DE102013213310B4 - Process for controlling internal combustion engines with variable valve control - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Adaptation eines Zylinder-Füllungsmodells für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs mit variablem Ventilhub, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:- Messen eines ersten Drucks vor einer Drosselklappe im Ansaugtrakt;- Messen eines zweiten Drucks nach der Drosselklappe;- Berechnen des angesaugten Luftmassenstroms anhand der Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Druck und einem Öffnungsmodell der Drosselklappe; und- Adaptation des Zylinder-Füllungsmodells anhand des berechneten Luftmassenstroms.A method for adapting a cylinder charge model for an internal combustion engine of a vehicle with variable valve lift, the method comprising the steps of: measuring a first pressure in front of a throttle valve in the intake tract; measuring a second pressure after the throttle valve; calculating the intake air mass flow using the Difference between the second and first pressures and an opening model of the throttle valve; and adaptation of the cylinder charge model based on the calculated air mass flow.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Steuerung von Verbrennungsmotoren mit variablem Ventilhub, insbesondere Verfahren zur Adaptation von Zylinder-Füllungsmodellen, die bei der Steuerung eines solchen Motors verwendet werden.The present invention relates to methods for controlling internal combustion engines with variable valve lift, in particular methods for adapting cylinder charge models which are used in the control of such an engine.

Zum technischen Hintergrund wird beispielsweise auf die WO 97/ 35 106 A2 , die EP 1 002 942 A2 und die DE 44 22 184 C2 hingewiesen.The technical background is, for example, the WO 97/35 106 A2 , the EP 1 002 942 A2 and the DE 44 22 184 C2 pointed out.

Bei gängigen Ottomotoren wird die Einlassmenge der Zylinder in Abhängigkeit der geforderten Abgabeleistung (Lastzustand) des Motors reguliert. Die Menge des eingelassenen Luft-Kraftstoffgemisches (indirekte Einspritzung) bzw. der eingelassenen Luft (direkte Einspritzung) wird daher entsprechend des Lastzustands bestimmt. Die vom Motor angesaugte Luftmenge wird hierbei traditionell über eine Drosselklappe im Saugrohr gesteuert.With common gasoline engines, the intake quantity of the cylinders is regulated depending on the required output (load condition) of the engine. The amount of the air-fuel mixture taken in (indirect injection) or the air taken in (direct injection) is therefore determined in accordance with the load state. The amount of air drawn in by the engine is traditionally controlled via a throttle valve in the intake manifold.

Motoren mit variablem Ventilhub erlauben demgegenüber, die Einlassmenge der Zylinder im Wesentlichen durch den Ventilhub zu definieren. Solche Motoren können zwar über eine Drosselklappe verfügen, die konkrete Einlassmenge wird im Regel- oder Hauptbetrieb des Motors jedoch durch den Ventilhub bestimmt. Eine Drosselklappe ist daher nicht zwingend erforderlich. Sofern eine solche verwendet wird, dient sie im Hauptbetrieb lediglich der Androsselung im Saugrohr.In contrast, engines with variable valve lift allow the intake quantity of the cylinders to be essentially defined by the valve lift. Such engines may have a throttle valve, but the specific intake quantity is determined by the valve lift during normal or main operation of the engine. A throttle valve is therefore not absolutely necessary. If one is used, it is only used for throttling in the intake manifold during main operation.

Zur Steuerung eines Motors mit variablem Ventilhub wird der einzustellende Ventilhub regelmäßig anhand eines vordefinierten Lastmodells bestimmt, über das der geforderten Abgabeleistung ein entsprechender Ventilhub zugeordnet wird. Zu diesem Zweck wird ein Füllungsmodell des/der Zylinder verwendet, das die Abschätzung der Einlassmenge in Abhängigkeit des Lastzustands und/oder des Ventilhubs erlaubt.To control an engine with a variable valve lift, the valve lift to be set is regularly determined on the basis of a predefined load model, by means of which a corresponding valve lift is assigned to the output power required. For this purpose, a filling model of the cylinder (s) is used, which allows the intake quantity to be estimated as a function of the load state and / or the valve lift.

Um Toleranzen und Alterungseffekte des Motors auszugleichen, wird derzeit jedoch weiterhin eine direkte Messung des tatsächlich angesaugten bzw. eingelassenen Luftmassenstroms für erforderlich gehalten. Dadurch kann das Füllungsmodell überprüft und bei Bedarf entsprechend den Toleranzen und der Alterung des jeweiligen Motors angepasst werden. Zur Messung des Luftmassenstroms wird ein Luftmassenstrommesser in Form eines Heißfilm-Anemometers im Ansaugtrakt platziert. Eine derartige Konstruktion erhöht jedoch zusätzlich die Komplexität des Gesamtsystems.In order to compensate for tolerances and aging effects of the engine, however, a direct measurement of the air mass flow actually sucked in or let in is still considered necessary. This enables the filling model to be checked and, if necessary, adapted to the tolerances and the aging of the respective engine. To measure the air mass flow, an air mass flow meter in the form of a hot-film anemometer is placed in the intake tract. However, such a construction additionally increases the complexity of the overall system.

