DE19953933C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler VentilsteuerungInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung wird der aktuellen Gaspedalstellung eine Soll-Luftmasse und ein Solldruck zugeordnet, der Solldruck mit einem Referenzdruck verglichen, bei Unterschreitung des Referenzdrucks die Steuerung der Soll-Luftmasse über die Drosseleinrichtung im Ansaugrohr und bei Überschreitung des Referenzdrucks die Steuerung der Soll-Luftmasse über die Gaswechselventile durchgeführt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteue
rung.
Ein derartiges Verfahren ist aus der Druckschrift DE 195 30 274 A1
bekannt, die eine Kolben-Brennkraftmaschine mit vollvariab
lem Ventiltrieb zeigt, bei dem die Öffnungs- und Schließzeit
punkte der Gaswechselventile unabhängig voneinander steuerbar
sind. Gemäß dem Verfahren der DE 195 30 274 A1 ist vorgesehen,
dass die Lastvorgabe über das Gaspedal mittels einer Kraft
stoff-Steuereinheit in eine einzuspritzende Kraftstoffmenge um
gesetzt wird, wobei der Einspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt ü
ber entsprechende Kennfelder zu bestimmen sind. Die Steuerung
der erforderlichen Frischluftmenge erfolgt über eine Ansteue
rung der Gaswechselventile. Über eine Lambdasonde wird das
Luftverhältnis Lambda gemessen und in einer Luftsteuereinheit
zur Regelung des Frischluft-Massenstromes zugrunde gelegt. Die
Regelung des Luftverhältnisses erfolgt durch Manipulation der
Öffnungszeiten der Gaseinlassventile.
Da bei bestimmten Betriebspunkten die Regelung des Luftverhält
nisses nur bis zur maximalen Frischluftfüllung des Zylinders
möglich ist, wird über eine Verknüpfung von der Luft-
Steuereinheit mit der Kraftstoff-Steuereinheit die Möglichkeit
eröffnet, unabhängig von der Gaspedalstellung die Menge einge
spritzten Kraftstoffes zu reduzieren, indem die ermittelte
Luftmenge mit einem Korrekturfaktor multipliziert wird. Der
Korrekturfaktor wird aus einem Soll-Ist-Vergleich der einströ
menden Luftmenge ermittelt, wobei die Ist-Luftmenge mit Hilfe
eines Luftmassenmessers ermittelt werden kann.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass aufgrund der Messung
und der sich an die Messung anschließenden Regelung die zuzu
führende Luftmenge grundsätzlich mit zeitlicher Verzögerung an
gepasst wird, so dass insbesondere im Bereich dynamischer Vor
gänge, beispielsweise im Bereich sich stark ändernder Geschwin
digkeit, ein vom stöchiometrischen Verhältnis abweichendes
Kraftstoff-Luft-Verhältnis eingestellt wird.
Darüber hinaus ist es aus der DE 195 30 274 A1 bekannt, den ü
ber das Gaspedal vorzugebenden Fahrerwunsch in Abhängigkeit der
Lufttemperatur und des Saugrohrdrucks in eine Sollfüllung des
Zylinders umzusetzen, die zum Ansteuern des variablen Ventil
triebs herangezogen wird. In Abhängigkeit der aus der Sollfül
lung ermittelten Luftmenge wird die Einspritzung und die Zün
dung gesteuert.
Bei diesem Verfahren werden zwar Temperatur und Druck der ange
saugten Luft berücksichtigt, es wird jedoch in der DE 195 30 274 A1
nur eine allgemeine Abhängigkeit angegeben, nicht jedoch
eine konkrete Vorschrift zur Berechnung der erforderlichen
Luftmenge. Darüberhinaus wird eine Anpassung der Ventilüber
schneidung und damit der Restgasgehalt sowie das Umschalten in
einen anderen Ventilbetriebsmodus unter Berücksichtigung eines
geeigneten Verfahrens, insbesondere bei starken umweltbedingten
Ausgleichsvorgängen, nicht unterstützt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das Kraftstoff-Luft-
Verhältnis in einer Brennkraftmaschine in einem weiten Be
triebsbereich schnell und zuverlässig einzustellen. Es soll
insbesondere die Luftmenge möglichst exakt vorgesteuert werden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An
spruches 1 bzw. 18 gelöst.
