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Hintergrund der Erfindung
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1. GEBIET DER ERFINDUNG:
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Die Erfindung betrifft eine Einlassmengenabtastvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
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2. BESCHREIBUNG DES ZUGEHÖRIGEN STANDS DER TECHNIK:
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Beispielsweise, wie es in der
WO 2003 033896 A1 beschrieben ist, gibt es eine Lufteinlassmengenabtastvorrichtung, die Einlassdrucksensoren in den Einlassrohren jeweiliger Zylinder einer Brennkraftmaschine zum Abtasten eines Lufteinlassdrucks aufweist und die die Lufteinlassmengen der jeweiligen Zylinder basierend auf dem abgetasteten Einlassdruck mit den Einlassdrucksensoren der jeweiligen Zylinder berechnet. Wenn eine Einlassdruckdifferenz als Unterschied zwischen einem gegenwärtigen Wert und einem vorherigen Wert des Einlassdrucks gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert wird, bestimmt die Vorrichtung, dass ein Beschleunigungszustand auftritt und berechnet eine Beschleunigungsdauerkraftstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung mit der Einlassdruckdifferenz und der Maschinendrehzahl.
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Die vorstehend beschriebene Technologie verwendet die Einlassdrucksensoren, die für die jeweiligen Zylinder der Maschine vorgesehen sind. Deshalb ist es erforderlich, die Einlassdrucksensoren für die gleiche Anzahl vorzusehen, wie die Anzahl an Zylindern, wodurch die Kosten entsprechend erhöht werden. Besonders nimmt jüngst die Anzahl der Zylinder der Maschine tendenziell zu, was das Problem der Zunahme bei dem Bereich von den Kosten bewirkt, die gemäß der Zunahme der Anzahl der Sensoren steigen.
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Eine Verzögerung tritt zwischen einem Zeitpunkt, wenn sich der Drosselöffnungsgrad während eines instationären Betriebs der Maschine ändert, und einem Zeitpunkt auf, wenn sich eine Ausgabe des Einlassdrucksensors ändert. Die vorstehend beschriebene Technologie berechnet die Einlassmengen der jeweiligen Zylinder basierend auf dem Einlassdruck, der mit den Einlassdrucksensoren abgetastet wird, ohne zwischen einem Zeitraum mit stationärem Betrieb und einem Zeitraum mit instationärem Betrieb der Maschine zu unterscheiden. Deshalb kann die Einlassmenge (Füllluftmenge in den Zylinder), die sich in Verzögerung zu der Änderung des Drosselöffnungsgrads während des instationären Betriebs ändert, nicht mit ausreichender Genauigkeit berechnet werden. Die Technologie berechnet nur die Kraftstoffeinspritzmenge bei der Zeit der Beschleunigung gemäß dem Einlassdruckunterschied und der Maschinendrehzahl bei dem Zeitpunkt der Beschleunigungsbestimmung. Deshalb kann eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerbarkeit während des instationären Betriebs nicht ausreichend verbessert werden.
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Einen Stand der Technik beschreibt die
US 4 644 784 A , nach der trotz einer Drosselklappe pro Zylinder lediglich wenige bzw. sogar nur ein Einlassdrucksensor nötig sind. Hierbei wird vom letzten durch den Drucksensor beobachteten Ansaugereignis aus anhand des Verlaufs der Drosselklappenstellung die Füllung für die folgenden Zylinder geschätzt.
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Die
DE 100 64 651 A1 lehrt einen Einlassmengensensor im Haupteinlassdurchgang sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Füllungsunterschiede.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einlassmengenabtastvorrichtung einer Brennkraftmaschine vorzusehen, die dazu imstande ist, Einlassmengen der jeweiligen Zylinder mit einer hohen Genauigkeit abzutasten, während das Erfordernis für eine Kostenreduktion und eine Verbesserung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerbarkeit während des instationären Betriebs bei einem System erfüllt wird, das Einlassdrosselklappen in Einlassdurchgängen von jeweiligen Zylindern der Maschine aufweist.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung hat eine Einlassmengenabtastvorrichtung einer Brennkraftmaschine, die Zweigeinlassdurchgänge, die sich von einem Haupteinlassdurchgang abzweigen und eine Einlassluft in entsprechende Zylinder einführen, und Einlassdrosselklappen in den Zweigeinlassdurchgängen der jeweiligen Zylinder aufweist, um die Einlassmengen jeweils einzustellen, hat einen Einlassdrucksensor, der in dem Zweigeinlassdurchgang eines bestimmten Zylinders aus den Zweigeinlassdurchgängen der Zylinder zum Abtasten des Einlassdrucks stromabwärts der Einlassdrosselklappe vorgesehen ist, einen Einlassmengensensor, der in dem Haupteinlassdurchgang zum Abtasten der Einlassmenge vorgesehen ist, eine Abtastvorrichtung einer Einlassmenge eines stationären Zeitraums, die die Einlassmenge jedes Zylinders mit dem Einlassmengensensor während eines stationären Betriebs der Maschine abtastet, eine Einlassdruckschwankungsabtastvorrichtung, die die Information über die Einlassdruckschwankung unter den jeweiligen Zylindern basierend auf den Einlassmengen der Zylinder abtastet, die mit dem Einlassmengensensor während des stationären Betriebs der Maschine abgetastet sind, und eine Abtastvorrichtung einer Einlassmenge eines instationären Zeitraums, die den Einlassdruck stromabwärts der Einlassdrosselklappe während des instationären Betriebs der Maschine basierend auf einem Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe und dem Einlassdruck schätzt, der mit dem Einlassdrucksensor während des unmittelbar vorangegangenen stationären Betriebs abgetastet wurde, und die die Einlassmengen der jeweiligen Zylinder basierend auf dem geschätzten Einlassdruck und der Information über die Einlassdruckschwankung berechnet.
