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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines Luftmassenstroms, welcher einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors zuführbar ist.
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In üblichen Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen befindet sich eine Vielzahl von Stellorganen, welche einen Luftmassenstrom abhängig von einem Betriebspunkt oder einem Betriebsmodus derart zu einem Verbrennungsraum führen soll, dass dort eine optimale Verbrennung in Hinsicht auf die Energieeffizienz des Verbrennungsmotors stattfinden kann. Um eine optimale Verbrennung zu erreichen, wird die Luftmassenmenge in einem Luftpfad zum Verbrennungsraum mittels der Stellorgane eingestellt. Ferner wird mittels der Stellorgane sowohl die Strömungsdynamik des Luftmassenstroms beeinflusst, beispielsweise das Auftreten von spiralförmigen und/oder walzenförmigen Turbulenzen im Zylinder, als auch die im Zylinder verbleibende Restgasmenge. Das Betätigen eines diskreten Stellorgans kann zu unerwünschten sprunghaften Änderungen im Luftmassenstrom führen, was mittels des Betätigens von kontinuierlichen Stellorganen kompensiert werden kann.
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Die Stellorgane können auf verschiedenen Antriebstechnologien basieren, beispielsweise können sie mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch oder magnetisch betätigt werden. Dies führt zu verschiedenen Verstellgeschwindigkeiten der verschiedenen Stellorgane, was zu ungünstigen relativen Positionen der einzelnen Stellorgane zueinander führen kann. Insbesondere in dynamischen Situationen, d. h. an Zeitpunkten, zu denen sich ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors ändert, kann dies zu unerwünschten Einflüssen auf den Luftmassenstrom führen.
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Bisher konnten Steuereinheiten der einzelnen Stellorgane miteinander kommunizieren und sich damit gegenseitig blockieren, um das Auftreten von besonders unerwünschten relativen Positionen zwischen den Stellorganen zu vermeiden. Ferner konnten die Betätigungszeitpunkte bestimmter Stellorgane an andere Positionen des Last-Drehzahlbereichs gelegt werden, um gleichzeitige Betätigungszeitpunkte und daraus resultierende unerwünschte relative Positionen der Stellorgane zu vermeiden. Diese Lösungen haben den Nachteil, dass die Betätigungszeitpunkte der Stellorgane nicht optimal an sich verändernde Betriebszustände anpassbar sind. Ferner können Situationen auftreten, in denen die relativen Positionen der Stellorgane zueinander unbekannt sind. Dies ist insbesondere für eine modellbasierte Berechnung einer Soll-Luftmasse von Nachteil, wie sie in einem typischen Motorsteuergerät abläuft, da unbekannte relative Positionen der Stellorgane typischerweise zu einem großen Fehler in der Luftmassenberechnung führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Steuern eines Luftmassenstroms zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches. Vorteilhafte Ausführungsformen und weitere Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Steuern eines Luftmassenstroms beschrieben, welcher einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors zuführbar ist. Die Vorrichtung weist ein erstes Stellorgan zum Einstellen eines Luftmassenstroms auf. Ferner weist die Vorrichtung eine erste Steuereinrichtung auf, welche eingerichtet ist, um das erste Stellorgan basierend auf einem Soll-Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu steuern.
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Die Vorrichtung weist ein zweites Stellorgan zum Einstellen eines Luftmassenstroms auf und eine zweite Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, das zweite Stellorgan basierend auf dem Soll-Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu steuern. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine Koordinationseinrichtung auf, welche eingerichtet ist, um basierend auf dem ersten Signal der ersten Steuereinrichtung und einem zweiten Signal der Steuereinrichtung eine zeitliche Abfolge zu bestimmen, mit welchem das erste Steuerorgan und das zweite Stellorgan betätigt werden. Die Koordinationseinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, um basierend auf zumindest einem Signal von einer der Steuereinrichtungen einen Prioritätswert für das Betätigen des Stellorgans zu ermitteln, welcher zu der Steuereinrichtung korrespondiert, wobei basierend auf dem Prioritätswert der Zeitpunkt und/oder die zeitliche Abfolge bestimmt wird, in welcher das Stellorgan betätigt wird.
