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Verwandte Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Korrelieren einer Zylinderladung und eines Einlassventilhubs
bei einem Verbrennungsmotor, welcher Ventile mit einem variablen
Ventiltrieb aufweist. Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt
zum Ausführen des Verfahrens und ein Kraftfahrzeug, welches
die Vorrichtung aufweist.
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Bei
modernen Motorsteuerungssystemen wird häufig eine drehmomentbasierte
Strategie eingesetzt. Der Kraftfahrer oder eine andere Drehmomentbedarfsquelle
fordert ein bestimmtes Drehmoment. Dieser Drehmomentbedarf wird
dann in das Drehmoment einfließende Steuervariablen umgewandelt
und die Steuervariablen werden gemäß dem Umwandlungsergebnis
eingestellt, um zu verursachen, dass der Motor das erforderte Drehmoment
liefert. Typische Steuervariablen, durch welche die Drehmomentleistung
eines Verbrennungsmotors beeinflusst bzw. beeinträchtigt
werden kann, enthalten die Zylinderladung, d. h. die in den Zylinder
geladene Luftmenge, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und
den Winkel des Zündfunkens im Falle eines Ottomotors.
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Eine
Variation der Zylinderladung kann mittels einer Drosselklappe bei
einem herkömmlichen gedrosselten Motor, Betätigungsvorrichtungen,
welche den Öffnungswinkel oder die Öffnungshöhe
des Einlassventils verändern, oder durch Erhöhen
eines Luftdrucks mit einem Turbolader oder anderem Lader erzielt
werden. Bei einem Motor, welcher mit einer Technologie einer stufenlosen
Ventilhubänderung (CVVL) ausgestattet ist, wird die Zylinderladung hauptsächlich
durch den variablen, maximalen Einlassventilhub beeinträchtigt,
d. h. die maximale Höhe, zu welcher sich das Einlassventil
während einem Motorzyklus öffnet.
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Um
die Luftzylinderladung als Steuervariable im Falle eines Motors
zu verwenden, welcher mit der Technologie einer stufenlosen Ventilhubänderung ausgestattet
ist, ist ein Rechenmodell erforderlich, welches die Zylinderladung
mit dem maximalen Einlassventilhub korreliert. Solch ein Modell
wird auch zum Bestimmen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge erfordert,
um ein erwünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis
der Zylinderladung zu erzielen. Die Zylinderladung hängt
jedoch nicht nur vom maximalen Einlassventilhub, sondern insbesondere
auch von der Einlassspreizung, Auslassspreizung, Motordrehzahl und den
Einlasszuständen, d. h. Lufttemperatur und Druck der vom
Motor angesaugten Luft. Daher würde ein Rechenmodell, welches
auf einem hochdimensionalen, empirisch bestimmten Kennfeld basiert,
das alle Variablen berücksichtigt, welche die Zylinderladung
beeinträchtigen, große Rechen- und insbesondere
Speicherbetriebsmittel erfordern, die in einer fahrzeugeigenen Steuervorrichtung
unpraktisch oder kostspielig umzusetzen sind.
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EP 1 030 042 B1 offenbart
ein Verfahren zum Bestimmen einer Frischluft-Zylinderladung für
ungedrosselte Motoren. Die Berechnung basiert auf einem zweidimensionalen
Bezugskennfeld, welches vom maximalen Einlassventilhub und der Motordrehzahl
abhängig ist, welche in Bezugsnockenphasenwinkeln und Bezugseinlasszuständen
definiert sind. Ein erster Korrekturfaktor kompensiert andere Nockenphasenwinkel
als diese, welche dem Bezugskennfeld entsprechen. Ein zweiter Korrekturfaktor korrigiert
andere Einlasszustände.
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Wenn
an realistischen Bereichen der Drehzahl und dem gelieferten Drehmoment
typischer Motoren angewendet, scheint das Modell zur Berechnung
der Ladung jedoch die eingeschlossene Luftmasse im Zylinder für
alle Betriebspunkte nicht richtig widerzuspiegeln bzw. wiederzugeben.
Es wird erwünscht eine Weise zum Korrelieren des maximalen Einlassventilhubs
und der Zylinderladung zu liefern, welche über einen großen
Bereich an Betriebspunkten präzise Ergebnisse liefert ohne
auf betriebsmittelintensive Berechnungsmittel zurückzugreifen,
wie beispielsweise hochdimensionale Kennfelder.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Bestimmen einer
Zylinderladung eines Verbrennungsmotors, welcher Ventile mit einem
variablen Ventiltrieb aufweist. Das Verfahren weist einen Schritt
zum Bestimmen eines maximalen Einlassventilhubs, d. h. ein Maß für die
maximale Höhe, zu welcher sich das mit dem Zylinder assoziierte
Einlassventil während einem Motorzyklus öffnet,
auf. In einem anderen Schritt wird eine genormte Zylinderladung
relativ zu zumindest einer definierten Einlassspreizung einer Öffnungsphase
des Einlassventils und/oder einer definierten Auslassspreizung einer Öffnungsphase
des Auslassventils als Funktion des maximalen Einlassventilhubs
berechnet. Beispielsweise wird eine genormte Zylinderladung anhand des
maximalen Einlassventilhubs und gegebenenfalls weiteren Variablen
unter der Annahme berechnet, dass sich die Einlassspreizung, d.
