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WO2009112108A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einer massenstromleitung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einer massenstromleitung Download PDF

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Publication number
WO2009112108A1
WO2009112108A1 PCT/EP2008/066330 EP2008066330W WO2009112108A1 WO 2009112108 A1 WO2009112108 A1 WO 2009112108A1 EP 2008066330 W EP2008066330 W EP 2008066330W WO 2009112108 A1 WO2009112108 A1 WO 2009112108A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mass flow
internal combustion
combustion engine
characteristic
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/066330
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sabine Wegener
Lutz Reuschenbach
Patrick Menold
Kristina Milos
Michael Drung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to CN200880127934.4A priority Critical patent/CN101965444B/zh
Priority to US12/735,676 priority patent/US8746212B2/en
Priority to EP08873232A priority patent/EP2262995A1/de
Publication of WO2009112108A1 publication Critical patent/WO2009112108A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F02D11/105—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the function converting demand to actuation, e.g. a map indicating relations between an accelerator pedal position and throttle valve opening or target engine torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0402—Engine intake system parameters the parameter being determined by using a model of the engine intake or its components
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention is based on a method and a device for operating an internal combustion engine with a mass flow line according to the preamble of the independent claims.
  • a filling control which seeks a dynamic accurate control.
  • a value characteristic of the dynamic behavior of a parameter is determined.
  • a filling of a cylinder can thus be set exactly.
  • a corresponding air model can be used to determine, based on the current setting values together with pressure, temperature and mixture state in the intake manifold and the engine speed, the current or in the near future sucked air quantity.
  • the inverted function can be used to selectively adjust the influencing variables of the sucked-in volume in order to set a quantity of air appropriate to the target value of the torque.
  • an actual value of the variable characteristic of the mass flow for example in the context of a control, can also follow the desired value with the desired dynamics.
  • Setpoint value for the mass flow in the balance of the mass flow flowing into the mass flow line and the mass flow flowing out of the mass flow line of the mass flow flowing into the mass flow line is selected. In this way, the desired value of the characteristic variable for the mass flow can be formed in a particularly simple and inexpensive manner.
  • the predefined time profile is selected as the time profile according to a proportional timer, preferably of the first order, with a predetermined time constant.
  • the predetermined time profile for the desired value of the variable characteristic of the mass flow can be particularly simple and inexpensive to use in the balance of the flowing into the mass flow line mass flow and the effluent from the mass flow line mass flow without affecting this balance significantly in their accuracy becomes.
  • a further advantage results when a change over time of the mass in the mass flow line is formed as the difference between incoming mass flow and outflowing mass flow and if this relationship for determining the nominal value of the variable characteristic of the mass flow is resolved according to the inflowing mass flow and the temporal change the mass in the mass flow line is replaced by the predetermined time course.
  • This represents a particularly simple and inexpensive implementation for determining the setpoint value of the variable characteristic of the mass flow in accordance with the predetermined time profile, which requires little calculation effort.
  • the relationship for determining the desired value of the variable characteristic of the mass flow is resolved taking into account the ideal gas equation for the incoming mass flow, so that the time change of the mass in the mass flow line is converted into a temporal change of the pressure in the mass flow line if a setpoint value for the pressure is formed as a function of a desired output variable of the internal combustion engine and if the time change of the pressure is formed as a difference quotient of the difference between the setpoint value for the pressure and a current pressure per unit time.
  • the desired output variable can be converted with the aid of the setpoint value of the variable characteristic of the mass flow according to the predetermined or desired time profile in a simple and less complicated manner.
  • the predetermined time constant is selected as the time unit.
  • the desired output variable as a desired or predetermined time profile in a simple and inexpensive manner
  • the time profile according to the proportional time element can be specified.
  • the predefined time profile with regard to a desired fuel consumption and / or a desired response and / or a desired reproducibility for setting a desired output variable of the internal combustion engine is determined by means of the desired value of the variable characteristic of the mass flow.
  • conversion of the desired output variable by means of the set value of the variable characteristic of the mass flow according to the predetermined time course of the fuel consumption and / or the response and / or a desired reproducibility for setting the ge desired output variable of the internal combustion engine can be optimized by means of the desired value of the variable characteristic of the mass flow.
  • Figure 1 is a schematic view of an internal combustion engine
  • Figure 2 is a functional diagram for explaining the inventive
  • 1 denotes an internal combustion engine which is designed, for example, as an Otto engine or as a diesel engine.
  • the internal combustion engine 1 comprises one or more cylinders, one of which is shown by way of example in FIG. 1 and identified by the reference numeral 35.
  • the cylinder 35 is supplied via an air supply 10 fresh air.
  • Fresh air in the air supply 10 is indicated in Figure 1 by arrows.
  • an actuator for example in the form of a throttle valve is arranged, is influenced by the position or opening degree of the air mass flow to the cylinder 35.
  • the position or the degree of opening of the actuator 20 is set by a motor controller 15, for example, using a control circuit, not shown in Figure 1.
  • an actual position of the actuator 20 of a desired position of the actuator 20 is tracked.
  • the actual position can be detected, for example, by a position transmitter in the region of the actuator 20, for example in the form of a potentiometer, and forwarded to the motor control 15.
  • a position transmitter is indicated in FIG. 1 by reference numeral 175.
  • the desired position of the actuator 20 can be determined in the engine control 15, for example, depending on a nominal air mass flow to the cylinder 35, wherein the desired air mass flow, for example, depending on one or more coordinated requirements for a to be delivered by the internal combustion engine 1 torque or one of the engine 1 output power in the engine controller 15 can be determined.
  • the setpoint air mass flow is formed as a function of a driver desired torque FW, which is supplied to the engine control 15 by an accelerator pedal module 65.
  • the accelerator pedal module 65 forms the driver's desired torque FW depending on the degree of actuation of an accelerator pedal of a vehicle driven by the internal combustion engine 1.
  • the formation of the desired air mass flow will be described below with reference to the functional diagram according to FIG. Downstream of the throttle valve 20, the air supply 10 passes into a suction pipe 5, in which a Saugrohr- pressure sensor 45 and a Saugrohrtemperatursensor 50 are arranged.
  • Intake manifold pressure sensor 45 measures the current intake pipe pressure ps and forwards the measured values to the engine control 15.
  • the intake manifold temperature sensor 50 measures the current intake pipe temperature TS and forwards the measurements to the engine controller 15. Finally, the fresh air is sucked into a combustion chamber of the cylinder 35 via an inlet valve 25.
  • the inlet valve 25 can be adjusted either by a camshaft or by electro-hydraulic or electro-mechanical valve control with respect to its opening time and its opening duration. In the example according to FIG. 1, it should be assumed that the opening time and opening duration of the inlet valve 25 are opened and closed by an inlet camshaft in a manner known to the person skilled in the art.
  • a camshaft sensor 70 in the region of the cylinder 35 or the intake or exhaust camshaft determines the current camshaft position in 0 NW and forwards the measured values to the engine control 15. Based on the current cam shaft position 0 NW of the intake or exhaust camshaft, the engine controller 15 can recognize in a manner known to those skilled in the art whether the intake valve 25 is currently open or closed and whether the exhaust valve 30 is currently open or closed. It can be concluded from the position of the intake camshaft and the opening state of the exhaust valve 30 due to a fixed relationship between the opening and closing times of the intake valve 25 and the exhaust valve 30 above the crank angle.
  • a camshaft sensor for the intake camshaft and a camshaft sensor for the exhaust camshaft may be provided, respectively.
  • a speed sensor 55 in the region of the cylinder 35 or the crankshaft driven by the cylinder 35 determines the current engine speed n and forwards the measured values to the engine controller 15.
