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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine hat einen Ansaugtrakt und
einen Abgastrakt, die abhängig
von einer Schaltstellung mindestens eines Gaseinlassventils bzw.
eines Gasauslassventils mit einem Brennraum eines Zylinders kommunizieren.
In dem Zylinder ist axial beweglich ein Kolben mit einer Kurbelwelle
gekoppelt. Dem Zylinder ist ein Einspritzventil zugeordnet zum Zumessen
einer Kraftstoffmasse in den jeweiligen Brennraum des Zylinders.
Ferner hat die Brennkraftmaschine mindestens eine Nockenwelle und eine
Phasen-Verstelleinrichtung.
Die Nockenwelle ist mit dem Gaseinlassventil gekoppelt. Durch die
Phasen-Verstelleinrichtung ist eine Phase zwischen der Nockenwelle
und der Kurbelwelle verstellbar. Durch eine Gasleitung kommuniziert
abhängig
von der Schaltstellung eines Gasleitungsventils der Abgastrakt mit
dem Ansaugtrakt. In dem Ansaugtrakt ist ein Stellglied zum Beeinflussen
eines Luftmassenstroms in den Brennraum angeordnet. In einem Bypass
zu dem Stellglied ist eine Turbine angeordnet. Ein Verdichter in
der Gasleitung ist mit der Turbine gekoppelt.
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Aus
der
DE 10 2004
009 290 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine hat einen
Ansaugtrakt, einen Abgastrakt, einen Abgasturbolader, mindestens
einen Zylinder, der mit dem Ansaugtrakt abhängig von der Stellung eine
Gaseinlassventils kommuniziert und der mit dem Abgastrakt abhängig von
der Stellung eines Gasauslassventils kommuniziert. Sie hat ferner ein
dem Zylinder zugeordnetes Einspritzventil, das Kraftstoff zumisst, und
eine Abgasrückführleitung, über die
der Abgastrakt abhängig
von der Stellung eines Abgasrückführventils
mit dem Ansaugtrakt kommuniziert. Das Abgasrückführventil wird abhängig von
einer Drehzahl einer Kurbelwelle und einer die Last der Brennkraftmaschine
charakterisierenden Größe derart
angesteuert, dass eine Gasmasse von dem Ansaugtrakt durch die Abgasrückführleitung
in den Abgastrakt strömt.
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In
der
DE 103 57 038
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung
eines Sekundärluftstromes
im Abgassystem eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug beschrieben.
Es sind Regeleinrichtungen zur Auswertung von Stell- und Sensorsignalen
der Motorsteuerung und zur Einstellung des Sekundärluftstroms
vorhanden. Als Sensorgröße zur Einbeziehung
in die Regelung mit der Regeleinrichtung wird zur Einstellung des
Sekundärluststroms
die Stellung des Gaspedals des Kraftfahrzeugs mit einbezogen. Die
Vorrichtung weist dabei keine Phasenverstelleinrichtung auf, mit
deren Hilfe eine Phase zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle verstellbar
ist.
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Aus
der
DE 102 52 153
A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Ansaugleitung
bekannt, in der ein Drosselelement angeordnet ist, und die ferner ein
Abgassystem aufweist mit einem Gasfördersystem mit einer durch
einen Luftstrom antreibbaren Turbine, an welche eine Turbineneinlassleitung
und eine Turbinenauslassleitung angeschlossen ist. Sie weist einen
durch die Turbine antreibbaren Verdichter mit einer Verdichtereinlassleitung
und einer Verdichterauslassleitung auf, über welche dem Abgassystem Gas
zuführbar
ist. Es ist ein erstes Stellglied stromab der Turbine in der Turbinenauslassleitung
vorgesehen, und ein zweites Stellglied, welche stromab des Verdichters
in der Verdichterauslassleitung angeordnet ist. Diese Vorrichtung
weist ebenfalls keine Phasenverstelleinrichtung auf, durch die eine
Phase zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
verstellbar ist.
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In
der
DE 102 51 363
A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Antriebseinheit insbesondere eines Fahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor
vorgeschlagen, die eine korrekte Füllungssteuerung bei Verwendung
eines Sekundärluftladers
sowie eine Diagnose des Sekundärluftladers
ermöglichen.
