WO2009087008A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Matthias Delp
Jürgen DINGL
Bernhard Niebler
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an internal combustion engine with a suction pipe and a throttle valve arranged therein.
  • the invention relates to a method for controlling a spark-ignited internal combustion engine.
  • Internal combustion engines of the type mentioned above are used in particular as a vehicle drive. In addition, the use is also in small aircraft and boats into consideration.
  • an electrohydraulic valve lift switching can be realized by operating a locking element in a shift paddle or a rocker arm by means of oil pressure against a spring and thus, according to the activation or deactivation state, switches between two different valve lift curves.
  • a solenoid valve is located in the oil circuit (3- / 2-way valve) energized, which then opens. The oil pressure builds up and the locking element moves against the spring until the locking process is completed. If the solenoid valve is closed again, the oil pressure breaks down via a leakage line and the locking element slides, activated by the spring force, back to its original position.
  • valve lift can be reduced to provide the cylinder with a smaller air mass.
  • the throttle valve arranged in the intake pipe can be opened further with the same torque output, so as to reduce throttling losses.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device with which the switching operation and thus the operation is shortened in operating states with poor efficiency.
  • the object is achieved by a method for controlling an internal combustion engine with a suction pipe and a throttle valve disposed therein, wherein the pressure in the intake manifold is controlled by changing the opening angle of the throttle and is adapted to the setpoint of the pressure when changing the valve lift of the internal combustion engine.
  • an apparatus for controlling an internal combustion engine which is provided a means for controlling the intake manifold pressure, with which the opening angle of the throttle valve can be influenced as a control variable, further comprising means for changing the valve tilhubes of the engine is provided and a device for adjusting the desired value of the pressure at the valve lift.
  • Detection of the controlled variable was previously used an air mass meter. Accordingly, the inventive method for determining the controlled variable uses a pressure sensor.
  • a pressure sensor is a more robust and less sensitive component than a commonly used hot wire anemometer as an air mass meter.
  • An air mass meter may additionally be provided in order to increase the accuracy of the control by redundant measurement and / or to enable self-calibration of the system.
  • the relationship between intake manifold pressure and intake air mass is referred to as a swallow curve. If the internal combustion engine has a two-stage or multi-stage valve lift circuit, the internal combustion engine has its own intake curve for each possible valve lift. If a target value of the engine torque can be displayed with a plurality of different valve strokes, these operating points can preferably be used for moment-neutral switching of the valve lift. In order not to change the intake air mass, a new desired value of the pressure is then output by the engine control unit and adjusted by regulating the throttle valve. Compared to the regulation of the inflowing air mass according to the prior art, the inventively proposed regulation of the intake manifold pressure has the advantage that also loss torques and the engine's slip curve are taken into account.
  • the desired value of the pressure from the desired value of the air mass and the Swallowing curve determined.
  • the setpoint of the air mass is determined as before with the aid of the torque setpoint. To determine these values, calculations can be carried out in the control unit. Alternatively, the values can be read from a numeric map matrix or determined by means of a neural network. Occasionally, combinations of these embodiments are possible.
  • the desired value of the pressure in the intake manifold is in a
  • a parallel determination of the desired pressure values in the context of this invention can be understood as meaning either a simultaneous determination by means of a plurality of processors or a plurality of processor cores.
  • parallel in the sense of the invention also means that two values are determined sequentially in a timely manner with only one microprocessor and, if appropriate, stored in an intermediate memory.
  • the controller has both the setpoint value currently set and the setpoint value to be set in the case of a stroke changeover. As a result, the reaction time of the control unit is increased as desired in a Hubumscnies.
  • the calculation of at least two values can be limited to a short period of time before a planned switching of the valve lift up to a predefinable time after the switching of the valve lift.
  • the calculation of a time span may be about 400 ms before a scheduled time Switching of the valve lift to be limited to a time of about 200 ms after the successful switching of the valve lift.
  • the computing capacity for calculating two pressure values is needed only during the switching process for a period of about H second.
  • a resource-saving determination of only one value takes place.
  • the indicated times are maximum times.
  • the person skilled in the art is free to further reduce or extend the period of time during which two pressure values are determined. For example, even during or immediately after the switching of the valve lift, the determination of the pressure value no longer required can be set.
  • the intake manifold pressure is adjusted before valve lift switching takes place.
  • the dead time of the control loop is taken into account, which results from the volume of the intake manifold between the throttle valve and the intake valve and the displacement of the engine. Typically, this volume is about 5 to about 15 1.
  • the delay between adaptation of the desired value of the pressure and the valve lift switching will be determined by the person skilled in the art after the dead time of the system.
  • the expert will take into account the intake line of the engine and the volume of the intake manifold.
  • the skilled person will especially consider a delay of about 50 ms to about 400 ms.
