PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004015835B4 24.08.2006
Titel Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Weiss, Frank, 93080 Pentling, DE;
Zhang, Hong, Dr., 93105 Tegernheim, DE
DE-Anmeldedatum 31.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004015835
Offenlegungstag 27.10.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse F02D 43/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02B 27/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, mit einem Saugrohr, das hin zu dem Einlass des mindestens einen Zylinders geführt ist, je einem Gaseinlassventil, das an dem Einlass des Zylinders angeordnet ist und je einem Impulsladeventil, das stromaufwärts des Gaseinlassventils in dem Saugrohr angeordnet ist und abhängig von seiner Schaltstellung das Saugrohr freigibt oder verschließt. Ferner hat die Brennkraftmaschine je Zylinder ein Einspritzventil, das zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen ist. Ferner ist der Brennkraftmaschine eine Sauerstoffsonde zugeordnet, deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder.

Aus der DE 102 00 533 A1 ist eine Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine hat einen Ansaugtrakt mit einem Saugrohr, in dem stromaufwärts des Gaseinlassventils schnellschaltende Querschnittsschalter einer integrierten Impulsladeeinheit angeordnet sind. Der einem Zylinder zugeordnete schnellschaltende Querschnittsschalter ist während des ersten Abschnitts der Ansaugsequenz des Zylinders geschlossen, so dass sich ein hoher Unterdruck aufbauen kann. Nach cirka der Hälfte der Ansaugsequenz wird der schnellschaltende Querschnittsschalter schlagartig geöffnet, so dass der während des ersten Abschnitts der Ansaugsequenz erzeugte Unterdruck in dem Zylinder eine sehr hohe Einströmgeschwindigkeit des angesaugten Luft/Kraftstoff-Gemisches bewirkt. Die sehr schnell in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine einströmende Einlassluftsäule führt im Bereich kleiner und mittlerer Drehzahlen der Brennkraftmaschine zu signifikanten Aufladeeffekten aufgrund der besseren Füllungscharakteristik des jeweiligen Brennraums. Die verbesserte Füllungscharakteristik des jeweiligen Brennraums hat bei derartigen Brennkraftmaschinen zur Folge, dass bei gleichem Zylindervolumen eine erhöhte Leistung von der Brennkraftmaschine abgegeben werden kann und so unter anderem durch eine Gewichtsersparnis der Brennkraftmaschine auch der Verbrauch und die Emissionen verringert werden können. Für eine hohe Kundenakzeptanz eines Fahrzeugs, in dem eine Brennkraftmaschine mit einem derartigen Querschnittsschalter angeordnet ist, der auch als Impulsladeventil bezeichnet ist, ist eine komfortable Steuerung der Brennkraftmaschine wesentlich. So ist es für ein komfortables Fahrgefühl notwendig, dass das jeweilige Drehmoment, das während eines Arbeitszyklusses von dem jeweiligen Zylinder an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgegeben wird sich möglichst wenig von dem Drehmoment unterscheidet, das von anderen Zylindern an die Kurbelwelle abgegeben wird.

Aus der DE 102 20 076 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, die eine Optimierung der Kraftstoffeinspritzung ermöglichen. Die Brennkraftmaschine umfasst hierzu eine Vorrichtung zur Impulsaufladung und eine Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in einen Ladungswechselkanal, wobei die Vorrichtung zur Impulsaufladung angesteuert betrieben wird. Die Einspritzzeit wird abhängig von der Ansteuerung der Vorrichtung zur Impulsaufladung eingestellt. Die Ansteuerung der Impulsaufladung umfasst dabei eine Ansteuerung eines Bauteils zum Öffnen und Verschließen eines Strömungsquerschnitts des Ladungswechselkanals und die Einspritzzeit wird vorzugsweise abhängig von der Ansteuerung des Bauteils eingestellt.