Dabei wird mittels des Sekundärluftladers
Sekundärluft
in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors eingeblasen. Der Sekundärluftlader
wird durch ein Druckgefälle über einem
Stellelement zur Einstellung einer Luftzufuhr vom Verbrennungsmotor
angetrieben. Das Stellelement wird zur Einstellung einer abhängig von
einem eine Turbine des Sekudärluftladers
antreibenden Luftmassenstrom korrigierten Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor
angesteuert. Eine Phasenverstelleinrichtung, durch die eine Phase
zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle verstellbar ist, ist
bei dieser Vorrichtung nicht vorgesehen.
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In
der
DE 102 43 317
A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Gasfördersystem
mit einer durch einen Luftstrom antreibbaren Turbine und einer durch die
Turbine antreibbaren Pumpe, mit welcher dem Abgassystem Gas zugeführt werden
kann, beschrieben. Dabei wird bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine
deren Kraftstroffeinspritzmenge in Abhängigkeit von der Förderleistung
der Pumpe eingestellt. Eine Phasenverstelleinrichtung mit derer
eine Phase zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine einstellbar ist, ist nicht vorgesehen.
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In
dem Aufsatz Peter Lückert,
Erhard Rau, Anton Waltner: Neuer V8-Ottomotor von Mercedes-Benz – MTZ 12/2005,
Jahrgang 66, Seiten 932 bis 941, ist eine Phasenverstelleinrichtung
für Brennkraftmaschinen
beschrieben, wobei zur Optimierung der Gemischaufbereitung mit Hilfe
der kontinuierlichen Nockenwellenverstellung die Nockenwellen in eine
speziellen für
den Sekundärluftbetrieb
ideale Position gebracht werden können. In dieser Position wird
heißes
Abgas in das Saugrohr zurückgeführt. Zur
Erhöhung
der Abgastemperatur wird der Zündzeitpunkt
in Richtung "spät" verstellt. Um eine
gute Vermischung von Motorabgas und Sekundärluft zu erreichen, wurde die
Einblasestelle möglichst
nahe an jedem Auslassventil an die Unterseite der Auslasskanäle gelegt.
Hier entsteht während
des Ausschiebevorgangs des Abgases dynamisch ein Unterdruckgebiet,
wodurch die Luft in den Abgasstrom hineingesogen wird und sich dort
nahezu ideal vermischen kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die ein präzises Betreiben
der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine hat
einen Ansaugtrakt und einen Abgastrakt, die abhängig von einer Schaltstellung
mindestens eines Gaseinlassventils bzw. eines Gasauslassventils
mit einem Brennraum eines Zylinders kommunizieren. In dem Zylinder
ist axial beweglich ein Kolben mit einer Kurbelwelle gekoppelt.
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Dem
Zylinder ist ein Einspritzventil zugeordnet zum Zumessen einer Kraftstoffmasse
in den jeweiligen Brennraum des Zylinders. Ferner hat die Brennkraftmaschine
mindestens eine Nockenwelle und eine Phasen-Verstelleinrichtung.
Die Nockenwelle ist mit dem Gaseinlassventil gekoppelt. Durch die
Phasen-Verstelleinrichtung
ist eine Phase zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle verstellbar.
Durch eine Gasleitung kommuniziert abhängig von der Schaltstellung
eines Gasleitungsventils der Abgastrakt mit dem Ansaugtrakt. In
dem Ansaugtrakt ist ein Stellglied zum Beeinflussen eines Luftmassenstroms
in den Brennraum angeordnet. In einem Bypass zu dem Stellglied ist
eine Turbine angeordnet. Ein Verdichter in der Gasleitung ist mit
der Turbine gekoppelt. Es wird ein Sollwert eines Sekundärluftmassenstroms
von dem Ansaugtrakt durch die Gasleitung hin zu dem Abgastrakt ermittelt
abhängig
von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine.
Die Phasen-Verstelleinrichtung
wird abhängig
von dem Sollwert des Sekundärluftmassenstroms angesteuert.
