besonders ausgeprägt ausgebildet ist.
Die Vorsteuerung ist bevorzugt so ausgebildet, dass bei jeweils der geringsten Regelabweichung der Vorsteuerwert VW_D_ALL für den weiteren Korrekturwert KW_D_ALL angepasst wird. Dazu wird jeweils vor dem Anpassen die Regelabweichung gespeichert und dann ein vorgegebener Anteil des aktuellen Regelwerts RW_D_ALL für den weiteren Korrekturwert KW_D_ALL in den Vorsteuerwert VW_D_ALL übernommen und gleichzeitig wird der Regelungswert RW_D_ALL entsprechend zurückgesetzt. Im weiteren Verlauf wird der Vorsteuerwert VW_D_ALL dann mit einem entsprechenden Anteil des Regelwerts RW_D_ALL angepasst, wenn die dann aktuelle Regelabweichung kleiner ist als die zuvor im Zusammenhang mit dem Vorsteuerwert VW_D_ALL gespeicherte Regelabweichung ist.
Bevor der Vorsteuerwert VW_D_ALL für den weiteren Korrekturwert KW_D_ALL abhängig von dem Regelwert RW_D_ALL für den weiteren Korrekturwert KW_D_ALL angepasst wird, wird vorzugsweise geprüft ob die Drosselklappe 11 in einer Offenstellung ist, in der der Druckabfall über der Drosselklappe 11 minimiert ist. Dadurch wird dann erreicht das dem Vorsteuerwert VW_D_ALL eindeutig dem Impulsladeventil 18 zuzuordnende Abweichungen der Regelabweichungen zugeordnet werden.
Bevorzugt erfolgt das Anpassen des Vorsteuerwertes VW_D_ALL nur in einem stationären Betriebszustand dadurch kann der Vorsteuerwert VW_D_ALL besonders präzise ermittelt werden.
Der in dem Block B5 ausgebildete weitere Regler ermittelt einen neuen Regelwert RW_D_ALL für den weiteren Korrekturwert KW_D_ALL bevorzugt mindestens einmal während des Arbeitszyklusses eines Zylinders Z1 bis Z4, das heißt alle 720° Kurbelwellenwinkel. Alternativ kann jedoch ein neuer Regelwert RW_D_ALL auch weniger häufig ermittelt werden, so zum Beispiel alle 100 ms.
Bevorzugt wird in dem Block B6 der weitere Korrekturwert KW_D_ALL für den Öffnungswinkelbereich in stationären Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, also bei konstanter Drehzahl und Last, abhängig von dem Regelwert RW_D_ALL und dem Vorsteuerwert VW_D_ALL für den weiteren Korrekturwert KW_D_ALL ermittelt. Außerhalb des stationären Betriebszustandes wird der weitere Korrekturwert KW_D_ALL des Öffnungswinkelbereichs lediglich abhängig von dem Vorsteuerwert VW_D_ALL ermittelt.