  • the throttle valve is moved from a first position with a first throttle angle to a second position with a second throttle angle, with a third position being approached therebetween for a predeterminable period of time which has a third throttle angle which is outside the interval formed by the first and second throttle angles.
  • the adaptation can be accelerated by not setting the throttle directly to its new end position. Rather, the throttle is initially overridden and then adjusted to its new end position. If, for example, the intake manifold pressure is to be increased for switching to a different valve lift, the throttle valve can be opened completely or almost completely from its first position in order to flood the intake manifold as quickly as possible to a predefinable difference from the target pressure. Then the throttle valve is set to its new final value and the valve lift is switched over. By switching then results in a further pressure increase up to the target pressure. This position is then maintained by a controller, such as a PI, PD or PID controller.
  • a controller such as a PI, PD or PID controller.
  • the throttle valve can first be closed completely or almost completely in order to lower the pressure quickly. Upon reaching a predetermined difference from the target pressure, the control of the throttle valve is reactivated so that it adjusts to its second position at which the new intake manifold pressure is applied.
  • the third position of the throttle valve which serves to quickly reach a new setpoint, can either be abandoned when the intake manifold pressure has reached a predefinable difference to the target pressure and / or when a predetermined period has expired.
  • This time span can be about 7.5 ms to about 75 ms. In the case of a four-cylinder internal combustion engine, this corresponds to about one power stroke to about ten power strokes at full load.
  • the throttle position can be specified both by the switching and / or in stationary operation by means of a pilot control device. In some cases remaining deviations can be corrected with a control device. It is up to the skilled person to actively regulate the switching process or provide the control only in steady-state operation and to control the switching process only by the pilot control.
  • Figure 1 shows the intake manifold pressure and the throttle position against time in the case of a valve lift switching according to the prior art.
  • FIG. 2 shows the intake manifold pressure and the throttle valve position against time in the case of a valve lift changeover according to the invention with an increase in the intake manifold pressure.
  • FIG. 3 shows the intake manifold pressure and the throttle valve position against time in the case of a valve lift changeover according to the invention with reduction of the intake manifold pressure.
  • Figure 1 shows the intake manifold pressure as a solid line and the throttle position (dashed) against time. At time to the internal combustion engine is operated with a small valve lift. The intake air mass is controlled by the throttle position to a target value, which is determined by the engine control unit and monitored by means of an air mass meter. Since the air mass sucked in by the engine is relatively small with a small valve lift, a comparatively large intake manifold pressure sets in.
  • the valve lift is switched to a larger value. This is typically done when using one corresponding driver request a larger torque is requested.
  • the throttle position is changed to provide a larger air mass.
  • the simultaneous switching of throttle valve and valve lift leads to an increase in the intake manifold pressure.
  • the operation of the internal combustion engine with a large valve lift at the same time increasing the intake manifold pressure leads to a torque surplus, which is perceived as unround engine or in extreme cases as a jerk.
  • the torque is reduced immediately after the switchover by an intervention in the ignition angle and / or the injection in order to provide a moment-neutral changeover.
  • the internal combustion engine shows a poor efficiency and, as a result, a high fuel consumption. With simultaneous intervention in the injection system high nitrogen oxide emissions can occur.
  • Figure 2 shows the situation when switching the valve lift by the method according to the invention.
  • Figure 2 shows the intake manifold pressure and the throttle position against time.
  • a first valve lift For example, this may be a large valve lift.
  • the throttle is in a first position in which the throttle is relatively closed to provide a low manifold pressure.
  • the throttle position is controlled in the process control of Figure 2 so that adjusts a predetermined intake manifold pressure.
  • the setpoint of the intake manifold pressure is chosen so that the desired air mass is sucked.
  • the low intake manifold pressure and the large valve opening results in a partial load operation with comparatively low intake air mass.
  • the valve lift should be reduced and the throttle valve should be opened further.
  • the throttle valve is transferred to an open position. This can be a complete or almost complete opening of the throttle.
  • ambient air flows very quickly into the intake manifold and leads to a rapid increase in intake manifold pressure.
  • a possible increase in the torque due to the increased intake manifold pressure is compensated in this case by means of ignition intervention.
  • Intake manifold pressure has reached a predetermined difference to the target pressure, the valve lift is switched from the initial value to the target value at the time tu. Since a different sip characteristic now applies with lower air flow, the intake manifold pressure continues to rise. At time t 2 , the throttle valve is moved to its predicted by the precontrol end position and in turn regulated so that the desired intake manifold pressure is established.
  • FIG. 3 shows the method according to the invention when switching from a high intake manifold pressure to a low intake manifold pressure. This may be necessary, for example, when switching from a low valve lift to a large valve lift.
  • the switchover to large valve lift begins by first closing the throttle.