  • An engine temperature sensor 60 measures the current engine temperature TM and forwards the measured values to the engine controller 15. In this case, the engine temperature sensor 60 may measure, for example, the cooling water temperature that is characteristic of the engine temperature.
  • the determination of a setpoint value for a variable that is characteristic of the mass flow to the internal combustion engine 1 or to the cylinder 35 is possible, wherein this variable can be, for example, the air mass flow that flows via the actuator 20 into the intake manifold 5 accrues.
  • this variable can be, for example, the air mass flow that flows via the actuator 20 into the intake manifold 5 accrues.
  • the desired value for the mass flow flowing into the intake manifold 5 via the actuator 20 is determined as the desired value of the quantity characteristic for the mass flow.
  • This determination is carried out in a control unit 20 of the motor controller 15, wherein the control unit 20 is shown in dashed lines in Figure 1.
  • control unit 20 An exemplary embodiment of the control unit 20 is explained below in FIG. 2 by means of a functional diagram.
  • the desired filling of the combustion chamber of the internal combustion engine 1 or of the cylinder 35 or the desired mass flow flowing out of the intake manifold 5 into the combustion chamber of the internal combustion engine 1 or the cylinder 35 changes during operation of the internal combustion engine 1, in particular at the start of operation. drove a vehicle by the internal combustion engine 1 constantly.
  • the described control for the position of the actuator 20 ensures that the actual filling of the desired filling follows.
  • the suction tube 5 and the type of control determine the dynamics with which the actual filling of the desired filling follows. If you z. B. the actuator 20 is adjusted so that the actual mass flow through the actuator 20 in the
  • Suction pipe 5 the desired mass flow into the combustion chamber of the cylinder or cylinder 35 from the suction pipe 5, the actual filling of the combustion chamber of the desired filling of the combustion chamber follows very slowly, since no additional mass flow for filling or no reduced mass flow for emptying the suction tube 5 is provided.
  • a throttle valve is shown as an example of such a mass flow controller.
  • the actuator 20 is representative of one or more arbitrary mass flow controllers including their piping for setting a desired mass flow flowing to the intake manifold 5. The regulation of this, possibly of several components including piping existing actuator 20 ensures how the suction tube 5 empties or fills and what dynamics of the filling thus sets.
  • the desired value of the variable characteristic of the mass flow is formed on the basis of a balance of the mass flow flowing into the intake pipe 5 and the mass flow flowing out of the intake pipe 5 in accordance with the predetermined time profile.
  • desired value of the variable characteristic of the mass flow In the following, as already described above, the desired value for the mass flow flowing into the intake manifold 5 via the actuator 20 is selected.
  • the setpoint mass flow which is to flow from the actuator 20 into the intake manifold 5 is calculated from the nominal charge of the combustion chamber and the predetermined time course, taking into account the conditions prevailing in the intake manifold, in particular with respect to intake manifold pressure and intake manifold temperature. If the actuator 20 sets this desired mass flow within the scope of the described control, the desired dynamic for the filling also sets, i. H. the actual filling follows the desired filling according to the predetermined time course.
  • a resulting desired torque or a resulting desired power of the internal combustion engine 1 is determined in the art known manner.
  • a resulting desired torque is determined.
  • the resulting setpoint torque corresponds to the driver's desired torque FW.
  • the setpoint filling of the combustion chamber is calculated taking into account efficiencies and the engine speed n in a manner known to the person skilled in the art. It can also in the
  • the driver's desired torque FW be previously prepared by impact absorption and / or one or more driveability filter.
  • the calculated desired filling can still be subjected to rapid changes, which the mass in the intake manifold 5 can not follow at will because of the intake manifold dynamics.
  • the Ist collllung can not be tracked as fast as the desired filling. Therefore, according to the invention to be set by the actuator 20 target mass flow into the suction pipe 5 according to the predetermined time course can be specified so that the actual filling of the desired filling with the predetermined time course corresponding desired dynamics can follow.
  • FIG. 2 shows a functional diagram for explaining the control unit 20 according to the invention of the motor control 15.
  • FIG. 2 at the same time represents a flowchart which describes an exemplary sequence of the method according to the invention.
  • the control unit 20 may, for example, be implemented in the engine control 15 in terms of software and / or hardware.
  • the control unit 20 based on the balance of the inflowing into the intake manifold 5 mass flow and the effluent from the suction pipe 5 mass flow of the setpoint for the over the actuator 20 in the intake manifold 5 flowing mass flow is formed according to a predetermined time course.
  • the predetermined time course is selected as a time course according to a proportional first-order timer with a predetermined time constant.
  • another time profile can be specified, for example, a time course according to a proportional timer higher than first order with also predetermined time constant.
  • a time change of the mass in the intake manifold 5 is formed as the difference between the flowing into the intake manifold 5 mass flow and the effluent from the suction pipe 5 mass flow for the balance of the flowing into the suction pipe 5 mass flow and the outflowing from the suction pipe 5 mass flow.
  • m is the mass in the intake manifold 5
  • dm / dt is the change over time of the mass in the intake manifold 5
  • this relationship is to be dissolved after the inflowing into the suction pipe 5 via the actuator 20 ms mass flow for determining the desired mass flow rate and the change in the mass dm / dt in the suction pipe 5 by the predetermined time profile according to the proportional Replaced first-order timer with the predetermined time constant.
  • the on the actuator 20 in the suction pipe 5 flowing mass flow ms to is then considered as a target mass flow, which is to be adjusted by the actuator 20.
  • a setpoint for the intake manifold pressure is formed and the temporal change of the intake manifold pressure dps / dt in the expert known manner formed as a difference quotient of the difference between the target value for the intake manifold pressure and a current intake manifold pressure value per unit time.
  • the predetermined time constant of the proportional time element used for the given time profile can be used.
  • the differential equation (3) for the intake manifold pressure ps results from the dissolution after the mass flow ms flowing through the actuator 20 into the intake manifold 5, which corresponds to the desired mass flow to be set by the actuator 20, the following calculation rule for this target mass flow:
  • T 1 is the predetermined time constant of the proportional timer
  • pssol the desired intake manifold pressure
  • ps the currently measured intake manifold pressure
  • the nominal intake pipe pressure pssol can be determined, for example, using the relationships known from DE 197 53 969 A1, as they are embodied there, for example, in FIG. 2 and the associated description.
  • the relationships known from DE 197 53 969 A1 are therefore used by way of example.
  • the effluent from the suction pipe 5 into the combustion chamber mass flow ms ab can be determined in the skilled person known manner, as is known for example from DE 197 56 919 Al and there, for example in Figure 2 and the associated description.
  • the known from DE 197 56 919 Al connections are used as an example.
  • the control unit 20 comprises a first map 95, to which the current engine speed n from the speed sensor 55 and the currently present camshaft adjustment NWS is supplied.
  • the current camshaft adjustment NWS represents the ratio of the position of the intake camshaft to the position of the exhaust camshaft and indicates whether and to what extent, for example, a valve overlap exists between simultaneous opening of the intake valve 25 and the exhaust valve 30.
  • the current camshaft adjustment NWS is known in the control unit 20 and stored, for example, in a fifth memory 92 of the control unit 20.
  • Output of the first map 95 is a correction value PJagr, which is the system inherent exhaust gas recirculation due to the valve positions of the
  • Such system-inherent exhaust gas recirculation can arise, for example, due to valve overlap through phases of simultaneous opening of the intake valve 25 and the exhaust valve 30 and also depends on the current engine speed n.
  • This correction value P_iagr is subtracted from the current intake manifold pressure ps, which is provided by the intake manifold pressure sensor 45, in a first subtraction member 120.
