EP1180591B1 - Verfahren und Steuer-und/oder Regeleinrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1180591B1
EP1180591B1 EP20010119026 EP01119026A EP1180591B1 EP 1180591 B1 EP1180591 B1 EP 1180591B1 EP 20010119026 EP20010119026 EP 20010119026 EP 01119026 A EP01119026 A EP 01119026A EP 1180591 B1 EP1180591 B1 EP 1180591B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filling
intake manifold
value
rlhfm
rldss
Prior art date
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EP20010119026
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English (en)
French (fr)
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EP1180591A2 (de
EP1180591A3 (de
Inventor
Ernst Wild
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1180591A3 publication Critical patent/EP1180591A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/187—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow using a hot wire flow sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D2041/389—Controlling fuel injection of the high pressure type for injecting directly into the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0402—Engine intake system parameters the parameter being determined by using a model of the engine intake or its components

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, in which air is supplied via an intake pipe at least one combustion chamber and in which a value for the filling of the combustion chamber is determined from the air mass flow in the intake pipe.
  • a control device for motor vehicles with a computing unit for calculating the air mass flowing into a cylinder of the internal combustion engine is known.
  • the computing unit executes an algorithm whose parameters contain partly measured and partly calculated operating parameters of the internal combustion engine. At least one calculated operating parameter is additionally measured.
  • the algorithm is constructed so as to self-correct according to a difference between the value of the calculated and the value of the additionally measured operation parameter.
  • Such a method is also known from the market. To control an internal combustion engine, it is necessary to determine the air mass located in the combustion chamber. On the basis of this located in the combustion chamber air mass, the amount of fuel to be injected, the ignition timing and the engine torque is calculated. In the known method, the air mass flowing through the intake pipe is first measured by means of a hot-wire air mass meter, and from this finally the air mass located in the combustion chamber is calculated.
  • the known method suffers from a problem:
  • the signals corresponding to the air mass flow are very accurate in a stationary operating state of the internal combustion engine, in a transient operating state, that is to say in the case of a dynamic behavior of the internal combustion engine however, such high accuracy is not always available. In the transient operating state, this leads to incorrect definitions of the quantity of fuel to be injected and / or of the ignition time, which increases fuel consumption and worsens the emission behavior of the internal combustion engine.
  • a further disadvantage of the known method appears when it is used on an internal combustion engine with a turbocharger: If a throttle valve present in the intake pipe is closed, a generally existing recirculation valve opens, whereby air flows in the direction of the sensor which detects the air mass flow in the intake pipe. The recirculation valve is used to let back the air supplied by the compressor too much back to a point in front of the compressor. However, the air mass flow thus detected no longer corresponds exactly to the actual air mass flow actually reaching the combustion chamber, so that the correspondingly determined charge value does not correspond to the actual conditions.
  • internal combustion engines are generally installed very many components for optimal control of the filling of the combustion chamber of the internal combustion engine. These components include, for example, throttle valves, Charge moving flaps, adjustable intake and exhaust camshafts, exhaust gas recirculation, etc. Each of these components changes the relationship between the pressure prevailing in the intake manifold of the internal combustion engine and the air charge in the combustion chamber.
  • the present invention therefore has the object of developing a method of the aforementioned type so that very accurate values for the air filling of the combustion chamber can be determined with it on the one hand in the stationary operating state of the internal combustion engine, but on the other hand in a transient, dynamic state of the internal combustion engine.
  • This object is achieved in the method mentioned at the outset by additionally determining a value for the filling of the combustion chamber from the intake manifold pressure, forming the difference between intake pipe pressure filling value and air mass flow charge value and varying at least one factor used in determining both charge values, that the difference between the two filling values becomes approximately zero.
  • the filling value obtained from the pressure in the intake pipe is adapted to the filling value determined more precisely in this case from the air mass flow in the intake pipe, whereas in a transient operating condition of the internal combustion engine the less accurate charge value resulting from the air mass flow is determined in the intake pipe, is adapted to the more accurate in this case filling value, which is determined from the pressure in the intake pipe.
  • a characteristic curve can generally be used. This results in the possibility of the method according to the invention indicated in a further development, a multiplicative factor, thus e.g. a straight line slope, to vary.