h. der Winkelabstand bezüglich des Kurbelwellenwinkels
vom oberen Totpunkt des Motors, auf einem im Voraus definierten,
konstanten Wert befindet. In einem weiteren Schritt wird ein Überlappungswert
bestimmt, welcher eine Ist-Überlappung der Öffnungsphase
des Einlassventils und der Öffnungsphase des Auslassventils
kennzeichnet. In einem weiteren Schritt wird eine korrigierte Zylinderladung
basierend auf der genormten Zylinderladung und dem Überlappungswert
korrigiert. Mit anderen Worten wird der Einfluss der Ist-Überlappung,
welcher im Vergleich zur genormten Zylinderladung besteht, bestimmt
und die korrigierte Zylinderladung anhand der genormten Zylinderladung
basierend auf dem bestimmten Einfluss berechnet.
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Durch
Berücksichtigen der Überlappung der Öffnungsphase
des Einlassventils und der Öffnungsphase des Auslassventils
beim Berechnen der Zylinderladung anhand des maximalen Einlassventilhubs ermöglicht
das Verfahren physikalische Effekte in Bezug auf die Wechselwirkung
zwischen der Öffnungsphase des Einlassventils und der Öffnungsphase
des Auslassventils einzubeziehen und folglich den maximalen Einlassventilhub
und die Zylinderladung präzise zu korrelieren ohne ein
hochdimensionales und daher speicherintensives Kennfeld zu erfordern,
welches alle möglichen Kombinationen der Öffnungsphasen
des Einlassventils und Öffnungsphasen des Auslassventils
abdeckt, auf die der variable Ventiltrieb des Motors während
des Betriebs eingestellt sein kann.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung wird in einem weiteren Schritt die
Motordrehzahl bestimmt. Die genormte Zylinderladung wird nicht nur als
Funktion des maximalen Einlassventilhubs, sondern auch als Funktion
der Motordrehzahl berechnet. Auf diese Weise ist eine besonders
hohe Präzision erzielbar, da der Einfluss, welchen die
Motordrehzahl auf die Zylinderladung hat, in der genormten Zylinderladung
wiedergegeben werden kann.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung weist der Schritt zum Berechnen
der korrigierten Zylinderladung das Berechnen eines Ventilphasenkorrekturfaktors
basierend auf dem Überlappungswert und das Multiplizieren
der genormten Zylinderladung mit dem Ventilphasenkorrekturfaktor
auf. Dies hat den besonderen Vorteil einer leichten Implementierung und
des Erfordernisses von kleinen Rechenbetriebsmitteln in einer fahrzeugeigenen
Steuervorrichtung.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung wird der Ventilphasenkorrekturfaktor
auch basierend auf zumindest dem maximalen Einlassventilhub und/oder
der Motordrehzahl berechnet. Auf diese Weise ist eine besonders
hohe Präzision erzielbar, da Effekte der Dauer der Öffnungsphase
des Einlassventils und/oder dynamische Effekte in Bezug auf die Motordrehzahl
im Ventilphasenkorrekturfaktor wiedergegeben werden können.
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Unter
einem anderen Aspekt ist ein weiteres Verfahren zum Bestimmen eines
maximalen Einlassventilhubs eines Verbrennungsmotors geliefert,
welcher Ventile mit einem variablen Ventiltrieb aufweist. Das weitere
Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bestimmen einer erwünschten
Zylinderladung, Bestimmen eines Überlappungswertes, welcher
eine Ist-Überlappung einer Öffnungsphase des Einlassventils
und einer Öffnungsphase des Auslassventils kennzeichnet,
Berechnen einer genormten Zylinderladung relativ zu einer definierten
Einlassspreizung der Öffnungsphase des Einlassventils und/oder
einer definierten Auslassspreizung der Öffnungsphase des Auslassventils
basierend auf der erwünschten Zylinderladung und dem Überlappungswert,
und Berechnen des maximalen Einlassventilhubs als Funktion der genormten
Zylinderladung. Das weitere Verfahren erzielt daher, die maximale
Einlassventilspreizung und die Zylinderladung durch Durchführen
einer Umwandlung in der umgekehrten Richtung zu korrelieren, welche
mit der erwünschten Zylinderladung beginnt und einen entsprechenden
Wert der maximalen Einlassventilspreizung ergibt.
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Vorzugsweise
wird die Motordrehzahl in einem weiteren Schritt bestimmt, wobei
der maximale Einlassventilhub auch als Funktion der Motordrehzahl
berechnet wird. Auf diese Weise ist eine besonders hohe Präzision
erzielbar, da der Einfluss, welchen die Motordrehzahl auf die Zylinderladung
hat, im genormten, maximalen Einlassventilhub wiedergegeben werden
kann.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung weist der Schritt zum Berechnen
der genormten Zylinderladung das Berechnen eines Ventilphasenkorrekturfaktors
basierend auf dem Überlappungswert und das Dividieren der
erwünschten Zylinderladung durch den Ventilphasenkorrekturfaktor
auf. Dies hat den besonderen Vorteil einer leichten Implementierung und
des Erfordernisses von kleinen Rechenbetriebsmitteln in einer fahrzeugeigenen
Steuervorrichtung. Der Schritt zum Dividieren kann auch als äquivalenter
Schritt zum Multiplizieren der erwünschten Zylinderladung
mit dem Ventilphasenkorrekturfaktor formuliert werden, wie sofort
durch Verändern bzw. Umwandeln der Definition des Ventilphasenkorrekturfaktors
der Ventilverstellung in das Gegenteil derselben ersichtlich ist.