  • the throttle valve is moved to a position which is closed further than the predicted setpoint value after the valve lift switchover.
  • the throttle valve can be completely closed.
  • the switching time t u of the valve lift may in any case be before or after the time t 2 .
  • the principles explained in the exemplary embodiments with reference to a two-stage valve lift switchover can be easily transferred to multi-stage or continuous valve lift switchover circuits.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr und einer darin angeordneten Drosselklappe, wobei der Druck im Saugrohr durch Änderung des Öffnungswinkels der Drosselklappe geregelt wird und bei Änderung des Ventilhubes der Brennkraftmaschine der Sollwert des Druckes angepasst wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, welche eine Einrichtung zur Regelung des Saugrohrdruckes vorgesehen ist, mit welcher der Öffnungswinkel der Drosselklappe als Steuergröße beeinflussbar ist, wobei weiterhin eine Einrichtung zur Änderung des Ventilhubes der Brennkraftmaschine vorgesehen ist und eine Einrichtung zur Anpassung des Sollwertes des Druckes an den Ventilhub.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr und einer darin angeordneten Drosselklappe. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine. Brennkraftmaschinen der Eingangs genannten Art werden insbesondere als Fahrzeugantrieb verwendet. Daneben kommt die Verwendung auch in Kleinflugzeugen und Booten in Betracht .
Aus der DE 102004 038 338 B3 ist bekannt, die dem Motor zugeführte Luftmasse durch einen Luftmassenmesser, beispielsweise ein Hitzdrahtanemometer, zu bestimmen. Die dem Motor zugeführte Luftmasse kann dann durch eine Drosselklappe und/oder durch Veränderung der Ventilöffnungszeiten und/oder des Ventilhubes geregelt werden. Bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlung wird üblicherweise angestrebt, das
Kraftstoff/Luftverhältnis λ auf das stöchiometrische Verhältnis einzustellen (λ = 1) . Somit ist durch eine vorgegebene Luftmasse auch die einzuspritzende Kraftstoffmenge und damit der Energieumsatz pro Arbeitstakt festgelegt. Der Sollwert der Luftmasse kann daher durch ein Motorsteuergerät unmittelbar aus dem Sollwert des Drehmomentes bestimmt werden.
Weiterhin ist aus Beer, M. et. al . MTZ Motortechnische Zeitschrift, 61 (2000) 11, S. 730 bekannt, eine Brennkraftmaschine an unterschiedliche Betriebszustände anzupassen, indem eine zwei- oder mehrstufige Ventilhubumschaltung vorgesehen wird. Beispielsweise kann eine elektrohydraulische Ventilhubumschaltung realisiert werden, indem ein Verriegelungselement in einem Schalttassenstößel oder einem Schaltschlepphebel mittels Öldruck gegen eine Feder betätigt wird und so, entsprechend dem Aktivierungs- bzw. Deaktivierungszustand, zwischen zwei verschiedenen Ventilerhebungskurven schaltet. Zur Umschaltung wird ein im Ölkreislauf befindliches Elektromagnetventil (3-/2-Wegeventil) bestromt, das daraufhin öffnet. Der Öldruck baut sich auf und das Verriegelungselement bewegt sich gegen die Feder, bis der Verriegelungsvorgang vollzogen ist. Wird das Magnetventil wieder geschlossen, baut sich der Öldruck über eine Leckageleitung ab und das Verriegelungselement gleitet, aktiviert durch die Federkraft, in seine Ausgangsposition zurück.
Dadurch kann im Volllastbereich mit großem Ventilhub eine große Luftmenge zugeführt werden, welche zur Abgabe eines hohen Drehmomentes erforderlich ist. Im Teillastbetrieb kann der Ventilhub verringert werden, um dem Zylinder eine kleinere Luftmasse zuzuführen. Durch Verringerung des Öffnungshubes der Einlassventile kann bei gleicher Drehmomentabgabe die im Saugrohr angeordnete Drosselklappe weiter geöffnet werden, um so Drosselverluste zu verringern.
Bei der Umschaltung von einem Ventilhub auf einen anderen Ventilhub müssen Maßnahmen ergriffen werden, um das abgegebene Drehmoment vor und nach dem Schaltvorgang konstant zu halten. Andernfalls würde der Schaltvorgang vom Benutzer unangenehm wahrgenommen werden. Hierzu wird ein Zündwinkeleingriff verwendet, um das abgegebene Motordrehmoment zu verringern. Daran anschließend kann die angesaugte Luftmasse über die Drosselklappe angepasst werden. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass der Motor während der Umschaltung für einige
Arbeitstakte nicht im verbrauchsoptimierten Betriebszustand betrieben wird.