  • the resulting effective intake manifold pressure at the output of the first subtraction element 120 is then multiplied by a factor F in a first multiplication element 130, which is composed of the pump equation and an empirically obtained function which determines the pulsation effects as a function of the current engine speed n and the current camshaft adjustment NWS composed.
  • the pump equation takes into account the stroke volume VH of the cylinder 35, the current engine speed n, the gas constant R and the intake pipe temperature TS.
  • the factor F is determined in a calculation unit 100 from the variables mentioned as follows:
  • the stroke volume VH is also known in the control unit 20 and stored there in a second memory 80.
  • f (n, NWS) is the empirically obtained function that composes the pulsation effects in the intake manifold 5 as a function of the current engine speed n and the current camshaft adjustment NWS.
  • the second characteristic field 105 forms the desired filling rlsol of the combustion chamber of the internal combustion engine 1 in a manner known to the person skilled in the art.
  • the driver desired torque FW or the resulting desired torque before delivery to the second characteristic field 105 is optionally optional of a load impact damping and / or one or more driveability filters is supplied.
  • the desired filling rlsol is divided in a first division element 60 by a conversion factor fpsurl, which results at the output of a third multiplication element 140.
  • the conversion factor fpsurl am Output of the third multiplier 140 is obtained by multiplying the output of a third map 110 with the output of a model 115.
  • the third map 110 is the current camshaft angle 0 NW of the intake camshaft from the camshaft angle sensor 70 and secondly the current engine speed n supplied.
  • the camshaft angle sensor 70 detects the current camshaft position 0 NW of the intake camshaft in this example. Starting from the current position 0 NW of the intake camshaft, the current camshaft position O NW of the exhaust camshaft is also known and known with known camshaft adjustment NWS between the intake camshaft and the exhaust camshaft.
  • the third map 110 determines, depending on the camshaft position 0 NW of the intake camshaft and the current engine speed n in from
  • DE 197 53 969 Al known a factor KFPSU RL, which is supplied to the third multiplier 140.
  • Model 115 also determines a combustion chamber temperature factor ftbr in a manner also known from DE 197 53 969 A1 as a function of the current engine temperature TM supplied by engine temperature sensor 60 and the current supplied by intake manifold temperature sensor 50
  • Suction tube temperature TS Suction tube temperature TS.
  • the determined combustion chamber temperature is normalized to form the correction factor ftbr to a temperature of 273 K, to which the values of the third characteristic map 110 are tuned.
  • the combustion chamber temperature correction factor ftbr is likewise supplied to the third multiplication element 140.
  • the conversion factor fpsurl results at the output of the third
  • the desired filling rlsol is then divided by the conversion factor fpsurl and the forming quotient at the output of the first division member 160 is fed to a first addition element 150 and added there to the output signal of a fourth characteristic field 180.
  • the current engine speed n and, on the other hand, the current camshaft position 0 NW of the intake camshaft are fed to the fourth characteristic map 180.
  • the output signal of the fourth map 180 is the map value KFPIRG which is supplied to the first adder 150.
  • the fourth map 180 forms the residual gas fraction KFPIRG as a function of the current engine speed n and the current camshaft position 0 NW of the intake camshaft. As described in DE 197 53 969 A1, in FIG.
  • the read value KFPIRG the fourth map 180 are multiplied in a multiplication with a derived from a measured ambient pressure correction factor to perform a height correction.
  • the possibly height-corrected value KFPI RG of the fourth characteristic map 180 is thus added to the quotient rlsol / fpsurl in order to form the nominal intake pipe pressure pssol at the output of the first addition element 150.
  • This is fed to a second subtraction element 125, to which the current intake pipe pressure ps is also supplied.
  • the current intake pipe pressure ps is subtracted from the target intake pipe pressure pssol.
  • the difference that forms is divided in a second division element 165 by the predetermined time constant T 1, which is stored in a third memory of the control unit 20.
  • the predetermined time constant T 1 can be suitably applied, for example, to a test stand and / or in driving tests in order to realize a desired predetermined time profile of the actual filling.
  • the predetermined time constant Tl can be a desired fuel consumption and / or a desired response of the internal combustion engine to a driver's request or a driver's desired torque back and / or a desired reproducibility for setting the desired
  • Output variable of the internal combustion engine 1, for example, the driver's desired torque by means of the target mass flow into the intake manifold 5 are determined such that, for example, the fuel consumption and / or the response and / or the desired reproducibility each assume an optimal value.
  • the response with higher priority than the desired reproducibility and the desired reproducibility with higher priority than the fuel consumption can be optimized.
  • the quotient (pssol - ps) / Tl results, which is a fourth multiplier 145 is supplied and multiplied there with the intake manifold volume VS, which in the control unit 20 is known and stored in a fourth memory 90.
  • the product formed by the fourth multiplication element 145 is supplied to a third division element 170 and divided there by the output of a second multiplication element 135.
  • the output of the second multiplication element 135 is obtained by multiplying the current intake pipe temperature TS by the gas constant R, which is stored in a first memory 75 of the control unit 20.
  • the quotient formed at the output of the third divisional element 170 is added in the second addition element 155 to the mass flow rnS g b flowing out of the intake manifold 5 into the combustion chamber at the output of the first multiplication element 130.
  • the forming sum at the output of the second adder 155 is then the
  • Target mass flow ms zuso which is set via the actuator 20 and to flow via the actuator 20 in the suction pipe 5.
  • the target mass flow ms corresponds zuso
  • this setpoint mass flow ms ZUSO adjusts, also sets the desired filling dynamics according to the predetermined time course.
  • This predetermined filling dynamics can, in turn, be used by other functions of the engine control, for example for the prediction of operating variables of the internal combustion engine 1.