In einem Block B7 ist ein erster Regler und eine Vorsteuerung ausgebildet. Dem ersten Regler ist als Regeldifferenz die zylinderindividuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeldifferenz D_LAM_I zugeführt. Der erste Regler ist bevorzugt als PID-Regler ausgebildet, wobei vorzugsweise der I-Anteil am stärksten gewichtet ist. Der erste Regler ist bevorzugt im Hinblick auf seine Stellgröße zweistufig ausgebildet. Zunächst ist bevorzugt die Stellgröße ein Regelwert RW_S_I für einen zylinderindividuellen Korrekturwert KW_S_I des Öffnungswinkelbereichs des Impulsladeventils 18. Solange der Re gelwert RW_S_I für den zylinderindividuellen Korrekturwert KW_S_I noch nicht einen vorgegebenen minimalen oder maximalen Wert erreicht hat oder bis ein Minimums der Regelabweichung erreicht ist wirkt sich eine Änderung entsprechend der Regelparameter des ersten Reglers der zylinderindividuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeldifferenz D_LAM_I in einer entsprechenden Änderung des Regelwertes RW_S_I aus. Sind jedoch diese maximalen oder minimalen Werte erreicht oder ist ein Minimum der Regelabweichung erreicht, so wird bevorzugt der Regelwert RW_S_I auf einem neutralen Wert zurückgesetzt und anschließend eine weiter an dem Eingang des ersten Reglers anliegende zylinderindividuelle Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regeldifferenz D_LAM_I abhängig von den Regelparametern des ersten Reglers einem Regelwert RW_D_I für einen zylinderindividuellen Korrekturwert KW_D_I des Öffnungswinkelbereichs zugeordnet. Dies ist jedoch nur notwendig, wenn noch die Regeldifferenz ungleich null ist.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Stellgröße des ersten Reglers auch gleichzeitig sowohl der Regelwert RW_S_I für den zylinderindividuellen Korrekturwert KW_S_I des Öffnungswinkelbereichs des Impulsladeventils 18 als auch der Regelwert RW_D_I für den zylinderindividuellen Korrekturwert KW_D_I des Öffnungswinkelbereichs sein. Bezüglich des Regelwerts RW_D_I für den zylinderindividuellen Korrekturwert KW_D_I sollte die Regelung dann deutlich langsamer sein als bezüglich des Regelwerts RW_S_I für den zylinderindividuellen Korrekturwert KW_S_I. Dies kann durch unterschiedlich häufige Aktualisierung der jeweils zugeordneten Regelgrößen und/oder entsprechend angepasste Regelparameter erreicht werden.
Ferner ist in dem Block B7 eine Vorsteuerung ausgebildet, die einen Vorsteuerwert für den zylinderindividuellen Korrektur wert KW_S_I des Öffnungsbeginns des Impulsladeventils 18 und einen Vorsteuerwert VW_D_I für den zylinderindividuellen Korrekturwert KW_D_I des Öffnungswinkelbereichs erzeugt. Die Vorsteuerung des Blocks B7 ist bevorzugt so ausgebildet, dass bei der geringsten Regelabweichung des ersten Reglers, wenn dessen Stellgröße der Regelwert RW_S_I für den zylinderindividuellen Korrekturwert KW_S_I des Öffnungsbeginns ist der Vorsteuerwert VW_S_I analog zu dem Block B5 angepasst wird. Die Vorsteuerung ist ferner so ausgebildet, dass bei der jeweils geringsten Regelabweichung der Vorsteuerwert VW_D_I für den zylinderindividuellen Korrekturwert KW_D_I des Öffnungswinkelbereichs angepasst wird, die Stellgröße des ersten Reglers der Regelwert RW_D_I für den zylinderindividuellen Korrekturwert KW_D_I des Öffnungswinkelbereichs ist. Auch diese Anpassung des Vorsteuerwertes VW_D_I erfolgt analog zu dem Block B5. Bevorzugt ist die Vorsteuerung des Blocks B7 so ausgebildet, dass die Vorsteuerwerte VW_S_I und VW_D_I jeweils in stationären Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
In einem Block B8 wird der Korrekturwert KW_S_I des Öffnungswinkelbereichs abhängig von dem Regelungswert RW_S_I und dem Vorsteuerwert VW_S_I und vorzugsweise durch Summenbildung dieser Werte ermittelt.
In einem Block B9 wird der zylinderindividuelle Korrekturwert KW_D_I des Öffnungswinkelbereichs abhängig von dem Regelwert RW_D_I und dem Vorsteuerwert VW_D_I ermittelt. Dies erfolgt ebenfalls bevorzugt mittels Summenbildung.
Bevorzugt werden die zylinderindividuellen Korrekturwerte KW_S_I, KW_D_I in den Blöcken B8 beziehungsweise B9 in dem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängig von dem Vorsteuerwert VW_S_I und dem Regelwert RW_S_I beziehungsweise dem Vorsteuerwert VW_D_I und dem Regelwert RW_D_I ermittelt. Außerhalb des stationären Betriebszustands werden bevorzugt die zylinderindividuellen Korrekturwerte KW_S_I, KW_D_I lediglich abhängig von den jeweiligen Vorsteuerwerten VW_S_I beziehungsweise VW_D_I ermittelt.