Bei konventionellen Motoren werden andere Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms verwendet, wie etwa die Messung der Druckdifferenz über eine Drosselklappe (siehe die Patentschrift DE 44 22 184 C2 der Anmelderin) oder die Verwendung eines Saugrohrdruckmodells. Da diese Verfahren nicht den Toleranzen am Einlassventil Rechnung tragen oder aufgrund der Toleranzen der Drosselklappe keine ausreichend genaue Bestimmung des Massenstroms ermöglichen, wurden sie bisher nicht eingesetzt.Conventional engines use other methods to determine the mass flow, such as measuring the pressure difference across a throttle valve (see the patent DE 44 22 184 C2 the applicant) or the use of an intake manifold pressure model. Since these methods do not take into account the tolerances at the inlet valve or because of the tolerances of the throttle valve do not allow a sufficiently precise determination of the mass flow, they have not been used so far.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren und Anordnungen zur Steuerung von Verbrennungsmotoren mit variablem Ventilhub bereitzustellen, wobei insbesondere die Nachteile des Stands der Technik ausgeräumt werden sollen. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The present invention is therefore based on the object of providing improved methods and arrangements for controlling internal combustion engines with variable valve lift, the disadvantages of the prior art in particular being to be eliminated. The object is achieved with the features of the independent claims. Preferred embodiments can be found in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Adaptation und/oder Korrektur eines Zylinder-Füllungsmodells für einen Verbrennungsmotor mit variablem Ventilhub. Unter einem Verbrennungsmotor mit variablem Ventilhub wird im Rahmen der Erfindung ein Verbrennungsmotor verstanden, bei dem die Einlassmenge (insbesondere die eingelassene Luftmenge) eines oder mehrerer der Zylinder vornehmlich über den variablen Hub des oder der Einlassventile bestimmt wird. Das Zylinder-Füllungsmodell ist vorzugsweise ein Modell, über das die Einlassmenge in Abhängigkeit des Ventilhubs berechnet und/oder vorhergesagt werden kann, um so den erforderlichen Ventilhub zu bestimmen. Durch die Adaptation und/oder Korrektur des Zylinder-Füllungsmodells kann dieses genauer an das tatsächliche Füllungsverhalten der/des Zylinder/s angepasst werden, was u. a. den Ausgleich von Toleranzen und Abnutzungserscheinungen erlaubt.According to a first aspect, the present invention relates to a method for adapting and / or correcting a cylinder charge model for an internal combustion engine with a variable valve lift. In the context of the invention, an internal combustion engine with a variable valve lift is understood to mean an internal combustion engine in which the intake quantity (in particular the intake air quantity) of one or more of the cylinders is determined primarily via the variable lift of the intake valve or valves. The cylinder charge model is preferably a model by means of which the intake quantity can be calculated and / or predicted as a function of the valve lift, in order to determine the required valve lift. By adapting and / or correcting the cylinder filling model, this can be more precisely adapted to the actual filling behavior of the cylinder / s, which u. a. allows the compensation of tolerances and wear and tear.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren verwendet, die einen variablen Ventilhub und variable Ventilsteuerzeiten haben. Stärker bevorzugt handelt es sich hierbei um Motoren mit vollvariablem Ventiltrieb, bei denen eine stufenlose Verstellung des Ventilhubs und des Ventilöffnungswinkels möglich ist. Das Verfahren findet vorzugsweise bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Anwendung.The method according to the invention is preferably used in connection with internal combustion engines which have a variable valve lift and variable valve timing. These are more preferably engines with fully variable valve train, in which a stepless adjustment of the valve lift and the valve opening angle is possible. The method is preferably used in motor vehicles, in particular passenger cars.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise für Ottomotoren verwendet, kann jedoch auch für andere Motortypen (z. B. Dieselmotoren) eingesetzt werden. Die Motoren weisen vorzugsweise eine Turboverdichtung und/oder Direkteinspritzung auf.The method according to the invention is preferably used for gasoline engines, but can also be used for other engine types (e.g. diesel engines). The engines preferably have turbo compression and / or direct injection.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise die folgenden Schritte auf: (a) Messen eines ersten Drucks vor einer Drosselklappe im Ansaugtrakt, (b) Messen eines zweiten Drucks nach der Drosselklappe, (c) Berechnen des Massenstroms über die Drosselklappe anhand der Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Druck und einem Öffnungsmodell der Drosselklappe und (d) Adaptation des Zylinder-Füllungsmodells anhand des berechneten Luftmassenstroms. Da die Einlassmenge anhand der Druckdifferenz über die Drosselklappe ermittelt wird, kann eine direkte Bestimmung des Massenstroms mit einem Heißfilm-Anemometer entfallen. Die Bestimmung des Massenstroms kann daher ohne Verwendung eines Heißfilm-Anemometers erfolgen.The method according to the invention preferably has the following steps: (a) measuring a first pressure in front of a throttle valve in the intake tract, (b) measuring a second pressure after the throttle valve, (c) calculating the mass flow via the throttle valve based on the difference between the second and the first pressure and an opening model of the throttle valve, and (d) adapting the cylinder charge model using the calculated air mass flow. Since the inlet quantity is determined based on the pressure difference across the throttle valve, a direct determination of the mass flow with a hot film anemometer can be omitted. The mass flow can therefore be determined without using a hot-film anemometer.