Gemäß der Neuerung ist die Brennkraftmaschine sowohl mit einer
variablen Ventilsteuerung zur variablen Einstellung von Gas
wechselventilen als auch mit einer Drosseleinrichtung im An
saugrohr ausgerüstet, wobei die Drosseleinrichtung insbesondere
als Drosselklappe ausgeführt ist. Um eine in weiten Betriebsbe
reichen drosselfreie Einstellung und Regelung der Brennkraftma
schine realisieren zu können ist vorgesehen, dass die Luftzu
fuhr zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine vorzugsweise
durch Manipulation der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte der
Gaswechselventile durchgeführt wird und lediglich in Bereichen,
in denen eine ausschließliche Einstellung über die Gaswechsel
ventile nicht möglich ist oder in denen sich thermodynamische
Vorteile ergeben, auf eine konventionelle Drosselregelung zu
rückgegriffen wird.
Als Kriterium für die Entscheidung, ob eine Einstellung über
die Gaswechselventile oder über die Drosseleinrichtung erfolgen
soll, wird der der Fahreranforderung entsprechende Solldruck,
in welchem zweckmäßig die Umgebungstemperatur berücksichtigt
wird, mit einem Referenzdruck verglichen, der vorteilhaft mit
dem Umgebungsdruck identisch ist. Überschreitet der Solldruck
den Referenzdruck, so erfolgt die Steuerung der Soll-Luftmasse
über die Gaswechselventile bei vollständig geöffneter Drossel
einrichtung; unterschreitet dagegen der Solldruck den Referenz
druck, so erfolgt die Steuerung der Soll-Luftmasse über die
Drosseleinrichtung.
In Abhängigkeit der Gaspedalstellung wird vorteilhaft zunächst
eine Soll-Luftmasse ermittelt, der ein Solldruck im Ansaugrohr
zugeordnet wird, welcher um einen Korrekturfaktor, der propor
tional zur Umgebungstemperatur ist, korrigiert wird. Sofern der
temperaturkorrigierte Solldruck kleiner als der Referenzdruck -
insbesondere der aktuelle Umgebungsdruck - ist, wird die Dros
seleinrichtung aktiviert. Dabei wird der vor der Drosselein
richtung anliegende Umgebungsdruck durch Verändern der Drossel
klappenstellung auf den korrigierten Solldruck reduziert und
die der Soll-Luftmasse entsprechende Füllung den Zylindern zu
geführt. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass insbesondere
in Bereichen kleiner Last und hoher Drehzahl auf die konventio
nelle Drosselklappensteuerung umgeschaltet werden kann, wodurch
Schwingungs- und Trägheitsprobleme der bevorzugt elektromagne
tisch betriebenen Ventilsteuerung in diesem Betriebspunkt ver
mieden werden können; darüber hinaus werden auch thermodynami
sche Vorteile erzielt. Außerhalb des verhältnismäßig kleinen
Bereiches, in welchem eine Drosselung Vorteile bringt bzw. die
Ansaugluft-Temperaturkorrektur bis zur völligen Öffnung der
Drosselklappe führt, erfolgt die drosselfreie Einstellung der
zuzuführenden Frischluftmenge über die Gaswechselventile, vor
zugsweise durch Anpassung des Einlass-Schließt-Zeitpunktes des
Einlassventils.
Zweckmäßig wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils über
eine Ausgleichsfunktion korrigiert, deren Polynomkoeffizienten
aus Kennfeldern ausgelesen werden. Dabei sind die Polynomkoef
fizienten idealerweise in Last- bzw. Füllungskennfeldern über
der Motordrehzahl eingetragen. Die Ausgleichsfunktion kann li
nearen oder quadratischen Verlauf aufweisen.
Die Ausgleichsfunktion wird zweckmäßig für jeden Ventilbe
triebsmodus mit entsprechenden Polynomkoeffizienten bedatet.
Die Umschaltung in einen neuen Ventilbetriebsmodus erfolgt vor
teilhaft nach der volumetrischen Zylinderfüllung, wodurch si
chergestellt ist, dass immer zur gleichen Kurbelwinkelposition
unabhängig vom Ausgleichsgrad umgeschaltet wird. Alle anderen
Steuergrößen wie Öffnungszeitpunkt des Einlassventils und auch
Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Auslassventile sowie Zün
dung und Einspritzung sind weiterhin an die Soll-Luftmasse ge
koppelt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es angezeigt sein,
das mit Außendruck und Außentemperatur berücksichtigenden Kor
rekturfaktoren beaufschlagte Soll-Luftvolumen, welches über die
Gaswechselventile zuzuführen ist, auf einen vorgegebenen Maxi
malwert zu begrenzen, um zu verhindern, dass bei hoher Motor
last das korrigierte Soll-Luftvolumen größer errechnet wird als
dies unter Vollast bei Normbedingungen maximal möglich wäre.