In der DE 102 22 202 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Funktion mindestens zweier Impulslader einer Brennkraftmaschine beschrieben, die eine Diagnose defekter Impulslader ermöglichen. Die Impulslader gehören zu jeweils einem Zylinder einer Brennkraftmaschine. Dabei wird mindestens eine Betriebsgröße der Zylinder plausibilisiert. In Abhängigkeit der Plausibilisierung der mindestens einen Betriebsgröße wird ein Defekt zumindest eines der Impulslader erkannt. Hierzu wird für jeden Zylinder eine Laufunruhe-Ermittlung durchgeführt und die Laufunruhewerte der einzelnen Zylinder mit einem oberen Schwellenwert verglichen. Ein defekter Impulslader wird erkannt, wenn der zugehörige Laufunruhewert den oberen Schwellenwert überschreitet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einfach ist und gleichzeitig ein präzises Steuern der Brennkraftmaschine gewährleistet.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten Aspekts aus durch eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung aufweist, eine erste Einheit, in der ein Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils abhängig von der Ausgangsgröße eines ersten Reglers ermittelt wird, dessen Regelgröße charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder. Ferner ist eine zweite Einheit vorgesehen, in der ein Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Impulsladeventils abhängig von der Ausgangsgröße eines zweiten Reglers ermittelt wird, dessen Regelgröße ein Laufunruhewert ist, der von dem Messsignal abgeleitet ist, das charakteristisch ist für die Drehzahl der Kurbelwelle oder dessen Regelgröße das Drehmoment ist, das von der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Der erste und zweite Regler sind so ausgebildet, dass die Regelgeschwindigkeit des ersten Reglers größer ist als die Regelgeschwindigkeit des zweiten Reglers.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass Ablagerungen an dem jeweiligen Impulsladeventil während des Betriebs der Brennkraftmaschine entstehen können, die zu einer Verringerung des freien Querschnitts des Saugrohres im Bereich des Impulsladeventils führen, wenn das Impulsladeventil das Saugrohr freigibt. Die Ablagerungen können jedoch auch zur Folge haben, dass das Impulsladeventil in der Schaltstellung, in der es das Saugrohr verschließt, das Saugrohr weniger dichtend verschließt. Derartige Ablagerungen haben somit zur Folge, dass bei unveränderter Ansteuerung des Impulsladeventils im Vergleich zu dem Zustand ohne Ablagerungen sich unter Umständen deutliche Veränderungen in der von dem jeweiligen Zylinder angesaugten Luftmasse ergeben können. Die Ablagerungen im Bereich des dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Impulsladeventils können sich zudem stark unterscheiden und somit sind dann auch die angesaugten Luftmassen in den einzelnen Zylindern gegebenenfalls deutlich verschieden. Dies hat dann zur Folge, dass sich in die Drehmomentbeiträge der einzelnen Zylinder gegebenenfalls deutlich unterscheiden, was für den Fahrer eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine angeordnet ist, deutlich spürbar sein kann.

Darüber hinaus können auch Ablagerungen an dem jeweiligen Einspritzventil, Fertigungstoleranzen oder gegebenenfalls weitere Einflüsse zu einer veränderten Kraftstoff-Einspritzcharakteristik führen. Dies kann somit bei einer unveränderten Steuerung des jeweiligen Einspritzventils dazu führen, dass sich deutliche Veränderungen in der in den jeweiligen Zylinder zugemessenen Kraftstoffmasse ergeben können.

Mittels der ersten Einheit wird einfach ein Adaptionswert ermittelt zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils, durch den dann die Ansteuerung des Einspritzventils jeweils so angepasst wird, dass sich Ablagerungen oder ähnliches nur unwesentlich auf die Charakteristik der Ansteuerung auswirken.