Der erste Druck, der vor der Drosselklappe gemessen wird, wird vorzugsweise mittels eines unmittelbar vor der Drosselklappe angeordneten ersten Drucksensors ermittelt. Sofern der Motor über einen Turboverdichter verfügt, erfolgt die Messung des ersten Drucks vorzugsweise nach der Verdichtungsstufe. Der zweite Druck kann mit einem in einem Sammler angeordneten zweiten Drucksensor gemessen werden.The first pressure, which is measured in front of the throttle valve, is preferably determined by means of a first pressure sensor arranged directly in front of the throttle valve. If the engine has a turbo compressor, the first pressure is preferably measured after the compression stage. The second pressure can be measured with a second pressure sensor arranged in a collector.

Für die Berechnung des Massenstroms kann die Temperatur oder ein temperaturabhängiger Faktor erforderlich sein, wobei derartige Daten anhand einer direkten Messung (z. B. mittels eines Sensors) oder aus einem Temperaturmodell stammen können. Ein Temperatursensor ist daher nicht zwingend erforderlich, kann aber vorteilhaft sein. In diesem Zusammenhang kann es sich beim ersten und/oder zweiten Drucksensor um einen p/T-Sensor handeln, der Druck und Temperatur messen kann.The temperature or a temperature-dependent factor may be required for the calculation of the mass flow, such data being able to come from a direct measurement (for example by means of a sensor) or from a temperature model. A temperature sensor is therefore not absolutely necessary, but can be advantageous. In this context, the first and / or second pressure sensor can be a p / T sensor that can measure pressure and temperature.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Schritte (a) bis (d) vorzugsweise während des Haupt- oder Lastbetriebs des Verbrennungsmotors durchgeführt, worunter ein Betrieb verstanden wird, in dem der Motor eine geforderte Abgabeleistung erzeugt. Der Hauptbetrieb ist im Falle eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug daher vorzugsweise ein Betrieb, in dem der Motor das Fahrzeug antreibt. Die Schritte (a) bis (d) werden während des Hauptbetriebs vorzugsweise kontinuierlich oder in bestimmten Intervallen durchgeführt, so dass das Zylinder-Füllungsmodell kontinuierlich oder in bestimmten Intervallen anhand des berechneten Luftmassenstroms adaptiert wird. Sofern die Adaptation in Intervallen durchgeführt wird, handelt es sich hierbei vorzugsweise um relativ kurze Intervalle. Sofern die Adaptation kontinuierlich durchgeführt wird, ist die Beschränkung der kontinuierlichen Adaptation auf bestimmte Lastzustände bzw. -bereiche des Motors möglich. So kann die Adaptation beispielsweise nur bei Teillast durchgeführt oder auf bestimmte Teillastbereiche beschränkt werden, um zu gewährleisten, dass es bei Durchführung der Adaptation an der Drossel zu einer bestimmten Mindest- oder Höchstdrossellung kommt. Dies verhindert Ungenauigkeiten bei der Messung des Massenstroms, zu denen es verstärkt bei kleinen Druckdifferenzen über die Drosselklappe und/oder kleinen Drosselklappenöffnungen kommen kann. Darüber hinaus kann ein Ausblenden der Adaptation bei Einbringung eines Sekundärluftmassenstroms sinnvoll sein, z. B. bei aktiver Tankentlüftung und/oder Evakuierung von Unterdruckspeichern. Natürlich kann die Adaptation auch bei der intervallbasierten Durchführung auf bestimmte Lastzustände bzw. -bereiche des Motors beschränkt werden.According to the method according to the invention, steps (a) to (d) are preferably carried out during the main or load operation of the internal combustion engine, which is understood to mean an operation in which the engine generates a required output power. The main operation in the case of an internal combustion engine for a vehicle is therefore preferably an operation in which the engine drives the vehicle. Steps (a) to (d) are preferably carried out continuously or at specific intervals during main operation, so that the cylinder charge model is adapted continuously or at specific intervals on the basis of the calculated air mass flow. If the adaptation is carried out at intervals, these are preferably relatively short intervals. If the adaptation is carried out continuously, it is possible to restrict the continuous adaptation to certain load states or ranges of the engine. For example, the adaptation can only be carried out at partial load or restricted to certain partial load ranges in order to ensure that a certain minimum or maximum throttling occurs when the adaptation is carried out on the throttle. This prevents inaccuracies in the measurement of the mass flow, which can occur with small pressure differences across the throttle valve and / or small throttle valve openings. In addition, hiding the adaptation when introducing a secondary air mass flow can be useful, for. B. with active tank ventilation and / or evacuation of vacuum accumulators. Of course, the adaptation can also be limited to certain load states or ranges of the motor when performing the interval-based implementation.