  • multiplicative factor in the case of a straight-line equation that is the slope, on the filling values is greater, the higher the pressure in the intake manifold.
  • the multiplicative factor be varied at high intake manifold pressure, preferably at an intake manifold pressure above 500 hPa.
  • an additive factor is varied. In the case of a straight line equation, this would correspond to an offset. Its influence on the calculation of the filling values increases with decreasing intake manifold pressure. Therefore, it is particularly advantageous if the additive factor at low intake manifold pressure, preferably at a Saugrohr horr below 500 hPa, is varied.
  • the signal of a hot wire air mass meter is preferably used. This delivers highly accurate signals, especially in the stationary state.
  • the intake manifold pressure fill value is most easily obtained on the basis of a signal from a pressure sensor, which is preferably located downstream of a throttle valve. This position of the pressure sensor has particular advantages in internal combustion engines with turbocharger.
  • the present invention also relates to a computer program suitable for carrying out the above method when executed on a computer. It is particularly advantageous if the computer program is stored on a memory, in particular on a flash memory.
  • the present invention further relates to a control and / or regulating device for operating an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, in which air is supplied via an intake pipe at least one combustion chamber, with means for determining a value for the filling of the combustion chamber from the air mass flow in the intake pipe ,
  • control and / or regulating device additionally comprises means for determining a value for the filling of the combustion chamber from the pressure in the intake pipe and Means comprising the difference between the intake manifold pressure filling value and the air mass flow filling value and the at least one factor used in determining both fill values vary such that the difference between the two fill values becomes approximately zero.
  • an internal combustion engine carries the reference number 10 as a whole. It comprises a combustion chamber 12, to which air is supplied via an intake pipe 14. The exhaust gases are discharged from the combustion chamber 12 via an exhaust pipe 16.
  • a turbine 18 is arranged, which is mechanically connected to a compressor 20. This is in turn arranged in the intake pipe 14 and compresses the combustion chamber 12 supplied air. Upstream of the compressor 20 branches from the intake manifold 14 from a recirculation line 22, which opens with the interposition of a valve 24 downstream of the compressor 20 back into the intake pipe 14.
  • a throttle valve 26 is arranged, which is moved by a servomotor 28.
  • the valve 24 and the recirculation line serve to air at closed throttle 26 again to leave a spot in front of the compressor 20.
  • Fuel is supplied to the combustion chamber 12 via injectors 30. From an ignition 32, not shown in the figure, spark plugs are fed.
  • the operation of the internal combustion engine 10 is controlled by a control and regulating device 34, which is connected on the output side to the servomotor 28, the injection valves 30 and the ignition 32.
  • the control and regulating device 34 receives signals from a hot-wire air mass meter 36, which is arranged in the intake pipe 14 upstream of the compressor 20.
  • the control and regulating device 34 signals from a servomotor 38 of the throttle valve 26, supplied by a arranged between the throttle valve 26 and the combustion chamber 12 pressure sensor 40 and from a speed sensor 42 which picks up the speed of a crankshaft 44.
  • the internal combustion engine 10 shown in Fig. 1 is operated by a method which is stored in the form of a computer program on a flash memory (not shown) in the control and regulating device 34. The method will now be explained with reference to FIG. 2:
  • a mass air flow mshfm is determined from the signal of the hot-wire air mass meter 36 in a block 48.
  • a conversion factor is calculated from a constant F (block 49) and the engine speed received from the speed sensor 42 is calculated.
  • the air mass flow mshfm divided by the factor umsrln results in block 52 relative to a standard filling relative filling mass rlroh.
  • the difference between the relative filling mass rlroh and the relative air filling rlhfm is calculated.
  • the value for the relative air charge rlhfm corresponds to a fixed start value during the first pass of the method illustrated in FIG. 2, otherwise the relative air charge rlhfm ascertained in a block 56 during a preceding run of the method.
  • the block 56 and the determination of the relative air charge rlhfm will be discussed below.
  • the difference determined in block 54 is processed in block 58 in an integrator and converted into an intake manifold pressure psmod. From this, in turn, the partial pressure of the residual gas present in the combustion chamber pirg (block 60) is withdrawn in block 62, which leads to a suction pipe partial pressure psphfm. This partial pressure is applied in block 56 already mentioned above with a multiplicative factor fupsrl provided in block 64, from which the said relative air charge rlhfm results.