Durch die zweite Einheit wird einfach der Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Impulsladeventils ermittelt, der dann ebenso dafür sorgt, dass sich unabhängig von Ablagerungen oder ähnlichem die Charakteristik der Ansteuerung des Impulsladeventils nur unwesentlich ändern kann.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass der Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Impulsladeventils besonders einfach und präzise mittels eines Reglers ermittelt werden kann, dessen Regelgröße der Laufunruhewert ist oder dessen Regelgröße das Drehmoment ist, das von der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Durch das Ausbilden der Regelgeschwindigkeit des ersten Reglers größer als der Regelgeschwindigkeit des zweiten Reglers wirken sich Störeinflüsse durch Ablagerungen oder ähnlichen des Impulsladeventils lediglich auf den Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des Impulsladeventils aus, während sich entsprechende Störeinflüsse des Einspritzventils lediglich auf dessen zugeordneten Adaptionswert auswirken. Die Adaptionswerte können so zeitlich parallel zueinander ermittelt werden. Darüber hinaus wird so wirkungsvoll eine Verringerung der Motorleistung verhindert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Regelgeschwindigkeit des ersten Reglers dadurch größer, dass seine Ausgangsgröße in kürzeren Zeitabständen aktualisiert wird als die Ausgangsgröße des ersten Reglers. Dies hat den Vorteil, dass es besonders einfach ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste und/oder zweite Einheit ausgebildet, zum Ermitteln der Adaptionswerte, wenn ein quasi-stationärer Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorliegt. Unter einem quasistationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird in diesem Zusammenhang ein Betriebszustand verstanden, in dem sich die Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder deren Last weniger als vorgegebene Schwellenwerte ändern. Dies hat den Vorteil, dass die Adaptionswerte besonders präzise und auch einfach ermittelt werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Laufunruhewert durch Bilden des Gradienten der Drehzahlen in zwei aufeinanderfolgenden Zylindersegmenten ermittelt. Unter Gradient wird in diesem Zusammenhang die zeitliche Änderung der Drehzahl verstanden. Als Zylindersegment wird derjenige Kurbelwellenwinkelbereich innerhalb eines Arbeitsspiels einer Brennkraftmaschine bezeichnet, während dessen das jeweils erzeugte Drehmoment je einem Zylinder zuzuordnen ist. Der Kurbelwellenwinkelbereich den ein Zylindersegment einnimmt, beträgt bei einer Viertaktbrennkraftmaschine 720° Kurbelwellenwinkel geteilt durch die Anzahl der Zylinder. Der Laufunruhewert kann so besonders einfach ermittelt werden. Er ist ein charakteristisches Maß für die Abweichungen der einzelnen Drehmomentbeiträge, die von den jeweiligen Zylindern durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt werden.

Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung zeichnet sie sich aus durch eine dritte Einheit, in der ein Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des Einspritzventils in einem Betriebszustand ermittelt wird, in dem sich das Impulsladeventil dauerhaft in seiner Offenstellung befindet, und zwar abhängig von der Ausgangsgröße eines ersten Reglers, dessen Regelgröße charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder. Ferner ist eine vierte Einheit vorgesehen, in der ein Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des Impulsladeventils in einem Betriebszustand ermittelt wird, in dem sich das Impulsladeventil nicht dauerhaft in seiner Offenstellung befindet, und zwar abhängig von der Ausgangsgröße eines vierten Reglers, dessen Regelgröße charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder. Gemäß dieses zweiten Aspekts der Erfindung spiegeln sich die Störeinflüsse auf das Impulsladeventil lediglich in dem Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des Impulsladeventils wieder und die Störeinflüsse auf das jeweilige Einspritzventil in dessen Adaptionswert.

Dies wird wirkungsvoll dadurch erreicht, dass der Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils ermittelt wird, wenn das Impulsladeventil nicht aktiv die in den jeweiligen Zylinder strömende Luftmasse beeinflusst. Dies ist der Fall, wenn das Impulsladeventil sich dauerhaft in seiner Offenstellung befindet. Dadurch ist dann gewährleistet, dass die Ausgangsgröße des ersten Reglers lediglich durch Störeinflüsse an dem jeweiligen Einspritzventil beeinflusst ist.