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Die
DE 10 2008 037 644 A1 zeigt ein Verfahren zum Steuern einer Zylinderladung in einem Dieselmotor mit homogener Ladung. Der Verbrennungsmotor enthält eine steuerbare Drosselsteuereinrichtung und steuerbare Motorventile. Das Verfahren zum Steuern des Motors beinhaltet ein Überwachen eines Motorbetriebs und eines Abgaszustroms und ein Abschätzen einer Temperatur einer Zylinderladung basierend auf dem überwachten Motorbetrieb. Eine Sauerstoffkonzentration der Zylinderladung wird basierend auf dem überwachten Abgaszustrom bestimmt, und eine bevorzugte Steuerstoffkonzentration der Zylinderladung und eine bevorzugte Temperatur der Zylinderladung werden bestimmt. Die Motorventile werden basierend auf der bevorzugten Sauerstoffkonzentration der Zylinderladung, der bevorzugten Temperatur der Zylinderladung, der Sauerstoffkonzentration der Zylinderladung und der abgeschätzten Temperatur der Zylinderladung gesteuert.
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In der
DE 10 2005 033 994 A1 ist ein Verfahren zur Laststeuerung einer Kolben-Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem ein Brennraum durch ein zu öffnendes und zu verschließendes Auslassventil mit einem Auslasskanal verbunden oder verschlossen wird, der Brennraum während einer Öffnungsdauer durch ein Einlassventil mit einem Einlasskanal durch Öffnen des Einlassventils verbunden und anschließend durch Schließen des Einlassventils wieder verschlossen wird, ein stromaufwärts des Einlassventils angeordnetes Zusatzventil dem Einlasskanal freigibt oder absperrt. Dabei ist das Zusatzventil zur Laststeuerung in einem unteren und/oder mittleren Drehzahlbereich aus einer Freigabestellung in Absperrstellung verlagerbar, bevor das Einlassventil schließt, wobei zumindest der Schließzeitpunkt des Zusatzventils innerhalb der Öffnungsdauer des Einlassventils variabel ist, wobei die Laststeuerung durch das Zusatzventil in einem hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine dauerhaft in Freigabestellung verbleibt.
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Aus der
DE 10 2009 015 639 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit zugehörigen Betriebsverfahren bekannt. Die Brennkraftmaschine weist mehrere Zylinder auf, die jeweils zumindest ein Auslassventil und zumindest zwei Einlassventile nämlich ein erstes Einlassventil und ein zweites Einlassventil zugeordnet sind. Die Brennkraftmaschine weist einen variablen Einlassventiltrieb zum Betätigen der Einlassventile und zum Verstellen von Ventilhüben und Ventilsteuerzeiten der Einlassventile und einen variablen Auslassventiltrieb zum Betätigen der Auslassventile und zum Verstellen von Ventilhüben und Ventilsteuerzeiten der Auslassventile aus. Um die Variationsmöglichkeiten der Ladungswechselvorgänge zu vergrößern und um die Adaption derselben an variierende Betriebszustände der Brennkraftmaschine zu verbessern, kann eine Brennraummaskierung je Zylinder dem jeweiligen ersten Einlassventil zugeordnet sein, während eine Dreiklappe je Zylinder dem jeweiligen zweiten Einlassventil zugeordnet sein kann.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine gezielte Auswahl eines Zeitpunktes für das Betätigen eines Stellorgans bei sich dynamisch ändernden Betriebsbedingungen zu einem verbesserten Luftmassenstrom zu einem Verbrennungsmotor und damit zu einer effizienteren Verbrennung führen kann.