In einem Block B10 wird dann abhängig von den zylinderindividuellen Korrekturwerten KW_S_I, KW_D_I des Öffnungsbeginns und des Öffnungswinkelbereichs des Impulsladeventils 18, dem weiteren Korrekturwert KW_D_ALL für den Öffnungswinkelbereich und weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, wie der Drehzahl N, einem unter anderem abhängig von der Fahrpedalstellung des Fahrpedals 7 ermittelten Sollwertes TQ_SP des von der Brennkraftmaschine aufzubringenden Drehmoments oder einem Sollwert des Luftmassenstrom MAF_SP und einem Betriebsmodus MOD der Brennkraftmaschine ein zylinderindividueller Öffnungsbeginn S_I des Impulsladeventils 18 und ein zylinderindividueller Öffnungswinkelbereich D_I des Impulsladeventils 18 ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Beobachters, der vorzugsweise Kennfelder umfasst. Der zylinderindividuelle Öffnungsbeginn S_I und der zylinderindividuelle Öffnungswinkelbereich D_I wird somit in dem Block B10 für jedes den unterschiedlichen Zylinder Z1 bis Z4 zugeordnete Impulsladeventil 18 ermittelt. Dementsprechend werden auch die zylinderindividuellen Korrekturwerte KW_S_I und KW_D_-I des Öffnungsbeginns und des Öffnungswinkelbereichs des Impulsladeventils 18 und die Regelwerte RW_S_I, RW_D_I und die Vorsteuerwerte VW_S_I und VW_D_I für jedes Impulsladeventil 18 separat berechnet.
Eine weitere Ausführungsform der Steuereinrichtung ist anhand des Blockschaltbilds der 3 beschrieben. Im folgenden wird nur auf die Unterschiede zu der Ausführungsform gemäß der 2 eingegangen. Die Regeldifferenz, die dem ersten Regler des Blocks B7 zugeführt wird ist die Differenz des Sollwertes LAM_SP, der für alle Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine vorgegeben ist und des zylinderindividuell erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_I. In dem Block B10 wird der jeweilige zylinderindividuelle Öffnungsbeginn S_I und der jeweilige zylinderindividuelle Öffnungswinkelbereich D_I nicht abhängig von dem weiteren Korrekturwert KW_D_ALL dem Öffnungswinkelbereich ermittelt.
In weiteren alternativen Ausführungsformen der Steuereinrichtung können auch andere Ansteuergrößen zylinderindividuell für die Impulsladeventile 18 in dem Block B10 ermittelt werden. Dementsprechend sind dann auch die Korrekturwerte und Regelwerte und Vorsteuerwerte angepasst.
Unter dem Öffnungswinkelbereich des jeweiligen Impulsladeventils 18 wird der Kurbelwellenwinkelbereich bezeichnet, während dessen das Impulsladeventil 18 in seiner Offenstellung ist, in der es den Querschnitt des Saugrohres 13 freigibt. Der Öffnungsbeginn ist derjenige Kurbelwellenwinkel, bei dem das Impulsladeventil 18 seine Schaltstellung von der Schließstellung zu der Offenstellung wechselt. In der Schließstellung verschließt das Impulsladeventil 18 das jeweilige Saugrohr 13.