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Der
Ventilphasenkorrekturfaktor wird vorzugsweise auch basierend auf
der Motordrehzahl berechnet. Auf diese Weise ist eine besonders
hohe Präzision erzielbar, da dynamische Effekte in Bezug auf
die Motordrehzahl im Ventilphasenkorrekturfaktor wiedergegeben werden
können.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung wird das Verfahren iterativ durchgeführt,
wobei der Ventilphasenkorrekturfaktor auch basierend auf dem maximalen
Einlassventilhub berechnet wird, der in einer früheren
Iteration bestimmt wurde. Auf diese Weise ist eine besonders hohe
Präzision erzielbar, da weitere Effekte, wie z. B. die
Dauer der Öffnungsphase des Einlassventils, im Ventilphasenkorrekturfaktor wiedergegeben
werden können.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung wird die genormte Zylinderladung
relativ zur definierten Einlassventilspreizung berechnet. Der Schritt
zum Berechnen des Zylinderladungskorrekturfaktors weist das Bestimmen
einer Ist-Einlassspreizung, Berechnen eines Einlassspreizungskorrekturfaktors
basierend auf der Ist-Einlassspreizung, Berechnen eines Überlappungskorrekturfaktors
basierend auf dem Überlappungswert und Multiplizieren des Überlappungskorrekturfaktors
und Einlassspreizungskorrekturfaktors auf. Auf diese Weise kann
eine besonders hohe Präzision erzielt werden, da der Einfluss der
Ist-Einlassspreizung auf die Zylinderladung im Vergleich zur definierten
Einlassspreizung zusätzlich zum Quereinfluss der Ist-Einlass-
und Auslassspreizung, die in den Überlappungs-Öffnungsphasen
des Einlass- und Auslassventils wiedergegeben werden, im Korrekturfaktor
wiedergegeben werden kann.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung wird die genormte Zylinderladung
zudem relativ zu einer definierten Auslassventilspreizung berechnet.
Hierin weist der Schritt zum Berechnen des Zylinderladungskorrekturfaktors
das Bestimmen einer Ist-Auslassventilspreizung, Berechnen eines
Auslassventilspreizungskorrekturfaktors basierend auf der Ist-Auslassventilspreizung,
Berechnen eines Überlappungskorrekturfaktors basierend
auf dem Überlappungswert und Multiplizieren des Überlappungskorrekturfaktors
und Auslassspreizungskorrekturfaktors auf. Auf diese Weise kann
eine besonders hohe Präzision erzielt werden, da der Einfluss
der Ist-Auslassspreizung auf die Zylinderladung im Vergleich zur definierten
Auslassspreizung zusätzlich zum Quereinfluss der Ist-Einlass-
und Auslassspreizung, die in den Überlappungs-Öffnungsphasen
des Einlass- und Auslassventils wiedergegeben werden, im Korrekturfaktor
wiedergegeben werden kann.
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Nach
einer bevorzugten Weiterentwicklung weist der Schritt zum Bestimmen
des Überlappungswertes das Bestimmen von zumindest einem
Winkelbetrag der Überlappung der Öffnungsphase
des Einlassventils und der Öffnungsphase des Auslassventils,
einem Winkelort der Überlappung der Öffnungsphase
des Einlassventils und der Öffnungsphase des Auslassventils
und/oder einem Überlappungsbereich eines ersten Bereiches
unter einer Kurve des Einlassventilhubs und eines zweiten Bereiches
unter einer Kurve eines Auslassventilhubs auf. Auf diese Weise kann
der Überlappungswert durch eine fahrzeuginterne Steuereinrichtung
leicht berechnet werden, während die geometrischen Zustände
des variablen Ventiltriebs wiedergegeben werden, die den Quereinfluss
der Einlassspreizung und Auslassspreizung auf die Korrelation zwischen
dem maximalen Einlassventilhub und der Zylinderladung betreffen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf bevorzugte
Ausführungsformen und die beiliegenden Zeichnungen beschrieben
werden.
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens
und der Vorrichtung nach der Erfindung;
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2 ist
ein Diagramm, welches die Öffnungskurven des Einlass- und
Auslassventils eines Verbrennungsmotors zeigen, welcher Ventile
mit einem variablen Ventiltrieb aufweist; und
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3 ist
ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens
und der Vorrichtung nach der Erfindung.
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Sofern
nicht ausdrücklich anders angegeben, bezeichnen ähnliche
Bezugszeichen in den Figuren ähnliche Elemente oder Elemente
mit einer ähnlichen Funktionalität.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
in einem Blockdiagramm einen Verbrennungsmotor 100, welcher
Ventile (nicht gezeigt) mit einem variablen Ventiltrieb aufweist,
und eine Steuereinheit 104 zum Bestimmen einer Zylinderladung 158 des
Motors 100. Die Steuereinheit 104 enthält
eine Einrichtung 118 zum Bestimmen einer Einspritzmenge,
welche während der Betätigung des Motors 100 kontinuierlich
eine Kraftstoffeinspritzmenge 106 bestimmt, die dem Motor 100 zugeführt wird,
um ein erwünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis
zu erzielen.