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Eine
Drehzahl der Turbine und damit auch die Drehzahl des Verdichters
ist abhängig
von einem Druckunterschied des Drucks stromaufwärts des Stellglieds und des
Drucks stromabwärts
des Stellglieds. Falls bei einem vorgegebenen indizierten Drehmoment
der Sekundärluftmassenstrom
verändert
werden muss, so kann durch Verstellen der Phase ein Mitteldruck
stromabwärts
des Stellglieds und stromaufwärts
des Gaseinlassventils vorgegeben werden. Dadurch wird die Leistung
der Turbine vorgegeben. Der Sekundärluftmassenstrom wird genutzt,
um unverbrannte Rückstände des
Kraftstoffs in dem Abgastrakt mit Sauerstoff des Sekundärluftmassenstroms
reagieren zu lassen. Diese Reaktion ist exotherm, wodurch sich der
Abgastrakt aufheizt. Dies wird vorzugsweise nach einem Kaltstart
der Brennkraftmaschine ausgenutzt, um einen Katalysator in dem Abgastrakt
aufzuheizen und somit zeitnah zu dem Kaltstart der Brennkraftmaschine
eine vorzugsweise optimale Abgasaufbereitung durch den Katalysator
zu gewährleisten.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Istwert
des Drucks stromaufwärts des
Stellglieds erfasst. Es wird ein Sollwert des Mitteldrucks stromabwärts des
Stellglieds und stromaufwärts
des Gaseinlassventils abhängig
von dem Istwert des Drucks stromaufwärts des Stellglieds und abhängig von
dem Sollwert des Sekundärluftmassenstroms
ermittelt. Die Phasen-Verstelleinrichtung wird zum Einstellen des
Sollwerts des Sekundärluftmassenstroms
abhängig
von dem Sollwert des Mitteldrucks stromabwärts des Stellglieds und stromaufwärts des
Gaseinlassventils angesteuert. Dies ermöglicht ein besonders präzises Einstellen
des Sekundärluftmassenstroms.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein
Istwert des Mitteldrucks stromabwärts des Stellglieds und stromaufwärts des Gaseinlassventils
ermittelt. Ferner wird ein Mitteldruck-Korrekturbeitrag ermittelt
abhängig
von dem Istwert und dem Sollwert des Mitteldrucks stromabwärts des
Stellglieds und stromaufwärts
des Gaseinlassventils. Die Phasen-Verstelleinrichtung wird abhängig von
dem Mitteldruck-Korrekturbeitrag angesteuert. Dies trägt zu einem
besonders präzisen
Vorgeben des Sekundärluftmassenstroms
bei, da durch die Regelung des Mitteldrucks stromabwärts des Stellglieds
und stromaufwärts
des Gaseinlassventils eventuelle Systemtoleranzen der Brennkraftmaschine
kompensiert werden können.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der
Sollwert des Sekundärluftmassenstroms
ermittelt ab hängig
von einem vorgegebenen Sollwert eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unter
Berücksichtigung
des Sekundärluftmassenstroms
und/oder abhängig
von einem vorgegebenen Sollwert des Luftmassenstroms in den Brennraum und/oder
abhängig
von einem Sollwert eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Brennraum.
Dies trägt
zu einem besonders präzisen
Ermitteln des Sekundärluftmassenstroms
bei.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein
Istwert des Sekundärluftmassenstroms
erfasst und ein Kraftstoffmassen-Korrekturbeitrag ermittelt abhängig von
dem Istwert des Sekundärluftmassenstroms,
dem Sollwert des Sekundärluftmassenstroms
und dem Sollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
unter Berücksichtigung des
Sekundärluftmassenstroms.
Der Sollwert der zuzumessenden Kraftstoffmasse wird abhängig von dem
Kraftstoffmassen-Korrekturbeitrag, dem Sollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
in dem Brennraum und abhängig
von dem Sollwert des Luftmassenstroms vorgegeben. Dies ermöglicht,
den Sekundärluftmassenstrom
schon bei dem Ermitteln der Kraftstoffmasse zu berücksichtigen.
Dies trägt
dazu bei, dass unabhängig
von dem vorgegebenen indizierten Drehmoment ein geeigneter Sekundärluftmassenstrom
gewährleistet
ist.
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Die
vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens sind ohne weiteres
auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung zum Betreiben der
Brennkraftmaschine übertragbar.
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Die
Erfindung ist im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine,
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2 eine
weitere Ansicht der Brennkraftmaschine,
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3 ein
Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine,
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4 ein
Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine
Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1,
einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen
Auslasstrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise
eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und
ein Saugrohr 7, das hin zu einem Brennraum 9 eines
Zylinders Z1 über
einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist.
Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8,
welche über
eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders
Z1 gekoppelt ist. In dem Abgastrakt ist vorzugsweise ein Katalysator 29 angeordnet,
der beispielsweise als Drei-Wege-Katalysator ausgebildet ist.