Aus der DE 10 2004 061 143 Al ist bekannt, den bei der Ven- tilhubumschaltung auftretenden Drehmomentsprung vor und nach dem Schaltvorgang dadurch zu minimieren, dass zunächst ein Stellsignal auf die Drosselklappe ausgegeben wird und die Ventilhubumschaltung zu einem späteren Zeitpunkt ausgelöst wird, welcher aus der Totzeit und der Laufzeit des Füllungseingriffs sowie der Umschaltdauer der Stellglieder für die Ventilhubumschaltung ermittelt wird. Aus der 102004 061 142 Al ist bekannt, bereits vor der Umschaltung des Ventilhubes die Drosselklappenstellung gemäß einer abfallenden Rampenfunktion zu beeinflussen. Das aufgrund der geänderten Drosselklappenstellung ansteigende bzw. abfallende Drehmoment wird durch Änderung der eingespritzten Kraft- stoffmenge kompensiert. An einem Betriebspunkt, an welchem eine Kompensation des Drehmomentverlaufes durch Variation der zugeführten Kraftstoffmenge nicht mehr möglich ist, erfolgt die Ventilhubumschaltung. Nach der Ventilhubumschaltung verblei- bende Drehmomentdifferenzen werden durch einen Zündwinkeleingriff korrigiert.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welchem der Umschaltvorgang und damit der Betrieb in Betriebszuständen mit schlechtem Wirkungsgrad verkürzt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr und einer darin angeordneten Drosselklappe, wobei der Druck im Saugrohr durch Änderung des Öffnungswinkels der Drosselklappe geregelt wird und bei Änderung des Ventilhubes der Brennkraftmaschine der Sollwert des Druckes angepasst wird.
Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe in einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, welche eine Einrichtung zur Regelung des Saugrohrdruckes vorgesehen ist, mit welcher der Öffnungswinkel der Drosselklappe als Steuergröße beeinflussbar ist, wobei weiterhin eine Einrichtung zur Änderung des Ven- tilhubes der Brennkraftmaschine vorgesehen ist und eine Einrichtung zur Anpassung des Sollwertes des Druckes an den Ventilhub .
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, statt der angesaugten Luftmasse, den im Saugrohr anliegenden Druck zu regeln. Zur
Erfassung der Regelgröße wurde dabei bisher ein Luftmassenmesser verwendet. Dementsprechend verwendet das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Regelgröße einen Drucksensor. Vorteilhafter Weise ist ein Drucksensor ein robusteres und gegen Verschmutzung unempfindlicheres Bauteil als ein üblicherweise verwendetes Hitzdrahtanemometer als Luftmassenmesser. Über den Druck im Saugrohr der Brennkraftmaschine, den Ventilöffnungshub und die Ventilöffnungszeit ist jedoch die angesaugte Luftmasse und damit die einzuspritzende Kraftstoffmenge und das abgegebene Drehmoment ebenso bestimmbar. Ein Luftmassenmesser kann zusätzlich vorgesehen werden, um durch redundante Messung die Genauigkeit der Regelung zu erhöhen und/oder eine Selbstka- librierung des Systems zu ermöglichen.
Der Zusammenhang zwischen Saugrohrdruck und angesaugter Luftmasse wird als Schluckkurve bezeichnet. Sofern die Brennkraftmaschine eine zwei- oder mehrstufige Ventilhubum- Schaltung aufweist, weist die Brennkraftmaschine für jeden möglichen Ventilhub eine eigene Schluckkurve auf. Sofern ein Sollwert des Motordrehmomentes mit mehreren unterschiedlichen Ventilhüben darstellbar ist, können diese Betriebspunkte bevorzugt zur momentenneutralen Umschaltung des Ventilhubes verwendet werden. Um die angesaugte Luftmasse nicht zu verändern, wird dann durch das Motorsteuergerät ein neuer Sollwert des Druckes ausgegeben und durch Regelung der Drosselklappe eingestellt. Gegenüber der Regelung der einströmenden Luftmasse gemäß dem Stand der Technik hat die erfindungsgemäß vorge- schlagene Regelung des Saugrohrdruckes den Vorteil, dass auch Verlustmomente und die Schluckkurve des Motors mitberücksichtigt werden. Dadurch wird vermieden, dass für eine bevorstehende Ventilhubumschaltung beispielsweise der Aufbau von Saugrohrdruck angefordert wird, obwohl aufgrund unterschiedlichen Verlustmomentes des Motors in beiden Ventilhüben Druck abgebaut werden müsste. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit vermieden, dass dem Motor ein überhöhter Luftmassenstrom zugeführt wird, welcher nur durch einen Eingriff in die Gemischbildung und/oder den Zündwinkel mit erhöhten Abgas- und Verbrauchswerten kompensiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Sollwert des Druckes aus dem Sollwert der Luftmasse und der Schluckkurve bestimmt. Der Sollwert der Luftmasse wird dabei wie bisher mit Hilfe des Drehmoment-Sollwertes ermittelt. Zur Ermittlung dieser Werte können im Steuergerät Berechnungen durchgeführt werden. Alternativ können die Werte aus einer numerischen Kennfeldmatrix ausgelesen oder mittels eines neuronalen Netzes bestimmt werden. Fallweise sind auch Kombinationen dieser Ausführungsformen möglich.