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Mit diesem Aufbau kann die Einlassmenge jedes Zylinders während des stationären Betriebs der Maschine mit hoher Genauigkeit abgetastet werden, wobei der Einlassmengensensor (beispielsweise Luftmengenmesser) in dem Haupteinlassdurchgang angeordnet ist.
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Es gibt eine Verzögerung zwischen einem Zeitpunkt, wenn sich der Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe bei dem instationären Betrieb der Maschine ändert und einem Zeitpunkt, wenn sich die Ausgabe des Einlassmengensensors ändert, der in dem Haupteinlassdurchgang vorgesehen ist. Deshalb ist es schwierig mit dem Einlassmengensensor während des instationären Betriebs der Maschine die Einlassmenge (Füllluftmenge in den Zylinder) genau abzutasten, die sich in Verzögerung auf die Änderung des Öffnungsgrads der Einlassdrosselklappe ändert.
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Deshalb wird mit dem Aufbau der Erfindung die Information über die Einlassdruckschwankung zwischen den Zylindern zuerst basierend auf den Einlassmengen der jeweiligen Zylinder abgetastet, die mit dem Einlassmengensensor während des stationären Betriebs der Maschine abgetastet werden. Die Einlassmenge variiert zwischen den Zylindern in Übereinstimmung mit der Schwankung zwischen den Einlassdrücken der jeweiligen Zylinder. Deshalb, indem die Einlassmengen der jeweiligen Zylinder verwendet werden, die mit dem Einlassmengensensor während des stationären Betriebs der Maschine abgetastet werden, kann die Information über die Einlassdruckschwankung zwischen den Zylindern mit hoher Genauigkeit abgetastet werden.
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Während des instationären Betriebs der Maschine wird der Einlassdruck stromabwärts der Einlassdrosselklappe basierend auf dem Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe und dem Einlassdruck geschätzt, der mit dem Einlassdrucksensor während des unmittelbar vorangegangenen stationären Betriebs abgetastet wurde. Die Einlassmenge jedes Zylinders wird basierend auf dem geschätzten Einlassdruck und der Information über die Einlassdruckschwankung berechnet. Daher kann der Einlassdruck mit hoher Genauigkeit aus dem Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe geschätzt werden. Des Weiteren kann der geschätzte Einlassdruck in die Einlassmengen der jeweiligen Zylinder konvertiert werden, indem der geschätzte Einlassdruck und die Information über die Einlassdruckschwankung verwendet werden. Infolgedessen können die Einlassmengen der jeweiligen Zylinder mit hoher Genauigkeit berechnet werden. Somit kann die Einlassmenge jedes Zylinders, die sich während des instationären Betriebs der Maschine in Verzögerung auf die Änderung bei dem Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe ändert, mit hoher Genauigkeit abgetastet werden und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerbarkeit während des instationären Betriebs kann verbessert werden.
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Darüber hinaus verlangt es der Aufbau der Erfindung nicht, dass die Einlassdrucksensoren von der gleichen Anzahl sind, wie die Anzahl der Zylinder. Der Aufbau erfordert nur, dass der Einlassdrucksensor in dem Zweigeinlassdurchgang des bestimmten Zylinders vorgesehen ist, und dass der Einlassmengensensor in dem Haupteinlassdurchgang vorgesehen ist. Somit ist das Erfordernis für die Kostenreduktion erfüllt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eigenschaften und Vorteile eines Ausführungsbeispiels, ebenso wie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile, werden aus einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden, offensichtlich werden. In den Zeichnungen:
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1 ist eine schematische Darstellung, die ein Maschinensteuerungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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2 ist eine Längsquerschnittansicht, die eine Einlassdrosselventileinheit und deren Umgebung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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3 ist ein Zeitdiagramm zum Erklären eines Berechnungsverfahrens einer Einlassmenge in den Zylinder gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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4 ist ein erstes Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf eines Berechnungsprogramms für die Einlassmenge in den Zylinder gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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5 ist ein zweites Flussdiagramm, das den Verarbeitungsablauf des Berechnungsprogramms der Einlassmenge in den Zylinder gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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6 ist eine graphische Darstellung, die schematisch eine Karte (einen linearen Ausdruck) zeigt, die eine Beziehung zwischen dem Einlassdruck und der Einlassmenge in den Zylinder gemäß dem Ausführungsbeispiel definiert; und
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7 ist eine graphische Darstellung, die schematisch eine Karte zeigt, die eine Beziehung zwischen einem Öffnungsgrad und einem Strömungsdurchgangsquerschnittsbereich einer Einlassdrosselklappe gemäß dem Ausführungsbeispiel definiert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Bezugnehmend auf 1 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Zuerst wird ein Umriss eines Maschineneinlasssystems unter Bezugnahme auf 1 erklärt. Eine Brennkraftmaschine 11, beispielsweise eine Reihen-Vierzylindermaschine, hat vier Zylinder von einem ersten Zylinder #1 bis zu einem vierten Zylinder #4 und einen Luftmengenmesser 23 (Einlassmengensensor) in einem Einlassrohr 12 (Haupteinlassdurchgang) der Maschine 11 zum Abtasten einer Einlassmenge. Ein Ausgleichsbehälter 13 ist stromabwärts des Luftmengenmessers 23 vorgesehen, und Einlasskrümmer 14 (Zweigeinlassdurchgänge) zum Einführen einer Luft in jeweilige Zylinder der Maschine 11 sind bei dem Ausgleichsbehälter 13 vorgesehen.