  • the relative air filling rlhfm is thus the filling of the combustion chamber 12 of the internal combustion engine 10, which is determined from the air mass flow mshfm (block 48) in the intake pipe 14.
  • the partial pressure pspdss in the intake pipe 14 is determined in parallel to the method steps described above in block 66, in that the partial pressure pirg of the residual gas in the combustion chamber 12 is subtracted from the intake pipe pressure psdss obtained from the pressure sensor 40.
  • This method step corresponds to the method step performed in block 62, wherein the calculation here is based on the intake manifold pressure psdss determined by the pressure sensor 40, whereas in block 62 it ultimately results from the intake manifold pressure psmod modeled on the basis of the air mass flow mshfm.
  • a relative air charge rldss is calculated by multiplying the intake manifold partial pressure pspdss by the conversion factor fupsrl (block 64).
  • the difference ⁇ hfmdss between the filling value rlhfm obtained from the signal of the hot-wire air mass meter 36 and the filling value rldss obtained from the signal of the pressure sensor 40 is formed. If both sensors 36 and 40 had no tolerances and the sizes pirg (block 60) and fupsrl (block 64) were chosen correctly then the modeled intake manifold pressure psmod would have to be measured with the measured intake manifold pressure psdss and the relative air charge rlhfm based on the hot air mass meter 36 in the combustion chamber 12 with the relative to the pressure sensor 40 based relative air filling rldss match. In this case, therefore, the difference ⁇ hfmdss determined in block 70 would be zero.
  • the accuracy of the signal provided by the hot-wire air mass meter 36 drops.
  • the signal provided by the pressure sensor 40 is not optimal in a stationary operating state of the internal combustion engine 10. In practice, therefore, the two values rlhfm and rldss will differ from each other.
  • this deviation is used to determine a relative air charge rlhfm or rldss which has the dynamic pressure corresponding to the pressure sensor 40 and the steady-state quality corresponding to the hot-wire air mass meter 36. This happens as follows:
  • a decision block 72 queries whether the intake manifold pressure psdss measured by the pressure sensor 40 is greater than a limit value G provided in a read-only memory 74.
  • the limit G is typically in the range of 500 hPa. If the answer in decision block 72 is yes, the conversion factor fupsrl is corrected in an integrator block 76 so that in a subsequent run of the method illustrated in FIG Difference ⁇ hfmdss becomes smaller.
  • the change in the conversion factor fupsrl only at an intake manifold pressure psdss above a limit value G results from the fact that the conversion factor fupsrl is the slope of the characteristic curve from which the relative air charge rlhfm is calculated. The influence of the slope is again relatively small at small intake pipe pressures psdss, whereas its influence is relatively high at high intake pipe pressures psdss.
  • the method illustrated in FIG. 2 is an iterative method.
  • the aim of the iteration is that the difference .DELTA.hfmdss determined in block 70 between the air mass-based relative air charge rlhfm and the suction pipe pressure based relative air filling rldss to zero.
  • the multiplicative factor fupsrl in the integrator block 76 or the additive factor pirg in the integrator block 78 the calculations in blocks 56 and 62 are influenced in the following pass, which in turn influence the calculation in block 54 in the following pass.
  • the method can be checked by artificially delaying the signal of the hot air mass meter 36 and at the same time the signal of the pressure sensor 40 is artificially stationary falsified. After a short settling process, the original quality of the filling signal rlhfm or rldss is restored. This can be determined by measuring in the exhaust gas (lambda).

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei dem Luft über ein Ansaugrohr mindestens einem Brennraum zugeführt wird und bei dem aus dem Luftmassenstrom im Ansaugrohr ein Wert für die Füllung des Brennraumes ermittelt wird.
  • Aus der DE 44 22 184 A1 ist ein Steuergerät für Kraftfahrzeuge mit einer Recheneinheit zur Berechnung der in einen Zylinder der Brennkraftmaschine strömenden Luftmasse bekannt. Dabei führt die Recheneinheit einen Algorithmus aus, dessen Parameter teils gemessene und teils berechnete Betriebsparameter der Brennkraftmaschine enthalten. Mindestens ein berechneter Betriebsparameter wird zusätzlich gemessen. Darüber hinaus ist der Algorithmus derart aufgebaut, dass er sich entsprechend einer Differenz zwischen dem Wert des berechneten und dem Wert des zusätzlich gemessenen Betriebsparameters selbst korrigiert.