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Im
Folgenden soll die Funktionalität des variablen Ventiltriebs
des Motors 100 mit Hilfe eines in 2 gezeigten
Diagramms erläutert werden, in welchem eine horizontale
Achse 224 den Kurbelwellenwinkel des Motors 100 darstellt,
der sich über einen Abschnitt des Motorzyklus erstreckt,
der um den oberen Totpunkt 220 eines gegebenen Zylinders
des Motors 100 herum zentriert ist. Zwar kann der Motor 100 mehr
als einen Zylinder aufweisen, aber hier wird zur Klarheit nur ein
einziger Zylinder berücksichtigt. Eine vertikale Achse 222 des
Diagramms stellt einen Ventilhub dar, d. h. die Öffnungshöhe
des Einlass- und Auslassventils, welche mit dem Zylinder assoziiert werden.
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Eine
erste Kurve 214 zeigt eine beispielhafte Abhängigkeit
des Einlassventilhubs vom Kurbelwellenwinkel. Wenn der Kurbelwellenwinkel
während der Betätigung des Motors 100 den
Bereich der horizontalen Achse 224 von links nach rechts
durchquert, bleibt das Einlassventil entsprechend einem Einlassventilhub
von Null zunächst geschlossen. Bei einem Öffnungswinkel 230 des
Einlassventils öffnet sich das Einlassventil, wobei die Öffnungshöhe 214 desselben
graduell ansteigt bis ein maximaler Einlassventilhub 204 an
der Position eines Winkels 234 des maximalen Hubs des Einlassventils
erreicht wird. Ab dann fällt die Kurve 214 des
Einlassventilhubs wieder bis sich das Einlassventil bei einem Schließwinkel 232 des
Einlass ventils schließt. Sowohl der maximale Einlassventilhub 204 als
auch der Winkelabstand 210 vom Winkel 234 des
maximalen Hubs des Einlassventils zum oberen Totpunkt 220,
nachstehend als Einlassspreizung 210 bezeichnet, können
während der Betätigung des Motors 100 mittels
eines variablen Ventiltriebs dynamisch variiert werden. Wenn der
maximale Einlassventilhub 204 erhöht wird, nimmt
auch die Öffnungsphase 200 des Einlassventils,
welche als Winkelabstand zwischen dem Öffnungswinkel 230 des
Einlassventils und dem Schließwinkel 232 des Einlassventils
definiert ist, im Winkelmaß derselben zu.
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Ähnlich
zeigt eine in 2 gezeigte zweite Kurve 216 eine
beispielhafte Abhängigkeit des Auslassventilhubs 216 vom
Kurbelwellenwinkel. Wenn der Kurbelwellenwinkel während
der Betätigung des Motors 100 den angezeigten
Bereich der horizontalen Achse 224 durchquert, bleibt das
Auslassventil zunächst geschlossen bis ein Öffnungswinkel 240 des
Auslassventils erreicht wird. Hier öffnet sich das Auslassventil,
wobei die Öffnungshöhe 216 desselben
graduell ansteigt bis ein maximaler Auslassventilhub 205 an
der Position eines Winkels 244 des maximalen Hubs des Auslassventils
erreicht wird. Ab dann fällt die Kurve 216 des
Auslassventilhubs wieder bis sich das Auslassventil bei einem Schließwinkel 242 des
Auslassventils schließt. Der Winkelabstand 212 vom
Winkel 244 des maximalen Hubs des Auslassventils zum oberen
Totpunkt 220, nachstehend als Auslassspreizung 212 bezeichnet,
kann während der Betätigung des Motors 100 mittels
des variablen Ventiltriebs dynamisch variiert werden, wohingegen
im Falle des vorliegenden Motors 100 vom maximalen Auslassventilhub 205 ohne
Beschränkung der Allgemeinheit angenommen wird, dass derselbe
festgelegt ist. Da vom maximalen Auslassventilhub 205 folglich
angenommen wird, dass er festgelegt ist, wird auch von der Öffnungsphase 202 des Auslassventils,
welche als Winkelabstand zwischen dem Öffnungswinkel 240 des
Einlassventils und dem Schließwinkel 242 des Einlassventils
definiert ist, angenommen, dass dieselbe im Winkelmaß derselben festgelegt
ist. Wenn die Auslassspreizung 212 variiert wird, verschiebt
sich jedoch die Öffnungsphase 202 des Auslassventils
entlang der Achse 224 des Kurbelwellenwinkels während
dieselbe ihre konstante Breite beibehält.
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In
der beispielhaften Situation, welche in 2 gezeigt
ist, überlappen die Öffnungsphase 200 des
Einlassventils und die Öffnungsphase 202 des Auslassventils
einander teilweise mit einem Überlappungs-Winkelbetrag 206.
Abhängig von der Abweichung der Einlassspreizung 210,
der Auslassspreizung 212 und des maximalen Einlassventilhubs 204 wird
der Überlap pungs-Winkelbetrag 206 im Allgemeinen
variieren und sogar Null werden, z. B. im Falle von ausreichend
großen Werten der Einlassspreizung 210 und Auslassspreizung 212 und/oder
eines ausreichend geringen maximalen Einlassventilhubs 204.