  • the actual filling builds up in a jump of the desired filling according to the predetermined time profile, for example, the proportional first-order timer.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung (15) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Massenstromleitung (5) vorgeschlagen, die es ermöglicht, die Istfüllung der Sollfüllung der Brennkraftmaschine in einer gewünschten Dynamik nachzuführen. Über die Massenstromleitung (5) wird der Brennkraftmaschine (1) ein Massenstrom zugeführt. Ein Sollwert für eine Größe wird vorgegeben, die für den Massenstrom zur Brennkraftmaschine (1) charakteristisch ist. Der Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe wird ausgehend von einer Bilanz des in die Massenstromleitung (5) zufließenden Massenstroms und des aus der Massenstromleitung (5) abfließenden Massenstroms gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf gebildet.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Massenstromleitung
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Massenstromleitung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
So ist beispielsweise aus der DE 10 2005 007 057 Al eine Füllungsregelung bekannt, die eine dynamisch genaue Regelung anstrebt. Dazu wird ein für das dynamische Verhalten eines Parameters charakteristischer Wert ermittelt. Eine Fül- lung eines Zylinders lässt sich somit exakt einstellen. Ein entsprechendes Luftmodell kann dazu verwendet werden, auf Grundlage der momentanen Einstellgrößen gemeinsam mit Druck, Temperatur und Mischungszustand im Saugrohr und der Motordrehzahl die aktuell oder in nächster Zukunft angesaugte Luftmenge zu bestimmen. Die invertierte Funktion kann dazu genutzt werden, gezielt die Einflussgrößen des angesaugten Volumens zu verstellen, um eine dem Zielwert des Drehmomentes angemessene Luftmenge einzustellen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Massenstromleitung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass der Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe ausgehend von einer Bilanz des in die Massenstromleitung zufließenden Massenstroms und des aus der Massenstromleitung abfließenden Massenstroms gemäß einem vor- gegebenen zeitlichen Verlauf gebildet wird. Auf diese Weise lässt sich eine gewünschte Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine insbesondere in dem Fall, in dem sie sich sprungförmig ändert, dennoch gemäß einer vorgegebenen bzw. gewünschten Dynamik durch den vorgegebenen zeitlichen Verlauf für den SoII- wert der für den Massenstrom charakteristischen Größe umsetzen. Auf diese
Weise kann ein Istwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe, beispielsweise im Rahmen einer Regelung, dem Sollwert ebenfalls mit der gewünschten Dynamik folgen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Vorteilhaft ist dabei, wenn als Sollwert der für den Massenstrom charakteristi- sehen Größe ein Sollwert für diesen Massenstrom gewählt wird und wenn als
Sollwert für den Massenstrom in der Bilanz des in die Massenstromleitung zufließenden Massenstroms und des aus der Massenstromleitung abfließenden Massenstroms der in die Massenstromleitung zufließende Massenstrom gewählt wird. Auf diese Weise lässt sich der Sollwert der für den Massenstrom charakte- ristischen Größe besonders einfach und wenig aufwendig bilden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der vorgegebene zeitliche Verlauf als zeitlicher Verlauf gemäß einem Proportional-Zeitglied, vorzugsweise erster Ordnung, mit einer vorgegebenen Zeitkonstante gewählt wird. Auf diese Weise lässt sich der vorgegebene zeitliche Verlauf für den Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe besonders einfach und wenig aufwendig in die Bilanz des in die Massenstromleitung zufließenden Massenstroms und des aus der Massenstromleitung abfließenden Massenstroms einsetzen, ohne dass diese Bilanz nennenswert in ihrer Genauigkeit beeinträchtigt wird.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn eine zeitliche Änderung der Masse in der Massenstromleitung als Differenz zwischen zufließendem Massenstrom und abfließendem Massenstrom gebildet wird und wenn dieser Zusammenhang zur Bestimmung des Sollwertes der für den Massenstrom charakteristischen Größe nach dem zufließenden Massenstrom aufgelöst wird und die zeitliche Änderung der Masse in der Massenstromleitung durch den vorgegebenen zeitlichen Verlauf ersetzt wird. Dies stellt eine besonders einfache und wenig aufwendige Realisierung zur Bestimmung des Sollwertes der für den Massenstrom charakteristischen Größe gemäß dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf dar, die wenig Rechenauf- wand erfordert.
Dabei ist vorteilhaft, wenn der Zusammenhang zur Bestimmung des Sollwertes der für den Massenstrom charakteristischen Größe unter Berücksichtigung der idealen Gasgleichung nach dem zufließenden Massenstrom aufgelöst wird, so dass die zeitliche Änderung der Masse in der Massenstromleitung in eine zeitliche Änderung des Druckes in der Massenstromleitung umgewandelt wird, wenn abhängig von einer gewünschten Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine ein Sollwert für den Druck gebildet wird und wenn die zeitliche Änderung des Druckes als Differenzenquotient aus der Differenz zwischen dem Sollwert für den Druck und einem aktuellen Druck pro Zeiteinheit gebildet wird. Auf diese Weise lässt sich die gewünschte Ausgangsgröße mit Hilfe des Sollwertes der für den Massenstrom charakteristischen Größe gemäß dem vorgegebenen bzw. gewünschten zeitlichen Verlauf in einfacher und wenig aufwendiger Weise umsetzen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dabei, wenn als Zeiteinheit die vorgegebene Zeitkonstante gewählt wird. Somit lässt sich für die Umsetzung der gewünschten Ausgangsgröße als gewünschter bzw. vorgegebener zeitlicher Verlauf in einfacher und wenig aufwendiger Weise der zeitliche Verlauf gemäß dem Proportio- nal-Zeitglied vorgeben.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der vorgegebene zeitliche Verlauf im Hinblick auf einen gewünschten Kraftstoffverbrauch und/oder ein gewünschtes Ansprechverhalten und/oder eine gewünschte Reproduzierbarkeit zur Einstellung einer ge- wünschten Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine mittels dem Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe bestimmt wird. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass durch Umsetzung der gewünschten Ausgangsgröße mittels des Sollwertes der für den Massenstrom charakteristischen Größe gemäß dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf der Kraftstoffverbrauch und/oder das Ansprech- verhalten und/oder eine gewünschte Reproduzierbarkeit zur Einstellung der ge- wünschten Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine mittels dem Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe optimiert werden kann.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine und
Figur 2 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 kennzeichnet 1 eine Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Otto- Motor oder als Diesel- Motor ausgebildet ist. Dabei umfasst die Brennkraftmaschine 1 einen oder mehrere Zylinder, von denen in Figur 1 beispielhaft einer dargestellt und mit dem Bezugszeichen 35 gekennzeichnet ist. Dem Zylinder 35 wird über eine Luftzufuhr 10 Frischluft zugeführt. Die Strömungsrichtung der
Frischluft in der Luftzufuhr 10 ist in Figur 1 durch Pfeile gekennzeichnet. In der Luftzufuhr 10 ist ein Stellglied, beispielsweise in Form einer Drosselklappe, angeordnet, durch dessen Stellung bzw. Öffnungsgrad der Luftmassenstrom zum Zylinder 35 beeinflusst wird. Die Stellung bzw. der Öffnungsgrad des Stellgliedes 20 wird dabei von einer Motorsteuerung 15 beispielsweise unter Verwendung eines in Figur 1 nicht dargestellten Regelkreises eingestellt. Dabei wird eine Iststellung des Stellgliedes 20 einer Sollstellung des Stellgliedes 20 nachgeführt. Die Iststellung kann beispielsweise durch einen Stellungsgeber im Bereich des Stellgliedes 20, beispielsweise in Form eines Potentiometers, erfasst und an die Mo- torsteuerung 15 weitergeleitet werden. Ein solcher Stellungsgeber ist in Figur 1 durch das Bezugszeichen 175 gekennzeichnet. Die Sollstellung des Stellgliedes 20 kann in der Motorsteuerung 15 beispielsweise abhängig von einem Sollluft- massenstrom zum Zylinder 35 ermittelt werden, wobei der Sollluftmassenstrom beispielsweise abhängig von einer oder mehreren koordinierten Anforderungen an ein von der Brennkraftmaschine 1 abzugebendes Drehmoment oder eine von der Brennkraftmaschine 1 abzugebende Leistung in der Motorsteuerung 15 ermittelt werden kann. Im einfachsten und in Figur 1 angedeuteten Fall wird der Sollluftmassenstrom dabei abhängig von einem Fahrerwunschmoment FW gebildet, das von einem Fahrpedalmodul 65 der Motorsteuerung 15 zugeführt wird. Das Fahrpedalmodul 65 bildet dabei das Fahrerwunschmoment FW abhängig vom Betätigungsgrad eines Fahrpedals eines von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben Fahrzeugs. Die Bildung des Sollluftmassenstroms wird nachfolgend anhand des Funktionsdiagramms nach Figur 2 beschrieben. Stromab der Drosselklappe 20 geht die Luftzufuhr 10 in ein Saugrohr 5 über, in dem ein Saugrohr- drucksensor 45 und ein Saugrohrtemperatursensor 50 angeordnet sind. Der
Saugrohrdrucksensor 45 misst den aktuellen Saugrohrdruck ps und leitet die Messwerte an die Motorsteuerung 15 weiter. Der Saugrohrtemperatursensor 50 misst die aktuelle Saugrohrtemperatur TS und leitet die Messwerte an die Motorsteuerung 15 weiter. Über ein Einlassventil 25 wird schließlich die Frischluft in einen Brennraum des Zylinders 35 gesaugt. Das Einlassventil 25 kann dabei entweder durch eine Nockenwelle oder durch elektrohydraulische oder elektro- mechanische Ventilsteuerung hinsichtlich seines Öffnungszeitpunktes und seiner Öffnungsdauer eingestellt werden. Im Beispiel nach Figur 1 soll angenommen werden, dass Öffnungszeit und Öffnungsdauer des Einlassventils 25 durch eine Einlassnockenwelle in dem Fachmann bekannter Weise geöffnet und geschlossen wird. Die Steuerung von Öffnungszeitpunkt und Öffnungsdauer eines Auslassventils 30 zum Auslass des bei der Verbrennung von Luft und Kraftstoff im Brennraum des Zylinders 35 gebildeten Abgases in einen Abgasstrang 40 erfolgt in gleicher Weise, wobei in Figur 1 wiederum eine Ansteuerung des Auslassven- tils 30 durch eine Auslassnockenwelle im Hinblick auf das Öffnen und Schließen des Auslassventils 30 angenommen werden soll. Die Zufuhr von Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders 35 ist in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt und kann entweder direkt oder über das Saugrohr 5 oder über die Luftzufuhr 10 mittels eines oder mehrerer geeigneter Einspritzventile erfolgen. Im Falle eines Otto-Motors ist außerdem eine Zündkerze vorgesehen, die das Luft-
/Kraftstoffgemisch im Brennraum des Zylinders 35 zündet.