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Einlassdrosselventileinheiten 15 sind an den Einlasskrümmern 14 der jeweiligen Zylinder angebracht und ein Einlassdrucksensor 24 zum Abtasten des Einlassdrucks stromabwärts der Einlassdrosselventileinheit 15 ist in dem Einlasskrümmer 14 des ersten Zylinders #1 vorgesehen. Einspritzeinrichtungen (nicht gezeigt) zum Einspritzen eines Kraftstoffs sind nahe den Einlassöffnungen der jeweiligen Zylinder angebracht. Zündkerzen (nicht gezeigt) sind an einem Zylinderkopf der Maschine 11 für die jeweiligen Zylinder angebracht, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylindern mit Funkenentladungen zu zünden, die durch die jeweiligen Zündkerzen erzeugt werden.
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Ein Kühlmitteltemperatursensor 25 zum Abtasten der Kühlmitteltemperatur THW und ein Kurbelwinkelsensor 26 zum Ausgeben eines Impulssignals bei jeder Zeit, wenn eine Kurbelwelle der Maschine 11 sich um einen bestimmten Kurbelwinkel dreht, sind an dem Zylinderblock der Maschine 11 angebracht. Ein Kurbelwinkel CA und eine Maschinendrehzahl werden basierend auf dem Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors 26 abgetastet. Ein Beschleunigerbetätigungsbetrag ACCP (Trittbetrag des Beschleunigers) wird mit einem Beschleunigersensor 27 abgetastet.
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Als nächstes wird ein Aufbau der Einlassdrosselventileinheit 15 basierend auf 2 erklärt. Bei der Einlassdrosselventileinheit 15 von jedem Zylinder ist ein Einlassdurchgang 18, der einen Querschnitt im Wesentlichen in der Form eines Rechtecks aufweist, in einem Gehäuse 17 definiert, das aus Kunststoff hergestellt ist. Eine Auslegereinlassdrosselklappe 19 zum Öffnen/Schließen des Einlassdurchgangs 18 ist in dem Einlassdurchgang 18 vorgesehen. Die Einlassdrosselklappe 19 dreht sich als Öffnungs-/Schließbewegung um eine Welle 20, die mit dem unteren Ende der Einlassdrosselklappe 19 verbunden ist. Jede Einlassdrosselklappe 19 ist in der Form (im Wesentlichen rechteckige Form bei dem Ausführungsbeispiel) ausgebildet, die dem Querschnitt des Einlassdurchgangs 18 entspricht. Die Querschnittsform des Einlassdurchgangs 18 und die Form der Einlassdrosselklappe 19 sind nicht auf die im Wesentlichen rechteckige Form beschränkt, sondern können jede andere Form sein, wie beispielsweise eine im Wesentlichen halbkreisartige Form oder eine im Wesentlichen halbelliptische Form.
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Die Einlassdrosselklappen 19 der jeweiligen Zylinder sind mit einer gemeinsamen Welle 20 verbunden und können sich einstückig drehen. Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappen 19 der jeweiligen Zylinder werden durch eine Steuerung eines Motors 21 (gezeigt in 1), der mit der Welle 20 verbunden ist, gemäß einem Maschinenbetriebszustand (Beschleunigerbetätigungsbetrag ACCP und dergleichen) gesteuert. Alternativ können die Einlassdrosselklappen 19 der jeweiligen Zylinder mechanisch mit einem Beschleuniger verbunden sein und können in Verbindung mit der Beschleunigerbetätigung zum Öffnen oder Schließen angetrieben werden.