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Der
Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit Gaswechselventilen,
die Gaseinlassventile 12 und Gasauslassventile 13 sind,
und diesen zugeordnete Ventilantriebe 14, 15.
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Eine
Nockenwelle 18 ist vorgesehen (2), die
einen Nocken 16 umfasst, der auf das Gaseinlassventil 12 einwirkt.
Eine Phasen-Verstelleinrichtung 20 ist vorgesehen, mittels
der eine Phase zwischen der Kurbelwelle 8 und der Nockenwelle 18 verstellt
werden kann. Dieses Verstellen der Phase kann beispielsweise erfolgen
durch Erhöhen
eines hydraulischen Drucks in Hochdruckkammern der Phasen-Verstelleinrichtung 20 beziehungsweise
Erniedrigen des entsprechenden Drucks, je nachdem in welche Richtung
das Verstellen der Phase erfolgen soll. Die Phasen-Verstelleinrichtung 20 kann
auch auf eine beliebige andere dem zuständigen Fachmann bekannte Art
und Weise ausgebildet sein. Die Phase ist repräsentativ für einen Phasenwinkel zwischen
einer Bezugsmarke auf der Nockenwelle 18 und einer Bezugsmarke
auf der Kurbelwelle 8 in einer Bezugsstellung der Kurbelwelle 8.
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Es
kann auch eine zweite Nockenwelle 18' vorgesehen sein. Die zweite Nockenwelle 18' ist den jeweiligen
Gasauslassventilen 13 zugeordnet.
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Der
Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 22 und
eine Zündkerze 23.
Alternativ kann das Einspritzventil 22 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet
sein.
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Eine
Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet
sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln.
Betriebsgrößen umfassen
die Messgrößen und
von den Messgrößen abgeleitete Größen. Die
Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der
Messgrößen Stellgrößen, die
dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder
mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann
auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet
werden.
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Die
Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, der eine Fahrpedalstellung
eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28,
der einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drossel klappe 5 erfasst, ein
Drosselklappenstellungssensor 30, der einen Öffnungsgrad
einer Drosselklappe 5 erfasst, ein Temperatursensor 32,
der eine Ansauglufttemperatur TAM in dem Ansaugtrakt 1 erfasst,
ein Saugrohrdrucksensor 34, der einen Saugrohrdruck in
dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellensensor 36,
der einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet
wird. Ferner ist ein Nockenwellenwinkel-Sensor 39 vorgesehen,
der einen Nockenwellenwinkel erfasst. Falls zwei Nockenwellen 18, 18' vorhanden sind,
ist bevorzugt jeder Nockenwelle 18, 18' ein Nockenwellenwinkel-Sensor 39, 40 zugeordnet. Es
kann auch ein eigener Sensor zum Erfassen der Phase vorgesehen sein.
Bevorzugt wird der mindestens eine Sensor zum Erfassen der Phase
jedoch durch den Nockenwellensensor 39, 40 und/oder
den Kurbelwellensensor 36 gebildet.
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Je
nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
vorhanden sein oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die
Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, die
Phasen-Verstelleinrichtung 20,
das Einspritzventil 22, die Zündkerze 23, ein Bypassventil 44 und/oder
ein Gasleitungsventil 50.
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Das
Bypassventil 44 und eine Turbine 42 sind in einem
Bypass 40 zu der Drosselklappe 5 angeordnet. Die
Turbine 42 kommuniziert mit dem Ansaugtrakt 1 stromaufwärts der
Drosselklappe 5 abhängig
von einer Schaltstellung des Bypassventils 44. Die Turbine 42 ist
mit einem Verdichter 48 mechanisch gekoppelt. Der Verdichter 48 ist
in einer Gasleitung 46 angeordnet. Der Verdichter 48 kommuniziert mit
dem Abgastrakt 4 abhängig
von einer Schaltstellung des Gasleitungsventils 50. Bei
einer al ternativen Ausführungsform
können
das Bypassventil 44 und/oder das Gasleitungsventil 50 an
einer anderen Position in dem Bypass 40 bzw. in der Gasleitung 46 angeordnet
sein. Beispielsweise kann das Bypassventil 44 stromabwärts der
Turbine 42 bzw. das Gasleitungsventil 50 stromaufwärts des
Verdichters 48 angeordnet sein. Die Gasleitung 46 kann
auch für eine
externe Abgasrückführung genutzt
werden. Ferner kann zusätzlich
zu der Gasleitung 46 eine Abgasrückführleitung ausgebildet sein,
durch die der Abgastrakt 4 mit dem Ansaugtrakt 1 kommunizieren kann.
