DE19953933C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung wird der aktuellen Gaspedalstellung eine Soll-Luftmasse und ein Solldruck zugeordnet, der Solldruck mit einem Referenzdruck verglichen, bei Unterschreitung des Referenzdrucks die Steuerung der Soll-Luftmasse über die Drosseleinrichtung im Ansaugrohr und bei Überschreitung des Referenzdrucks die Steuerung der Soll-Luftmasse über die Gaswechselventile durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteue­ rung.
Ein derartiges Verfahren ist aus der Druckschrift DE 195 30 274 A1 bekannt, die eine Kolben-Brennkraftmaschine mit vollvariab­ lem Ventiltrieb zeigt, bei dem die Öffnungs- und Schließzeit­ punkte der Gaswechselventile unabhängig voneinander steuerbar sind. Gemäß dem Verfahren der DE 195 30 274 A1 ist vorgesehen, dass die Lastvorgabe über das Gaspedal mittels einer Kraft­ stoff-Steuereinheit in eine einzuspritzende Kraftstoffmenge um­ gesetzt wird, wobei der Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt ü­ ber entsprechende Kennfelder zu bestimmen sind. Die Steuerung der erforderlichen Frischluftmenge erfolgt über eine Ansteue­ rung der Gaswechselventile. Über eine Lambdasonde wird das Luftverhältnis Lambda gemessen und in einer Luftsteuereinheit zur Regelung des Frischluft-Massenstromes zugrunde gelegt. Die Regelung des Luftverhältnisses erfolgt durch Manipulation der Öffnungszeiten der Gaseinlassventile.
Da bei bestimmten Betriebspunkten die Regelung des Luftverhält­ nisses nur bis zur maximalen Frischluftfüllung des Zylinders möglich ist, wird über eine Verknüpfung von der Luft- Steuereinheit mit der Kraftstoff-Steuereinheit die Möglichkeit eröffnet, unabhängig von der Gaspedalstellung die Menge einge­ spritzten Kraftstoffes zu reduzieren, indem die ermittelte Luftmenge mit einem Korrekturfaktor multipliziert wird. Der Korrekturfaktor wird aus einem Soll-Ist-Vergleich der einströ­ menden Luftmenge ermittelt, wobei die Ist-Luftmenge mit Hilfe eines Luftmassenmessers ermittelt werden kann.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass aufgrund der Messung und der sich an die Messung anschließenden Regelung die zuzu­ führende Luftmenge grundsätzlich mit zeitlicher Verzögerung an­ gepasst wird, so dass insbesondere im Bereich dynamischer Vor­ gänge, beispielsweise im Bereich sich stark ändernder Geschwin­ digkeit, ein vom stöchiometrischen Verhältnis abweichendes Kraftstoff-Luft-Verhältnis eingestellt wird.
Darüber hinaus ist es aus der DE 195 30 274 A1 bekannt, den ü­ ber das Gaspedal vorzugebenden Fahrerwunsch in Abhängigkeit der Lufttemperatur und des Saugrohrdrucks in eine Sollfüllung des Zylinders umzusetzen, die zum Ansteuern des variablen Ventil­ triebs herangezogen wird. In Abhängigkeit der aus der Sollfül­ lung ermittelten Luftmenge wird die Einspritzung und die Zün­ dung gesteuert.
Bei diesem Verfahren werden zwar Temperatur und Druck der ange­ saugten Luft berücksichtigt, es wird jedoch in der DE 195 30 274 A1 nur eine allgemeine Abhängigkeit angegeben, nicht jedoch eine konkrete Vorschrift zur Berechnung der erforderlichen Luftmenge. Darüberhinaus wird eine Anpassung der Ventilüber­ schneidung und damit der Restgasgehalt sowie das Umschalten in einen anderen Ventilbetriebsmodus unter Berücksichtigung eines geeigneten Verfahrens, insbesondere bei starken umweltbedingten Ausgleichsvorgängen, nicht unterstützt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das Kraftstoff-Luft- Verhältnis in einer Brennkraftmaschine in einem weiten Be­ triebsbereich schnell und zuverlässig einzustellen. Es soll insbesondere die Luftmenge möglichst exakt vorgesteuert werden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 bzw. 18 gelöst.