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Die Einlassdrosselklappe 19 jedes Zylinders ist so vorgesehen, dass das Ende (unteres Ende) an der Seite der Welle 20 eine Innenwandfläche des Gehäuses 17 berührt (oder dieser nahe ist) und die Einlassluft kaum durch den Zwischenraum unter der Einlassdrosselklappe 19 treten kann. Wenn die Einlassdrosselklappe 19 geöffnet ist, wird ein Strömungsdurchgang der Einlassluft (Spalt von der Innenwandfläche des Gehäuses 17) nur an der oberen Seite der Einlassdrosselklappe 19 ausgebildet und ein Strömungsdurchgangquerschnittsbereich an der oberen Seite der Einlassdrosselklappe 19 ändert sich in Übereinstimmung mit dem Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 19. Ein konkaver Unterbringungsabschnitt 22 zum Unterbringen der Einlassdrosselklappe 19, wenn die Einlassdrosselklappe 19 vollkommen geöffnet ist, ist in dem Gehäuse 17 und in deren Nähe ausgebildet. Daher behindert die Einlassdrosselklappe 19 nicht die Strömung der Einlassluft, wenn die Einlassdrosselklappe 19 vollkommen geöffnet ist.
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Die Ausgaben der vorstehend beschriebenen Sensoren werden in einen Steuerkreis 28 (ECU) eingegeben. Die ECU 28 hat als Hauptkomponente einen Mikrocomputer. Die ECU 28 führt verschiedene Arten von Maschinensteuerungsprogrammen aus, die in einem eingebauten ROM (Speichermedium) gespeichert sind, um eine Kraftstoffeinspritzmenge der Einspritzeinrichtung und einen Zündzeitpunkt der Zündkerze in Übereinstimmung mit dem Maschinenbetriebszustand zu steuern. Die ECU 28 berechnet einen Sollöffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 19 basierend auf dem Beschleunigerbetätigungsbetrag ACCP, der mit dem Beschleunigersensor 27 und dergleichen abgetastet wird, und steuert den Motor 21 der Einlassdrosselklappe 19, um einen tatsächlichen Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 19 mit dem Sollöffnungsgrad zusammenzuführen. Die ECU 28 führt ein Berechnungsprogramm für eine Einlassmenge in den Zylinder aus, wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, um eine Einlassmenge in den Zylinder von jedem Zylinder folgendermaßen zu berechnen.
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Wie es in einem Zeitdiagramm von 3 gezeigt ist, werden während eines stationären Betriebs der Maschine 11 die Einlassmengen GA(#1)–GA(#4) in den Zylinder bei Einlasstakten der jeweiligen Zylinder (erster Zylinder #1 bis vierter Zylinder #4) basierend auf der Ausgabe des Luftmengenmessers 23 abgetastet. In 3 stellt VL einen Ventilhubbetrag dar und Pa ist der Atmosphärendruck.
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Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H(#2)–H(#4) von dem zweiten Zylinder #2 bis zu dem vierten Zylinder #4 werden durch einen Vergleich zwischen der Einlassmenge GA(#1) in den Zylinder des ersten Zylinders #1 und den Einlassmengen in den Zylinder GA(#2)–GA(#4) der anderen Zylinder (zweiter Zylinder #2 bis vierter Zylinder #4) erhalten, die mit dem Luftmengenmesser 23 während des stationären Betriebs der Maschine 11 abgetastet werden.
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Der Durchschnittseinlassdruck mPm(#1) während des Einlasshubs des ersten Zylinders #1 (beispielsweise eine Ventilöffnungsdauer des Einlassventils) wird basierend auf dem Einlassdruck Pm des ersten Zylinders #1 berechnet, der mit dem Einlassdrucksensor 24 bei dem stationären Betrieb der Maschine 11 abgetastet wird. Der Durchschnittseinlassdruck mPm(#1) bei dem Einlasshub des ersten Zylinders #1 wird mit den Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H(#2)–H(#4) der anderen Zylinder (zweiter Zylinder #2 bis vierter Zylinder #4) korrigiert, um Durchschnittseinlassdrücke mPm(#2)–mPm(#4) bei den Einlasshüben der anderen Zylinder (zweiter Zylinder #2 bis vierter Zylinder #4) zu berechnen.
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Dann wird der Durchschnittseinlassdruck mPmc jedes Zylinders während des stationären Betriebs durch die folgende Formel (1) berechnet.
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Formel (1):
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mPmc = α(#1) × mPm(#1) + α(#2) × mPm(#2) + α(#3) × mPm(#3) + α(#4) × mPm(#4)
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Der Wert α(#i) (i = 1 bis 4) ist während des Einlasshubs bei dem i-ten Zylinder #i 1 (α(#i) = 1) und ist während des anderen Zeitraums 0 (α(#i) = 0).
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Das heißt, der Durchschnittseinlassdruck mPmc wird bei den Einlasshüben des ersten Zylinders #1 bis zu dem vierten Zylinder #4 durch die folgende Formel (2) berechnet.
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Formel (2):
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mPmc = mPm(#1) (während des Einlasshubs des Zylinders #1)
mPmc = mPm(#2) (während des Einlasshubs des Zylinders #2)
mPmc = mPm(#3) (während des Einlasshubs des Zylinders #3)
mPmc = mPm(#4) (während des Einlasshubs des Zylinders #4)
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Während des instationären Betriebs der Maschine 11 wird ein Zukunftsschätzeinlassdruck Pme stromabwärts der Einlassdrosselklappe 19 zuerst aus dem Sollöffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 19 durch Verwendung eines Physikmodells (beispielsweise der Formel einer Öffnung) vorhergesagt. Zu dieser Zeit wird der während dem unmittelbar vorangegangenen stationären Betrieb geschätzte Durchschnittseinlassdruck mPmc als ein Anfangswert Pme(0) von dem Schätzeinlassdruck verwendet, um die Schätzungsgenauigkeit des Schätzeinlassdrucks Pme zu verbessern.