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Insbesondere kann durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Soll-Betriebszustand vorgegeben werden, beispielsweise eine gewünschte positive Drehmomentänderung bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs. Ferner kann der Soll-Betriebszustand beispielsweise ein schneller Lastabbau, eine niedertourige Fahrweise, ein Bremsen oder Beschleunigen, und/oder ein Betrieb des Fahrzeugs in einem Sport- oder Energiesparmodus sein. Die Steuereinrichtung kann dann basierend auf diesem Soll-Betriebszustand einen Sollwert für das korrespondierende Stellorgan berechnen, beispielsweise eine bestimmte Ventilposition des Stellorgans, welche den entsprechenden Luftmassenstrom zu dem Verbrennungsraum einstellen kann. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise in dem Stellorgan integriert sein. Basierend auf diesem Sollwert wird ein Signal an die Koordinationseinrichtung übertragen. Die Koordinationseinrichtung bestimmt einen Zeitpunkt, zu welchem das Stellorgan betätigt wird. Beispielsweise kann die Koordinationseinrichtung bestimmen, dass das Stellorgan sofort zu betätigen ist. Alternativ kann die Koordinationseinrichtung festlegen, dass das Stellorgan zeitlich vor oder nach einem anderen Vorgang betätigt wird, beispielsweise vor oder nach dem Betätigen eines weiteren Stellorgans, um damit eine unerwünschte relative Position zwischen dem Stellorgan und dem weiteren Stellorgan zu vermeiden.
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Das Bereitstellen der Vorrichtung hat den Vorteil, dass der Betätigungszeitpunkt des Stellorgans gezielt an einen Zeitpunkt gelegt werden kann, zu dem es nicht zu unerwünschten Effekten kommt, die aus einer zeitlichen Überschneidung mit anderen Vorgängen resultieren. Dadurch kann der Luftmassenstrom in einer Weise zum Verbrennungsraum geführt werden, die in Hinsicht auf die Energieeffizienz des Verbrennungsmotors optimiert ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass das Bestimmen des Betätigungszeitpunkts auf dem aktuellen Soll-Betriebszustand basiert, wodurch Fahrerwünsche bei der Auswahl des Zeitpunkts dynamisch berücksichtigt werden. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass das Betätigen von Stellorganen in einer bekannten Reihenfolge verbesserte Erkenntnisse über den Luftmassenstrom bereitstellt, welche in einem Motorsteuergerät des Fahrzeugs als Trajektorien in einem Motorkennfeld einer modellbasierten Berechnung eines Drehmoments oder einer Luftmenge dienen. Durch das Bereitstellen der verbesserten Erkenntnisse lässt sich ein solches Modell genauer bestimmen und ermöglicht damit eine effizientere Verbrennung.
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Gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung ferner ein zweites Stellorgan zum Einstellen eines Luftmassenstroms auf. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine zweite Steuereinrichtung auf, welche eingerichtet ist, um das zweite Stellorgan basierend auf dem Soll-Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu steuern, wobei die Koordinationseinrichtung eingerichtet ist, um basierend auf dem ersten Signal der ersten Steuereinrichtung und einem zweiten Signal der zweiten Steuereinrichtung eine zeitliche Abfolge zu bestimmen, in welcher das erste Stellorgan und das zweite Stellorgan betätigt werden.
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Insbesondere können die zwei Steuereinrichtungen der zwei Stellorgane als Reaktion auf einen Fahrerwunsch, beispielsweise ein Beschleunigen des Fahrzeugs, jeweils ein Signal an die Koordinationseinrichtung übertragen. Diese bestimmt daraufhin eine zeitliche Abfolge, in welcher die zwei Stellorgane betätigt werden. Beispielsweise kann die Koordinationseinrichtung bestimmen, dass das Betätigen des zweiten Stellorgans erst dann erfolgen soll, wenn das Einstellen des ersten Stellorgans vollständig abgeschlossen ist. In anderen Worten kann damit eine zeitliche Überschneidung von Einstellvorgängen verhindert werden, die zu unbekannten und/oder unerwünschten Effekten führt.