Sofern die Brennkraftmaschine eine Ventilhubumschaltung auf- weist, wird der Sollwert des Druckes im Saugrohr in einer
Weiterbildung der Erfindung für eine Mehrzahl unterschiedlicher Einstellungen des Ventilhubes parallel bestimmt. Unter einer parallelen Bestimmung der Druck-Sollwerte im Sinne dieser Erfindung kann entweder eine zeitgleiche Bestimmung mittels mehrere Prozessoren oder mehrerer Prozessorkerne verstanden werden. Parallel im Sinne der Erfindung bedeutet jedoch auch, dass zwei Werte mit nur einem Mikroprozessor zeitnah sequentiell bestimmt und gegebenenfalls in einem Zwischenspeicher abgelegt werden. Durch die parallele Bestimmung der Druckwerte stehen dem Steuergerät sowohl der aktuell eingestellte Sollwert als auch der im Falle einer Hubumschaltung einzustellende Sollwert zur Verfügung. Dadurch wird die Reaktionszeit des Steuergerätes bei einer Hubumschaltung wunschgemäß erhöht.
Zur Einsparung von Ressourcen im Steuergerät, also insbesondere Speicherplatz und Rechenzeit, kann die Bestimmung einer Mehrzahl unterschiedlicher Druck-Sollwerte für eine Mehrzahl unterschiedlicher Ventilhübe beschränkt werden. Beispielsweise kann bei einer vielstufigen oder kontinuierlichen Ventilhubum- Schaltung die Berechnung auf den aktuellen und den für die nächste Umschaltung vorgesehenen Ventilhub beschränkt werden.
Zur weiteren Einsparung von Rechenkapazität und Speicherplatz kann weiterhin die Berechnung von mindestens zwei Werten auf eine kurze Zeitspanne vor einer geplanten Umschaltung des Ventilhubes bis zu einer vorgebbaren Zeit nach der erfolgten Umschaltung des Ventilhubes beschränkt werden. Beispielsweise kann die Berechnung von einer Zeitspanne etwa 400 ms vor einer geplanten Umschaltung des Ventilhubes bis zu einer Zeit von etwa 200 ms nach der erfolgten Umschaltung des Ventilhubes beschränkt werden. Somit wird die Rechenkapazität zur Berechnung zweier Druckwerte nur noch während des Umschaltprozesses für eine Zeitspanne von etwa H Sekunde benötigt . In den übrigen Betriebszuständen erfolgt eine resourcenschonende Ermittlung von nur einem Wert. Bei den angegebenen Zeiten handelt es sich um Höchstzeiten. Selbstverständlich ist dem Fachmann freigestellt, die Zeitspanne, während derer zwei Druckwerte bestimmt werden, noch weiter zu verkürzen oder zu verlängern. Beispielsweise kann auch schon während oder unmittelbar nach der Umschaltung des Ventilhubes die Bestimmung des nicht mehr benötigten Druckwertes eingestellt werden .
Um korrigierende Eingriffe in Zündwinkel und Einspritzmenge auf ein Minimum zu beschränken, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Saugrohrdruck angepasst, bevor eine Ventilhubumschaltung erfolgt. Dadurch wird die Totzeit des Regelkreises berücksichtigt, welche sich aus dem Volumen des Saugrohres zwischen der Drosselklappe und dem Einlassventil und dem Hubraum des Motors ergibt. Typischerweise beträgt dieses Volumen etwa 5 1 bis etwa 15 1. Sofern für eine momentenneutrale Umschaltung des Ventilhubes von einem ersten Ventilhub auf einen zweiten Ventilhub der Saugrohrdruck verringert werden muss, kann aufgrund der Totzeit des Systems der neue, verringerte Sollwert bereits vor der Ventilhubumschaltung dem Betriebsregler zugeführt werden. Dadurch wird bereits bei Beginn der Umschaltung mit einem verringerten Saugrohrdruck angesaugt und somit die Zeit eines momentenreduzierenden Eingriffs verkürzt. Dadurch wird die Laufruhe verbessert und Kraftstoff eingespart.