Durch eine Deckelung des korrigierten Soll-Luftvolumens auf den
zulässigen Maximalwert wird der Öffnungszeitraum der Einlass
ventile begrenzt, wodurch eine Verschiebung des Einlass-
Schließt-Zeitpunktes in einen die Verbrennung beeinträchtigen
den Betriebspunkt vermieden wird. Das Luftvolumen kann an
schließend reziprok rückgerechnet werden, um einen zylinderspe
zifischen, maximal zulässigen Grenz-Massenstrom zu ermitteln,
der für Zündung und Einspritzung herangezogen werden kann.
Unter Berücksichtigung des Differenzvolumens, gebildet aus kor
rigiertem Luftvolumen und Soll-Luftvolumen bezogen auf Normbe
dingungen, wird zweckmäßig über eine nachgeschaltete Aus
gleichsfunktion der Einlass-Schließt-Zeitpunkt des Einlassven
tils manipuliert. Dadurch wird sichergestellt, dass das dem Zy
linder zugeführte korrigierte Soll-Luftvolumen der Soll-
Luftmasse unter Normbedingungen entspricht. Dies hat den Vor
teil, dass alle anderen kennfeldabhängigen Größen wie Zündung
und Einspritzung und die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der
übrigen Gaswechselventile beibehalten werden können.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den
weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun
gen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufschema zur Einstellung einer Brennkraftma
schine mit variabler Ventilsteuerung und Drosselklap
pe,
Fig. 2 eine Adaptionsfunktion zur Anpassung des Einlass-
Schließt-Zeitpunkts eines Gaswechselventils an wech
selnde Betriebspunkte,
Fig. 3 die Reglerstruktur eines Saugrohr-Druckreglers,
Fig. 4 die Struktur der Vorrichtung zur Einstellung einer
Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung und
mit Drosseleinrichtung.
Das in Fig. 1 dargestellte Ablaufschema repräsentiert ein Ver
fahren zur Einstellung eines stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-
Verhältnisses in den Brennräumen einer Kolben-
Brennkraftmaschine, welche sowohl mit einer Drosseleinrichtung
im Ansaugrohr, insbesondere einer Drosselklappe, als auch mit
einer variablen Ventilsteuerung ausgestattet ist. Als Ven
tilsteuerung können sowohl eine vollvariable elektromagnetische
Ventilsteuerung mit elektrisch ansteuerbaren Elektromagneten
zum Schließen und Öffnen der Gaswechselventile der Brennkraft
maschine als auch Systeme mit pneumatischer oder hydraulischer
Ansteuerung oder zwei relativ zueinander verstellbaren Nocken
wellen zum Einsatz kommen.
Gemäß dem Verfahrensschritt 1 wird zunächst aus der Gaspedal
stellung, welche ein vom Fahrer gewünschtes Motormoment reprä
sentiert, oder von einer anderen Momentenvorgabegröße, z. B.
durch eine Fahrdynamikregelung, in einer Regel- und Steuerein
heit der Brennkraftmaschine eine dem gewünschten bzw. angefor
derten Motormoment zugeordnete Soll-Luftmasse Lsoll,0 ermittelt,
welche als Norm-Luftmasse unter Normalbedingungen den Brennräu
men der Brennkraftmaschine zuzuführen ist. Im folgenden Verfah
rensschritt 2 wird aus der Soll-Luftmasse Lsoll,0 und der aktuel
len Motordrehzahl nist gemäß einem hinterlegten Kennfeld ein
Saugrohr-Solldruck psoll,0 bestimmt, der den einzustellenden
Saugrohrdruck als Absolutdruck unter Normalbedingungen reprä
sentiert.
Im folgenden Verfahrensschritt 3 wird der einzustellende Saug
rohr-Solldruck psoll,0 um einen Temperatur-Korrekturfaktor fkT
bezogen auf die Normtemperatur erhöht bzw. erniedrigt und in
einen temeraturkorrigierten Saugrohr-Solldruck psoll,k umgerech
net. Der Temperatur-Korrekturfaktor fkT berechnet sich aus der
Umgebungstemperatur TA und einer bekannten Normtemperatur gemäß
der Beziehung
fkT = TA/Tnorm.