Wenn hingegen der Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des Impulsladeventils abhängig von der Ausgangsgröße des vierten Reglers ermittelt wird, wirken sich zwar grundsätzlich die Störeinflüsse, die sowohl durch das Impulsladeventil hervorgerufen sind als auch diejenigen die durch das Einspritzventil hervorgerufen sind auf die Ausgangsgröße des vierten Reglers aus. Allerdings hat sich vorteilhaft gezeigt, dass durch die unabhängig dazu erfolgende Ermittlung des Adaptionswerts zum Anpassen der Ansteuerung des Einspritzventils diese Störeinflüsse einfach separiert werden und somit letztendlich der Adaptionswert zum Anpassen der Ansteuerung des Impulsladeventils im wesentlichen Störeinflüsse auf das jeweilige Impulsladeventil ausgleicht.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Betriebszustand, in dem sich das Impulsladeventil dauerhaft in seiner Offenstellung befindet ein Teillastbetrieb ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich während des Ermittelns des Adaptionswerts zum Anpassen der Ansteuerung des Einspritzventils eine wesentliche Verringerung der Motorleistung verhindert ist. Sollte eine Vollastanforderung kommen, so wird das Ermitteln des Adaptionswertes abgebrochen. Das Impulsladeventil wird somit in diesem Fall zum Ermitteln des Adaptionswerts zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils dauerhaft in seine Offenstellung gesteuert.

In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn die dritte und/oder vierte Einheit ausgebildet sind zum Ermitteln der Adaptionswerte, wenn der quasi-stationäre Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorliegt. Auf diese Weise können die Adaptionswerte einfach besonders präzise ermittelt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine,

2 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine und

3 ein weiteres Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe, ferner einen Sammler 7 und ein Saugrohr 8, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 10, welche über eine Pleuelstange 13 mit einem Kolben 12 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.

Der Zylinderkopf umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 15, einem Gasauslassventil 16 und Ventilantrieben 17, 18. Ferner umfasst der Zylinderkopf ein Einspritzventil 25 und eine Zündkerze 26. Alternativ kann das Einspritzventil 25 auch in dem Saugrohr 8 angeordnet sein.

In dem Saugrohr 8 ist ferner ein Impulsladeventil 24 angeordnet, das in einer Schaltstellung, der Offenstellung, den Querschnitt des Saugrohres 8 freigibt, und in einer weiteren Schaltstellung, der Schließstellung, den Querschnitt des Saugrohres 8 verschließt.

Der Abgastrakt 4 umfasst einen Katalysator 27.

Ferner ist eine Steuereinrichtung 28 vorgesehen, die auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden kann und der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 28 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.

Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 30, welcher eine Stellung eines Fahrpedals 29 erfasst, ein Luftmassensensor 31, welcher einen Luftmassenstrom MAF stromaufwärts der Drosselklappe 6 erfasst, ein Temperatursensor 32, welcher die Ansauglufttemperatur T_IM erfasst, ein Drucksensor 34, welcher den Saugrohrdruck P_IM erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem eine Drehzahl N zugeordnet wird, eine Sauerstoffsonde 38, welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder Z1, und ein Drehmomentsensor 39, der ein Drehmoment erfasst, dass über die Kurbelwelle 10 abgegeben wird. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.

Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 6, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 15, 16, das Einspritzventil 25, die Zündkerze 26 und das Impulsladeventil 24.

Neben dem Zylinder Z1 sind in der Regel noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorhanden, denen dann auch entsprechende Stellglieder zugeordnet sind.

Eine erste Ausführungsform der Steuereinrichtung wird im folgenden anhand des Blockschaltbilds der 2 erläutert. In einem Block B1 werden Schätzwerte verschiedener Betriebsgrößen und so insbesondere ein Schätzwert MAF_CYL_MOD des Luftmassenstroms in den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 mittels eines Beobachters ermittelt. Die Struktur eines derartigen Beobachters ist beispielsweise in der WO 97/35106 A2 offenbart, die unter anderem Modellgleichungen für den Luftmassenstrom in den Zylinder, den Massenstrom in dem Bereich der Drosselklappe 6 und auch weitere Gleichungen für den Saugrohrdruck P_IM, den Abgasgegendruck, die Abgastemperatur oder einen Restgasmassenstrom offenbart. Der Inhalt der WO 97/35106 A2 ist hiermit diesbezüglich einbezogen.