  • Ein solches Verfahren ist außerdem vom Markt her bekannt. Zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist es erforderlich, die sich im Brennraum befindliche Luftmasse zu bestimmen. Auf der Basis dieser sich im Brennraum befindlichen Luftmasse wird die Menge der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, der Zündzeitpunkt und das Motormoment berechnet. Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst die durch das Ansaugrohr strömende Luftmasse mittels eines Hitzdraht-Luftmassenmessers gemessen und hieraus schließlich die sich im Brennraum befindliche Luftmasse berechnet.
  • Das bekannte Verfahren leidet jedoch an einem Problem:
    Die dem Luftmassenstrom entsprechenden Signale sind bei einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine sehr genau, bei einem instationären Betriebszustand, also bei einem dynamischen Verhalten der Brennkraftmaschine, ist eine solche hohe Genauigkeit jedoch nicht immer vorhanden. Dies führt in dem instationären Betriebszustand zu fehlerhaften Festlegungen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und/oder des Zündzeitpunkts, was den Kraftstoffverbrauch erhöht und das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine verschlechtert.
  • Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens tritt bei seinem Einsatz an einer Brennkraftmaschine mit Turbolader zutage: Wird eine im Ansaugrohr vorhandene Drosselklappe geschlossen, öffnet ein im Allgemeinen vorhandenes Umluftventil, wodurch Luft in Richtung des Sensors strömt, welcher den Luftmassenstrom im Ansaugrohr erfasst. Das Umluftventil dient dazu, die vom Verdichter zuviel geförderte Luft wieder an eine Stelle vor dem Verdichter zurück zu lassen. Der so erfasste Luftmassenstrom entspricht jedoch nicht mehr exakt dem tatsächlich auch bis zum Brennraum gelangenden Luftmassenstrom, so dass der entsprechend ermittelte Füllungswert nicht den tatsächlichen Verhältnissen entspricht.
  • Abhilfe könnte dadurch geschaffen werden, dass die Füllung des Brennraums aus einem im Ansaugrohr gemessenen Saugrohrdruck ermittelt wird. In diesem Falle würde die Dynamik des Füllungssignals richtig wiedergegeben werden. Allerdings entspricht die stationäre Genauigkeit eines solchen Füllungssignals nicht immer den gestellten Anforderungen. Ferner ist eine solche, auf dem Saugrohrdruck basierende Ermittlung der Füllung des Brennraums bei den heute vermehrt zum Einsatz kommenden Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung nur schwer zu realisieren. Bei solchen "entdrosselten" Brennkraftmaschinen sind im Allgemeinen sehr viele Komponenten zur optimalen Steuerung der Füllung des Brennraums der Brennkraftmaschine verbaut. Zu diesen Komponenten gehören z.B. Drosselklappen, Ladungsbewegungsklappen, verstellbare Einlass- und Auslassnockenwellen, Abgasrückführungen usw.. Jede dieser Komponenten verändert den Zusammenhang zwischen dem im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine herrschenden Druck und der Luftfüllung im Brennraum.
  • Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihm einerseits im stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine, andererseits aber auch in einem instationären, dynamischen Zustand der Brennkraftmaschine sehr genaue Werte für die Luftfüllung des Brennraumes ermittelt werden können.
  • Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass zusätzlich aus dem Saugrohrdruck ein Wert für die Füllung des Brennraumes ermittelt, die Differenz aus Saugrohrdruck-Füllungswert und Luftmassenstrom-Füllungswert gebildet und mindestens ein bei der Ermittlung beider Füllungswerte verwendeter Faktor so variiert wird, dass die Differenz zwischen den beiden Füllungswerten in etwa zu Null wird.