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Dann wird eine Einlassmenge in den Zylinder mc jedes Zylinders wie von dem instationären Betrieb durch Verwenden des Schätzeinlassdrucks Pme und eines Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H durch die folgende Formel (3) berechnet.
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Formel (3):
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mc = {α(#1) × 1 + α(#2) × H(#2) + α(#3) × H(#3) + α(#4) × H(#4)}/H(#n) × GRAND × Pme – GA0
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GRAND und GA0 sind eine Steigung GRAND und ein Abschnitt GA0 eines linearen Ausdrucks (Karte), der eine Beziehung zwischen dem Einlassdruck Pm und der Einlassmenge in den Zylinder GA definiert, die in 6 gezeigt ist. Der Wert n ist die Zylinderanzahl des Durchschnitteinlassdrucks mPmc, der als der Anfangswert Pme(0) des Schätzeinlassdrucks verwendet wird.
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Das heißt, die Einlassmenge in den Zylinder mc wird durch die folgende Formel (4) bei den Einlasshüben von dem ersten Zylinder #1 zu dem vierten Zylinder #4 berechnet.
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Formel (4):
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mc = 1/H(#n) × GRAND × Pme – GA0
(während des Einlasshubs des Zylinders #1),
mc = H(#2)/H(#n) × GRAND × Pme – GA0
(während des Einlasshubs des Zylinders #2),
mc = H(#3)/H(#n) × GRAND × Pme – GA0
(während des Einlasshubs des Zylinders #3),
mc = H(#4)/H(#n) × GRAND × Pme – GA0
(während des Einlasshubs des Zylinders #4).
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Die vorstehend beschriebene Berechnungsverarbeitung einer Einlassmenge in den Zylinder des Ausführungsbeispiels wird durch die ECU 28 basierend auf dem in den 4 und 5 gezeigten Berechnungsprogramm einer Einlassmenge in den Zylinder durchgeführt.
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Als nächstes werden die Verarbeitungsinhalte des Programms der 4 und 5 erklärt. Das in den 4 und 5 gezeigte Berechnungsprogramm einer Einlassmenge in den Zylinder wird bei einem vorbestimmten Zyklus ausgeführt, während die ECU 28 unter Strom gesetzt ist. Wenn das Programm gestartet ist, bestimmt zuerst S101, ob der vorherige Maschinenbetriebszustand der stationäre Zustand war, basierend auf zumindest einem von dem Beschleunigerbetätigungsbetrag ACCP, der Maschinendrehzahl, der Einlassmenge GA, des Einlassdrucks Pm und dergleichen. Wenn S101 bestimmt, dass der vorherige Maschinenbetriebszustand der stationäre Zustand war, geht die Verarbeitung zu S102 weiter, um den gegenwärtigen Durchschnittseinlassdruck mPmc als Anfangswert mPm0 des Schätzeinlassdrucks wie von dem instationären Betrieb einzustellen (d. h. mPm0 = mPmc).
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Dann geht die Verarbeitung zu S103 weiter, um zu bestimmen, ob der gegenwärtige Maschinenbetriebszustand der stationäre Zustand ist. Wenn S103 bestimmt, dass der gegenwärtige Maschinenbetriebszustand der stationäre Zustand ist, geht die Verarbeitung zu S104 weiter. S104 liest den Einlassdruck Pm des ersten Zylinders #1 aus, der mit dem Einlassdrucksensor 24 abgetastet wird. Dann geht die Verarbeitung zu S105 weiter. S105 berechnet den Durchschnittseinlassdruck mPm(#1) bei dem Einlasshub des ersten Zylinders #1, indem der Integrationswert (∫Pm) des Einlassdrucks Pm in dem Einlasshub (beispielsweise die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils) des ersten Zylinders #1 durch die Länge des Einlasshubs (IVC(#1) – IVO(#1)) teilt (d. h., mPm(#1) = (∫Pm)/{IVC(#1) – IVO(#1)}). Der Wert IVO(#1) ist die Ventilöffnungszeit eines Einlassventils des ersten Zylinders #1 und der Wert IVC(#1) ist die Ventilschließzeit des Einlassventils des ersten Zylinders #1.
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Dann geht die Verarbeitung zu S106 weiter, um die Einlassmengen in den Zylinder GA(#1)–GA(#4) bei den Einlasshüben der jeweiligen Zylinder (erster Zylinder #1 bis vierter Zylinder #4) basierend auf der Ausgabe des Luftmengenmessers 23 zu berechnen. Dann geht die Verarbeitung zu S107 weiter. S107 berechnet die Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H(#2)–H(#4) von dem zweiten Zylinder #2 bis zu dem vierten Zylinder #4 durch die folgende Formel (5), indem die Einlassmenge GA(#1) des ersten Zylinders #1 und die Einlassmengen GA(#2) – GA(#4) der anderen Zylinder verwendet (zweiter Zylinder #2 bis vierter Zylinder #4) werden, die mit dem Luftmengenmesser 23 abgetastet werden.