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Die
Vorrichtung 104 zum Bestimmen der Zylinderladung 158,
welche in 1 gezeigt ist, weist eine Einrichtung 110 zum
Bestimmen eines Ventilhubs auf, welche auf eine Weise mit dem Motor 100 verbunden
ist, welche zum beispielsweise kontinuierlichen Bestimmen oder Bestimmen
des tatsächlich gültigen Wertes des maximalen
Einlasshubs 204 in regelmäßigen Abständen
geeignet ist. Die Einrichtung 110 zum Bestimmen eines Ventilhubs
ist beispielsweise mit einem Detektor (nicht gezeigt) innerhalb
des Motors 100 verbunden, welcher eine Position des variablen
Ventiltriebmechanismus erfasst, aus welcher der Ist-Maximalhub 204 des
Einlassventils gefolgert werden kann. Die Einrichtung 110 zum Bestimmen
eines Ventilhubs kann auch mit einer elektronischen Steuereinheit
(nicht gezeigt) des Motors 100 verbunden sein, welche den
erwünschten maximalen Einlassventilhub berechnet und den
variablen Ventiltrieb des Motors 100 derart steuert, dass der
maximale Einlassventilhub 104 den erwünschten Wert
annimmt.
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Die
Vorrichtung 104 weist zudem eine Einrichtung 140 zum
Bestimmen einer Motordrehzahl auf, welche die Motordrehzahl 108 des
Motors 100 bestimmt. Ähnlich der Einrichtung 110 zum
Bestimmen eines Ventilhubs ist die Einrichtung 140 zum
Bestimmen einer Motordrehzahl auf eine Weise mit dem Motor 100 verbunden,
welche zum Bestimmen der Motordrehzahl 108 geeignet ist.
Die Einrichtung 140 zum Bestimmen einer Motordrehzahl ist
beispielsweise mit einem Motordrehzahldetektor (nicht gezeigt) verbunden,
welcher sich im Motor 100 befindet. Die Vorrichtung 104 weist
zudem eine Einrichtung 124 zum Bestimmen einer Einlassventilspreizung auf,
welche mit dem Motor 100 verbunden ist und eine Einlassventilspreizung 210 bestimmt.
Die Einrichtung 124 zum Bestimmen einer Einlassventilspreizung
ist beispielsweise mit einem Einlassspreizungsdetektor (nicht gezeigt),
welcher die Ist-Einlassspreizung 210 von einer Position
des variablen Ventiltriebes des Motors 100 erfasst, und/oder
einer Steuereinheit (nicht gezeigt) des Motors 100 verbunden,
welche den variablen Ventiltrieb auf eine erwünsche Einlassspreizung
einstellt. Ähnlich weist die Vorrichtung 104 zudem
eine Einrichtung 134 zum Bestimmen einer Auslassspreizung
auf, welche ebenso mit dem Motor 100 derart verbunden ist,
um die Ist-Auslassspreizung 212 beispielsweise von einem Auslassspreizungsdetektor
(nicht gezeigt) zu erfassen, oder einer Steuereinheit (nicht gezeigt)
des Motors 100 verbunden ist, welche den variablen Ventiltrieb
durch Einstellen desselben auf einen erwünschten Wert der
Auslassspreizung steuert.
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Zudem
weist die Vorrichtung 104 eine Einrichtung 144 zum
Bestimmen eines Luftdrucks auf, welche mit einem Luftdrucksensor 142 verbunden
ist und den Ist-Druck 143 der vom den Motor 100 angesaugten
Luft bestimmt. Ähnlich weist die Vorrichtung 104 eine
Einrichtung 154 zum Bestimmen einer Lufttemperatur auf,
welche mit einem Lufttemperatursensor 152 verbunden ist
und die Ist-Temperatur 153 der vom Motor 100 angesaugten
Luft bestimmt. Der Luftdrucksensor 142 und Lufttemperatursensor 152 sind jeweils
an einer Stelle installiert, welche zum Bestimmen des Zustands der
vom Motor 100 angesaugten Luft geeignet ist, beispielsweise
in einem Lufteinlasskanal (nicht gezeigt) des Motors 100.
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Zudem
weist die Vorrichtung 104 eine Einrichtung 114 zum
Bestimmen einer Überlappung auf, welche einen Überlappungswert 206 bestimmt,
welcher eine Überlappung der Öffnungsphase 200 des Einlassventils
und der Öffnungsphase 202 des Auslassventils kennzeichnet,
wie in 2 gezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform
wird angenommen, dass der Überlappungswert 206 mit
dem Winkelbetrag 206 der Öffnungsphase 200 des
Einlassventils und der Öffnungsphase 202 des Auslassventils übereinstimmt.