Gemäß der Neuerung ist die Brennkraftmaschine sowohl mit einer variablen Ventilsteuerung zur variablen Einstellung von Gas­ wechselventilen als auch mit einer Drosseleinrichtung im An­ saugrohr ausgerüstet, wobei die Drosseleinrichtung insbesondere als Drosselklappe ausgeführt ist. Um eine in weiten Betriebsbe­ reichen drosselfreie Einstellung und Regelung der Brennkraftma­ schine realisieren zu können ist vorgesehen, dass die Luftzu­ fuhr zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine vorzugsweise durch Manipulation der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte der Gaswechselventile durchgeführt wird und lediglich in Bereichen, in denen eine ausschließliche Einstellung über die Gaswechsel­ ventile nicht möglich ist oder in denen sich thermodynamische Vorteile ergeben, auf eine konventionelle Drosselregelung zu­ rückgegriffen wird.
Als Kriterium für die Entscheidung, ob eine Einstellung über die Gaswechselventile oder über die Drosseleinrichtung erfolgen soll, wird der der Fahreranforderung entsprechende Solldruck, in welchem zweckmäßig die Umgebungstemperatur berücksichtigt wird, mit einem Referenzdruck verglichen, der vorteilhaft mit dem Umgebungsdruck identisch ist. Überschreitet der Solldruck den Referenzdruck, so erfolgt die Steuerung der Soll-Luftmasse über die Gaswechselventile bei vollständig geöffneter Drossel­ einrichtung; unterschreitet dagegen der Solldruck den Referenz­ druck, so erfolgt die Steuerung der Soll-Luftmasse über die Drosseleinrichtung.
In Abhängigkeit der Gaspedalstellung wird vorteilhaft zunächst eine Soll-Luftmasse ermittelt, der ein Solldruck im Ansaugrohr zugeordnet wird, welcher um einen Korrekturfaktor, der propor­ tional zur Umgebungstemperatur ist, korrigiert wird. Sofern der temperaturkorrigierte Solldruck kleiner als der Referenzdruck - insbesondere der aktuelle Umgebungsdruck - ist, wird die Dros­ seleinrichtung aktiviert. Dabei wird der vor der Drosselein­ richtung anliegende Umgebungsdruck durch Verändern der Drossel­ klappenstellung auf den korrigierten Solldruck reduziert und die der Soll-Luftmasse entsprechende Füllung den Zylindern zu­ geführt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass insbesondere in Bereichen kleiner Last und hoher Drehzahl auf die konventio­ nelle Drosselklappensteuerung umgeschaltet werden kann, wodurch Schwingungs- und Trägheitsprobleme der bevorzugt elektromagne­ tisch betriebenen Ventilsteuerung in diesem Betriebspunkt ver­ mieden werden können; darüber hinaus werden auch thermodynami­ sche Vorteile erzielt. Außerhalb des verhältnismäßig kleinen Bereiches, in welchem eine Drosselung Vorteile bringt bzw. die Ansaugluft-Temperaturkorrektur bis zur völligen Öffnung der Drosselklappe führt, erfolgt die drosselfreie Einstellung der zuzuführenden Frischluftmenge über die Gaswechselventile, vor­ zugsweise durch Anpassung des Einlass-Schließt-Zeitpunktes des Einlassventils.
Zweckmäßig wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils über eine Ausgleichsfunktion korrigiert, deren Polynomkoeffizienten aus Kennfeldern ausgelesen werden. Dabei sind die Polynomkoef­ fizienten idealerweise in Last- bzw. Füllungskennfeldern über der Motordrehzahl eingetragen. Die Ausgleichsfunktion kann li­ nearen oder quadratischen Verlauf aufweisen.