Die Verzögerung zwischen Anpassung des Sollwertes des Druckes und der Ventilhubumschaltung wird der Fachmann nach der Totzeit des Systems bestimmen. Insbesondere wird der Fachmann dabei die Schlucklinie des Motors und das Volumen des Saugrohres berücksichtigen. Dabei wird der Fachmann insbesondere eine Verzögerung von etwa 50 ms bis etwa 400 ms in Betracht ziehen. Um die Anpassung des Saugrohrdruckes in noch kürzerer Zeit vorzunehmen, wird in einer bevorzugten Ausführungsform zur Anpassung des Druckes die Drosselklappe aus einer ersten Stellung mit einem ersten Drosselklappenwinkel in eine zweite Stellung mit einem zweiten Drosselklappenwinkel gebracht, wobei dazwischen für eine vorgebbare Zeitspanne eine dritte Stellung angefahren wird, welche einen dritten Drosselklappenwinkel aufweist, welcher außerhalb des Intervalls liegt, welches durch den ersten und zweiten Drosselklappenwinkel gebildet wird. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Anpassung dadurch beschleunigt werden kann, dass die Drosselklappe nicht unmittelbar auf ihre neue Endposition eingestellt wird. Vielmehr wird die Drosselklappe zunächst übersteuert und dann auf ihre neue Endposition eingestellt. Wenn beispielsweise für die Umschaltung auf einen anderen Ventilhub der Saugrohrdruck erhöht werden soll, kann die Drosselklappe ausgehend von ihrer ersten Stellung vollständig oder nahezu vollständig geöffnet werden, um das Saugrohr schnellstmöglich bis zu einer vorgebbaren Differenz zum Solldruck zu fluten. Sodann wird die Drosselklappe auf ihren neuen Endwert eingestellt und der Ventilhub umgeschaltet. Durch die Umschaltung ergibt sich dann eine weitere Druckzunahme bis zum Solldruck. Diese Stellung wird dann durch eine Regelung, beispielsweise einen PI-, PD- oder PID-Regler aufrechterhalten. In gleicher Weise kann zum Abbau eines Saugrohrdruckes die Drosselklappe zunächst vollständig oder nahezu vollständig geschlossen werden, um den Druck zügig abzusenken. Bei Erreichen einer vorgebbaren Differenz zum Solldruck wird die Regelung der Drosselklappe wieder aktiviert, sodass diese sich auf ihre zweite Stellung einstellt, bei welcher der neue Saugrohrdruck anliegt.
Die dritte Stellung der Drosselklappe, welche dem schnellen Erreichen eines neuen Sollwertes dient, kann entweder aufgegeben werden, wenn der Saugrohrdruck eine vorgebbare Differenz zum Solldruck erreicht hat und/oder wenn eine vorgebbare Zeitspanne abgelaufen ist. Diese Zeitspanne kann etwa 7,5 ms bis etwa 75 ms betragen. Im Falle einer Vierzylinderbrennkraftmaschine entspricht dies etwa einem Arbeitstakt bis etwa zehn Arbeitstakten bei Volllast. Die Drosselklappenstellung kann sowohl bei der Umschaltung und/oder im stationären Betrieb mittels einer Vorsteuereinrichtung vorgegeben werden. Fallweise können dann verbleibende Abweichungen noch mit einer Regelvorrichtung korrigiert werden. Dabei ist es dem Fachmann freigestellt, auch den Umschaltvorgang aktiv zu regeln oder aber die Regelung nur im stationären Betrieb vorzusehen und den Umschaltvorgang lediglich durch die Vorsteuerung zu kontrollieren.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert werden .
Figur 1 zeigt den Saugrohrdruck und die Drosselklappenstellung gegen die Zeit im Falle einer Ventilhubumschaltung gemäß dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt den Saugrohrdruck und die Drosselklappenstellung gegen die Zeit im Falle einer erfindungsgemäßen Ven- tilhubumschaltung mit Erhöhung des Saugrohrdruckes.
Figur 3 zeigt den Saugrohrdruck und die Drosselklappenstellung gegen die Zeit im Falle einer erfindungsgemäßen Ventilhubumschaltung mit Verringerung des Saugrohrdru- ckes.
Figur 1 zeigt den Saugrohrdruck als durchgezogene Linie und die Drosselklappenstellung (strichliert) gegen die Zeit. Zum Zeitpunkt to wird die Brennkraftmaschine mit kleinem Ventilhub betrieben. Die angesaugte Luftmasse wird mittels der Drosselklappenstellung auf einen Sollwert geregelt, welcher vom Motorsteuergerät bestimmt und mittels eines Luftmassenmessers überwacht wird. Da die vom Motor angesaugte Luftmasse bei kleinem Ventilhub relativ gering ist, stellt sich ein vergleichsweise großer Saugrohrdruck ein.