Das Öffnungsmodell der Drosselklappe erlaubt vorzugsweise, den wirksamen Querschnitt der Drosselklappe (Öffnungsquerschnitt) zu bestimmen oder zu berechnen. Stärker bevorzugt können unterschiedliche wirksame Querschnitte für unterschiedliche Öffnungsweiten (z. B. unterschiedliche Winkelstellungen) der Drosselklappe bestimmt oder berechnet werden.The opening model of the throttle valve preferably allows the effective cross section of the throttle valve (opening cross section) to be determined or calculated. More preferably, different effective cross sections for different opening widths (e.g. different angular positions) of the throttle valve can be determined or calculated.

Um Toleranzen und Alterungseffekte der Drosselklappe auszugleichen, ist entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise auch eine Adaptation und/oder Korrektur des Öffnungsmodells der Drosselklappe möglich. Hierfür wird erfindungsgemäß der erste Druck vor und der zweite Druck nach der Drosselklappe gemessen, während der Motor mit Vollhub (d.h. mit maximalem oder annähernd maximalem Ventilhub) betrieben wird. Da die restlichen Komponenten des Ansaugtrakts (insbesondere das Einlassventil) beim Betrieb mit Vollhub ein sehr stabiles Verhalten bezüglich Toleranzen und Alterungseffekten zeigen, kann der tatsächlich zur Verfügung stehende wirksame Drosselquerschnitt unter Berücksichtigung der Drosseltoleranzen und -alterung unter diesen Umständen aus der Druckdifferenz zwischen dem zweiten und dem ersten Druck mit einem Saugrohrdruckmodell für den Ansaugtrakt berechnet werden. Der/die so bestimmten tatsächlichen wirksamen Querschnitte der Drosselklappe werden dann vorzugsweise zur Adaptation des Öffnungsmodells verwendet und/oder vom Öffnungsmodell zur Berechnung des durch die Drossel fließenden Massenstroms wiedergegeben.In order to compensate for tolerances and aging effects of the throttle valve, an adaptation and / or correction of the opening model of the throttle valve is preferably also possible according to the inventive method. For this purpose, according to the invention, the first pressure is measured before and the second pressure after the throttle valve, while the engine is operated at full stroke (i.e. with maximum or approximately maximum valve stroke). Since the remaining components of the intake tract (especially the intake valve) show a very stable behavior with regard to tolerances and aging effects when operating at full stroke, the effective throttle cross-section actually available can be taken into account in these circumstances, taking into account the throttle tolerances and aging, from the pressure difference between the second and the first pressure can be calculated with an intake manifold pressure model for the intake tract. The actual effective cross-sections of the throttle valve determined in this way are then preferably used for adapting the opening model and / or are reproduced by the opening model for calculating the mass flow flowing through the throttle.