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Neben
dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen,
denen dann auch entsprechende Stellglieder und ggf. Sensoren zugeordnet
sind. Es können
aber auch noch weitere Zylinder vorgesehen sein.
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Falls
aufgrund der Stellung der Drosselklappe 5 ein Druckgefälle bezüglich des
Drucks stromaufwärts
der Drosselklappe 5 und stromabwärts der Drosselklappe 5 vorliegt,
so kann bei entsprechender Stellung des Bypassventils 44 die
Turbine 42 abhängig
von dem Druckgefälle
angetrieben werden. Wird die Turbine 42 angetrieben, so
fördert
der Verdichter 48 Frischluft aus dem Ansaugtrakt 1 hin
zu dem Abgastrakt 4. Dies ermöglicht, eine Reaktion des Sauerstoffs
der Frischluft mit Verbrennungsrückständen einer
Kraftstoffmasse in dem Abgastrakt 4. Durch diese Reaktion
wird der Abgastrakt 4 aufgeheizt. Dies ist besonders vorteilhaft
zeitnah zu einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, wenn der Katalysator 29 noch nicht
eine vorgegebene Mindesttemperatur erreicht hat. Durch ein gezieltes
Aufheizen des Katalysators 29 ist dieser schneller einsatzfähig als
ohne das gezielte Aufheizen.
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Ein
Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine ist vorzugsweise in
der Steuervorrichtung 25 abgespeichert. Das Programm dient
dazu, einen Sekundärluftmassenstrom
von dem Ansaugtrakt 1 über
die Gasleitung 46 hin zu dem Abgastrakt 4 vorzugeben
und die Brennkraftmaschine zum Einstellen des vorgegebenen Sekundärluftmassenstroms
anzusteuern. Das Programm wird vorzugsweise zeitnah zu dem Start
der Brennkraftmaschine in einem Schritt S1 gestartet. In dem Schritt
S1 werden gegebenenfalls Variablen initialisiert.
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In
einem Schritt S2 wird ein Sollwert SAF_SP des Sekundärluftmassenstroms
ermittelt abhängig von
einem Sollwert LAM_SP eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Brennraum 9,
einem Sollwert MAF_SP eines Luftmassenstroms in den Brennraum 9 und
einem Sollwert LAM_SP_EG eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
unter Berücksichtigung des
Sekundärluftmassenstroms,
vorzugsweise nach der in dem Schritt S2 angegebenen Berechnungsvorschrift.
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In
einem Schritt S3 wird ein Istwert P_TPS_UP_AV des Drucks stromaufwärts der
Drosselklappe 5 ermittelt. Der Istwert P_TPS_UP_AV des Drucks
stromaufwärts
der Drosselklappe 5 kann beispielsweise mit einem entsprechenden
Sensor erfasst werden oder abhängig
von einer der Messgrößen ermittelt
werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Druck stromaufwärts
der Drosselklappe 5 der Umgebungsdruck. Bei einem alternativen
Ausführungsbeispiel
kann der Druck stromaufwärts
der Drosselklappe auch stark von dem Umgebungsdruck abweichen, beispielsweise
bei entsprechender Anordnung eines Turboladers. Die Drosselklappe 5 eignet
sich zum Beeinflussen des Luftmassenstroms in den Brennraum 9.
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In
einem Schritt S4 wird ein Sollwert MAP_SP eines Mitteldrucks stromabwärts der
Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12 ermittelt
abhängig
von dem Sollwert SAF_SP des Sekundärluftmassenstroms und dem Istwert P_TPS_UP_AV
des Drucks stromaufwärts
der Drosselklappe 5. Der Sollwert MAP_SP des Mitteldrucks kann
auch zusätzlich
abhängig
von der Ansauglufttemperatur TAM ermittelt werden. Der Sollwert MAP_SP
des Mitteldrucks kann beispielsweise anhand eines ersten Mitteldruck-Kennfelds
ermittelt werden. In diesem Ausführungsbeispiel
ist der Mitteldruck stromabwärts
der Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12 der
Druck in dem Saugrohr 7 und dem Sammler 6. Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel
können
noch weitere Stellglieder zum Beeinflussen des Luftmassenstroms
in den Brennraum 9 in dem Saugrohr 7 und/oder
dem Sammler 6 angeordnet sein. An jedem dieser weiteren
Stellglieder zum Beeinflussen des Luftmassenstroms in den Brennraum 9 kann
sich dann abhängig von
einer Stellung der weiteren Stellglieder zum Beeinflussen des Luftmassenstroms
in den Brennraum 9 ein Druckgefälle über das entsprechende Stellglied zum
Beeinflussen des Luftmassenstroms in den Brennraum 9 einstellen.