Die Ausgleichsfunktion wird zweckmäßig für jeden Ventilbe­ triebsmodus mit entsprechenden Polynomkoeffizienten bedatet. Die Umschaltung in einen neuen Ventilbetriebsmodus erfolgt vor­ teilhaft nach der volumetrischen Zylinderfüllung, wodurch si­ chergestellt ist, dass immer zur gleichen Kurbelwinkelposition unabhängig vom Ausgleichsgrad umgeschaltet wird. Alle anderen Steuergrößen wie Öffnungszeitpunkt des Einlassventils und auch Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Auslassventile sowie Zün­ dung und Einspritzung sind weiterhin an die Soll-Luftmasse ge­ koppelt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es angezeigt sein, das mit Außendruck und Außentemperatur berücksichtigenden Kor­ rekturfaktoren beaufschlagte Soll-Luftvolumen, welches über die Gaswechselventile zuzuführen ist, auf einen vorgegebenen Maxi­ malwert zu begrenzen, um zu verhindern, dass bei hoher Motor­ last das korrigierte Soll-Luftvolumen größer errechnet wird als dies unter Vollast bei Normbedingungen maximal möglich wäre. Durch eine Deckelung des korrigierten Soll-Luftvolumens auf den zulässigen Maximalwert wird der Öffnungszeitraum der Einlass­ ventile begrenzt, wodurch eine Verschiebung des Einlass- Schließt-Zeitpunktes in einen die Verbrennung beeinträchtigen­ den Betriebspunkt vermieden wird. Das Luftvolumen kann an­ schließend reziprok rückgerechnet werden, um einen zylinderspe­ zifischen, maximal zulässigen Grenz-Massenstrom zu ermitteln, der für Zündung und Einspritzung herangezogen werden kann.
Unter Berücksichtigung des Differenzvolumens, gebildet aus kor­ rigiertem Luftvolumen und Soll-Luftvolumen bezogen auf Normbe­ dingungen, wird zweckmäßig über eine nachgeschaltete Aus­ gleichsfunktion der Einlass-Schließt-Zeitpunkt des Einlassven­ tils manipuliert. Dadurch wird sichergestellt, dass das dem Zy­ linder zugeführte korrigierte Soll-Luftvolumen der Soll- Luftmasse unter Normbedingungen entspricht. Dies hat den Vor­ teil, dass alle anderen kennfeldabhängigen Größen wie Zündung und Einspritzung und die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der übrigen Gaswechselventile beibehalten werden können.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun­ gen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufschema zur Einstellung einer Brennkraftma­ schine mit variabler Ventilsteuerung und Drosselklap­ pe,
Fig. 2 eine Adaptionsfunktion zur Anpassung des Einlass- Schließt-Zeitpunkts eines Gaswechselventils an wech­ selnde Betriebspunkte,
Fig. 3 die Reglerstruktur eines Saugrohr-Druckreglers,
Fig. 4 die Struktur der Vorrichtung zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung und mit Drosseleinrichtung.
Das in Fig. 1 dargestellte Ablaufschema repräsentiert ein Ver­ fahren zur Einstellung eines stöchiometrischen Kraftstoff-Luft- Verhältnisses in den Brennräumen einer Kolben- Brennkraftmaschine, welche sowohl mit einer Drosseleinrichtung im Ansaugrohr, insbesondere einer Drosselklappe, als auch mit einer variablen Ventilsteuerung ausgestattet ist. Als Ven­ tilsteuerung können sowohl eine vollvariable elektromagnetische Ventilsteuerung mit elektrisch ansteuerbaren Elektromagneten zum Schließen und Öffnen der Gaswechselventile der Brennkraft­ maschine als auch Systeme mit pneumatischer oder hydraulischer Ansteuerung oder zwei relativ zueinander verstellbaren Nocken­ wellen zum Einsatz kommen.