Ein Nockenwellensensor 70 im Bereich des Zylinders 35 bzw. der Einlass- oder Auslassnockenwelle ermittelt die aktuelle Nockenwellenstellung in 0NW und leitet die Messwerte an die Motorsteuerung 15 weiter. Anhand der aktuellen Nocken- wellenstellung 0NW der Einlass- oder Auslassnockenwelle kann die Motorsteuerung 15 in dem Fachmann bekannter Weise erkennen, ob das Einlassventil 25 gerade geöffnet oder geschlossen ist und ob das Auslassventil 30 gerade geöffnet oder geschlossen ist. Dabei kann aus der Stellung der Einlassnockenwelle auch auf den Öffnungszustand des Auslassventils 30 aufgrund eines festen Zusammenhangs zwischen den Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 25 und des Auslassventils 30 über dem Kurbelwinkel geschlossen werden. Alternativ können auch jeweils ein Nockenwellensensor für die Einlassnockenwelle und ein Nockenwellensensor für die Auslassnockenwelle vorgesehen werden.
Ein Drehzahlsensor 55 im Bereich des Zylinders 35 bzw. der vom Zylinder 35 angetriebenen Kurbelwelle ermittelt die aktuelle Motordrehzahl n und leitet die Messwerte an die Motorsteuerung 15 weiter. Durch einen Motortemperatursensor 60 wird die aktuelle Motortemperatur TM gemessen und die Messwerte an die Motorsteuerung 15 weitergeleitet. Dabei kann der Motortemperatursensor 60 beispielsweise die Kühlwassertemperatur messen, die für die Motortemperatur charakteristisch ist.
Erfindungsgemäß geht es nun um die Ermittlung eines Sollwertes für eine Größe, die für den Massenstrom zur Brennkraftmaschine 1 bzw. zum Zylinder 35 charakteristisch ist, wobei es sich bei dieser Größe beispielsweise um den Luftmassenstrom handeln kann, der über das Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließt. Im Folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass als Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe der Sollwert für den über das Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstrom ermittelt wird. Diese Ermittlung erfolgt dabei in einer Steuereinheit 20 der Motorsteuerung 15, wobei die Steuereinheit 20 in Figur 1 gestrichelt dargestellt ist.
Ein Ausführungsbeispiel für die Steuereinheit 20 wird nachfolgend in Figur 2 an- hand eines Funktionsdiagramms erläutert.
Die Sollfüllung des Brennraums der Brennkraftmaschine 1 bzw. des Zylinders 35 bzw. der in den Brennraum der Brennkraftmaschine 1 bzw. des Zylinders 35 über das Einlassventil 25 aus dem Saugrohr 5 abfließende Sollmassenstrom ändert sich während des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 insbesondere beim An- trieb eines Fahrzeugs durch die Brennkraftmaschine 1 ständig. Die beschriebene Regelung für die Stellung des Stellgliedes 20 stellt sicher, dass die Istfüllung der Sollfüllung nachfolgt. Das Saugrohr 5 und die Art der Regelung bestimmen die Dynamik, mit der die Istfüllung der Sollfüllung nachfolgt. Wenn man z. B. das Stellglied 20 so einstellt, dass der Istmassenstrom über das Stellglied 20 in das
Saugrohr 5 dem Sollmassenstrom in den Brennraum des oder der Zylinder 35 aus dem Saugrohr 5 entspricht, so folgt die Istfüllung des Brennraums der Sollfüllung des Brennraums nur sehr langsam, da kein zusätzlicher Massenstrom zum Füllen bzw. kein reduzierter Massenstrom zum Entleeren des Saugrohrs 5 be- reitgestellt wird.
Dieselben Probleme und Aufgabenstellungen treten auf, wenn z. B. in der Luftzufuhr 10 ein Kompressor mit Bypassleitung inklusive Bypassventil, gefolgt von einer Drosselklappe oder alternativ eine Drosselklappe, gefolgt von einem Kom- pressor mit Bypassleitung inklusive Bypassventil oder ein sonstiger dem Fachmann bekannter Aufbau verschiedener Massenstromstellglieder für die Einstellung des in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstroms vorgesehen und für den Füllungsaufbau bzw. -abbau verantwortlich sind. In Figur 1 ist als Beispiel für einen solchen Massenstromsteller eine Drosselklappe dargestellt. Das Stellglied 20 steht in Figur 1 jedoch stellvertretend für einen oder mehrere beliebige Massenstromsteller inklusive deren Verrohrung zur Einstellung eines gewünschten, dem Saugrohr 5 zufließenden Massenstroms. Die Regelung dieses ggf. aus mehreren Bauteilen inklusive Verrohrung bestehenden Stellgliedes 20 stellt sicher, wie sich das Saugrohr 5 leert bzw. füllt und welche Dynamik der Füllung sich somit einstellt.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, einen Sollwert für den vom Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstrom bzw. für eine diesen Massenstrom charakterisierende Größe gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf zu bilden, so dass sich die Istfüllung des Brennraums gemäß der durch den vorgegebenen zeitlichen Verlauf definierten Dynamik verhält. Zu diesem Zweck wird der Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe ausgehend von einer Bilanz des in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstroms und des aus dem Saugrohr 5 abfließenden Massenstroms gemäß dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf gebildet. Als Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe wird dabei im Folgenden wie bereits zuvor beschrieben der Sollwert für den über das Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstrom gewählt.
Dabei wird aus der Sollfüllung des Brennraums und dem vorgegebenen zeitli- chen Verlauf unter Berücksichtigung der gerade im Saugrohr herrschenden Bedingungen, insbesondere hinsichtlich Saugrohrdruck und Saugrohrtemperatur der Sollmassenstrom berechnet, der vom Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließen soll. Wenn das Stellglied 20 im Rahmen der beschriebenen Regelung diesen Sollmassenstrom einstellt, stellt sich auch die gewünschte Dynamik für die Fül- lung ein, d. h. die Istfüllung folgt der Sollfüllung gemäß dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf.