Zum Zeitpunkt tu wird der Ventilhub auf einen größeren Wert umgeschaltet. Dies erfolgt typischerweise dann, wenn über einen entsprechenden Fahrerwunsch ein größeres Drehmoment abgefordert wird. Somit wird auch die Drosselklappenstellung verändert, um eine größere Luftmasse bereit zu stellen. Die gleichzeitige Umschaltung von Drosselklappe und Ventilhub führt zu einem Anstieg des Saugrohrdruckes. Der Betrieb der Brennkraftmaschine mit großem Ventilhub bei gleichzeitig ansteigendem Saugrohrdruck führt zu einem Drehmomentüberschuss, welcher als unrunder Motorlauf oder im Extremfall als Ruck wahrnehmbar ist. Um eine solche Drehmomentspitze zu vermeiden, wird das Drehmoment unmittelbar nach der Umschaltung durch einen Eingriff in den Zündwinkel und/oder die Einspritzung reduziert, um eine mo- mentenneutrale Umstellung bereitzustellen. Während des Zeitraumes des Zündwinkeleingriffs zeigt die Brennkraftmaschine einen schlechten Wirkungsgrad und daraus resultierend einen hohen Kraftstoffverbrauch. Bei gleichzeitigem Eingriff in das Einspritzsystem können hohe Stickoxidemissionen hinzutreten.
Erst zum Zeitpunkt ti hat sich der Saugrohrdruck an den neuen Sollwert angepasst. Ab diesem Zeitpunkt entspricht der Ist-Wert der Luftmasse dem Soll-Wert der Luftmasse. Die Brennkraftmaschine arbeitet nun mit hohem Ventilhub.
Figur 2 zeigt die Situation bei Umschaltung des Ventilhubes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Auch Figur 2 zeigt den Saugrohrdruck und die Drosselklappenstellung gegen die Zeit. Zum Zeitpunkt to wird die Brennkraftmaschine mit einem ersten Ventilhub betrieben. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen großen Ventilhub handeln. Die Drosselklappe befindet sich in einer ersten Stellung, in welcher die Drosselklappe relativ geschlossen ist um einen niedrigen Saugrohrdruck bereitzustellen. Die Drosselklappenstellung wird bei der Verfahrensführung nach Figur 2 so geregelt, dass sich ein vorgebbarer Saugrohrdruck einstellt. Der Sollwert des Saugrohrdruckes wird dabei so gewählt, dass die gewünschte Luftmasse angesaugt wird. Aus dem niedrigen Saugrohrdruck und der großen Ventilöffnung ergibt sich ein Teillastbetrieb mit vergleichsweise geringer angesaugter Luftmasse. Zur Verringerung von Drosselverlusten bei gleichbleibendem Drehmoment soll der Ventilhub verringert und dafür die Drosselklappe weiter geöffnet werden. Zum Zeitpunkt ti wird daher die Drosselklappe in eine Öffnungsstellung überführt. Dabei kann es sich um eine vollständige oder nahezu vollständige Öffnung der Drosselklappe handeln. Durch diese Maßnahme strömt Umgebungsluft sehr schnell in das Saugrohr nach und führt zu einem raschen Anstieg des Saugrohrdruckes. Ein möglicher Anstieg des Drehmomentes aufgrund des erhöhten Saugrohrdruckes wird auch in diesem Fall mittels Zündeingriff kompensiert. Nachdem der
Saugrohrdruck eine vorgebbare Differenz zum Solldruck erreicht hat, wird am Zeitpunkt tu der Ventilhub vom Ausgangswert in den Zielwert umgeschaltet. Da nun eine andere Schluckcharakteristik mit geringerem Luftdurchsatz anliegt, steigt der Saugrohrdruck weiter. Zum Zeitpunkt t2 wird die Drosselklappe in ihre von der Vorsteuerung vorausberechnete Endstellung gefahren und wiederum so geregelt, dass sich der gewünschte Saugrohrdruck einstellt.
Bereits zum Zeitpunkt t3 hat sich der Saugrohrdruck und damit die angesaugte Luftmasse auf den neuen Zielwert eingestellt. Ein drehmomentenreduzierender Eingriff in Zündung oder Einspritzung ist zu diesem Zeitpunkt nicht mehr notwendig. Durch die gegenüber dem Stand der Technik verkürzte Schaltzeit und das Vermeiden von Überschwingern im Saugrohrdruck wird die Zeit von momenten- reduzierenden Eingriffen verkürzt. Dadurch verbessert sich die Laufruhe und es wird Kraftstoff eingespart.
Figur 3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren bei Umschaltung von einem hohen Saugrohrdruck auf einen niedrigen Saugrohrdruck. Dies kann beispielsweise dann erforderlich werden, wenn von einem niedrigen Ventilhub auf einen großen Ventilhub umgeschaltet werden soll.