Die Adaptation und/oder Korrektur des Öffnungsmodells der Drosselklappe wird vorzugsweise nicht kontinuierlich, sondern nur nach bestimmten Intervallen, in denen es zu wesentlichen Abweichungen der wirksamen Drosselquerschnitte gekommen sein könnte, durchgeführt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um vorgegebene Zeitintervalle des Motors und/oder Kilometerintervalle des Kraftfahrzeugs, beispielsweise mindestens oder höchstens einmal pro Tag, einmal pro Woche oder einmal pro Monat und/oder mindestens oder höchstens alle 1.000 km, alle 5.000 km, oder alle 10.000 km. Die Adaptation des Öffnungsmodells findet daher vorzugsweise in deutlich größeren Intervallen statt, als die Adaptation des Zylinder-Füllungsmodells.The adaptation and / or correction of the opening model of the throttle valve is preferably not carried out continuously, but only after certain intervals at which there could have been significant deviations in the effective throttle cross sections. These are preferably predetermined time intervals of the engine and / or kilometer intervals of the motor vehicle, for example at least or at most once a day, once a week or once a month and / or at least or at most every 1,000 km, every 5,000 km, or every 10,000 km . The adaptation of the opening model therefore preferably takes place at significantly larger intervals than the adaptation of the cylinder filling model.

Damit das Fahren des Motors mit Vollhub dessen Betrieb möglichst wenig stört, wird die Adaptation und/oder Korrektur des Öffnungsmodells der Drosselklappe vorzugsweise nur in bestimmten Betriebspunkten des Motors durchgeführt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Betriebspunkte, in denen der Vollhubbetrieb kaum oder nur geringfügig zu bemerken ist, wie etwa dann, wenn der Motor sich im Leerlauf befindet (z. B. wenn das Kraftfahrzeug an einer Ampel steht). Die Adaptation und/oder Korrektur des Öffnungsmodells der Drosselklappe lässt sich hierbei erfindungsgemäß vorzugsweise in wenigen Sekunden durchführen, beispielsweise in maximal 5, 10 oder 30 Sekunden. So that driving the engine at full stroke disturbs its operation as little as possible, the adaptation and / or correction of the opening model of the throttle valve is preferably carried out only at certain operating points of the engine. These are preferably operating points in which full-stroke operation is hardly or only slightly noticeable, such as when the engine is idling (e.g. when the motor vehicle is at a traffic light). According to the invention, the adaptation and / or correction of the opening model of the throttle valve can preferably be carried out in a few seconds, for example in a maximum of 5, 10 or 30 seconds.

Da Toleranzen und Alterungseffekte der Drosselklappe insbesondere bei geringen Öffnungsweiten der Klappe Fehler bei der Massenstrombestimmung verursachen, wird die Adaptation des Öffnungsmodells vorzugsweise insbesondere für kleine Öffnungsweiten der Drosselklappe durchgeführt. Hierdurch lässt sich die Zeit für die Adaptation und/oder Korrektur des Öffnungsmodells weiter reduzieren, da die wirksamen Querschnitte nicht für alle Stellungen der Drosselklappe ermittelt werden müssen.Since tolerances and aging effects of the throttle valve cause errors in the mass flow determination, in particular with small opening widths of the flap, the adaptation of the opening model is preferably carried out in particular for small opening widths of the throttle valve. This allows the time for the adaptation and / or correction of the opening model to be reduced further, since the effective cross sections do not have to be determined for all positions of the throttle valve.

Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit variablem Ventilhub. Hierbei wird erfindungsgemäß ein erwünschter Ventilhub mit einem Zylinder-Füllungsmodell berechnet, wobei das Zylinder-Füllungsmodell wie vorstehend beschrieben adaptiert und/oder korrigiert werden kann.According to a further aspect, the present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine with a variable valve lift. Here, a desired valve lift is calculated according to the invention using a cylinder filling model, wherein the cylinder filling model can be adapted and / or corrected as described above.

Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Verbrennungsmotor mit variablem Ventilhub. Der Verbrennungsmotor weist vorzugsweise eine Drosselklappe, einen ersten Drucksensor vor der Drosselklappe, einen zweiten Drucksensor nach der Drosselklappe und eine Steuereinheit zur Steuerung des Verbrennungsmotors auf, die eines der vorgehend beschriebenen Verfahren durchführt. Hierbei handelt es sich insbesondere um einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, der jegliche oben oder nachfolgend beschriebene Form annehmen kann.In another aspect, the present invention relates to an internal combustion engine with variable valve lift. The internal combustion engine preferably has a throttle valve, a first pressure sensor before the throttle valve, a second pressure sensor after the throttle valve and a control unit for controlling the internal combustion engine, which carries out one of the methods described above. This is in particular an internal combustion engine for a motor vehicle, which can take any form described above or below.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben. Es handelt sich dabei lediglich um eine schematische Darstellung, die zur Verdeutlichung bestimmter Aspekte andere (optionale) Strukturen, Verfahrensschritte, etc. nicht darstellt oder aber auch verschiedene optionale miteinander einhergehende Aspekte in einer Darstellung berücksichtigt. So wird vor- und nachgehend beispielsweise auf eine „Drosselklappe“ Bezug genommen. Diese muss jedoch nicht als Klappe ausgebildet sein, sondern kann auch andere Mittel aufweisen, um die Durchflussöffnung zu verengen. Vorzugsweise wird eine variable Verengung der Durchflussöffnung erreicht.A preferred embodiment of the invention is described below by way of example with reference to the drawing. This is only a schematic representation, which does not represent other (optional) structures, method steps, etc. to clarify certain aspects, but also takes into account various optional related aspects in one representation. For example, before and after, reference is made to a “throttle valve”. However, this does not have to be designed as a flap, but can also have other means to narrow the flow opening. A variable narrowing of the flow opening is preferably achieved.