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Gemäß eines Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ein drittes Stellorgan zum Einstellen eines Luftmassenstroms auf. Ferner weist die Vorrichtung eine dritte Steuereinrichtung auf, welche eingerichtet ist, um das dritte Stellorgan basierend auf dem Soll-Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu steuern, wobei die Koordinationseinrichtung eingerichtet ist, um basierend auf dem ersten Signal der ersten Steuereinrichtung, dem zweiten Signal der zweiten Steuereinrichtung und einem dritten Signal der dritten Steuereinrichtung eine zeitliche Abfolge zu bestimmen, in welcher das erste Stellorgan, das zweite Stellorgan und das dritte Stellorgan betätigt werden.
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Insbesondere können die drei Steuereinrichtungen gleichzeitig ein Signal an die Koordinationseinrichtung übertragen, welche daraufhin eine zeitliche Abfolge bestimmt, in welcher die drei Stellorgane betätigt werden.
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Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die mögliche Anzahl von Stellorganen und korrespondierender Steuereinrichtungen nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt ist. Stattdessen können sich eine Vielzahl von Stellorganen, beispielsweise Ventile, in verschiedenen Luftpfaden des Verbrennungsmotors befinden. Das Bereitstellen einer einheitlichen Schnittstelle an der Koordinationseinrichtung ermöglicht es, die Vorrichtung um eine beliebige Anzahl weiterer Stellorgane und Steuereinrichtungen zu erweitern.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das erste Stellorgan, das zweite Stellorgan und das dritte Stellorgan ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem Ventilhubsteller, einem Ventilphasensteller und einer Ladungsbewegungsklappe.
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Insbesondere können der Ventilhubsteller und der Ventilphasensteller diskret einstellbar sein, bevorzugt können sie kontinuierlich einstellbar sein. Die Ladungsbewegungsklappe kann bevorzugt diskret einstellbar sein. Es ist anzumerken, dass die Auswahl von möglichen Stellorganen nicht auf diese genannten Stellorgane beschränkt ist. Grundsätzlich ist jedes Ventil und jede Art von Stelleinrichtung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbar.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zumindest eines der Signale indikativ für eine Differenz zwischen einem Istwert und einem Sollwert hinsichtlich einer Ventilstellposition.
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Das Bereitstellen eines Signals, welches indikativ für eine Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert ist, hat den Vorteil, dass das Signal beispielsweise eine Information darüber enthält, welchen Weg das Stellorgan oder ein Teil des Stellorgans zurücklegen muss, um aus der Ist-Position in die Soll-Position zu gelangen. Diese Information kann von der Koordinationseinrichtung bei dem Bestimmen einer optimalen zeitlichen Abfolge berücksichtigt werden.
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Insbesondere kann die Koordinationseinrichtung unter Berücksichtigung eines Betriebspunktes und eines Betriebsmodus eine Exklusionsmatrix erstellen, anhand derer zunächst geprüft wird, ob ein Konflikt zwischen zwei oder mehr der Stellorgane vorliegt, d. h. ob ein gleichzeitiges Bedürfnis der Stellorgane vorliegt, ihre Stellposition zu ändern. Liegt kein Konflikt vor, ermöglicht die Koordinationseinrichtung sofort eine Betätigung des Stellorgans. Liegt dagegen ein Konflikt vor, erstellt die Koordinationseinrichtung eine Prioritätenliste, in welcher den Stellorganen Prioritätswerte zugeordnet sind. Beispielsweise kann die Koordinationseinrichtung dem Stellorgan, welches zuerst betätigt werden soll, den Prioritätswert ”1” zuordnen. Den Stellorganen, welche nachfolgend betätigt werden sollen, können nachfolgende Prioritätswerte, z. B. ”2” oder ”3” zugeordnet sein.
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Das Bereitstellen von Exklusionsmatrix und Prioritätenliste kann den Vorteil haben, dass mit einfachen Mitteln eine übersichtliche Darstellung der zeitlichen Abfolge des Betätigens aller Stellorgane möglich ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Koordinationseinrichtung eingerichtet, um den Prioritätswert ferner auf einem Betriebsmodus und/oder auf einem Betriebszustand basieren zu lassen.