In alternativen Ausführungsformen können jedoch
andere geeignete Werte verwendet werden, die die Überlappung
der Öffnungsphase 200 des Einlassventils und der Öffnungsphase 202 des Auslassventils
kennzeichnen. Der numerische Betrag des Überlappungsbereiches 208,
welcher durch die Überlappung des Bereiches 215 unter
der Kurve 214 des Einlassventilhubs und des Bereiches 217 unter
der Kurve 216 des Auslassventilhubs gebildet ist, kann
beispielsweise als Überlappungswert verwendet werden, welcher
durch die Einrichtung 114 zum Bestimmen einer Überlappung
bestimmt wird. Als weiteres Beispiel kann ein Winkelort der Überlappung
als Überlappungswert verwendet werden, wie beispielsweise
der Winkelort 226 des Schnittpunktes der Kurven 215, 216 oder
der Winkelort des Schwerpunktes 218 des Überlappungsbereiches 208,
welcher als Winkelabstand 207 des Schwerpunktes 218 vom
oberen Totpunkt 220 oder auf andere geeignete Weisen gegeben
ist. Die Einrichtung 114 zum Bestimmen einer Überlappung
ist mit der Einrichtung 124 zum Bestimmen einer Einlassspreizung
und der Einrichtung 134 zum Bestimmen einer Auslassspreizung
verbunden, welche die Einrichtung 114 zum Bestimmen einer Überlappung
mit Ist-Werten der Einlassspreizung 210 bzw. der Auslassspreizung 212 versorgen.
In alternativen Ausführungsformen ist die Einrichtung 114 zum Bestimmen
einer Überlappung zudem mit der Einrichtung 110 zum
Bestimmen eines Ventilhubs verbunden und zum Berechnen des Überlappungswertes
basierend auf dem maximalen Einlassventilhub 204 zusätzlich
zur Einlassspreizung 210 und Auslassspreizung 212 adaptiert.
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Die
Vorrichtung 104 weist eine Einheit 112 zur Berechnung
einer Zylinderladung auf, welche eine genormte Zylinderladung 160 als
Funktion des maximalen Einlassventilhubs 204 und der Motordrehzahl 108 relativ
zu den definierten Einlasszuständen (d. h. Druck und Temperatur
der vom Motor 100 angesaugten Luft), einer definierten
Einlassspreizung der Öffnungsphase 200 des Einlassventils und
einer definierten Auslassspreizung einer Öffnungsphase 202 des
Auslassventils berechnet. Beispielsweise berechnet die Einheit 112 zur
Berechnung einer Zylinderladung die genormte Zylinderladung 160 relativ
zu einem Luftdruck von 1013 hPa bei einer Lufttemperatur von 0°C
und der Einlassspreizung 210 und Auslassspreizung 212,
wie in 2 gezeigt, oder relativ zu den größtmöglichen Werten
der Einlassspreizung 210 und Auslassspreizung 212,
welche durch den variablen Ventiltrieb des Motors 100 umsetzbar
sind. Die Einheit 112 zur Berechnung einer Zylinderladung
ist mit den jeweiligen Ausgängen der Einrichtung 110 zum
Bestimmen eines Ventilhubs und der Einrichtung 140 zum
Bestimmen einer Motordrehzahl verbunden und weist beispielsweise
ein zweidimensionales Kennfeld auf, welches Wertpaare des maximalen
Einlassventilhubs 204 und der Motordrehzahl 108 auf
Werte einer genormten Zylinderladung 160 mit einer geeigneten Interpolation
abbildet.
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Die
Vorrichtung 104 weist zudem eine Einheit 156 zur
Berechnung eines Klimaanlagenkorrekturfaktors auf, welche mit der
Einrichtung 154 zum Bestimmen einer Lufttemperatur und
der Einrichtung 144 zum Bestimmen eines Luftdrucks verbunden
ist und eine Rechenregel aufweist, welche Wertpaare der Lufttemperatur 153 und
des Luftdrucks 143 auf Werte eines Klimaanlagenkorrekturfaktors 157 abbildet.
Die Rechenregel kann beispielsweise in der Einheit 156 zur
Berechnung eines Klimaanlagenkorrekturfaktors in Form eines zweidimensionalen
Kennfelds gespeichert und optional mit Interpolationsregeln, einer
mathematischen Formel, einer algorithmischen Definition oder einer
Kombination aus zwei oder mehreren derselben ergänzt werden.
Die Einheit 156 zur Berechnung eines Klimaanlagenkorrekturfaktors
ist zum Berechnen des Klimaanlagenkorrekturfaktors 157 anhand
der Ist-Lufttemperatur 153 und des Ist-Luftdrucks 143 und
zum Versorgen eines Zylinderladungskorrektur-Multiplizierers 122 mit
dem Ergebnis adaptiert, welcher dasselbe mit der genormten Zylinderladung 160 multipliziert.
Das zweidimensionale Kennfeld der Einheit 156 zur Berechnung
eines Klimaan lagenkorrekturfaktors ist derart geeignet kalibriert,
dass das Produkt des Klimaanlagenkorrekturfaktors 157 und
der genormten Zylinderladung 160 die wahre Abhängigkeit
der Zylinderladung des Motors 100 relativ zur definierten
Einlassspreizung und definierten Auslassspreizung für die jeweiligen
Bereiche der Lufttemperatur 153, des Luftdrucks 143,
des maximalen Einlassventilhubs 204 und der Motordrehzahl
am genauesten wiedergibt.
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Die
Vorrichtung 104 weist zudem eine Einheit 126 zur
Berechnung eines Einlassspreizungskorrekturfaktors auf, welche mit
der Einrichtung 110 zum Bestimmen eines Ventilhubs, der
Einrichtung 140 zum Bestimmen einer Motordrehzahl und der Einrichtung 124 zum
Bestimmen einer Einlassspreizung verbunden ist. Die Einheit 126 zur
Berechnung eines Einlassspreizungskorrekturfaktors weist beispielsweise
ein dreidimensionales Kennfeld auf, welches Wertdreiergruppen des
maximalen Einlassventilhubs 204, der Motordrehzahl 108 und
der Ist-Einlassspreizung 210 auf Werte eines Einlassspreizungskorrekturfaktors 164 abbildet.