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Formel (5):
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H(#2) = {GA(#2) – GA0)/{GA(#1) – GA0},
H(#3) = {GA(#3) – GA0)/{GA(#1) – GA0},
H(#4) = {GA(#4) – GA0)/{GA(#1) – GA0}.
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Der Abschnitt GA0 des linearen Ausdrucks (6), der die Beziehung zwischen dem Einlassdruck Pm und der Einlassmenge GA in den Zylinder definiert, wird basierend auf einer Karte oder einer Formel in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl, der Einlassventilzeit und dergleichen berechnet.
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Dann geht die Verarbeitung zu S108 weiter. S108 korrigiert den Durchschnittseinlassdruck mPm(#1) wie von dem Einlasshub des ersten Zylinders #1 mit den Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H(#2) bis H(#4) der anderen Zylinder (zweiter Zylinder #2 bis vierter Zylinder #4), um die Durchschnittseinlassdrücke mPm(#2) – mPm(#4) bei den Einlasshüben der anderen Zylinder (zweiter Zylinder #2 bis vierter Zylinder #4) zu berechnen, wie es durch die folgende Formel (6) gezeigt wird.
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Formel (6):
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mPm(#2) = mPm(#1) × H(#2),
mPm(#3) = mPm(#1) × H(#3),
mPm(#4) = mPm(#1) × H(#4).
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Dann geht die Verarbeitung zu S109 weiter, um den Durchschnittseinlassdruck mPmc jedes Zylinders wie von dem stationären Betrieb durch die folgende Formel (7) zu berechnen.
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Formel (7):
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mPmc = α(#1) × mPm(#1) + α(#2) × m2m(#2) + α(#3) × mPm(#3) + α(#4) × mPm(#4)
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Der Wert α(#i) ist 1 (α(#i) = 1), wenn der Kurbelwinkel CA in der Einlasshubdauer (IVO)(#1) ≤ CA ≤ IVC(#i)) von dem i-ten Zylinder #i ist und ist 0 (α(#i) = 0), wenn der Kurbelwinkel CA in den anderen Zeiträumen ist (CA < IVO(#i), IVC(#i) < CA).
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Das heißt, der Durchschnittseinlassdruck mPmc wird durch die folgende Formel (8) bei den Einlasshüben von dem ersten Zylinder #1 bis zu dem vierten Zylinder #4 berechnet.
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Formel (8):
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mPmc = mPm(#1) (während des Einlasshubs des Zylinders #1)
mPmc = mPm(#2) (während des Einlasshubs des Zylinders #2)
mPmc = mPm(#3) (während des Einlasshubs des Zylinders #3)
mPmc = mPm(#4) (während des Einlasshubs des Zylinders #4)
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Dann geht die Verarbeitung zu S110 weiter, um die Einlassmenge in den Zylinder GA, die mit dem Luftmengenmesser 23 abgetastet wird, als die Einlassmenge in den Zylinder mc von dem stationären Betrieb einzustellen (mc = GA).
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Anschließend, wenn S103 bestimmt, dass der gegenwärtige Maschinenbetriebszustand der instationäre Zustand ist, geht die Verarbeitung zu S111 von 5 weiter, um zu bestimmen, ob der vorherige Maschinenbetriebszustand der stationäre Zustand war. Wenn bestimmt wird, dass der vorherige Maschinenbetriebszustand der stationäre Zustand ist (d. h., im Falle, dass der Berechnungszyklus nach dem Maschinenbetriebszustand, der zuerst bestimmt wird, der instationäre Zustand ist), geht die Verarbeitung zu S112 weiter, um einen Zählwert k eines Zählers einer instationären Berechnung auf einen Anfangswert rückzusetzen (beispielsweise 1, d. h., k = 1).
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Dann geht die Verarbeitung zu S113 weiter. S113 berechnet einen Strömungsdurchgangsquerschnitt At entsprechend dem gegenwärtigen Sollöffnungsgrad der Einlassdrosselklappe
19 unter Bezugnahme auf eine Karte des Strömungsdurchgangsquerschnittsbereichs At und des Öffnungsgrads θ der Einlassdrosselventileinheit
15, die in
7 gezeigt ist, und berechnet eine Menge Mt an Luft, die durch die Einlassdrosselklappe
19 tritt, indem er ein Physikmodell (bspw. eine Formel der Öffnung) basierend auf dem Strömungsdurchgangsquerschnittsbereich At verwendet, wie es durch die folgende Formel (9) gezeigt ist. Formel (9):
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Bei der Formel (9) ist μ ein Strömungsratenkoeffizient, ist Pa der Atmosphärendruck, ist R die Gaskonstante und ist Ta die Umgebungstemperatur. Ein Anfangswert Pme(0) des Schätzeinlassdrucks wird auf mPm(0) gesetzt (Durchschnittseinlassdruck mPmc, der während des unmittelbar vorangegangenen stationären Betriebs geschätzt wurde).