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Insbesondere kann der Betriebsmodus einem Fahrerwunsch entsprechen, beispielsweise ein Betrieb des Fahrzeugs in einem Sportmodus oder einem Energiesparmodus. Der Betriebsmodus kann auch ein bestimmter Betriebspunkt des Verbrennungsmotors auf einer Last-Drehzahl Kennlinie sein. Der Betriebszustand kann eine dynamische, d. h. eine sich ändernde Größe sein, wie beispielsweise eine positive Drehmomentänderung während der Beschleunigung des Fahrzeugs.
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Das Bereitstellen eines Prioritätswerts, welcher auf einem Betriebsmodus und/oder Betriebszustand basiert, kann den Vorteil haben, dass für jede dynamische Anforderung an den Verbrennungsmotor der Luftmassenstrom optimal zum Verbrennungsraum geführt wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Berechnen eines zweiten Sollwerts für ein zweites Stellorgan auf, basierend auf dem Soll-Betriebszustands des Verbrennungsmotors mittels einer zweiten Steuereinrichtung. Ferner weist das Verfahren ein Übertragen eines zweiten Signals an die Koordinationseinrichtung auf, basierend auf einem zweiten Sollwert, und weist zusätzlich ein Bestimmen einer zeitlichen Abfolge auf, in welcher das erste Stellorgan und das zweite Stellorgan mittels der Koordinationseinrichtung gesteuert werden.
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Insbesondere kann das Übertragen der Signale über eine einheitliche Schnittstelle der Koordinationseinrichtung erfolgen. Das kann den Vorteil ergeben, dass sich das Verfahren einfach um eine beliebige Anzahl von Stellorganen und Steuereinrichtungen erweitern lässt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Berechnen eines dritten Sollwerts für ein drittes Stellorgan auf, basierend auf dem Soll-Betriebszustands des Verbrennungsmotors mittels einer dritten Steuereinrichtung. Ferner weist das Verfahren ein Übertragen eines dritten Signals an die Koordinationseinrichtung auf, basierend auf einem dritten Sollwert. Zusätzlich weist das Verfahren ein Bestimmen einer zeitlichen Abfolge auf, in welcher das erste Stellorgan, das zweite Stellorgan und das dritte Stellorgan betätigt werden, mittels der Koordinationseinrichtung.
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Insbesondere können die drei Steuereinrichtungen gleichzeitig ein Signal an die Koordinationseinrichtung übertragen, welche daraufhin eine zeitliche Abfolge bestimmt, in welcher die drei Stellorgane betätigt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Steuern des zumindest einen Stellorgans gemäß dem Zeitpunkt und/oder der zeitlichen Abfolge auf, welche mittels der Koordinationseinrichtung bestimmt wird.
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Insbesondere kann ein Stellorgan, welchem mittels der Koordinationseinrichtung der Prioritätswert ”1” zugeordnet ist, zuerst betätigt werden. Anschließend können nacheinander die Stellorgane betätigt werden, welchen die entsprechenden Prioritätswerte ”2” und ”3” zugeordnet sind.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Steuern eines Luftmassenstroms.
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2 zeigt eine Exklusionsmatrix.
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3 zeigt eine Prioritätenliste.