Gemäß dem Verfahrensschritt 1 wird zunächst aus der Gaspedal­ stellung, welche ein vom Fahrer gewünschtes Motormoment reprä­ sentiert, oder von einer anderen Momentenvorgabegröße, z. B. durch eine Fahrdynamikregelung, in einer Regel- und Steuerein­ heit der Brennkraftmaschine eine dem gewünschten bzw. angefor­ derten Motormoment zugeordnete Soll-Luftmasse Lsoll,0 ermittelt, welche als Norm-Luftmasse unter Normalbedingungen den Brennräu­ men der Brennkraftmaschine zuzuführen ist. Im folgenden Verfah­ rensschritt 2 wird aus der Soll-Luftmasse Lsoll,0 und der aktuel­ len Motordrehzahl nist gemäß einem hinterlegten Kennfeld ein Saugrohr-Solldruck psoll,0 bestimmt, der den einzustellenden Saugrohrdruck als Absolutdruck unter Normalbedingungen reprä­ sentiert.
Im folgenden Verfahrensschritt 3 wird der einzustellende Saug­ rohr-Solldruck psoll,0 um einen Temperatur-Korrekturfaktor fkT bezogen auf die Normtemperatur erhöht bzw. erniedrigt und in einen temeraturkorrigierten Saugrohr-Solldruck psoll,k umgerech­ net. Der Temperatur-Korrekturfaktor fkT berechnet sich aus der Umgebungstemperatur TA und einer bekannten Normtemperatur gemäß der Beziehung
fkT = TA/Tnorm.
Unter Verwendung des Temperatur-Korrekturfaktors fkT wird der Saugrohr-Solldruck psoll,k gemäß
psoll,k = psoll,0 . fkT
ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass bei angedrosseltem Motor­ betrieb die Temperaturkorrektur in den meisten Fällen erst eine Entdrosselung bewirkt, bevor über Steuerzeiten eine weitere Korrektur stattfindet.
In einem in Verfahrensschritt 4 durchgeführten Vergleich von Saugrohr-Solldruck psoll,k und Umgebungsdruck pA wird festgelegt, ob die Füllungskorrektur nur über die Verstellung der Einlass­ ventil-Steuerzeiten oder über die Veränderung der Androsselung (Einstellung des Drosselklappenwinkels der Drosselklappe) bzw. durch eine Kombination beider Methoden erfolgt.
Sofern der Saugrohr-Solldruck psoll,k den Umgebungsdruck pA über­ steigt ("nein"-Verzweigung), ist eine Einstellung des Saugrohr­ drucks auf den korrigierten Saugrohr-Solldruck psoll,k durch Ein­ stellung des Drosselorgans im Saugrohr nicht möglich. In diesem Fall wird der Umgebungsdruck pA an den Saugrohr-Druckregler ü­ bergeben, wodurch die Drosselklappe voll geöffnet wird, so dass kein Drosselverlust im Saugrohr entsteht. Die Befüllung der Brennräume mit Luft erfolgt über den Verfahrensast der "nein"- Verzweigung des Verfahrensschrittes 4 durch Anpassung des Ein­ lass-Schließt-Zeitpunktes des Einlassventils bzw. der Einlass­ ventile.
Falls der Saugrohr-Solldruck psoll,k kleiner ist als der Umge­ bungsdruck pA ("ja"-Verzweigung), erfolgt eine Einstellung der zuzuführenden Luftmenge über das Drosselglied im Saugrohr. Zu diesem Zweck wird der temperaturkorrigierte Saugrohr-Solldruck psoll,k an den Saugrohr-Druckregler übergeben und dieser über das Drosselglied im Saugrohr eingestellt. In der Saugrohr- Druckregelung gemäß Verfahrensschritt 5 wird in Abhängigkeit des korrigierten Saugrohr-Solldruckes psoll,k und der Motordreh­ zahl nist ein vorgesteuerter Drosselklappenwinkel αDK ausgegeben und gemäß Schritt 6 der Drosselklappe zugeführt. Eine Abwei­ chung des Saugrohr-Istdruckes pist vom Saugrohr-Solldruck psoll,k wird über den Regelkreis durch Einstellung der Drosselklappen­ position angepasst. Ein Beispiel für eine vorteilhafte Saug­ rohr-Druckregelung ist in Fig. 3 dargestellt.
Über die Soll-Luftmasse Lsoll,0 aus Verfahrensschritt 1 werden alle Ventilsteuerzeiten aus den entsprechenden Kennfeldern aus­ gelesen und am Ventiltrieb eingestellt.