    • Vorteile der Erfindung
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also die Vorteile der Ermittlung der Luftfüllung aus dem Luftmassenstrom im Ansaugrohr und der Ermittlung der Luftfüllung aus dem Druck im Ansaugrohr miteinander kombiniert. Dies ist allerdings nur dann möglich, wenn bei der Ermittlung beider Füllungswerte ein gemeinsamer Faktor verwendet wird. In diesem Fall ist es möglich, in einem integrativen und iterativen Verfahren einen Abgleich der beiden Füllungswerte dahingehend durchzuführen, dass deren Differenz sowohl im stationären als auch im dynamischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine gleich Null wird.
  • Dies bedeutet nichts anderes als dass im stationären Betriebszustand der aus dem Druck im Ansaugrohr gewonnene Füllungswert an den in diesem Fall genaueren, aus dem Luftmassenstrom im Ansaugrohr ermittelten Füllungswert angepasst wird, wohingegen in einem instationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine der weniger genaue Füllungswert, der aus dem Luftmassenstrom im Ansaugohr ermittelt wird, an den in diesem Fall genaueren Füllungswert angepasst wird, der aus dem Druck im Ansaugrohr bestimmt wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ser Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Bei der Ermittlung der Füllungswerte kann im Allgemeinen eine Kennlinie verwendet werden. Hieraus ergibt sich die in einer Weiterbildung angegebene Möglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, einen multiplikativen Faktor, also z.B. eine Geradensteigung, zu variieren.
  • Der Einfluss des multiplikativen Faktors, im Falle einer Geradengleichung also der Steigung, auf die Füllungswerte ist umso größer, je höher der Druck im Saugrohr ist. In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass der multiplikative Faktor bei hohem Saugrohrdruck, vorzugsweise bei einem Saugrohrdruck oberhalb 500 hPa, variiert wird.
  • Alternativ oder zusätzlich zur Variation eines multiplikativen Faktors kann auch vorgesehen sein, dass ein additiver Faktor variiert wird. Im Falle einer Geradengleichung würde dies einem Offset entsprechen. Dessen Einfluss auf die Berechnung der Füllungswerte steigt mit abnehmendem Saugrohrdruck. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn der additive Faktor bei niedrigem Saugrohrdruck, vorzugsweise bei einem Saugrohrdruck unterhalb 500 hPa, variiert wird.
  • Für die Bestimmung des Luftmassenstroms im Ansaugrohr wird vorzugsweise das Signal eines Hitzdraht-Luftmassenmessers verwendet. Dieser liefert vor allem im stationären Zustand hochgenaue Signale.
  • Der Saugrohrdruck-Füllungswert wird am einfachsten auf der Basis eines Signals eines Drucksensors gewonnen, der vorzugsweise stromabwärts einer Drosselklappe angeordnet ist. Diese Position des Drucksensors hat insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Turbolader Vorteile.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei dem Luft über ein Ansaugrohr mindestens einem Brennraum zugeführt wird, mit Mitteln zur Bestimmung eines Werts für die Füllung des Brennraums aus dem Luftmassenstrom im Ansaugrohr.
  • Um die Genauigkeit bei der Ermittlung der Füllung des Brennraumes insbesondere in einem dynamischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zusätzlich Mittel zur Bestimmung eines Werts für die Füllung des Brennraums aus dem Druck im Ansaugrohr aufweist und Mittel umfasst, die die Differenz aus Saugrohrdruck-Füllungswert und Luftmassenstrom-Füllungswert bilden und die mindestens einen bei der Ermittlung beider Füllungswerte verwendeten Faktor so variieren, dass die Differenz zwischen.den beiden Füllungswerten in etwa zu Null wird.
    • Zeichnung
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1:
    ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine; und
    Fig. 2:
    ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von Fig. 1.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In Fig. 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Brennraum 12, dem über ein Ansaugrohr 14 Luft zugeführt wird. Die Abgase werden aus dem Brennraum 12 über eine Abgasleitung 16 abgeleitet.
  • In der Abgasleitung 16 ist eine Turbine 18 angeordnet, die mechanisch mit einem Kompressor 20 verbunden ist. Dieser ist wiederum im Ansaugrohr 14 angeordnet und verdichtet die dem Brennraum 12 zugeführte Luft. Stromaufwärts vom Kompressor 20 zweigt vom Ansaugrohr 14 eine Umluftleitung 22 ab, die unter Zwischenschaltung eines Ventils 24 stromabwärts des Kompressors 20 wieder in das Ansaugrohr 14 mündet.