Stromabwärts
der Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12 können somit
gleichzeitig mehrere unterschiedliche Drücke auftreten jeweils in Strömungsrichtung
zwischen den entsprechenden weiteren Stellgliedern zum Beeinflussen
des Luftmassenstroms in den Brennraum 9. Diese unterschiedlichen
Drücke
sind, abhängig
von der Stellung der weiteren Stellglieder zum Beeinflussen des
Luftmassenstroms in den Brennraum 9, voneinander abhängig. Diese
Abhängigkeit
der unterschiedlichen Drücke
sollte dann beim Ermitteln des Sollwerts SAF_SP des Sekundärluftmassenstroms
und beim Ermitteln eines Sollwerts CAM_IN_SP einer Position der
Nockenwelle 18 berücksichtigt
werden.
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In
einem Schritt S5 wird der Sollwert CAM_IN_SP der Position der Nockenwelle 18 ermittelt
abhängig
von dem Sollwert MAP_SP des Mitteldrucks stromabwärts der
Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12.
Der Sollwert CAM_IN_SP kann beispielsweise anhand eines Nockenwellen-Positions-Kennfeldes ermittelt
werden. Das Nockenwellen-Positions-Kennfeld und/oder weitere Kennfelder,
die zum Betreiben der Brennkraftmaschine verwendet werden, können beispielsweise an
einem Motorprüfstand
und/oder durch eine Simulation aufgenommen werden und vorzugsweise
in der Steuervorrichtung 25 abgespeichert werden.
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Alternativ
zu dem Schritt S4 kann die Bearbeitung nach dem Schritt S3 auch
in einem Schritt S6 fortgesetzt werden. In dem Schritt S6 wird ein
Sollwert PQ_SP eines Druckquotienten abhängig von dem Sollwert SAF_SP
des Sekundärluftmassenstroms
und abhängig
von einer Ansauglufttemperatur TAM ermittelt. Der Druckquotient
ist der Quotient aus dem Mitteldruck stromabwärts der Drosselklappe 5 und
stromaufwärts
des Gaseinlassventils 12 und dem Druck stromaufwärts der
Drosselklappe 5. Der Sollwert PQ_SP kann beispielsweise
anhand eines Turbinen-Kennfelds
ermittelt werden.
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In
einem Schritt S7 wird der Sollwert MAP_SP des Mitteldrucks stromabwärts der
Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12 ermittelt
abhängig
von dem Sollwert PQ_SP des Druckquotienten und abhängig von
dem Istwert P_TPS_UP_AV des Drucks stromaufwärts der Drosselklappe 5,
vorzugsweise nach der in dem Schritt S7 angegebenen Berechnungsvorschrift.
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In
einem Schritt S8 kann die Bearbeitung beendet werden. Vorzugsweise
wird die Bearbeitung jedoch in einer Schleife erneut in dem Schritt
S1 fortgesetzt.
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Eine
Steuerung und eine Regelung zum Betreiben der Brennkraftmaschine
ist im Folgenden näher
erläutert
(4).
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Ein
Block B1 umfasst eine erste Ermittlungseinheit, die den Sollwert
MAF_SP des Luftmassenstroms in den Brennraum 9 ermittelt
abhängig
von einem Sollwert TQI_SP eines indizierten Drehmoments und abhängig von
der Drehzahl N der Brennkraftmaschine, beispielsweise anhand eines
Luftmassenstrom-Kennfelds und/oder entsprechend den Schritten S6
und S7 des Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
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Ein
Block B2 umfasst eine erste Multipliziereinheit, die einen Sollwert
MFF_SP einer zuzumessenden Kraftstoffmasse abhängig von dem Sollwert MAF_SP
des Luftmassenstroms in den Brennraum 9 und abhängig von
einem Sollwert LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Brennraum 9, vorzugsweise
durch einfache Multiplikation des Sollwerts MAF_SP des Luftmassenstroms
in den Brennraum 9 mit dem Kehrwert des Sollwerts LAM_SP
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
in dem Brennraum 9. Der Sollwert MFF_SP der Kraftstoffmasse
kann abhängig
von einem Kraftstoffmassen-Korrekturbeitrag MFF_SAF_DIF angepasst
werden. Das Anpassen des Sollwerts MFF_SP der Kraftstoffmasse wird
weiter unten näher
erläutert.