Eine Einstellung über die Drosselklappe gemäß dem der "ja"- Verzweigung entsprechenden Verfahrensast erfolgt insbesondere in einem Bereich kleiner Last und hoher Drehzahl, weil in die­ sem Bereich eine Steuerung über die variabel einstellbaren Gas­ wechselventile zu Schwingungs- und Trägheitsproblemen der e­ lektromagnetisch betriebenen Ventilsteuerung führen würde.
In dem Verfahrensast 7 bis 19 ist der Verfahrensablauf zur Ein­ stellung des stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses mit Hilfe der variablen Ventilsteuerung bei voll geöffneter Drosselklappe dargestellt, wobei der aktuelle korrigierte Saug­ rohr-Solldruck psoll,k und die aktuelle Umgebungstemperatur TA bei der Bemessung der zuzuführenden Frischluftmenge berücksich­ tigt werden.
Im Verfahrensschritt 7 wird die Soll-Luftmasse Lsoll,0 unter Normbedingungen unter Berücksichtigung einer Norm-Dichte ρ0 in ein Soll-Luftvolumen LVsoll,0 unter Normbedingungen umgerechnet. Im Verfahrensschritt 8 wird ein Korrekturfaktor FKorr aus dem Verhältnis von Norm-Solldruck zu korrigiertem Saugrohr- Solldruck psoll,k unter Einbeziehung des Temperatur- Korrekturfaktors fkT = TA/Tnorm gemäß der Beziehung
FKorr = psoll,0/psoll,k . fkT
ermittelt. Der Korrekturfaktor FKorr wird zur Korrektur des un­ ter Normbedingungen geltenden Soll-Luftvolumens LVsoll,0 herange­ zogen:
LVsoll,k = FKorr . LVsoll,0.
Im folgenden Verfahrensschritt 9 wird das Minimum LVmin aus kor­ rigiertem Soll-Luftvolumen LVsoll,k und einer maximal möglichen, aus dem Verfahrensschritt 10 zugeführten Luftvolumen- Grenzfüllung LVgrenz bestimmt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das maximale Luft-Fassungsvermögen der Zylinder nicht ü­ berschritten wird.
Im Folgenden teilt sich das weitere Vorgehen in zwei parallel abzuarbeitende Verfahrenszweige 11 bis 15 und 16 bis 19 auf.
Im Verfahrenszweig 11 bis 15b werden nach einer Rückrechnung auf die sich im Zylinder tatsächlich befindliche Luftmenge LGrenz im Verfahrensschritt 11 gemäß dem Zusammenhang
LGrenz = LVmin/FKorr
die Parameter für die Zündung (Verfahrensschritt 12), für die Einspritzung (Verfahrensschritt 13 unter Berücksichtigung einer in Verfahrensschritt 14 dargestellten λ-Regelung) und außerdem die Steuerzeiten für die Einlass-Schließt-Zeitpunkte (Grundzeit αEVS in Verfahrensschritt 15a) und die Einlass-Öffnet-Zeitpunkte der Einlassventile sowie die Auslass-Öffnet-Zeitpunkte und Aus­ lass-Schließt-Zeitpunkte der Auslassventile (Verfahrensschritt 15b) bestimmt. Der optimale Zündzeitpunkt, der optimale Ein­ spritzzeitpunkt und die optimale Einspritzdauer hängen davon ab, ob der Ventilbetrieb der Brennkraftmaschine mit 2, 3 oder 4 Ventilen betrieben wird. Mögliche noch bestehende Lambda- Abweichungen werden über die Lambdaregelung in den Verfahrens­ schritten 13 und 14 durch Veränderung der Einspritzzeit ausge­ regelt.
Im parallelen Verfahrenszweig 16 bis 19 wird der optimale Ven­ tilbetrieb mit der Anzahl zu betreibender Ventile in Abhängig­ keit der Motordrehzahl sowie der volumetrischen Minimalauswahl des korrigierten Soll-Luftvolumens LVsoll,k und der volumetri­ schen Grenzfüllung LVgrenz, festgestellt. Durch die volumetrische Bewertung erfolgt die Umschaltung immer zur selben Kurbelwin­ kelstellung.