  • Zwischen Kompressor 20 und Brennraum 12 ist eine Drosselklappe 26 angeordnet, die von einem Stellmotor 28 bewegt wird. Das Ventil 24 und die Umluftleitung dienen dazu, bei geschlossener Drosselklappe 26 Luft wieder an eine Stelle vor dem Kompressor 20 zurück zu lassen. Kraftstoff wird dem Brennraum 12 über Einspritzventile 30 zugeführt. Von einer Zündung 32 werden in der Figur nicht dargestellte Zündkerzen gespeist.
  • Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 34 gesteuert bzw. geregelt, die ausgangsseitig mit dem Stellmotor 28, den Einspritzventilen 30 und der Zündung 32 verbunden ist. Eingangsseitig erhält die Steuer- und Regeleinrichtung 34 Signale von einem Hitzdraht-Luftmassenmesser 36, der in dem Ansaugrohr 14 stromaufwärts des Kompressors 20 angeordnet ist. Ferner werden der Steuer- und Regeleinrichtung 34 Signale von einem Stellmotor 38 der Drosselklappe 26, von einem zwischen Drosselklappe 26 und Brennraum 12 angeordneten Drucksensor 40 und von einem Drehzahlgeber 42 zugeführt, der die Drehzahl einer Kurbelwelle 44 abgreift.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 10 wird nach einem Verfahren betrieben, welches in Form eines Computerprogramms auf einem Flash-Memory (nicht dargestellt) in der Steuer- und Regeleinrichtung 34 abgespeichert ist. Das Verfahren wird nun anhand der Fig. 2 erläutert:
  • Nach einem Startblock 46 wird in einem ersten Zweig des Verfahrens, der in Fig. 2 auf der linken Seite dargestellt ist, in einem Block 48 ein Luftmassenstrom mshfm aus dem Signal des Hitzdraht-Luftmassenmessers 36 ermittelt. Parallel hierzu wird im Block 50 ein Umrechnungsfaktor umsrln aus einer Konstanten F (Block 49) und der vom Drehzahlgeber 42 erhaltenen Motordrehzahl berechnet. Der Luftmassenstrom mshfm dividiert durch den Faktor umsrln ergibt im Block 52 eine auf eine Normfüllung bezogene relative Füllungsmasse rlroh.
  • Anschließend wird im Block 54 die Differenz zwischen der relativen Füllungsmasse rlroh und der relativen Luftfüllung rlhfm berechnet. Der Wert für die relative Luftfüllung rlhfm entspricht dabei beim ersten Durchlauf des in Fig. 2 dargestellten Verfahrens einem festgelegten Startwert, ansonsten der bei einem vorhergehenden Durchlauf des Verfahrens in einem Block 56 ermittelten relativen Luftfüllung rlhfm. Auf den Block 56 und die Ermittlung der relativen Luftfüllung rlhfm wird weiter unten noch eingegangen.
  • Die in dem Block 54 ermittelte Differenz wird im Block 58 in einem Integrator verarbeitet und in einen Saugrohrdruck psmod umgerechnet. Von diesem wird im Block 62 wiederum der Partialdruck des im Brennraum vorhandenen Restgases pirg (Block 60) abgezogen, was zu einem Saugrohr-Partialdruck psphfm führt. Dieser Partialdruck wird im bereits oben erwähnten Block 56 mit einem im Block 64 bereitgestellten multiplikativen Faktor fupsrl beaufschlagt, woraus sich die besagte relative Luftfüllung rlhfm ergibt. Bei der relativen Luftfüllung rlhfm handelt es sich also um die Füllung des Brennraumes 12 der Brennkraftmaschine 10, welche aus dem Luftmassenstrom mshfm (Block 48) im Ansaugrohr 14 ermittelt wird.
  • In dem in Fig. 2 rechten Zweig des Verfahrens wird parallel zu den oben beschriebenen Verfahrensschritten im Block 66 der Partialdruck pspdss im Ansaugrohr 14 dadurch bestimmt, dass von dem vom Drucksensor 40 erhaltenen Saugrohrdruck psdss der Partialdruck pirg des Restgases im Brennraum 12 abgezogen wird. Dieser Verfahrensschritt entspricht dem im Block 62 erfolgten Verfahrensschritt, wobei die Berechnung hier auf dem vom Drucksensor 40 ermittelten Saugrohrdruck psdss basiert, wohingegen sie sich im Block 62 letztlich aus dem auf der Basis des Luftmassenstroms mshfm modellierten Saugrohrdruck psmod ergibt.