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Dann berechnet S114 eine Schätzeinlassmenge in den Zylinder mce(k) durch die folgende Formel (10).
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Formel (10):
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mce(k) = GRAND × Pme(k – 1) – GA0
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GRAND, GA0 in der Formel (10) sind die Steigung GRAND und der Abschnitt GA0 des linearen Ausdrucks (Karte), der die Beziehung zwischen dem Einlassdruck Pm und der Einlassmenge in den Zylinder GA definiert, wie es in 6 gezeigt ist.
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Dann geht die Verarbeitung zu S115 weiter, um den Schätzeinlassrohrdruck Pme(k) durch die folgende Formel (11) zu berechnen. Formel (11):
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In der Formel (11) ist k das spezifische Wärmeverhältnis, V ist eine Einlassrohrkapazität und Tm ist die Einlasslufttemperatur. Ein Anfangswert Tm(0) der Einlasslufttemperatur Tm wird auf die Umgebungstemperatur Ta eingestellt.
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Dann geht die Verarbeitung zu S116 weiter, um die Einlassmenge in den Zylinder mc jedes Zylinders wie von dem instationären Betrieb durch die folgende Formel (12) zu berechnen, indem sie den Schätzeinlassdruck Pme und den Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H verwendet.
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Formel (12):
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mc(k) = {α(#1) × 1 + α(#2) × H(#2) + α(#3) × H(#3) + α(#4) × H(#4)}/H(#n) × GRAND × Pme(k) – GA0
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In Formel (12), sind GRAND und GA0 die Steigung GRAND und der Abschnitt GA0 des linearen Ausdrucks (Karte), der die Beziehung zwischen dem Einlassdruck Pm und der Einlassmenge in den Zylinder GA definiert, wie es in 6 gezeigt ist. Der Wert n ist die Zylinderanzahl von dem Durchschnittseinlassdruck mPmc, der als der Anfangswert Pme(0) des Schätzeinlassdrucks verwendet wird.
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Das heißt, die Einlassmenge in den Zylinder mc wird durch die folgende Formel (13) in den Einlasshüben von dem ersten Zylinder #1 bis vierten Zylinder #4 berechnet.
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Formel (13):
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mc = 1/H(#n) × GRAND × Pme – GA(0)
(während des Einlasshubs des Zylinders #1),
mc = H(#2)/H(#n) × GRAND × Pme – GA0
(während des Einlasshubs des Zylinders #2),
mc = H(#3)/H(#n) × GRAND × Pme – GA0
(während des Einlasshubs des Zylinders #3),
mc = H(#4)/H(#n) × GRAND × Pme – GA0
(während des Einlasshubs des Zylinders #4).
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Dann geht die Verarbeitung zu S117 weiter, um den Zählwert k des Zählers einer instationären Berechnung um eins zu erhöhen (k = k + 1).
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel können während des stationären Betriebs der Maschine 11 die Einlassmengen in den Zylinder GA(#1)–GA(#4) der jeweiligen Zylinder (erster Zylinder #1 bis vierter Zylinder #4) mit dem Luftmengenmesser 23 abgetastet werden. Die Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H(#2)–H(#4) von dem zweiten Zylinder #2 bis zu dem vierten Zylinder #4 werden durch einen Vergleich zwischen der Einlassmenge in den Zylinder GA(#1) des ersten Zylinders #1 und der Einlassmengen in den Zylinder GA(#2)–GA(#4) der anderen Zylinder (zweiter Zylinder #2 bis vierter Zylinder #4) erhalten, die mit dem Luftmengenmesser 23 während des stationären Betriebs der Maschine 11 abgetastet werden. Außerdem wird der Durchschnittseinlassdruck mPm(#1) während des Einlasshubs des ersten Zylinders #1 basierend auf dem Einlassdruck Pm des ersten Zylinders #1 berechnet, der mit dem Einlassdrucksensor 24 bei dem stationären Betrieb der Maschine 11 abgetastet wird. Der Durchschnittseinlassdruck mPm(#1) bei dem Einlasshub des ersten Zylinders #1 wird mit den Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H(#2)–H(#4) von dem zweiten Zylinder #2 bis zu dem vierten Zylinder #4 korrigiert, um die Durchschnittseinlassdrücke mPm(#2)–mPm(#4) bei den Einlasshüben von dem zweiten Zylinder #2 bis zu dem vierten Zylinder #4 zu berechnen.
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Bei dem instationären Betrieb der Maschine 11 wird der Durchschnittseinlassdruck, der in der unmittelbar vorangehenden Dauer des stetigen Betriebs geschätzt wird, als der Anfangswert Pme(0) von dem Schätzeinlassdruck verwendet und der zukünftige Schätzeinlassdruck Pme stromabwärts der Einlassdrosselklappe (19) wird aus dem Sollöffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 19 durch Verwenden des Physikmodells vorhergesagt (bspw. die Formel der Öffnung und dergleichen). Die Einlassmenge in den Zylinder von jedem Zylinder wird durch Verwenden des vorhergesagten Schätzeinlassdrucks Pme und des Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H berechnet. Somit kann die Einlassmenge in den Zylinder (Füllluftmenge in den Zylinder) jedes Zylinders, die sich in Verzögerung zu der Änderung des Öffnungsgrads der Einlassdrosselklappe 19 während des instationären Betriebs der Maschine 11 ändert, mit hoher Genauigkeit und geeignetem Ansprechverhalten vorhergesagt werden. Infolgedessen wird die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerbarkeit während des Zeitraums eines instationären Betriebs verbessert.