Ausgehend vom Fahrerwunschmoment FW und/oder Momentenanforderungen weiterer Systeme, wie z. B. einer Antriebsschlupfregelung, einem Antiblockier- System, einer Fahrdynamikregelung, einer Fahrgeschwindigkeitsregelung oder dergleichen wird in dem Fachmann bekannter Weise ein resultierendes Sollmoment oder eine resultierende Sollleistung der Brennkraftmaschine 1 ermittelt. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen, dass ein resultierendes Sollmoment ermittelt wird. Der Einfachheit halber und wie in Figur 1 dargestellt, soll für die Beschreibung der Erfindung beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen werden, dass das resultierende Sollmoment dem Fahrerwunschmoment FW entspricht. Aus dem resultierenden Sollmoment, also im hier beschriebenen Beispiel dem Fahrerwunschmoment FW, wird unter Berücksichtigung von Wirkungsgraden und der Motordrehzahl n in dem Fachmann bekannter Weise die Sollfüllung des Brennraums berechnet. Dabei kann ebenfalls in dem
Fachmann bekannter Weise das Fahrerwunschmoment FW zuvor durch Lastschlagdämpfung und/oder ein oder mehrere Fahrbarkeitsfilter aufbereitet werden. Die berechnete Sollfüllung kann dabei trotz der optional vorhandenen Filterung durch die Lastschlagdämpfung und/oder das eine oder die mehreren Fahrbar- keitsfilter immer noch schnellen Änderungen unterworfen sein, denen die Masse im Saugrohr 5 nicht beliebig schnell nachfolgen kann aufgrund der Saugrohrdynamik. Die Istfülllung kann also nicht beliebig schnell der Sollfüllung nachgeführt werden. Deshalb wird erfindungsgemäß der vom Stellglied 20 einzustellende Sollmassenstrom in das Saugrohr 5 gemäß dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf vorgegeben werden, damit die Istfüllung der Sollfüllung mit der dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf entsprechenden gewünschten Dynamik nachfolgen kann.
In Figur 2 ist ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Steuereinheit 20 der Motorsteuerung 15 dargestellt. Das Funktionsdiagramm der
Figur 2 stellt zugleich einen Ablaufplan dar, der einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt. Die Steuereinheit 20 kann beispielsweise Software- und/oder hardwaremäßig in die Motorsteuerung 15 implementiert sein.
In der Steuereinheit 20 wird ausgehend von der Bilanz des in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstroms und des aus dem Saugrohr 5 abfließenden Massenstroms der Sollwert für den über das Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstrom gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf gebildet. Dabei ist es in diesem Beispiel vorgesehen, dass der vorgegebene zeitliche Verlauf als zeitlicher Verlauf gemäß einem Proportional-Zeitglied erster Ordnung mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten gewählt wird. Alternativ kann auch ein anderer zeitlicher Verlauf vorgegeben werden, beispielsweise auch ein zeitlicher Verlauf gemäß einem Proportional-Zeitglied höherer als erster Ordnung mit ebenfalls vorgegebener Zeitkonstante. Im vorliegenden Beispiel wird für die Bilanz des in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstroms und des aus dem Saugrohr 5 abfließenden Massenstroms eine zeitliche Änderung der Masse im Saugrohr 5 als Differenz zwischen dem in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstrom und dem aus dem Saugrohr 5 abfließenden Massenstrom gebildet. Dieser Sachverhalt wird durch die folgende Differentialgleichung für das Saugrohr 5 abgebildet:
dm/dt = mszu - msab (1)
Dabei ist m die Masse im Saugrohr 5, dm/dt die zeitliche Änderung der Masse im Saugrohr 5, mszu der in das Saugrohr 5 über das Stellglied 20 zufließende Massenstrom und rnSgb der aus dem Saugrohr 5 in den Brennraum abfließende Massenstrom. Erfindungsgemäß wird dieser Zusammenhang zur Bestimmung des Sollmassenstroms nach dem über das Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstrom mszu aufgelöst und die zeitliche Änderung der Masse dm/dt im Saugrohr 5 durch den vorgegebenen zeitlichen Verlauf gemäß dem Proportional- Zeitglied erster Ordnung mit der vorgegebenen Zeitkonstante ersetzt. Der über das Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließende Massenstrom mszu wird dann als Sollmassenstrom betrachtet, der vom Stellglied 20 eingestellt werden soll.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es dann vorgesehen sein, dass der durch die Differentialgleichung (1) gebildete Zusammenhang zur Bestimmung des Sollmassenstroms mszu unter Berücksichtigung der idealen Gasgleichung:
ps * VS = m * R * TS (2)
nach dem über das Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstrom mszu und damit nach dem Sollmassenstrom aufgelöst wird, so dass die zeitliche Änderung der Masse dm/dt im Saugrohr 5 in eine zeitliche Änderung dps/dt des Saugrohrdruckes umgewandelt wird. In der idealen Gasgleichung (2) ist VS das Saugrohrvolumen und R die Gaskonstante. Somit ergibt sich aus der Differentialgleichung (1) unter Berücksichtigung der idealen Gasgleichung (2) die folgende Differentialgleichung für den Saugrohrdruck ps:
VS/(R * TS) * dps/dt = mszu - msab (3).
Abhängig von einer gewünschten Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise in Form des resultierenden Sollmomentes, als in diesem Beispiel des Fahrerwunschmomentes FW bzw. der daraus abgeleiteten Sollfüllung wird in dem Fachmann bekannter Weise ein Sollwert für den Saugrohrdruck gebildet und die zeitliche Änderung des Saugrohrdruckes dps/dt als Differenzenquotient aus der Differenz zwischen dem Sollwert für den Saugrohrdruck und einem aktuellen Saugrohrdruckwert pro Zeiteinheit gebildet. Als Zeiteinheit kann dabei beispielsweise die vorgegebene Zeitkonstante des für den vorgegebenen zeitlichen Verlauf verwendeten Proportional-Zeitgliedes verwendet werden. Somit ergibt sich aus der Differentialgleichung (3) für den Saugrohrdruck ps durch Auflösen nach dem über das Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließenden Massenstrom mszu, der dem Sollmassenstrom entspricht, der vom Stellglied 20 eingestellt werden soll, die folgende Berechnungsvorschrift für diesen Sollmassenstrom:
mszu = msab + VS/(R * TS) * 1/T1 * (pssol - ps) (4) Dabei ist T1 die vorgegebene Zeitkonstante des Proportional-Zeitgliedes, pssol der Sollsaugrohrdruck und ps der aktuell gemessene Saugrohrdruck, also der Istsaugrohrdruck.
Der Sollsaugrohrdruck pssol kann beispielsweise unter Verwendung der aus der DE 197 53 969 Al bekannten Beziehungen, wie sie dort beispielsweise in Figur 2 und der zugehörigen Beschreibung ausgeführt sind, ermittelt werden. Für die Ermittlung des Sollsaugrohrdruckes pssol in der Steuereinheit 20 werden daher die aus der DE 197 53 969 Al bekannten Zusammenhänge beispielhaft verwendet. Entsprechend kann auch der aus dem Saugrohr 5 in den Brennraum abfließende Massenstrom msab in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt werden, wie es beispielsweise aus der DE 197 56 919 Al und dort beispielsweise in Figur 2 und der zugehörigen Beschreibung bekannt ist. Für die Ermittlung des aus dem Saugrohr 5 in den Brennraum abfließenden Massenstroms ms^ in der Steuereinheit 20 werden deshalb beispielhaft die aus der DE 197 56 919 Al bekannten Zusammenhänge verwendet.