Die Einheit 126 zur Berechnung eines Einlassspreizungskorrekturfaktors
ist zum Berechnen des Einlassspreizungskorrekturfaktors 164 anhand
der Ist-Einlassspreizung 210, des Ist-Maximalhubs 204 des
Einlassventils und der Ist-Motordrehzahl 108 und zum Versorgen
eines Einlassspreizungskorrekturfaktor-Multiplizierers 128 mit
dem Ergebnis adaptiert. Das dreidimensionale Kennfeld der Einheit 126 zur
Berechnung eines Einlassspreizungskorrekturfaktors ist derart geeignet
kalibriert, dass das Produkt des Einlassspreizungskorrekturfaktors 164 und
der genormten Zylinderladung 160 die wahre Abhängigkeit
der Zylinderladung des Motors 100 relativ zu den definierten
Einlasszuständen und der definierten Auslassspreizung für
die jeweiligen Bereiche der Einlassspreizung 210, des maximalen
Einlassventilhubs 204 und der Motordrehzahl am genauesten
wiedergibt.
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Die
Vorrichtung 104 weist zudem eine Einheit 136 zur
Berechnung eines Auslassspreizungskorrekturfaktors auf, welche mit
der Einrichtung 110 zum Bestimmen eines Ventilhubs, der
Einrichtung 140 zum Bestimmen einer Motordrehzahl und der Einrichtung 134 zum
Bestimmen einer Auslassspreizung verbunden ist. Die Einheit 136 zur
Berechnung eines Auslassspreizungskorrekturfaktors weist beispielsweise
ein dreidimensionales Kennfeld auf, welches Wertdreiergruppen des
maximalen Einlassventilhubs 204, der Motordrehzahl 108 und
der Ist-Auslassspreizung 212 auf Werte eines Auslassspreizungskorrekturfaktors 166 abbildet.
Die Einheit 136 zur Berechnung eines Auslassspreizungskorrekturfaktors
ist zum Berechnen des Auslassspreizungskorrekturfaktors 166 anhand
der Ist-Auslassspreizung 212, des Ist- Maximalhubs 204 des
Einlassventils und der Ist-Motordrehzahl 108 und zum Versorgen
eines Auslassspreizungskorrekturfaktor-Multiplizierers 138 mit
dem Ergebnis adaptiert. Das dreidimensionale Kennfeld der Einheit 136 zur
Berechnung eines Auslassspreizungskorrekturfaktors ist derart geeignet
kalibriert, dass das Produkt des Einlassspreizungskorrekturfaktors 164,
des Auslassspreizungskorrekturfaktors 166 und der genormten Zylinderladung 160 die
wahre Abhängigkeit der Zylinderladung des Motors 100 relativ
zu den definierten Einlasszuständen für die jeweiligen
Bereiche der Einlassspreizung 210, der Auslassspreizung 212,
des maximalen Einlassventilhubs 204 und der Motordrehzahl
am genauesten wiedergibt.
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Die
Vorrichtung 104 weist zudem eine Einheit 120 zur
Berechnung eines Überlappungskorrekturfaktors auf, welche
mit der Einrichtung 110 zum Bestimmen eines Ventilhubs,
der Einrichtung 140 zum Bestimmen einer Motordrehzahl und
der Einrichtung 114 zum Bestimmen einer Überlappung
verbunden ist. Die Einheit 120 zur Berechnung eines Überlappungskorrekturfaktors
weist beispielsweise ein dreidimensionales Kennfeld auf, welches
Wertdreiergruppen des maximalen Einlassventilhubs 204, der
Motordrehzahl 108 und des Ist-Überlappungswertes 206 auf
Werte eines Überlappungskorrekturfaktors 168 abbildet.
Hierin kann der Überlappungswert 206 auf verschiedene
geeignete Weisen definiert sein, wie oben in Bezug auf 2 beschrieben wurde.
Die Einheit 120 zur Berechnung eines Überlappungskorrekturfaktors
ist zum Berechnen des Überlappungskorrekturfaktors 168 anhand
des Ist-Überlappungswertes 206, des Ist-Maximalhubs 204 des
Einlassventils und der Ist-Motordrehzahl 108 und zum Versorgen
des Auslassspreizungskorrekturfaktor-Multiplizierers 138 mit
dem Ergebnis adaptiert. Das dreidimensionale Kennfeld der Einheit 120 zur Berechnung
eines Überlappungskorrekturfaktors ist derart geeignet
kalibriert, dass das Produkt des Einlassspreizungskorrekturfaktors 164,
des Auslassspreizungskorrekturfaktors 166, des Überlappungskorrekturfaktors 168 und
der genormten Zylinderladung 160 die wahre Abhängigkeit
der Zylinderladung des Motors 100 relativ zu den definierten
Einlasszuständen für die jeweiligen Bereiche der
Einlassspreizung 210, der Auslassspreizung 212,
des maximalen Einlassventilhubs 204 und der Motordrehzahl
am genauesten wiedergibt.