Die WO 97/35106 A2 offenbart zwar nicht den Einfluss einer Ansteuerung des Impulsladeventils 24 zu berücksichtigen, dies kann jedoch bei der Ermittlung des Schätzwertes MAF_CYL_MOD mittels eines additiven und/oder multiplikativen Umrechnungswertes von dem Saugrohrdruck zu dem jeweiligen Schätzwert MAF_CYL_MOD des Luftmassenstroms in den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 erfolgen. Dementsprechend sind Eingangsgrößen des Blocks B1 die Ansauglufttemperatur T_IM, gegebenenfalls der erfasste Luftmassenstrom MAF, der Saugrohrdruck P_IM, der Drosselklappenöffnungsgrad THR, die Drehzahl N und entsprechende Ansteuerparameter CTRL_IC_I der individuellen Impulsladeventile 24. Die Ansteuerparameter CTRL_IC_I der individuellen Impulsladeventile 24 sind bevorzugt jeweils ein Öffnungsbeginn und ein Öffnungswinkelbereich des jeweiligen Impulsladeventils 24.

In einem Block B2 wird dann abhängig von dem Schätzwert MAF_CYL_MOD des Luftmassenstroms in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 und einem Sollwert LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ein Sollwert MFF_SP der zuzumessenden Kraftstoffmasse in den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 ermittelt. Abhängig von dem Sollwert MFF_SP der Kraftstoffmasse wird dann ein jeweiliges Stellsignal zum Ansteuern des jeweiligen Einspritzventils 25 ermittelt und so dann jeweils Kraftstoff in dem Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine zugemessen. Bei der Ermittlung des Sollwertes MFF_SP der zuzumessenden Kraftstoffmasse wird auch ein Adaptionswert AD_INJ_I zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils berücksichtigt. Alternativ kann der Adaptionswert AD_INJ_I zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils auch direkt bei der Ermittlung des Stellsignals für das jeweilige Einspritzventil 25 berücksichtigt werden.

Der Block B3 stellt im Rahmen des Blockdiagramms die Brennkraftmaschine dar. Mittels der Sauerstoffsonde 38 wird individuell für die einzelnen Zylinder Z1 bis Z4 ein zylinderindividuell erfasstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_I erfasst.

Dem Block B4 wird die Differenz des Sollwertes LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des jeweiligen zylinderindividuell erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_I zugeführt. Der Block B4 umfasst einen Regler, bevorzugt einen Regler mit Proportional- und Integralanteil, wie er üblicherweise für die sogenannte Lambda-Regelung eingesetzt wird. Abhängig von einer Ausgangsgröße RW_INJ_I des Reglers des Blocks B4 wird dann in dem Block B5 ein Adaptionswert AD_INJ_I zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils ermittelt. Die Blöcke B4 und B5 bilden eine erste Einheit.

In einem Block B6 wird ein zylinderindividueller Laufunruhewert ER_I abhängig von der erfassten Drehzahl N ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt durch Bilden des Gradienten der Drehzahlen N in zwei aufeinanderfolgenden Zylindersegmenten. Die Zylindersegmente sind dabei so gewählt, dass der jeweilige zylinderindividuelle Laufunruhewert ER_I charakteristisch ist für den jeweiligen Drehmomentbeitrag, der durch die jeweilige Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder hervorgerufen wird. Der Laufunruhewert ER_I kann jedoch auch auf andere Art und Weise ermittelt werden, wie es beispielsweise in der DE 197 41 780 A1, der EP 583 496 A1 oder der EP 576 705 A1 offenbart ist, deren Inhalt diesbezüglich einbezogen ist.