Zunächst wird die Ermittlung des aus dem Saugrohr 5 in den Brennraum abflie- ßenden Massenstroms msab beschrieben. Zu diesem Zweck umfasst die Steuereinheit 20 ein erstes Kennfeld 95, dem die aktuelle Motordrehzahl n vom Drehzahlsensor 55 und die aktuell vorliegende Nockenwellenverstellung NWS zugeführt ist. Die aktuelle Nockenwellenverstellung NWS stellt das Verhältnis der Stellung der Einlassnockenwelle zur Stellung der Auslassnockenwelle dar und gibt an, ob und in welchem Ausmaß beispielsweise eine Ventilüberschneidung zwischen gleichzeitiger Öffnung des Einlassventils 25 und des Auslassventils 30 vorliegt. Die aktuelle Nockenwellenverstellung NWS ist dabei in der Steuereinheit 20 bekannt und beispielsweise in einem fünften Speicher 92 der Steuereinheit 20 abgelegt. Ausgangsgröße des ersten Kennfeldes 95 ist ein Korrekturwert PJagr, der die systeminhärente Abgasrückführung aufgrund der Ventilstellungen des
Einlassventils 25 und des Auslassventils 30 während des Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine 1 berücksichtigt. Eine solche systeminhärente Abgasrückführung kann beispielsweise aufgrund einer Ventilüberschneidung durch Phasen gleichzeitiger Öffnung des Einlassventils 25 und des Auslassventils 30 entstehen und hängt zudem von der aktuellen Motordrehzahl n ab. Dieser Korrekturwert P_iagr wird von dem aktuellen Saugrohrdruck ps, der vom Saugrohrdrucksensor 45 zur Verfügung gestellt wird, in einem ersten Subtraktionsglied 120 subtrahiert. Der hieraus resultierende effektive Saugrohrdruck am Ausgang des ersten Subtraktionsgliedes 120 wird anschließend in einem ersten Multiplikationsglied 130 mit einem Faktor F multipliziert, der sich aus der Pumpengleichung und einer empirisch gewonnenen Funktion zusammensetzt, die die Pulsationseffekte in Abhängigkeit der aktuellen Motordrehzahl n und der aktuellen Nockenwellenverstellung NWS zusammensetzt. Die Pumpengleichung berücksichtigt das Hubvolumen VH des Zylinders 35, die aktuelle Motordrehzahl n, die Gaskonstante R und die Saugrohrtemperatur TS. Der Faktor F wird dabei in einer Berechnungseinheit 100 aus den genannten Größen wie folgt ermittelt:
F = (VH * n)/(2 * R * TS) * f (n, NWS) (5).
Das Hubvolumen VH ist ebenfalls in der Steuereinheit 20 bekannt und dort in einem zweiten Speicher 80 abgelegt.
In Gleichung (5) ist f (n, NWS) die empirisch gewonnene Funktion, die die Pulsationseffekte im Saugrohr 5 in Abhängigkeit der aktuellen Motordrehzahl n und der aktuellen Nockenwellenverstellung NWS zusammensetzt. Als Ergebnis der Multiplikation im ersten Multiplikationsglied 130 ergibt sich der aus dem Saugrohr 5 in den Brennraum des oder der Zylinder 35 abfließende Massenstrom msab. Dieser wird einem zweiten Additionsglied 155 zugeführt.
Zur Bestimmung des Sollsaugrohrdruckes pssol wird einem zweiten Kennfeld
105 der Steuereinheit 20 das Fahrerwunschmoment FW, das in diesem Fall beispielhaft als resultierendes Sollmoment angenommen wird, und die aktuelle Motordrehzahl n zugeführt. Das zweite Kennfeld 105 bildet dann in dem Fachmann bekannter Weise die Sollfüllung rlsol des Brennraums der Brennkraftmaschine 1. Dabei kann es optional vorgesehen sein, dass das Fahrerwunschmoment FW bzw. das resultierende Sollmoment vor der Zuführung zum zweiten Kennfeld 105 noch optional einer Lastschlagdämpfung und/oder einem oder mehreren Fahr- barkeitsfiltern zugeführt wird. Die Sollfüllung rlsol wird in einem ersten Divisionsglied 60 durch einen Umrechnungsfaktor fpsurl dividiert, der sich am Ausgang ei- nes dritten Multiplikationsgliedes 140 ergibt. Der Umrechnungsfaktor fpsurl am Ausgang des dritten Multiplikationsgliedes 140 ergibt sich dabei durch Multiplikation des Ausgangssignals eines dritten Kennfeldes 110 mit dem Ausgangssignal eines Modells 115. Dem dritten Kennfeld 110 ist zum einen der aktuelle Nockenwellenwinkel 0NW der Einlassnockenwelle vom Nockenwellenwinkelsensor 70 und zum anderen die aktuelle Motordrehzahl n zugeführt.
Der Nockenwellenwinkelsensor 70 erfasst in diesem Beispiel die aktuelle Nockenwellenposition 0NW der Einlassnockenwelle. Ausgehend von der aktuellen Position 0NW der Einlassnockenwelle ist bei bekannter Nockenwellenverstellung NWS zwischen der Einlassnockenwelle und der Auslassnockenwelle auch die aktuelle Nockenwellenposition 0NW der Auslassnockenwelle festgelegt und bekannt.
Das dritte Kennfeld 110 ermittelt in Abhängigkeit der Nockenwellenposition 0NW der Einlassnockenwelle und der aktuellen Motordrehzahl n in aus der
DE 197 53 969 Al bekannten Weise einen Faktor KFPSU RL, der dem dritten Multiplikationsglied 140 zugeführt wird. Das Modell 115 ermittelt in ebenfalls aus der DE 197 53 969 Al bekannten Weise einen Brennraumtemperaturfaktor ftbr in Abhängigkeit der vom Motortemperatursensor 60 zugeführten aktuellen Motor- temperatur TM und der vom Saugrohrtemperatursensor 50 zugeführten aktuellen
Saugrohrtemperatur TS. Die ermittelte Brennraumtemperatur wird dabei zur Bildung des Korrekturfaktors ftbr auf eine Temperatur von 273 K normiert, auf die die Werte des dritten Kennfeldes 110 abgestimmt sind. Der Brennraumtempera- turkorrektorfaktor ftbr wird ebenfalls dem dritten Multiplikationsglied 140 zuge- führt. Somit ergibt sich der Umrechnungsfaktor fpsurl am Ausgang des dritten
Multiplikationsgliedes wie folgt:
fpsurl = ftbr * KFPSU RL (6)
Im ersten Divisionsglied 160 wird dann die Sollfüllung rlsol durch den Umrechnungsfaktor fpsurl dividiert und der sich bildende Quotient am Ausgang des ersten Divisionsgliedes 160 einem ersten Additionsglied 150 zugeführt und dort zum Ausgangssignal eines vierten Kennfeldes 180 addiert. Dem vierten Kennfeld 180 wird einerseits die aktuelle Motordrehzahl n und andererseits die aktuelle No- ckenwellenstellung 0NW der Einlassnockenwelle zugeführt. Das Ausgangssignal des vierten Kennfeldes 180 ist der Kennfeldwert KFPIRG, der dem ersten Additionsglied 150 zugeführt wird. Das vierte Kennfeld 180 bildet gemäß der DE 197 53 969 Al den Restgasanteil KFPIRG in Abhängigkeit der aktuellen Motordrehzahl n und der aktuellen Nockenwellenstellung 0NW der Einlassnocken- welle. Dabei kann wie in der DE 197 53 969 Al beschrieben, in Figur 2 aus
Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt, der ausgelesene Wert KFPIRG des vierten Kennfeldes 180 in einer Multiplikationsstelle mit einem aus einem gemessenen Umgebungsdruck abgeleiteten Korrekturfaktor multipliziert werden, um eine Höhenkorrektur durchzuführen.