Die Umschaltung zwischen 2-Ventil-, 3-Ventil-, und 4-Ventil- Betriebsmodus hat insbesondere einen hohen Einfluß auf die Restgassteuerung. Im 2-Ventilbetrieb wird mit maximal möglicher Restgasverträglichkeit gefahren, ausgenommen die Betriebsberei­ che mit geringer Restgasverträglichkeit, insbesondere der Leer­ lauf. Im 3- bzw. Mehr-Ventilbetrieb wird mit möglichst geringem Restgasanteil gefahren. Der Restgasanteil nimmt mit zunehmender Last aufgrund steigender Verträglichkeit zu. Im Bereich der mittleren Teillast erreicht der Restgasanteil ein Maximum, wel­ ches mit weiter ansteigender Last wieder auf ein Minimum zu­ rückgeht, so dass die maximal mögliche Füllung erreicht werden kann.
Um sicher zu stellen, dass bei einem Wechsel des Betriebspunk­ tes in möglichst kurzer Zeit die Steuerzeiten des Einlass- Gaswechselventils dem Wunschmoment des Fahrers entsprechend an­ gepasst werden, wird über eine Adaptionsfunktion ΔαEVS in den Verfahrensschritten 17, 18 eine Korrektur des Einlass-Schließt- Zeitpunkts in Abhängigkeit der Differenz von volumetrischer Sollfüllung LVsoll,0 unter Normbedingungen und dem tatsächlichen im Zylinder befindlichen Luftvolumen LVmin ermittelt.
Gemäß Fig. 2 handelt es sich bei der Adaptionsfunktion ΔαEVS um eine quadratische Polynomfunktion mit Polynomkoeffizienten a und b, welche im Verfahrensschritt 17 der Fig. 1 ermittelt wer­ den. Die Adaptionsfunktion ΔαEVS, die die Verschiebung des Ein­ lass-Schließt-Zeitpunktes des Einlass-Gaswechselventils angibt, wird gemäß der Beziehung
ΔL = LVmin - LVsoll
ΔαEVS = a . ΔL2 + b . ΔL
ermittelt, wobei die Polynomkoeffizienten a und b motorspezi­ fisch in Kennfeldern gemäß Verfahrensschritt 17 in Abhängigkeit von Motordrehzahl, Ventilbetriebsmodus und Soll-Luftmasse Lsoll,0 bei Normbedingungen abgelegt sind.
Die Zumessung der ermittelten volumetrischen Differenzluftmenge erfolgt bevorzugt ausschließlich durch eine Einstellung des Einlass-Schließt-Zeitpunktes αEVS,k der Einlass- Gaswechselventile durch die Addition des Schließzeitpunktes des Einlassventils bei Normbedingungen αEVS (Verfahrensschritt 15a) und der errechneten Schließzeitpunkt-Korrektur ΔαEVS (Ver­ fahrensschritt 19).
In Fig. 3 ist die Reglerstruktur eines Saugrohr-Druckreglers abgebildet. Aus einem Soll-Ist-Vergleich psoll,k - pist des Saug­ rohrdruckes wird über die PI-Regelung 51 der Regelanteil αDK,r für den Drosselklappenwinkel ermittelt. Dieser Regelanteil αDK,r wird auf den vorgesteuerten Anteil des Drosselklappenwinkels αDK,V addiert, der aus einem Kennfeld 52 in Abhängigkeit der Mo­ tordrehzahl nist und der Soll-Luftmenge Lsoll,0 bestimmt wird. Die Summe der beiden Anteile ergibt den resultierenden Drosselklap­ penwinkel αDK. Eine Kennlinie 53 in Abhängigkeit des Druckquo­ tienten zwischen Saugrohr-Solldruck psoll,k und Außendruck pA sorgt für eine zunehmende Reglerbegrenzung αDKr,max bis auf Null mit steigendem Saugrohr-Solldruck gegen den Außendruck.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die Struktur einer Vorrichtung für die Zumessung von Verbrennungsluft durch Ein­ stellung der Steuerzeiten der Gaswechselventile und/oder durch Einstellung der Drosselklappenposition im Saugrohr.