Zum Zeitpunkt to wird das Fahrzeug mit niedrigem Ventilhub betrieben. Der Saugrohrdruck wird dabei durch Beeinflussung der Drosselklappenstellung so geregelt, dass eine bestimmte, vorgebbare Luftmasse angesaugt wird. Zum Zeitpunkt ti beginnt der Umschaltvorgang auf großen Ventilhub zunächst dadurch, dass die Drosselklappe weiter geschlossen wird. Insbesondere wird die Drosselklappe in eine Position gefahren, welche weiter geschlossen ist als der vorausberechnete Sollwert nach der Ventilhubumschaltung. Beispielsweise kann die Drosselklappe vollständig geschlossen werden.
Da die Brennkraftmaschine bei geschlossener Drosselklappe weiterhin Luft aus dem Saugrohr ansaugt, sinkt der Saugrohrdruck. Nach einer vorgebbaren Zeitspanne und/oder bei Erreichen eines bestimmten Druckes wird die Drosselklappe zum Zeitpunkt t2 in ihre vorausberechnete Endstellung gefahren und dort von einer Regelvorrichtung so beeinflusst, dass sich der vorausberechnete Saugrohrdruck einstellt. Zum Zeitpunkt tu, welcher im Aus- führungsbeispiel nach Figur 3 nach t2 liegt, findet die Um- schaltung des Ventilhubes statt. Bereits zum Zeitpunkt t3 hat der Motor wieder einen stabilen Betriebspunkt erreicht. Ab diesem Zeitpunkt sind keinerlei verbrauchserhöhende oder komfortmindernde Eingriffe in die Motorsteuerung mehr notwendig. Ein Überschwinger, wie in Figur 1 ersichtlich, tritt beim erfindungsgemäßen Steuerverfahren nicht mehr auf.
Dem Fachmann ist selbstverständlich geläufig, dass die Ausführungsformen nach Figur 2 und Figur 3 lediglich beispielhaft dargestellt sind. Beispielsweise kann der Umschaltzeitpunkt tu des Ventilhubes in jeden Fall vor oder nach dem Zeitpunkt t2 liegen. Die in den Ausführungsbeispielen anhand einer zweistufigen Ventilhubumschaltung erläuterten Prinzipien lassen sich problemlos auf mehrstufige oder kontinuierliche Ventil- hubumschaltungen übertragen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Saugrohr und einer darin angeordneten Drosselklappe, bei welchem der Druck im Saugrohr gemessen und durch Änderung des Öffnungswinkels der Drosselklappe auf einen vorgebbaren
Sollwert geregelt wird, wobei der Sollwert des Druckes im Saugrohr aus dem Sollwert des Drehmomentes und einer Schluckkurve bestimmt wird und bei Änderung des Ventilhubes der Brennkraftmaschine eine geänderte Schluckkurve bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Druckes für eine Mehrzahl unterschiedlicher Einstellungen des Ventilhubes parallel bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung unterschiedlicher Sollwerte des Druckes für eine
Mehrzahl unterschiedlicher Einstellungen des Ventilhubes längstens in einer Zeitspanne von etwa 400 ms vor einer geplanten Umschaltung des Ventilhubes bis etwa 200 ms nach der erfolgten Umschaltung des Ventilhubes durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Druckes im Saugrohr angepasst wird, bevor eine Ventilhubumschaltung erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung des Druckes die Drosselklappe aus einer ersten Stellung mit einem ersten
Drosselklappenwinkel in eine zweite Stellung mit einem zweiten Drosselklappenwinkel gebracht wird, wobei dazwischen für eine vorgebbare Zeitspanne eine dritte Stellung angefahren wird, welche einen dritten Drosselklapppenwinkel aufweist, welcher außerhalb des Intervalls liegt, welches durch den ersten und zweiten Drosselklappenwinkel gebildet wird.
6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Steuerung der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
7. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, welche eine Einrichtung zur Änderung des Ventilhubes aufweist, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zur Regelung des
Saugrohrdruckes enthält, mit welcher der Öffnungswinkel der Drosselklappe als Steuergröße beeinflussbar ist, um den Saugrohrdruck auf einen vorgebbaren Sollwert zu regeln und die Vorrichtung weiterhin eine Vorsteuereinrichtung zur Anpassung des Saugrohrdruck-Sollwertes an den Ventilhub enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Anpassung des Sollwertes des Druckes an den Ventilhub dazu vorgesehen ist, den Sollwert des Druckes für eine Mehrzahl unterschiedlicher Einstellungen des Ventilhubes parallel zu bestimmen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verzögerungsglied vorhanden ist, welches die Ventilhubumschaltung gegenüber einer neuen Sollwertvorgabe des Druckes verzögert.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorsteuereinrichtung zur Bestimmung des Öffnungswinkels der Drosselklappe vorhanden ist.
11. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10.
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