Im ersten Additionsglied 150 wird somit der ggf. höhenkorrigierte Wert KFPI RG des vierten Kennfeldes 180 mit dem Quotienten rlsol/fpsurl addiert, um am Ausgang des ersten Additionsgliedes 150 den Sollsaugrohrdruck pssol zu bilden. Dieser wird einem zweiten Subtraktionsglied 125 zugeführt, dem auch der aktuel- Ie Saugrohrdruck ps zugeführt wird. Im zweiten Subtraktionsglied 125 wird der aktuelle Saugrohrdruck ps vom Sollsaugrohrdruck pssol subtrahiert. Die sich bildende Differenz wird in einem zweiten Divisionsglied 165 durch die vorgegebene Zeitkonstante Tl dividiert, die in einem dritten Speicher der Steuereinheit 20 abgelegt ist. Die vorgegebene Zeitkonstante Tl kann dabei beispielsweise auf ei- nem Prüfstand und/oder in Fahrversuchen geeignet appliziert werden, um einen gewünschten vorgegebenen zeitlichen Verlauf der Istfüllung zu realisieren. Bei dieser Applikation der vorgegebenen Zeitkonstante Tl kann dabei ein gewünschter Kraftstoffverbrauch und/oder ein gewünschtes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine auf einen Fahrerwunsch bzw. ein Fahrerwunschmoment hin und/oder eine gewünschte Reproduzierbarkeit zur Einstellung der gewünschten
Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise des Fahrerwunschmomentes mittels dem Sollmassenstrom in das Saugrohr 5 bestimmt werden derart, dass beispielsweise der Kraftstoffverbrauch und/oder das Ansprechverhalten und/oder die gewünschte Reproduzierbarkeit jeweils einen optimalen Wert annehmen. In vorteilhafter Weise kann dabei beispielsweise das Ansprechverhalten mit höherer Priorität als die gewünschte Reproduzierbarkeit und die gewünschte Reproduzierbarkeit mit höherer Priorität als der Kraftstoffverbrauch optimiert werden. Am Ausgang des zweiten Divisionsgliedes 165 ergibt sich der Quotient (pssol - ps)/Tl, der einem vierten Multiplikationsglied 145 zugeführt wird und dort mit dem Saugrohrvolumen VS multipliziert wird, das in der Steuereinheit 20 bekannt und in einem vierten Speicher 90 abgelegt ist. Das durch das vierte Multiplikationsglied 145 gebildete Produkt wird einem dritten Divisionsglied 170 zugeführt und dort durch den Ausgang eines zweiten Multiplikationsgliedes 135 dividiert. Der Ausgang des zweiten Multiplikationsgliedes 135 ergibt sich durch Multiplikation der aktuellen Saugrohrtemperatur TS mit der Gaskonstanten R, die in einem ersten Speicher 75 der Steuereinheit 20 abgelegt ist. Der gebildete Quotient am Ausgang des dritten Divisionsgliedes 170 wird im zweiten Additionsglied 155 mit dem aus dem Saugrohr 5 in den Brennraum abfließenden Massenstrom rnSgb am Ausgang des ersten Multiplikationsgliedes 130 addiert. Die sich bildende Summe am Ausgang des zweiten Additionsgliedes 155 ist dann der
Sollmassenstrom mszuso|, der über das Stellglied 20 eingestellt und über das Stellglied 20 in das Saugrohr 5 zufließen soll. Somit entspricht der Sollmassenstrom mszuso| am Ausgang des zweiten Additionsgliedes 155 dem nach Gleichung (4) berechneten Wert für den zufließenden Massenstrom mszu.
Wenn das Stellglied 20 jetzt diesen Sollmassenstrom mszuso| einstellt, stellt sich auch die gewünschte Füllungsdynamik gemäß dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf ein. Diese vorgegebene Füllungsdynamik kann wiederum von anderen Funktionen der Motorsteuerung, beispielsweise zur Prädiktion von Betriebs- großen der Brennkraftmaschine 1 genutzt werden. Mit der gleichen Dynamik des
Sollmassenstroms mszuso| baut sich auch der Saugrohrdruck im Saugrohr 5 auf.
Gemäß dem beschriebenen Beispiel baut sich die Istfüllung bei einem Sprung der Sollfüllung gemäß dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf beispielsweise des Proportional-Zeitgliedes erster Ordnung auf.
Durch das Ersetzen der zeitlichen Änderung des Saugrohrdruckes als Differenzenquotient aus der Differenz zwischen dem Sollsaugrohrdruck pssol und dem aktuellen Saugrohrdruck ps pro vorgegebene Zeitkonstante Tl des Proportional- Zeitgliedes beispielsweise erster Ordnung verhält sich im vorliegenden Fall der
Regelfehler, also die Abweichung zwischen dem Sollsaugrohrdruck pssol und dem aktuellen Saugrohrdruck ps in Form der Differenz pssol - ps wie das für den vorgegebenen zeitlichen Verlauf gewählte Verzögerungsglied in Form des Proportional-Zeitgliedes erster Ordnung. Somit ergibt sich die gewünschte Dynamik gemäß dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf auch für die Differenz zwischen der Istfüllung und der Sollfüllung.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Massenstromleitung (5), über die der Brennkraftmaschine (1) ein Massenstrom zugeführt wird, wobei ein Sollwert für eine Größe vorgegeben wird, die für den Massenstrom zur Brennkraftmaschine (1) charakteristisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe ausgehend von einer Bilanz des in die Massenstromleitung (5) zufließenden Massenstroms und des aus der Massenstromleitung (5) abfließenden Massenstroms gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe ein Sollwert für diesen Massenstrom gewählt wird und dass als Sollwert für den Massenstrom in der Bilanz des in die Massenstromleitung (5) zufließenden Massenstroms und des aus der Massen- Stromleitung (5) abfließenden Massenstroms der in die Massenstromleitung (5) zufließende Massenstrom gewählt wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene zeitliche Verlauf als zeitlicher Verlauf gemäß einem Proportional- Zeitglied, vorzugsweise erster Ordnung, mit einer vorgegebenen Zeitkonstante gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Änderung der Masse in der Massenstromleitung (5) als Differenz zwischen zufließendem Massenstrom und abfließendem Massenstrom gebildet wird und dass dieser Zusammenhang zur Bestimmung des Sollwertes der für den Massenstrom charakteristischen Größe nach dem zufließenden Massenstrom aufgelöst wird und die zeitliche Änderung der Masse in der Massenstromleitung (5) durch den vorgegebenen zeitlichen Verlauf ersetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zur Bestimmung des Sollwertes der für den Massenstrom charakteristischen Größe unter Berücksichtigung der idealen Gasgleichung nach dem zufließenden Mas- senstrom aufgelöst wird, so dass die zeitliche Änderung der Masse in der Massenstromleitung (5) in eine zeitliche Änderung des Druckes in der Massenstromleitung (5) umgewandelt wird, dass abhängig von einer gewünschten Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine (1) ein Sollwert für den Druck gebildet wird und dass die zeitliche Änderung des Druckes als Differenzenquotient aus der Differenz zwischen dem Sollwert für den Druck und einem aktuellen Druck pro Zeiteinheit gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, soweit dieser auf Anspruch 3 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Zeiteinheit die vorgegebene Zeitkonstante gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene zeitliche Verlauf im Hinblick auf einen gewünschten Kraftstoffverbrauch und/oder ein gewünschtes Ansprechverhalten und/oder eine gewünsch- te Reproduzierbarkeit zur Einstellung einer gewünschten Ausgangsgröße der
Brennkraftmaschine (1) mittels dem Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe bestimmt wird.
8. Vorrichtung (15) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Massen- Stromleitung (5), über die der Brennkraftmaschine (1) ein Massenstrom zugeführt wird, mit einer Steuereinheit (20), die einen Sollwert für eine Größe vorgeben, die für den Massenstrom zur Brennkraftmaschine (1) charakteristisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) derart ausgebildet ist, dass sie den Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe ausgehend von einer Bilanz des in die Massenstromleitung (5) zufließenden Massenstroms und des aus der Massenstromleitung (5) abfließenden Massenstroms gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf bildet.
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