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Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, die Einlassdrucksensoren 24 mit der gleichen Anzahl vorzusehen, wie die Anzahl der Zylinder bei dem Ausführungsbeispiel. Es ist nur erforderlich, den Einlassdrucksensor 24 in dem Einlasskrümmer 14 des ersten Zylinders #1 und den Luftmengenmesser 23 in dem Einlassrohr 12 vorzusehen. Somit kann das Erfordernis der Kostenreduktion erfüllt werden.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Durchschnittseinlassdruck mPm(#1) in dem Einlasshub des ersten Zylinders #1 basierend auf dem Einlassdruck Pm von dem ersten Zylinder #1 berechnet, der mit dem Einlassdrucksensor 24 während des stationären Betriebs der Maschine (11) abgetastet wird. Der Durchschnittseinlassdruck mPm(#1) bei dem Einlasshub des ersten Zylinders #1 wird mit dem Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten H(#2)–H(#4) von dem zweiten Zylinder #2 bis zu dem vierten Zylinder #4 korrigiert, um die Durchschnittseinlassdrücke mPm(#2)–mPm(#4) bei den Einlasshüben von dem zweiten Zylinder (#2) bis vierten Zylinder (#4) zu berechnen. Folglich kann der Durchschnittseinlassdruck jedes Zylinders mit hoher Genauigkeit durch eine vergleichsweise leichte Berechnungsverarbeitung geschätzt werden.
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Des Weiteren wird bei dem Ausführungsbeispiel, wenn der Schätzeinlassdruck Pme der Einlassdrosselklappe 19 aus dem Sollöffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 19 bei dem instationären Betrieb der Maschine 11 vorhergesagt wird, der in dem unmittelbar vorangegangenen stationären Betrieb geschätzte Durchschnittseinlassdruck als der Anfangswert Pme(0) des Schätzeinlassdrucks verwendet. Daher kann die Schätzgenauigkeit des Schätzeinlassdrucks Pme verbessert werden.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Schätzeinlassdruck aus dem Sollöffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 19 bei dem instationären Betrieb der Maschine 11 geschätzt. Alternativ kann der Schätzeinlassdruck aus dem tatsächlichen Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 19 geschätzt werden. Das Verfahren zum Schätzen des Schätzeinlassdrucks kann geeignet und willkürlich abgewandelt werden.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Einlassdrucksensor 24 stromabwärts der Einlassdrosselklappe 19 von dem ersten Zylinder #1 angeordnet. Alternativ kann der Einlassdrucksensor 24 stromabwärts der Einlassdrosselklappe 19 von irgendeinem der anderen Zylinder (einem von dem zweiten Zylinder #2 bis vierten Zylinder #4) angeordnet sein. Alternativ können mehrere Einlassdrucksensoren 24 stromabwärts von den Einlassdrosselklappen 19 von zwei oder mehr von all den Zylindern ausgewählten Zylindern angeordnet werden.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Erfindung bei der Vier-Zylinder-Maschine angewandet. Die Erfindung kann bei einer Zwei-Zylinder-Maschine, einer Drei-Zylinder-Maschine oder einer Maschine, die fünf Zylinder oder mehr aufweist, angewandt werden.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Erfindung bei der Maschine mit Saugrohreinspritzung angewandt. Alternativ kann die Erfindung bei einer Maschine mit Direkteinspritzung (d. h., einer Direkteinspritzmaschine) oder einer Dual-Einspritzmaschine verwendet werden, die Einspritzeinrichtungen in sowohl einem Ansaugkanal, als auch einem Zylinder aufweist.
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Die Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt werden, sondern kann in vielen anderen Arten realisiert werden, ohne von dem Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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Ein Einlassdrucksensor (24) ist in einem Einlasskrümmer (14) eines ersten Zylinders vorgesehen. Während eines stationären Betriebs werden die Einlassmengen von jeweiligen Zylindern mit einem Luftmengenmesser (23) abgetastet, der in einem Einlassrohr (12) einer Maschine (11) vorgesehen ist, und die Einlassmenge des erste Zylinders wird mit den Einlassmengen der anderen Zylinder verglichen, um Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten der anderen Zylinder zu erhalten. Auch wird der Durchschnittseinlassdruck von dem ersten Zylinder mit den Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten korrigiert, um die Durchschnittseinlassdrücke der anderen Zylinder zu berechnen. Während des instationären Betriebs wird der Schätzeinlassdruck von einem Sollöffnungsgrad einer Einlassdrosselklappe (19) durch die Verwendung eines Physikmodells vorhergesagt. Einlassmengen der jeweiligen Zylinder werden durch Verwenden des Schätzeinlassdrucks und der Einlassdruckschwankungskorrekturkoeffizienten berechnet.