Die Soll-Luftmasse Lsoll,0 wird im Block 101 in Abhängigkeit der Motordrehzahl nist, der Motorlast bzw. der Gaspedalstellung be­ stimmt und sowohl dem Saugrohr-Druckregler (Block 102) als auch dem Block 103 zur Ermittlung des Soll-Luftvolumens LVsoll,0 zuge­ führt. Im Saugrohr-Druckregler 102 wird der Drosselklappenwin­ kel αDK bestimmt, hierbei werden die Motordrehzahl nist, der tatsächliche Saugrohrdruck pist und der Außendruck pA berück­ sichtigt.
Parallel zur Bestimmung des Drosselklappenwinkels αDK wird aus dem Soll-Luftvolumen LVsoll,0 im Block 104 eine Druck- und Tempe­ raturkompensation sowie eine maximal mögliche Zylinderbefüllung (Grenzfüllung) LVmin bzw. LGrenz in Abhängigkeit des Temperatur- Korrekturfaktors fkT = TA/Tnorm und eines Druck-Korrekturfaktors fkp = psoll,k/psoll,0 errechnet, wobei diese Korrekturfaktoren so­ wohl im Block 102 als auch im Block 104 - dem Saugrohr- Druckregler - zur Verfügung stehen.
Der Wert LVmin für das Luftvolumen wird dem Block 105 für die Ermittlung der Steuerkanten bzw. -zeiten für die Einlassventile EV und die Auslassventile AV in Abhängigkeit der Motordrehzahl nist, der Soll-Luftmasse lsoll,0 und des Soll-Luftvolumens LVsoll,0 zugeführt. Die Steuerzeiten Auslass-Öffnet αAVÖ, Auslass- Schließt αAVS, Einlass-Öffnet αEVÖ und Einlass-Schließt αEVS,k werden den betreffenden Gaswechselventilen bzw. den die Gas­ wechselventilen beaufschlagenden Ventiltrieben zugeführt.
Der Wert LGrenz, der die tatsächliche im Zylinder befindliche Luftmenge bezeichnet, wird den Blöcken 106 und 107 zugeführt, in denen der Zeitpunkt ZZP für die Zündung bzw. die Einspritz­ menge und -zeitpunkt ti unter Berücksichtigung einer λ-Regelung bestimmt wird.

Claims (18)

1. Verfahren zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit Gas­ wechselventilen mit variabler Ventilsteuerung und einer Dros­ seleinrichtung im Ansaugrohr, wobei
  • - der aktuellen Gaspedalstellung eine Soll-Luftmasse (Lsoll,0) und ein Solldruck (psoll,0, psoll,k) zugeordnet wird,
  • - der Solldruck (psoll,0, psoll,k) mit einem Referenzdruck (pa) verglichen wird,
  • - bei Unterschreitung des Referenzdrucks (pa) die Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die Drosseleinrichtung im Ansaugrohr erfolgt,
  • - bei Überschreitung des Referenzdrucks (pa) die Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die Gaswechselventile erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruck (pa) mit dem Umgebungsdruck (pa) iden­ tisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein korrigierter Solldruck (psoll,k) für den Vergleich mit der Referenztemperatur (TA) berücksichtigt wird, wobei der kor­ rigierte Solldruck (psoll,k) aus einem Norm-Solldruck (psoll,0) durch Beaufschlagung mit einem Temperatur-Korrekturfaktor (fkT), der proportional zur Umgebungstemperatur (TA) ist, gemäß den Beziehungen
fkT = TA/Tnorm
psoll,k = psoll,0 . fkT
ermittelt wird, worin
psoll,0 einen Norm-Solldruck unter Normalbedingun­ gen,
Tnorm eine normierte Ansaugtemperatur unter Normalbedingungen
psoll,k einen korrigierten Solldruck
TA die Umgebungstemperatur