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4 zeigt den zeitlichen Verlauf von einer Betriebsanforderung, auftretenden Stellorganpositionen und Signalen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit anderen Bezugszeichen versehen sind, welche sich lediglich in ihrer ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheiden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Steuern eines Luftmassenstroms. Während eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor können sich Betriebsbedingungen wie beispielsweise die Drehzahl, ein Soll-Drehmoment, und/oder eine Kühlertemperatur ändern, was durch die Pfeile 105 angedeutet ist. Als Reaktion auf diesen geänderten Betriebsbedingungen berechnen Steuereinrichtungen 115, 125, 135 jeweils einen Sollwert für korrespondierende Stellorgane 110, 120, 130. Dieser Sollwert kann beispielsweise eine Soll-Position eines Stellorgans sein. Basierend auf einer Differenz zwischen dem Sollwert und einem Istwert werden Signale 116, 126, 136 von den Steuereinrichtungen 115, 125, 135 zu einer Koordinationseinrichtung 150 übertragen. Die Koordinationseinrichtung 150 prüft anhand einer Exklusionsmatrix, ob die Stellorgane 110, 120, 130 gleichzeitig betätigt werden dürfen, d. h. ob sie sich gleichzeitig in ihre jeweilige Soll-Position bewegen dürfen. Liegt der Fall vor, dass die Stellorgane 110, 120, 130 nicht gleichzeitig betätigt werden dürfen, führt die Koordinationseinrichtung 150 einen Algorithmus zum Priorisieren der Stellorgane aus. Das Ergebnis ist eine festgelegte zeitliche Abfolge, in welcher die Stellorgane betätigt werden, basierend auf den aktuellen Betriebsbedingungen. In der festgelegten zeitlichen Abfolge werden jeweils Freigabesignale 117, 127, 137 an die Steuereinrichtungen 115, 125, 135 gesendet. Diese ermöglichen das Betätigen der korrespondierenden Stellorgane 110, 120, 130, was durch die Pfeile 118, 128, 138 angedeutet ist.
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2 zeigt eine Exklusionsmatrix. Anhand der Exklusionsmatrix prüft die Koordinationseinrichtung, ob Konflikte zwischen den einzelnen Stellorganen vorliegen, d. h. ob bestimmte Stellorgane gleichzeitig betätigt werden dürfen. Beispielsweise ist in der Matrix festgelegt, dass ein Ventilhubsteller nicht gleichzeitig mit einem Ventilphasensteller oder einer Ladungsbewegungsklappe betätigt werden darf, was in dem jeweiligen Feld der Exklusionsmatrix mit einem ”X” dargestellt ist. Liegt ein solcher Konflikt vor, so bestimmt die Koordinationseinrichtung eine zeitliche Abfolge anhand einer Prioritätenliste.
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3 zeigt die Prioritätenliste. In diesem Beispiel ist festgelegt, dass der Ventilhubsteller zuerst zu betätigen ist, ihm ist der Prioritätswert ”1” zugeordnet. Nachfolgend ist der Ventilphasensteller mit dem Prioritätswert ”2” zu betätigen. Zuletzt wird die Ladungsbewegungsklappe mit dem Prioritätswert ”3” betätigt. Diese zeitliche Abfolge wird mittels eines Algorithmus in der Koordinationseinrichtung ermittelt. Das Ergebnis des Algorithmus ist von den aktuellen Betriebsbedingungen abhängig. Geänderte Betriebsbedingungen können zu anderen Prioritätswerten führen als sie in dieser beispielhaften Prioritätenliste dargestellt sind.
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4 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Betriebsanforderung 1, auftretender Stellorganpositionen 2, 3, 4 und Signale 5, 6, 7, 8, 9, 10. Zu einem Zeitpunkt t1 ändert sich ein Soll-Drehmoment 1. Daraus ergeben sich geänderte Soll-Positionen der Stellorgane Ventilhubsteller 2, Ventilphasensteller 3 und Ladungsbewegungsklappe 4. Eine Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der jeweiligen Stellorganposition ist als Verlauf 5, 6 und 7 gezeigt. Diese Differenz 5, 6, 7 wird jeweils als Signal an die