Die gezeigte Ausführungsform kann innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche in vielerlei Hinsicht verändert werden. Die Offenbarung der Figur soll den Schutzumfang der Erfindung nicht beschränken. Dabei ist zu beachten, dass die Merkmale der oben genannten Ausführungsformen in einer einzigen Ausführungsform kombiniert werden können. Ausführungsformen der Erfindung können daher je nach Ausgestaltung alle oder nur einige der oben genannten Merkmale aufweisen. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.
The embodiment shown can be modified in many ways within the scope of the claims. The disclosure of the figure is not intended to limit the scope of the invention. It should be noted here that the features of the above-mentioned embodiments can be combined in a single embodiment. Depending on the configuration, embodiments of the invention can therefore have all or only some of the features mentioned above. It shows:
  • 1 is a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention.

1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1 mit einem Ansaugtrakt 2 und einem Zylinder 3. Der Zylinder 3 weist einen Kolben 4, mindestens ein Einlassventil 5 mit variablem Ventilhub, mindestens ein Auslassventil 6 und optional eine Einspritzdüse 7 auf. Entlang des Ansaugtrakts 2 ist ein Verdichter 11, eine Drosselklappe 12 und ein Sammler 14 angeordnet, wobei ein erster Drucksensor 13A zwischen dem Verdichter 11 und der Drosselklappe 12 und ein zweiter Drucksensor 13B nach der Drosselklappe 12 im Sammler 14 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist mindestens einer der Drucksensoren 13A und 13B ein p/T-Sensor. Natürlich kann auch ein separater Temperatursensor vor und/oder nach der Drosselklappe 12 vorgesehen sein, oder ein Temperaturmodell verwendet werden. 1 schematically shows an internal combustion engine according to the invention 1 with an intake tract 2nd and a cylinder 3rd . The cylinder 3rd has a piston 4th , at least one inlet valve 5 with variable valve lift, at least one outlet valve 6 and optionally an injector 7 on. Along the intake tract 2nd is a compressor 11 , a throttle valve 12th and a collector 14 arranged, a first pressure sensor 13A between the compressor 11 and the throttle valve 12th and a second pressure sensor 13B after the throttle 12th in the collector 14 is provided. At least one of the pressure sensors is preferably 13A and 13B a p / T sensor. Of course, a separate temperature sensor can also be installed before and / or after the throttle valve 12th be provided, or a temperature model can be used.

Während die Drosselklappe für eine Androsselung im Ansaugtrakt sorgt und so einen leichten Unterdruck in der Tankentlüftungs- und Kurbelgehäuseleitung gewährleistet, wird die Steuerung der in den Zylinder 3 eingelassenen Luftmenge im Wesentlichen über die Veränderung des Hubs des Einlassventils 5 erreicht. Der Hub wird dabei entsprechend des Lastzustands des Motors mittels eines Füllungsmodells des Zylinders 3 bestimmt.While the throttle valve throttles the intake tract and thus ensures a slight negative pressure in the tank ventilation and crankcase line, the control in the cylinder 3rd the amount of air admitted essentially via the change in the stroke of the intake valve 5 reached. The stroke is determined according to the load state of the engine by means of a filling model of the cylinder 3rd certainly.

Um Toleranzen und Alterungseffekte auszugleichen, wird der tatsächliche Luftmassenstrom zusätzlich berechnet. Hierfür wird die Druckdifferenz über die Drosselklappe 12 bestimmt und mit dem wirksamen Querschnitt der Drosselklappe 12, der sich anhand des Öffnungswinkels α der Drosselklappe aus einem Öffnungsmodell ergibt, auf bekannte Weise berechnet. Der berechnete Luftmassenstrom wird dann zur Adaptation des Füllungsmodells während eines Lastzustands des Motors 1 verwendet.In order to compensate for tolerances and aging effects, the actual air mass flow is also calculated. For this, the pressure difference across the throttle valve 12th determined and with the effective cross section of the throttle valve 12th , which results from the opening angle α of the throttle valve from an opening model, calculated in a known manner. The calculated air mass flow is then used to adapt the charge model during a load state of the engine 1 used.