Der zylinderindividuelle Laufunruhewert ER_I und ein Sollwert ER_SP der Laufunruhe, der vorgegeben ist, werden einem Block B7 zugeführt. Bevorzugt wird dem Block B7 die Differenz des Sollwertes ER_SP der Laufunruhe und des jeweiligen zylinderindividuellen Laufunruhewertes ER_I zugeführt. In dem Block B7 ist ein Regler angeordnet, der abhängig von der Differenz des Sollwertes ER_SP der Laufunruhe und des jeweiligen zylinderindividuellen Laufunruhewertes ER_I eine Ausgangsgröße RW_IC_I ermittelt. Der Regler des Blocks B7 hat bevorzugt einen Integralanteil und gegebenenfalls auch einen Proportionalanteil.

In einem Block B8 wird abhängig von der Ausgangsgröße RW_IC_I des Blocks B7 ein Adaptionswert AD_IC_I zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Impulsladeventils 24 ermittelt. Der Block B7 und der Block B8 bilden eine zweite Einheit.

In einem Block B10 werden dann die Ansteuerparameter CTRL_IC_I für das jeweilige Impulsladeventil 24 ermittelt und zwar abhängig von dem jeweiligen zylinderindividuellen Adaptionswert AD_IC_I des jeweiligen Impulsladeventils 24, und weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, wie der Drehzahl N, einem unter anderem abhängig von der Fahrpedalstellung des Fahrpedals 29 ermittelten Sollwertes TQ_SP des von der Brennkraftmaschine aufzubringenden Drehmoments oder einem Sollwert des Luftmassenstroms MAF_SP und einem Betriebsmodus MOD der Brennkraftmaschine. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Beobachters, der vorzugsweise Kennfelder umfasst.

Bevorzugt erfolgt das Ermitteln oder auch Anpassen der jeweiligen Adaptionswerte AD_INJ_I und AD_IC_I in der ersten beziehungsweise zweiten Einheit lediglich in vorgegebenen Betriebszuständen, insbesondere in einem quasi-stationären Betriebszustand. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei Beginn des vorgegebenen Betriebszustandes der Regler des Blocks B4 beziehungsweise B7 initialisiert wird und dann beim Verlassen des vorgegebenen Betriebszustandes der jeweilige Adaptionswert AD_INJ_I, AD_IC_I abhängig von den dann vorliegenden Werten der jeweiligen Ausgangsgröße RW_INJ_I, RW_IC_I ermittelt werden. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig den jeweils vor Erfülltsein des jeweiligen Betriebszustandes bereits vorliegenden Wert des jeweiligen Adaptionswertes AD_INJ_I, AD_IC_I dann lediglich entsprechend anzupassen, wie dies bei Adaptionen regelmäßig erfolgt.

Der Regler des Blocks B4 hat eine höhere Regelgeschwindigkeit als der Regler des Blockes B7. Unter der Regelgeschwindigkeit wird in diesem Zusammenhang diejenige Zeitdauer verstanden, die der jeweilige Regler benötigt und eine auftretende Regelabweichung auszugleichen. Besonders einfach kann dies umgesetzt werden, dadurch dass die Ausgangsgröße des Reglers des Blocks B4 RW_INJ_I in kürzeren Zeitabständen aktualisiert wird als die Ausgangsgröße RW_IC_I des Reglers des Blocks B7. Dies erfolgt in der Art, im Hinblick auf den Regler des Blocks B4, dass die Differenz des Sollwertes LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des zylinderindividuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_I in vorgegebenen Zeitabständen erfasst wird und dann dem Regler des Blocks B4 zugeführt wird. Der zylinderindividuelle Laufunruhewert ER_I kann entsprechend in einem größeren Zeitraster ermittelt werden und dem Block B7 zugeführt werden oder in beispielsweise dem gleichen Zeitraster ermittelt werden aber dann entsprechend gemittelt werden und lediglich dieser gemittelte Wert dann dem Regler des Blocks B7 zugeführt werden. Dies hat dann zur Folge, dass die Werte der Ausgangsgrößen RW_INJ_I und RW_IC_I der Blöcke B4 beziehungsweise B7 unterschiedlich häufig aktualisiert werden. Alternativ oder zusätzlich können der oder die Regelparameter des Reglers des Blocks B4 auch entsprechend größer ausgebildet sein als die des Reglers des Blockes B7 und damit eine deutlichere Reaktion der Ausgangsgröße RW_INJ_I des Reglers des Blockes B4 auf eine Regelabweichung als die der Ausgangsgröße des Blockes B7 RW_IC_I haben.