  • Parallel zum Block 56 wird im Block 68 eine relative Luftfüllung rldss durch Multiplikation des Saugrohr-Partialdrucks pspdss mit dem Umrechnungsfaktor fupsrl (Block 64) berechnet.
  • Im Block 70 wird nun die Differenz Δhfmdss zwischen dem aus dem Signal des Hitzdraht-Luftmassenmessers 36 gewonnenen Füllungswert rlhfm und dem aus dem Signal des Drucksensors 40 gewonnenen Füllungswert rldss gebildet. Wenn beide Sensoren 36 und 40 keine Toleranzen hätten und die Größen pirg (Block 60) und fupsrl (Block 64) richtig gewählt wären, dann müsste der modellierte Saugrohrdruck psmod mit dem gemessenen Saugrohrdruck psdss und die auf den Hitzdraht-Luftmassenmesser 36 gestützte relative Luftfüllung rlhfm im Brennraum 12 mit der auf den Drucksensor 40 gestützten relativen Luftfüllung rldss übereinstimmen. In diesem Fall wäre also die im Block 70 bestimmte Differenz Δhfmdss gleich Null.
  • Im instationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 sinkt jedoch die Genauigkeit des vom Hitzdraht-Luftmassenmessers 36 bereitgestellten Signals. Andererseits ist das vom Drucksensor 40 zur Verfügung gestellte Signal bei einem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 nicht optimal. In der Praxis werden also die beiden Werte rlhfm und rldss voneinander abweichen.
  • In den hiernach beschriebenen Blöcken wird diese Abweichung dazu verwendet, eine relative Luftfüllung rlhfm bzw. rldss zu ermitteln, welche die dem Drucksensor 40 entsprechende dynamische und die dem Hitzdraht-Luftmassenmesser 36 entsprechende stationäre Güte aufweist. Dies geschieht folgendermaßen:
  • Zunächst wird in einem Entscheidungsblock 72 abgefragt, ob der vom Drucksensor 40 gemessene Saugrohrdruck psdss größer als ein in einem Festwertspeicher 74 bereitgestellter Grenzwert G ist. Der Grenzwert G liegt typischerweise im Bereich von 500 hPa. Lautet die Antwort im Entscheidungsblock 72 "ja", wird in einem Integratorblock 76 der Umrechnungsfaktor fupsrl so korrigiert, dass in einem darauf folgenden Durchlauf des in Fig. 2 dargestellten Verfahrens die im Block 70 ermittelte Differenz Δhfmdss kleiner wird. Die Veränderung des Umrechnungsfaktors fupsrl nur bei einem oberhalb eines Grenzwerts G liegenden Saugrohrdruck psdss ergibt sich daraus, dass es sich bei dem Umrechnungsfaktor fupsrl um die Steigung der Kennlinie handelt, aus der die relative Luftfüllung rlhfm berechnet wird. Der Einfluss der Steigung ist wiederum bei kleinen Saugrohrdrücken psdss relativ gering, wohingegen ihr Einfluss bei großen Saugrohrdrücken psdss relativ groß ist.
  • Der Einfluss des im Brennraum 12 noch vorhandenen Restgases (Partialdruck pirg) entspricht in der besagten Gleichung einem konstanten Offset, dessen Einfluss wiederum bei kleinen Saugrohrdrücken psdss überwiegt, wohingegen der entsprechende Einfluss bei großen Saugrohrdrücken psdss geringer ist. Daher wird bei einem Saugrohrdruck psdss, welcher kleiner als der Grenzwert G ist, in einem Integratorblock 78 der Wert pirg so variiert, dass die Differenz Δhfmdss im Block 70 in einem anschließenden Durchlauf des in Fig. 2 dargestellten Verfahrens kleiner wird. Von den Blöcken 76 und 78 erfolgt ein Rücksprung zum Startblock 46.
  • Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es sich bei dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren um ein iteratives Verfahren handelt. Ziel der Iteration ist es, dass die im Block 70 ermittelte Differenz Δhfmdss zwischen der luftmassenbasierten relativen Luftfüllung rlhfm und der saugrohrdruckbasierten relativen Luftfüllung rldss zu Null wird. Durch die Variation des multiplikativen Faktors fupsrl im Integratorblock 76 bzw. des additiven Faktors pirg im Integratorblock 78 werden im darauf folgenden Durchlauf die Berechnungen in den Blöcken 56 und 62 beeinflusst, welche wiederum im darauf folgenden Durchgang die Berechnung im Block 54 beeinflussen. Versuche haben gezeigt, dass das Verfahren äußerst stabil durchgeführt werden kann und in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 10, also sowohl im dynamischen instationären als auch im stationären Betriebsbereich, nach kurzem Einschwingen ein optimaler Wert für die relative Füllung rlhfm bzw. rldss zur Verfügung steht. Ein solcher optimaler Füllungswert besitzt die dynamischen Qualitäten des Drucksensors 40 und die stationäre Güte des Hitzdraht-Luftmassenmessers 36.
  • Das Verfahren kann dadurch überprüft werden, indem das Signal des Hitzdraht-Luftmassenmessers 36 künstlich verzögert und gleichzeitig das Signal des Drucksensors 40 künstlich stationär verfälscht wird. Nach kurzem Einschwingen wird bei funktionierendem Verfahren die ursprüngliche Güte des Füllungssignals rlhfm bzw. rldss wiederhergestellt. Dies kann durch Messung im Abgas (lambda) festgestellt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei dem Luft über ein Ansaugrohr (14) mindestens einem Brennraum (12) zugeführt wird, und bei dem aus dem Luftmassenstrom (mshfm) im Ansaugrohr (14) ein Wert (rlhfm) für die Füllung des Brennraumes (12) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich aus dem Saugrohrdruck (psdss) ein Wert (rldss) für die Füllung des Brennraumes (12) ermittelt, die Differenz (Δhfmdss) aus Saugrohrdruck-Füllungswert (rldss) und Luftmassenstrom-Füllungswert (rlhfm) gebildet und mindestens ein bei der Ermittlung beider Füllungswerte (rldss, rlhfm) verwendeter Faktor (pirg, fupsrl) so variiert wird, dass die Differenz (Δhfmdss) zwischen den beiden Füllungswerten (rldss, rlhfm) in etwa zu Null wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein multiplikativer Faktor (fupsrl) variiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der multiplikative Faktor (fupsrl) bei hohem Saugrohrdruck (psdss), vorzugsweise bei einem Saugrohrdruck (psdss) oberhalb 500 hPa, variiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein additiver Faktor (pirg) variiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der additive Faktor (pirg) bei niedrigem Saugrohrdruck (psdss), vorzugsweise bei einem Saugrohrdruck (psdss) unterhalb 500 hPa, variiert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom-Füllungswert (rlhfm) auf der Basis eines Signals eines Hitzdraht-Luftmassenmessers (36) gewonnen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugrohrdruck-Füllungswert (rldss) auf der Basis eines Signals eines Drucksensors (40) gewonnen wird, der vorzugsweise stomabwärts einer Drossellappe (26) angeordnet ist.
  8. Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
  9. Computerprogramm-Produkt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
  10. Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei der Luft über ein Ansaugrohr (14) mindestens einem Brennraum (12) zugeführt wird, mit Mitteln zur Bestimmung eines Werts (rlhfm) für die Füllung des Brennraumes (12) aus dem Luftmassenstrom (mshfm) im Ansaugrohr (14), dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich Mittel zur Bestimmung eines Werts (rldss) für die Füllung des Brennraumes (12) aus dem Druck (psdss) im Ansaugrohr (14) aufweist, und Mittel umfasst, die die Differenz (Δhfmdss) aus Saugrohrdruck-Füllungswert (rldss) und Luftmassenstrom-Füllungswert (rlhfm) bilden und die mindestens einen bei der Ermittlung beider Füllungswerte (rldss, rlhfm) verwendeten Faktor (fupsrl, pirg) so variieren, dass die Differenz (Δhfmdss) zwischen den beiden Füllungswerten (rldss, rlhfm) in etwa zu Null wird.
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