Der Massenstrom ließe sich beispielsweise über die folgenden Formeln berechnen, wobei ṁ der Massentrom, A der Öffnungsquerschnitt, p0 der Druck vor der Drosselstelle, p der Druck nach der Drosselstelle, ϱ0 die Dichte vor der Drosselstelle, κ der Isentropenexponent und ψ die Durchflussfunktion ist, die sich wie ebenfalls angegeben berechnen lässt: m ˙ = A ∗ 2 p 0 ϱ 0 ∗Ψ

Figure DE102013213310B4_0001
Ψ = κ κ − 1 ∗ ( p p 0 ) 2 κ − ( p p 0 ) κ + 1 κ
Figure DE102013213310B4_0002
 The mass flow could be calculated, for example, using the following formulas, where ṁ the mass flow, A the opening cross-section, p 0 the pressure before the throttle point, p the pressure after the throttle point, ϱ 0 the density before the throttle point, κ the isentropic exponent and ψ the flow function which can be calculated as also indicated: m ˙ = A ∗ 2nd p 0 ϱ 0 ∗ Ψ
Figure DE102013213310B4_0001
 Ψ = κ κ - 1 ∗ ( p p 0 ) 2nd κ - ( p p 0 ) κ + 1 κ
Figure DE102013213310B4_0002

Um den Luftmassenstrom über die Drosselklappe auch langfristig mit hoher Genauigkeit bestimmen zu können, wird das Einlassventil 6 nach definierten Intervallen (z. B. alle 5.000 km) mit Vollhub betrieben. Da sowohl die Kennwerte des Einlassventils 6 wie auch der anderen Komponenten des Ansaugtrakts 2 bei Vollhub trotz Alterung und Toleranzen nur relativ geringfügig variieren, kann die tatsächliche Öffnung der Drosselklappe in diesem Zustand relativ genau anhand des zwischen den Sensoren 13A und 13B gemessenen Druckunterschieds bestimmt werden. Um den Betrieb des Motors möglichst wenig zu stören, wird dieser vorzugsweise nur kurzzeitig mit Vollhub betrieben, beispielsweise wenn er sich im Leerlauf befindet. Die Bestimmung der wirksamen Drosselklappenquerschnitte ist dabei bereits in wenigen Sekunden möglich.In order to be able to determine the air mass flow via the throttle valve with high accuracy in the long term, the intake valve 6 operated at full stroke at defined intervals (e.g. every 5,000 km). Because both the characteristics of the intake valve 6 as well as the other components of the intake tract 2nd vary only slightly at full stroke despite aging and tolerances, the actual opening of the throttle valve in this state can be relatively accurately based on the between the sensors 13A and 13B measured pressure difference can be determined. In order to disturb the operation of the engine as little as possible, it is preferably operated only briefly at full stroke, for example when it is idling. The determination of the effective throttle valve cross sections is already possible in a few seconds.

Die vorliegende Erfindung offenbart daher Verfahren und entsprechende Motoren, die eine Adaptation des Zylinder-Füllungsmodells ermöglichen, ohne hierfür auf ein Heißfilm-Anemometer zurückgreifen zu müssen. Die Komplexität und der Herstellungsaufwand des Motors werden erheblich reduziert und gleichzeitig wird der Massenstrom weiterhin mit hoher Genauigkeit bestimmt.The present invention therefore discloses methods and corresponding motors which enable the cylinder filling model to be adapted without having to resort to a hot-film anemometer. The complexity and the manufacturing effort of the engine are significantly reduced and at the same time the mass flow is still determined with high accuracy.

Soweit die vorgehende Beschreibung den Ausdruck „im Wesentlichen“ verwendet, sind auch solche Ausführungsformen umfasst, in denen das jeweilige Merkmal vollständig oder komplett vorliegt. Die Wörter „Vielzahl“ oder „mehrere“ sind im Sinne von „mindestens zwei“, d.h. zwei oder mehr zu verstehen. Einzelne Aspekte der Erfindung können eigenständige Erfindungen bilden und also solche beansprucht werden.Insofar as the above description uses the expression “essentially”, it also includes those embodiments in which the respective feature is present completely or completely. The words "multitude" or "several" are in the sense of "at least two", i.e. to understand two or more. Individual aspects of the invention can form independent inventions and can therefore be claimed.