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Ein
Block B3 umfasst eine zweite Ermittlungseinheit, die den Sollwert
SAF_SP des Sekundärluftmassenstroms
ermittelt abhängig
von einem Sollwert LAM_SP_EG eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
in dem Brennraum 9 unter Berücksichtigung des Sekundärluftmassenstroms
und abhängig
von dem Sollwert LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Brennraum 9 und
dem Sollwert MAF_SP des Luftmassenstroms in den Brennraum 9.
Der Sollwert SAF_SP kann beispielsweise anhand eines Sekundärluftmassenstrom-Kennfelds
ermittelt werden.
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Ein
Block B4 umfasst eine dritte Ermittlungseinheit, die den Sollwert
PQ_SP des Druckquotienten ermittelt abhängig von dem Sollwert SAF_SP
des Sekundärluftmassenstroms.
Bevorzugt wird der Sollwert PQ_SP des Druckquotienten zusätzlich abhängig von
der Ansauglufttemperatur TAM ermittelt. Der Sollwert PQ_SP des Druckquotienten
wird vorzugsweise anhand des Turbinen-Kennfelds ermittelt.
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Ein
Block B5 umfasst eine zweite Multipliziereinheit, die den Sollwert
MAP_SP des Mitteldrucks stromabwärts
der Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12 ermittelt
abhängig von
dem Sollwert PQ_SP des Druckquotienten und abhängig von dem Istwert P_TPS_UP_AV
des Drucks stromaufwärts
der Drosselklappe 5. Dazu wird beispielsweise der Sollwert
PQ_SP des Druckquotienten mit dem Istwert P_TPS_UP_AV des Drucks
stromaufwärts
der Drosselklappe 5 multipliziert.
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Ein
Block B6 umfasst eine Vorsteuereinrichtung. Die Vorsteuereinrichtung
ermittelt einen Vorsteuerwert CAM_IN_PRE der Position der Nockenwelle 18 abhängig von
dem Sollwert MAP_SP des Mitteldrucks stromabwärts der Drosselklappe 5 und stromaufwärts des
Gaseinlassventils 12 und abhängig von der Drehzahl N der
Brennkraftmaschine. Der Vorsteuerwert CAM_IN_PRE der Position der
Nockenwelle 18 wird vorzugsweise anhand eines Nockenwellen-Positions-Kennfelds
ermittelt.
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Ein
Block B7 umfasst die Brennkraftmaschine mit ihren Stellgliedern
und Sensoren. Der Block B7 umfasst insbesondere die Phasen-Verstelleinrichtung,
die angesteuert wird zum Einstel len des Vorsteuerwerts CAM_IN_PRE
der Position der Nockenwelle 18.
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Bei
Verwendung lediglich der Blöcke
B1 bis B7 in der dargestellten Weise ist ein präzises Steuern der Brennkraftmaschine
möglich.
Aufgrund von systembedingten Toleranzen bei der Brennkraftmaschine
kann die Brennkraftmaschine gegenüber einer Brennkraftmaschine
der gleichen Bauart unterschiedlich reagieren. Die systembedingten
Toleranzen können
beispielsweise unterschiedlich große Einspritzlöcher des
Einspritzventils 22 und/oder ein unterschiedliches Ansprechverhalten
der Stellantriebe und/oder viele weitere konstruktive oder funktionale
Abweichungen sein. Diese systembedingten Toleranzen können durch
eine Regelung der Brennkraftmaschine ausgeglichen werden. Die Regelung der
Brennkraftmaschine bezüglich
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.
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Eine
erste Summiereinheit A1 ermittelt eine Mitteldruckdifferenz MAP_DIF
zwischen dem Sollwert MAP_SP und dem Istwert MAP_AV des Mitteldrucks
stromabwärts
der Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12.
Die Mitteldruckdifferenz MAP_DIF zwischen dem Sollwert MAP_SP und
dem Istwert MAP_AV des Mitteldrucks stromabwärts der Drosselklappe 5 und
stromaufwärts
des Gaseinlassventils 12 kann beispielsweise durch einfaches
Summieren des Sollwerts MAP_SP und des Istwerts MAP_AV des Mitteldrucks
stromabwärts
der Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12 mit
entsprechenden Vorzeichen ermittelt werden. Beispielsweise kann
der Istwert MAP_AV des Mitteldrucks stromabwärts der Drosselklappe 5 und
stromaufwärts
des Gaseinlassventils 12 vor dem Summieren ein negatives
Vorzeichen erhalten.