Claims

Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit – einem Sammler (12), von dem – ein Saugrohr (13) hin zu – einem Einlass – eines Zylinders (Z1 bis Z4) der Brennkraftmaschine geführt ist, – einem Gaseinlassventil (30), das an dem Einlass des Zylinders (Z1 bis Z4) angeordnet ist, – einem Impulsladeventil (18), das stromaufwärts des Gaseinlassventils (30) in dem Saugrohr (13) angeordnet ist und abhängig von seiner Schaltstellung das Saugrohr (13) freigibt oder verschließt, – weiteren Stellgliedern, die auf die Brennkraftmaschine einwirken, und mit – einer Abgassonde (41), deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4), – einem ersten Regler, dessen Regelgröße das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) ist und dessen Stellgröße ein Regelwert für einen Korrekturwert für die Ansteuerung des dem jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) zugeordneten Impulsladeventils (18) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regler so ausgebildet ist, dass die Stellgröße zunächst ein Regelwert (RW_S_I) für den zylinderindividuellen Korrekturwert (KW_S_I) des Öffnungsbeginns unter Beibehaltung des Öffnungswinkelbereichs des Impulsladeventils (18) ist und bei Erreichen eines vorgegebenen minimalen oder maximalen zylinderindividuellen Korrekturwertes des Öffnungsbeginns oder bei Erreichen eines Minimums der Regelabweichung anschließend die Stellgröße ein Regelwert (RW_D_I) für den zylinderindivi duellen Korrekturwert (KW_D_I) des Öffnungswinkelbereichs ist, und dass eine Vorsteuerung so ausgebildet ist, dass bei jeweils der geringsten Regelabweichung ein Vorsteuerwert (VW_S_I, VW_D_I) für den zylinderindividuellen Korrekturwert (KW_S_I, KW_D_I) des Öffnungsbeginns beziehungsweise des Öffnungswinkelbereichs abhängig von dem aktuellen Regelwert (RW_S_I, RW_D_I) für den zylinderindividuellen Korrekturwert (KW_S_I, KW_D_I) des Öffnungsbeginns beziehungsweise des Öffnungswinkelbereichs angepasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgröße des ersten Reglers ein für alle Zylinder (Z1–Z4) vorgegebenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgröße des ersten Reglers ein mittleres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM_MW) aller Zylinder (Z1–Z4) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Regler vorgesehen ist, dessen Regelgröße das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM_MW) aller Zylinder (Z1–Z4) ist und dessen Führungsgröße das für alle Zylinder (Z1–Z4) vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist und dessen Stellgröße ein Regelwert für einen weiteren Korrekturwert für die Ansteuerung aller Impulsladeventile (18) ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung so ausgebildet ist, dass die Vorsteuerwerte (VW_S_I, VW_D_I) für die zylinderindividuellen Korrekturwerte (KW_S_I, KW_D_I) abhängig von den zugeordneten Regelwerten (RW_S_I, RW_D_I) ermittelt werden, die von dem Regler in einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Regler so ausgebildet ist, dass dessen Stellgröße ein aktueller Regelwert (RW_D_ALL) für einen weiteren Korrekturwert (KW_D_ALL) des Öffnungswinkelbereichs unter Beibehaltung des Öffnungsbeginns des Impulsladeventils (18) ist, und eine weitere Vorsteuerung so ausgebildet ist, dass bei jeweils der geringsten Regelabweichung ein Vorsteuerwert (VW_D_ALL) für den weiteren Korrekturwert (KW_D_ALL) des Öffnungswinkelbereichs abhängig von dem aktuellen Regelwert (RW_D_ALL) für den weiteren Korrekturwert (KW_D_ALL) des Öffnungswinkelbereichs angepasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Vorsteuerung so ausgebildet ist, dass der Vorsteuerwert (VW_D_ALL) für den weiteren Korrekturwert (KW_D_ALL) abhängig von dem Regelwert (RW_D_ALL) für den weiteren Korrekturwert (KW_D_ALL) ermittelt wird, wenn eine Drosselklappe (11) in einer Offenstellung ist, in der der Druckabfall über die Drosselklappe (11) minimiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Vorsteuerung so ausgebildet ist, dass der Vorsteuerwert (VW_D_ALL) für den weiteren Korrekturwert (KW_D_ALL) abhängig von dem Regelwert (RW_D_ALL) ermittelt wird, der von dem weiteren Regler in einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Korrekturwerte (KW_D_ALL, KW_S_I, KW_D_I) in dem stationären Betriebzustand der Brennkraftmaschine abhängig von dem oder den Vorsteuerwerten (VW_D_ALL, VW_S_I, VW_D_I) und dem oder den Regelwerten (RW_D_ALL, RW_S_I, RW_D_I) ermittelt werden und außerhalb des stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine abhängig von dem oder den Vorsteuerwerten (VW_D_ALL, VW_S_I, VW_D_I).