Koordinationseinrichtung übertragen. Diese ermittelt eine zeitliche Abfolge, in welcher die Stellorgane betätigt werden sollen. Gemäß der Prioritätenliste aus 3 sendet die Koordinationseinrichtung zum Zeitpunkt t1 ein Freigabesignal 8 an die Steuereinrichtung des Ventilhubstellers, woraufhin dieser zum Zeitpunkt seine Soll-Position einnimmt, wie in Verlauf 2 gezeigt ist. Gemäß der Prioritätenliste wird nachfolgend zu einem Zeitpunkt t2 das Freigabesignal 10 von der Koordinationseinrichtung an die Steuereinrichtung der Ladungsbewegungsklappe gesendet, woraufhin diese ihre Soll-Position einnimmt, wie in Verlauf 4 gezeigt ist. Zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t3 sendet die Koordinationseinrichtung ein Freigabesignal 9 an die Steuereinrichtung des Ventilphasenstellers, woraufhin dieser seine Soll-Position einnimmt, wie in Verlauf 3 gezeigt ist. Die Zeitspanne zwischen den Betätigungszeitpunkten t1, t2 und t3 ist unter anderem von den Antriebstechnologien der eingesetzten Stellorgane abhängig. Beispielsweise kann die Zeitspanne in einem Bereich zwischen 5 ms und 20 ms liegen, bevorzugt kann die Zeitspanne 10 ms betragen. Durch die gestrichelten Linien in den Verläufen 3 und 4 ist angedeutet, dass die Bewegung des Stellorgans nicht sprunghaft verlaufen muss. Vielmehr kann die Bewegung aus der Ist-Position in die Soll-Position, je nach Antriebstechnologie, einige Millisekunden bis Sekunden in Anspruch nehmen. Beispielsweise kann ein hydraulisch angetriebenes Stellorgan eine Einstellzeit von 0,5 Sekunden bis 1 Sekunde haben. Der Algorithmus zum Priorisieren kann auch solche Effekte wie die unterschiedlichen Einstellzeitspannen der Stellorgane berücksichtigen. Beispielsweise kann die Ladungsbewegungsklappe nur dann einen gewünschten aerodynamischen Effekt bereitstellen, wenn sie sich in einer von zwei Endstellungen befindet, d. h. wenn sie geschlossen oder maximal geöffnet ist. Die Koordinationseinrichtung kann diesen Umstand berücksichtigen, indem sie das Betätigen weiterer Stellorgane nur dann freigibt, wenn die Bewegung der Ladungsbewegungsklappe vollständig abgeschlossen ist. Ferner kann der Algorithmus der Koordinationseinrichtung weitere Stabilisierungs- und Sicherungsmaßnahmen bereitstellen. Beispielsweise kann die Koordinationseinrichtung sicherstellen, dass bestimmte Einstellvorgänge nicht unterbrochen werden, wenn dies zu unerwünschten Effekten führt. Zusätzlich kann das Betätigen eines Stellorgans trotz eines auftretenden Konflikts freigegeben werden, wenn anderenfalls gewünschte Zustände nicht erreicht werden. Beispielsweise soll sich die Ventilhubklappe in einem Drehzahlbereich n < 4000 U/min in einer bestimmten Stellposition befinden. In einem Drehzahlbereich n > 4000 U/min soll sie sich dagegen in einer anderen bestimmten Stellposition befinden. Die Ventilhubklappe soll jedoch nur bei einem vorliegenden Drehzahlbereich n < 4000 U/min betätigt werden. Daher kann die Koordinationseinrichtung die Betätigung der Ventilhubklappe trotz eines vorliegenden Konflikts freigeben, bevor der Verbrennungsmotor einen Drehzahlbereich erreicht, in welchem die Ventilhubklappe nicht mehr betätigt werden soll.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- zeitlicher Verlauf einer Betriebsbedingung
- 2, 3, 4
- zeitlicher Verlauf von Stellpositionen
- 5, 6, 7
- zeitlicher Verlauf von Signalen
- 8, 9, 10
- zeitlicher Verlauf von Freigabesignalen
- 100
- Vorrichtung
- 105
- Betriebsbedingungen
- 110
- erstes Stellorgan
- 115
- erste Steuereinrichtung
- 116
- Signal
- 117
- Freigabesignal
- 118
- Steuersignal
- 120
- zweites Stellorgan
- 125
- zweite Steuereinrichtung
- 126
- Signal
- 127
- Freigabesignal
- 128
- Steuersignal
- 130
- drittes Stellorgan
- 135
- dritte Steuereinrichtung
- 136
- Signal
- 137
- Freigabesignal
- 138
- Steuersignal
- 150
- Koordinationseinrichtung