Claims (10)

Verfahren zur Adaptation eines Zylinder-Füllungsmodells für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs mit variablem Ventilhub, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - Messen eines ersten Drucks vor einer Drosselklappe im Ansaugtrakt; - Messen eines zweiten Drucks nach der Drosselklappe; - Berechnen des angesaugten Luftmassenstroms anhand der Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Druck und einem Öffnungsmodell der Drosselklappe; und - Adaptation des Zylinder-Füllungsmodells anhand des berechneten Luftmassenstroms.Method for adapting a cylinder charge model for an internal combustion engine of a vehicle with a variable valve lift, the method comprising the steps: - Measuring a first pressure in front of a throttle valve in the intake tract; - measuring a second pressure after the throttle valve; - Calculating the intake air mass flow based on the difference between the second and the first pressure and an opening model of the throttle valve; and - Adaptation of the cylinder filling model based on the calculated air mass flow. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zylinder-Füllungsmodell während des Hauptbetriebs des Verbrennungsmotors kontinuierlich oder in Intervallen anhand des berechneten Luftmassenstroms adaptiert wird.Procedure according to Claim 1 , wherein the cylinder charge model is adapted continuously or at intervals on the basis of the calculated air mass flow during the main operation of the internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Öffnungsmodell den wirksamen Querschnitt der Drosselklappe für einen oder mehrere Öffnungswinkel wiedergibt und wobei das Verfahren zur Adaptation des Öffnungsmodells ferner die Schritte aufweist: - Betreiben des Motors mit maximalem oder annähernd maximalem Ventilhub; - Messen des ersten Drucks während des Betriebs mit maximalem Ventilhub; - Messen des zweiten Drucks während des Betriebs mit maximalem Ventilhub; - Berechnen des tatsächlichen wirksamen Querschnitts der Drosselklappe für den einen oder die mehreren Öffnungswinkel anhand der Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Druck; - Adaptation des Öffnungsmodells anhand der berechneten Querschnitte.Procedure according to Claim 1 or 2nd , wherein the opening model represents the effective cross section of the throttle valve for one or more opening angles, and wherein the method for adapting the opening model further comprises the steps of: - operating the engine with maximum or approximately maximum valve lift; - measuring the first pressure during operation with maximum valve lift; - measuring the second pressure during operation with maximum valve lift; Calculating the actual effective cross-section of the throttle valve for the one or more opening angles on the basis of the difference between the second and the first pressure; - Adaptation of the opening model based on the calculated cross sections. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der tatsächliche wirksame Querschnitt der Drosselklappe anhand eines Druckmodells für den Ansaugtrakt berechnet wird.Procedure according to Claim 3 , the actual effective cross section of the throttle valve being calculated using a pressure model for the intake tract. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Adaptation des Öffnungsmodells nur in besonderen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, vorzugsweise nach vorgegebenen Zeit- und/oder Kilometerintervallen.Procedure according to Claim 3 or 4th , wherein the adaptation of the opening model is carried out only at special operating points of the internal combustion engine, preferably after predetermined time and / or kilometer intervals. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Adaptation des Öffnungsmodells durchgeführt wird, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet.Procedure according to Claim 5 , the adaptation of the opening model is carried out when the engine is idling. Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 6, wobei die Adaptation des Öffnungsmodells für kleine Öffnungswinkel der Drosselklappe durchgeführt wird.Procedure according to Claims 3 to 6 , wherein the adaptation of the opening model for small opening angles of the throttle valve is carried out. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor ein Ottomotor mit vollvariabler Ventilsteuerung ist, vorzugsweise mit Turbolader und Direkteinspritzung.Method according to one of the preceding claims, wherein the internal combustion engine is a gasoline engine with fully variable valve control, preferably with turbocharger and direct injection. Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit variablem Ventilhub mit den Schritten: - Bestimmen eines Ventilhubs anhand eines Zylinder-Füllungsmodells des Motors; - Abgleich des Zylinder-Füllungsmodells gemäß dem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.Method for controlling an internal combustion engine with a variable valve lift, comprising the steps of: - determining a valve lift on the basis of a cylinder filling model of the engine; - Adjustment of the cylinder filling model according to the method according to one of the preceding claims. Verbrennungsmotor mit variablem Ventilhub für ein Kraftfahrzeug mit: - einer Drosselklappe; - einem ersten Drucksensor vor der Drosselklappe; - einem zweiten Drucksensor nach der Drosselklappe; - einer Steuereinheit zur Steuerung des Verbrennungsmotors, wobei die Steuereinheit dafür ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Internal combustion engine with variable valve lift for a motor vehicle with: - a throttle valve; - a first pressure sensor in front of the throttle valve; - a second pressure sensor after the throttle valve; - A control unit for controlling the internal combustion engine, the control unit being designed to carry out a method according to one of the preceding claims.
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