Alternativ zu dem Block B7 kann ein Block B7' vorgesehen sein in dem auch ein entsprechender Regler ausgebildet ist, dem jedoch als Regelgröße ein von dem Drehmomentsensor 39 erfasstes Drehmoment TQ zugeordnet ist.

Eine zweite Ausführungsform der Steuereinrichtung 28 unterscheidet sich von der gemäß 2 dadurch, dass ein Block B12 vorgesehen ist, in dem ein dritter Regler vorgesehen ist, der dem ersten Regler im wesentlichen entspricht. Allerdings ist ein Umschalter LV vorgesehen, der in einer Schaltstellung die Differenz des Sollwertes LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des zylinderindividuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_I dem Block B12 zuführt. In einer weiteren Schaltstellung führt er die Differenz einem Block B14 zu, der weiter unter beschrieben ist und in einer dritten Schaltstellung wird die Differenz weder dem Block B12 noch dem Block B14 zugeführt. Ein Block B13 entspricht dem Block B5. Der Block B14 umfasst einen Regler, der abhängig von der Differenz des Sollwertes LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des zylinderindividuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_I eine Ausgangsgröße RW_IC_I erzeugt. Der Regler hat bevorzugt einen Integralanteil und gegebenenfalls einen Proportionalanteil. Die Ausgangsgröße des Reglers des Blocks B14 RW_IC_I wird dann einem Block 15 zugeführt, der entsprechend dem Block B8 den Adaptionswert AD_IC_I zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Impulsladeventils 24 ermittelt.

Die Blöcke B12 und B13 bilden eine dritte Einheit. Die Blöcke B14 und B15 bilden eine vierte Einheit. Durch den Schalter LV ist sichergestellt, dass die Blöcke B12 und B14 nicht gleichzeitig mit der Differenz des Sollwertes LAM_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und des zylinderindividuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_I beaufschlagt werden können. Eine notwendige Bedingung für das Schalten des Schalters LV in seine Stellung, in der der Block B12 mit der entsprechenden Differenz beaufschlagt ist, ist dass das Impulsladeventil 24 während dieser Zeitdauer dauerhaft sich in seiner Offenstellung befindet. In diesem Fall beeinflusst das Impulsladeventil die in den Zylinder Z1 bis Z4 strömende Luftmasse nicht. Bevorzugt wird das Impulsladeventil 24 während eines Teillastbetriebs der Brennkraftmaschine dauerhaft in seine Offenstellung gesteuert, wenn der Adaptionswert AD_INJ_I zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils 25 angepasst werden soll. Eine weitere Bedingung, dafür dass der Schalter LV die entsprechende Differenz auf den Block B12 aufschaltet ist bevorzugt, dass sich die Brennkraftmaschine in einem quasi-stationären Betriebszustand befindet.

Eine notwendige Bedingung dafür, dass der Schalter LV in die Schaltstellung gesteuert wird, in der er die Differenz des Sollwertes LAM_SP und des zylinderindividuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_I mit dem Eingang des Block B14 koppelt ist, dass während diese Kopplung stattfindet das jeweilige Impulsladeventil 24 sich nicht dauerhaft in seiner Offenstellung befindet und bevorzugt dass ein vorgegebener Betriebszustand, insbesondere der quasi-stationäre Betriebszustand vorliegt.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1–Z4), mit Saugrohren (8), die hin zu Einlässen der Zylinder (Z1–Z4) der Brennkraftmaschine geführt sind, je einem Gaseinlassventil (15) das an dem Einlass des jeweiligen Zylinders (Z1–Z4) angeordnet ist und je einem Impulsladeventil (24), das stromaufwärts des Gaseinlassventils (15) in dem jeweiligen Saugrohr (8) angeordnet ist und abhängig von seiner Schaltstellung das jeweilige Saugrohr (8) freigibt oder verschließt, mit Einspritzventilen (25), die zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen sind und mit einer Sauerstoffsonde (38), deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (Z1–Z4), und mit einem Sensor, dessen Messsignal charakteristisch ist für eine Drehzahl (N) einer Kurbelwelle (10) oder. für ein Drehmoment, das von der Brennkraftmaschine erzeugt wird, wobei die Vorrichtung aufweist:

    – eine erste Einheit, in der ein Adaptionswert (AD_INJ_I) zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils (25) abhängig von der Ausgangsgröße (RW_INJ_I) eines ersten Reglers ermittelt wird, dessen Regelgröße charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (Z1–Z4),

    – eine zweite Einheit, in der ein Adaptionswert (AD_IC_I) zum Anpassen der Ansteuerung des jeweiligen Impulsladeventils (24) abhängig von der Ausgangsgröße (RW_IC_I) eines zweiten Reglers ermittelt wird, dessen Regelgröße ein Laufunruhewert ist, der von dem Messsignal abgeleitet ist, das charakteristisch ist für die Drehzahl (N) der Kurbelwelle (10), oder dessen Regelgröße das Drehmoment ist, das von der Brennkraftmaschine erzeugt wird,

    – wobei der erste und zweite Regler so ausgebildet sind, dass die Regelgeschwindigkeit des ersten Reglers größer ist als die Regelgeschwindigkeit des zweiten Reglers.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Regelgeschwindigkeit des ersten Reglers dadurch größer ist, dass seine Ausgangsgröße (RW_INJ_I) in kürzeren Zeitabständen aktualisiert wird als die Ausgangsgröße (RW_IC_I) des zweiten Reglers.
  3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die erste und/oder die zweite Einheit ausgebildet sind zum Ermitteln der Adaptionswerte (AD_INJ_I, AD_IC_I), wenn ein quasi-stationärer Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorliegt.
  4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Bilden des Laufunruhewerts durch Bilden des Gradienten der Drehzahl in zwei aufeinanderfolgenden Zylindersegmenten erfolgt.
  5. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1–Z4), mit einem Saugrohr (8), das hin zu einem Einlass des Zylinders (Z1–Z4) der Brennkraftmaschine geführt ist, einem Gaseinlassventil (15), das an dem Einlass des Zylinders (Z1–Z4) angeordnet ist und einem Impulsladeventil (24), das stromaufwärts des Gaseinlassventils (15) in dem Saugrohr (8) angeordnet ist und abhängig von seiner Schaltstellung das Saugrohr (8) freigibt oder verschließt, mit einem Einspritzventil (25), das zum Zumessen von Kraftstoff vorgesehen ist und mit einer Sauerstoffsonde (38), deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder (Z1–Z4), wobei die Vorrichtung aufweist:

    – eine dritte Einheit, in der ein Adaptionswert (AD_INJ_I) zum Anpassen der Ansteuerung des Einspritzventils (25) in einem Betriebszustand ermittelt wird, in dem sich das Impulsladeventil (24) dauerhaft in seiner Offenstellung befindet, und zwar abhängig von der Ausgangsgröße (RW_INJ_I) eines dritten Reglers, dessen Regelgröße charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (Z1–Z4),

    – eine vierte Einheit, in der ein Adaptionswert (AD_IC_I) zum Anpassen der Ansteuerung des Impulsladeventils (24) in einem Betriebszustand ermittelt wird, in dem sich das Impulsladeventil (24) nicht dauerhaft in seiner Offenstellung befindet, und zwar abhängig von der Ausgangsgröße (RW_IC_I) eines vierten Reglers, dessen Regelgröße charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (Z1–Z4).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Betriebszustand, in dem sich das Impulsladeventil (24) dauerhaft in seiner Offenstellung befindet, ein Teillastbetrieb ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die dritte und/oder vierte Einheit ausgebildet sind zum Ermitteln der Adaptionswerte (AD_INJ_I, AC_IC_I), wenn ein quasi-stationärer Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorliegt.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com