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Ein
Block B9 umfasst eine vierte Ermittlungseinheit, die den Istwert
MAP_AV des Mitteldrucks stromabwärts
der Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12 vorzugsweise
abhängig
von der Drehzahl N und einem Signal TPS des Drosselklappenstellungssensors 30 ermittelt.
Der Istwert MAP_AV des Mitteldrucks stromabwärts der Drosselklappe 5 und
stromaufwärts
des Gaseinlassventils 12 wird bevorzugt mittels eines Saugrohrmodells
ermittelt. Alternativ kann der Istwert MAP_AV des Mitteldrucks stromabwärts der
Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12 mit
dem Saugrohrdrucksensor 34 in dem Saugrohr 7 ermittelt werden.
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Ein
Block B8 umfasst einen ersten Regler, der einen Korrekturwert MAP_COR
ermittelt abhängig
von der Mitteldruckdifferenz MAP_DIF zwischen dem Sollwert MAP_SP
und dem Istwert MAP_AV des Mitteldrucks stromabwärts der Drosselklappe 5 und stromaufwärts des
Gaseinlassventils 12. Der erste Regler und weitere Regler
sind beispielsweise PID-Regler.
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Ein
Block B10 umfasst eine Umrechnungseinheit, die einen Korrekturwert
CAM_IN_COR der Position der Nockenwelle 18 abhängig von
dem Korrekturwert MAP_COR des Mitteldrucks stromabwärts der
Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Gaseinlassventils 12 ermittelt.
Die Blöcke
B8 und B10 können
alternativ auch in einem zweiten Regler umfasst sein.
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Eine
zweite Summiereinheit A2 ermittelt abhängig von dem Vorsteuerwert
CAM_IN_PRE der Position der Nockenwelle 18 und dem Korrekturwert CAM_IN_COR
der Position der Nockenwelle 18 das Stellsignal für die Phasen-Verstelleinrichtung.
Ferner kann das Stellsignal für
die Phasen-Verstelleinrichtung in der vierten Ermittlungseinheit
in dem Block B9 zum Ermitteln des Mitteldrucks stromabwärts der Drosselklappe 5 und
stromaufwärts
des Gaseinlassventils 12 herangezogen werden.
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Eine
dritte Summiereinheit A3 ermittelt eine Differenz SAF_DIF des Sekundärluftmassenstroms abhängig von
dem Sollwert SAF_SP des Sekundärluftmassenstroms
und dem Istwert SAF_AV des Sekundärluftmassenstroms.
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Ein
Block B11 umfasst einen dritten Regler. Der dritte Regler ermittelt
einen Kraftstoffmassen-Korrekturbeitrag MFF_SAF_DIF abhängig von der
Differenz SAF_DIF des Sekundärluftmassenstroms
und dem Sollwert LAM_SP_EG des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
in dem Brennraum 9 unter Berücksichtigung des Sekundärluftmassenstroms.
Der dritte Regler ist beispielsweise ein PID-Regler.
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Mit
einer vierten Summiereinheit A4 kann der Sollwert MFF_SP der Kraftstoffmasse
abhängig
von dem Kraftstoffmassen-Korrekturbeitrag MFF_SAF_DIF
angepasst werden, vorzugsweise durch Addition des Sollwerts MFF_SP
der Kraftstoffmasse und des Kraftstoffmassen-Korrekturbeitrags MFF_SAF_DIF.
Der Kraftstoffmassen-Korrekturbeitrag MFF_SAF_DIF kann auch einen
negativen Wert annehmen.
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Ein
Block B12 umfasst eine Kennfeld-Korrektureinheit. Die Kennfeld-Korrektureinheit
kann vorzugsweise bei einer bleibenden Regelabweichung zwischen
dem Sollwert SAF_SP und dem Istwert SAF_AV des Sekundärluftmassenstroms
abhängig
von der Differenz SAF_DIF des Sollwerts SAF_SP und des Istwerts
SAF_AV des Sekundärluftmassenstroms
das Turbinen-Kennfeld anpassen, durch das in dem Block B4 der Sollwert
PQ_SP des Druckquotienten ermittelt wird.