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Der
Auslassspreizungskorrekturfaktor-Multiplizierer 138 und
der Einlassspreizungskorrekturfaktor-Multiplizierer 218 sind
derart verbunden, dass sie eine Multiplikationseinheit bilden, welche
den Überlappungskorrekturfaktor 168, den Auslassspreizungskorrekturfaktor 166 und
den Einlassspreizungskorrekturfaktor 164 in einen Gesamtventilphasenkorrekturfaktor 162 multipliziert,
welcher dem Zylinderladungskorrektur-Multiplizierer 122 zugeführt wird.
Der Zylinderladungskorrektur-Multiplizierer 122 multipliziert
die genormte Zylinderladung 160 mit sowohl dem Klimaanlagenkorrekturfaktor 157 als
auch dem Ventilphasenkorrekturfaktor 162 und führt
die sich ergebende korrigierte Zylinderladung 158 sowohl
der Einrichtung 118 zum Bestimmen einer Einspritzmenge
als auch einer Ausgangsschnittstelle 170 der Vorrichtung 104 zum
Verbinden weiterer Verwendungsvorrichtungen (nicht gezeigt) zu,
welche den zugeführten Wert der korrigierten Zylinderladung 158 verwenden.
Die Einrichtung 118 zum Bestimmen einer Einspritzmenge
stellt lediglich einen Spezialfall solch einer Verwendungsvorrichtung
dar und kann in alternativen Ausführungsformen nicht vorhanden sein
oder als separate Einheit extern an eine Ausgangsschnittstelle 170 anschließbar
sein.
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Als
weitere Beispiele von Verwendungsvorrichtungen kann die Vorrichtung 104 mittels
der Ausgangsschnittstelle 170 mit einer fahrzeugeigenen
Diagnoseeinheit eines Kraftfahrzeugs verbunden sein, in welchem
der Motor 100 eingebaut ist. Als weiteres Beispiel kann
die Ausgangsschnittstelle 170 mit einer Kalibriervorrichtung
(nicht gezeigt) verbunden sein, welche die korrigierte Zylinderladung 158 mit
einem Ist-Wert der Zylinderladung vergleicht, welcher auf eine andere
Weise zugeführt wird, z. B. durch einen im Motor 100 eingebauten
Sensor, um Rechenregeln zu kalibrieren, welche in der Vorrichtung 104 implementiert
sind, um die physikalischen Eigenschaften des Motors 100 genau
wiederzugeben.
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3 zeigt
einen Verbrennungsmotor 100, welcher Ventile mit einem
variablen Ventiltrieb aufweist, und eine Steuereinheit 326,
welche Befehle 350, 351 basierend auf beispielsweise
den Anforderungen eines Kraftfahrers zum Motor sendet, welche verursachen,
dass der Motor mit einer erwünschten Einlassspreizung 210 und
einer erwünschten Auslassspreizung 212 gemäß den
Befehlen 350, 351 arbeitet. Zudem ist eine Vorrichtung 304 zum
Bestimmen eines maximalen Einlassventilhubs 204 des Verbrennungsmotors
gezeigt. Die Vorrichtung 304 ist sowohl mit der Befehlseinheit 326 und
dem Motor 100 verbunden und weist eine Einrichtung 312 zum Bestimmen
einer Zylinderladung auf, welche eine erwünschte Zylinderladung 328 anhand
der Befehle von der Befehlseinheit 326 bestimmt.
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Die
Vorrichtung 304 weist zudem einen Teiler 322 auf,
welcher mit der Einrichtung 312 zum Bestimmen einer Zylinderladung
verbunden ist und dieselbe durch sowohl einen Klimaanlagenkorrekturfaktor 157 als
auch einen Ventilphasenkorrekturfaktor 162 teilt, welche
auf im Wesentlichen die gleiche Weise berechnet werden, wie in Bezug
auf die Vorrichtung 104 der 1 beschrieben
wurde. Folglich entspricht die Ausgabe des Teilers 322 der
genormten Zylinderladung 160, wie in Bezug auf die Vorrichtung 104 der 1 beschrieben
wurde. Die Vorrichtung 304 weist zudem eine Einheit 310 zur
Berechnung eines Ventilhubs auf, welche die genormte Zylinderladung 160 vom
Teiler 322 und die Motordrehzahl 108 von der Einrichtung 140 zum
Bestimmen einer Motordrehzahl empfängt. Die Einheit 310 zur
Berechnung eines Ventilhubs weist beispielsweise ein zweidimensionale
Kennfeld auf, welches dem Gegenteil des Kennfelds der Einheit 112 zur
Berechnung einer Zylinderladung der Vorrichtung 104 der 1 entspricht.
Die Einheit 310 zur Berechnung eines Ventilhubs berechnet
einen erwünschten, maximalen Einlassventilhub 204,
welcher sowohl verwendet wird, um den Motor 100 direkt
zu steuern, als auch einem Tiefpassfilter 324 zugeführt
wird, welches den erwünschten, maximalen Einlassventilhub 204 tiefpassfiltert
und den sich ergebenden gefilterten Wert zur Einheit 126 zur Berechnung
eines Einlasskorrekturfaktors, der Einheit 136 zur Berechnung
eines Auslasskorrekturfaktors und der Einheit 120 zur Berechnung
eines Überlappungskorrekturfaktors rückkoppelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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