bezeichnen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Solldruck (psoll,k) auf den Umgebungsdruck (pA) begrenzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Solldruck (psoll,k) bei der Einstellung der Luftmasse sowohl über die Drosseleinrichtung als auch über die Gaswechselventile berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die Drosseleinrichtung der Ist-Ansaugdruck (pist) im Ansaugrohr über einen Drosselregler auf einen Soll-Ansaugdruck (psoll,k) einge­ stellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die Gaswechselventile der Einlass-Schließt-Zeitpunkt manipuliert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die Gaswechselventile der Einlass-Öffnet-Zeitpunkt des Gaswechsel­ ventils konstant gehalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Soll-Luftvolumen (LVsoll,0) durch Beaufschlagung mit einem Korrekturfaktor (FKorr), der proportional zur aktuellen Umgebungstemperatur (TA) ist, ein korrigiertes Soll-Luftvolumen (LVsoll,k) gemäß der Beziehung
LVsoll,k = FKorr . LVsoll,0
ermittelt wird und dass das korrigierte Soll-Luftvolumen (LVsoll,k) der Brennkraftmaschine durch Manipulation des Einlass- Schließt-Zeitpunkts eines Einlass-Gaswechselventils einem Brennraum oder mehreren Brennräumen zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor (FKorr) in Abhängigkeit des korrigier­ ten Solldrucks (psoll,k) gemäß der Beziehung
FKorr = (psoll,0/psoll,k) . fkT
ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das korrigierte Soll-Luftvolumen (LVsoll,k) auf das Minimum (LVmin) der beiden Werte von korrigiertem Soll-Luftvolumen (LVsoll,k) und Grenzfüllungsvolumen (LVGrenz) begrenzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem korrigierten Soll-Luftvolumen (LVmin) und dem Kor­ rekturfaktor (FKorr) ein zylinderspezifischer, maximal zulässi­ ger Grenz-Massenstrom (LGrenz) berechnet wird gemäß der Bezie­ hung
LGrenz = LVmin/FKorr,
der für die Ermittlung des Zündzeitpunktes und/oder der Ein­ spritzdauer herangezogen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der optimale Ventilbetrieb mit zwei oder mehr Ventilen in Abhängigkeit des korrigierten Soll-Luftvolumens (LVmin) und der Motordrehzahl (nist) feststellbar ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berücksichtigung des aktuellen Betriebspunktes der Einlass-Schließt-Zeitpunkt in Abhängigkeit des Soll-Norm- Luftvolumens (LVsoll,0) und des korrigierten Soll-Luftvolumens (LVmin) gemäß einer festgelegten Adaptionsfunktion (ΔαEVS) be­ stimmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionsfunktion (ΔαEVS) eine quadratische Polynom­ funktion mit Polynomkoeffizienten a und b gemäß der Beziehung
ΔL = LVmin - LVsoll,0
ΔαEVS = a . ΔL2 + b . ΔL
ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge eingespritzten Kraftstoffs als Funktion der Grenz-Luftmasse (LGrenz) darstellbar ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge eingespritzten Kraftstoffs mittels der Lambda­ sonde geregelt wird.
18. Vorrichtung zur Einstellung einer Brennkraftmaschine, mit Gaswechselventilen mit variabler Ventilsteuerung zur variablen Einstellung der zuzuführenden Verbrennungsluftmenge und mit ei­ ner Drosseleinrichtung im Ansaugrohr, die unabhängig von den variabel einstellbaren Gaswechselventilen betätigbar ist, und mit einer Regel- und Steuereinheit, in der ein den Brennräumen der Brennkraftmaschine zuzuführender Solldruck mit einem Refe­ renzdruck vergleichbar ist, wobei bei Unterschreitung des Refe­ renzdrucks in der Regel- und Steuereinheit ein die Drosselein­ richtung aktivierendes Steuersignal und bei Überschreitung des Referenzdrucks in der Regel- und Steuereinheit ein zumindest ein Gaswechselventil aktivierendes Steuersignal erzeugbar ist.
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