Unter Verwendung des Temperatur-Korrekturfaktors fkT wird der
Saugrohr-Solldruck psoll,k gemäß
psoll,k = psoll,0 . fkT
ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass bei angedrosseltem Motor
betrieb die Temperaturkorrektur in den meisten Fällen erst eine
Entdrosselung bewirkt, bevor über Steuerzeiten eine weitere
Korrektur stattfindet.
In einem in Verfahrensschritt 4 durchgeführten Vergleich von
Saugrohr-Solldruck psoll,k und Umgebungsdruck pA wird festgelegt,
ob die Füllungskorrektur nur über die Verstellung der Einlass
ventil-Steuerzeiten oder über die Veränderung der Androsselung
(Einstellung des Drosselklappenwinkels der Drosselklappe) bzw.
durch eine Kombination beider Methoden erfolgt.
Sofern der Saugrohr-Solldruck psoll,k den Umgebungsdruck pA über
steigt ("nein"-Verzweigung), ist eine Einstellung des Saugrohr
drucks auf den korrigierten Saugrohr-Solldruck psoll,k durch Ein
stellung des Drosselorgans im Saugrohr nicht möglich. In diesem
Fall wird der Umgebungsdruck pA an den Saugrohr-Druckregler ü
bergeben, wodurch die Drosselklappe voll geöffnet wird, so dass
kein Drosselverlust im Saugrohr entsteht. Die Befüllung der
Brennräume mit Luft erfolgt über den Verfahrensast der "nein"-
Verzweigung des Verfahrensschrittes 4 durch Anpassung des Ein
lass-Schließt-Zeitpunktes des Einlassventils bzw. der Einlass
ventile.
Falls der Saugrohr-Solldruck psoll,k kleiner ist als der Umge
bungsdruck pA ("ja"-Verzweigung), erfolgt eine Einstellung der
zuzuführenden Luftmenge über das Drosselglied im Saugrohr. Zu
diesem Zweck wird der temperaturkorrigierte Saugrohr-Solldruck
psoll,k an den Saugrohr-Druckregler übergeben und dieser über das
Drosselglied im Saugrohr eingestellt. In der Saugrohr-
Druckregelung gemäß Verfahrensschritt 5 wird in Abhängigkeit
des korrigierten Saugrohr-Solldruckes psoll,k und der Motordreh
zahl nist ein vorgesteuerter Drosselklappenwinkel αDK ausgegeben
und gemäß Schritt 6 der Drosselklappe zugeführt. Eine Abwei
chung des Saugrohr-Istdruckes pist vom Saugrohr-Solldruck psoll,k
wird über den Regelkreis durch Einstellung der Drosselklappen
position angepasst. Ein Beispiel für eine vorteilhafte Saug
rohr-Druckregelung ist in Fig. 3 dargestellt.
Über die Soll-Luftmasse Lsoll,0 aus Verfahrensschritt 1 werden
alle Ventilsteuerzeiten aus den entsprechenden Kennfeldern aus
gelesen und am Ventiltrieb eingestellt.
Eine Einstellung über die Drosselklappe gemäß dem der "ja"-
Verzweigung entsprechenden Verfahrensast erfolgt insbesondere
in einem Bereich kleiner Last und hoher Drehzahl, weil in die
sem Bereich eine Steuerung über die variabel einstellbaren Gas
wechselventile zu Schwingungs- und Trägheitsproblemen der e
lektromagnetisch betriebenen Ventilsteuerung führen würde.
In dem Verfahrensast 7 bis 19 ist der Verfahrensablauf zur Ein
stellung des stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses
mit Hilfe der variablen Ventilsteuerung bei voll geöffneter
Drosselklappe dargestellt, wobei der aktuelle korrigierte Saug
rohr-Solldruck psoll,k und die aktuelle Umgebungstemperatur TA
bei der Bemessung der zuzuführenden Frischluftmenge berücksich
tigt werden.
Im Verfahrensschritt 7 wird die Soll-Luftmasse Lsoll,0 unter
Normbedingungen unter Berücksichtigung einer Norm-Dichte ρ0 in
ein Soll-Luftvolumen LVsoll,0 unter Normbedingungen umgerechnet.
Im Verfahrensschritt 8 wird ein Korrekturfaktor FKorr aus dem
Verhältnis von Norm-Solldruck zu korrigiertem Saugrohr-
Solldruck psoll,k unter Einbeziehung des Temperatur-
Korrekturfaktors fkT = TA/Tnorm gemäß der Beziehung
FKorr = psoll,0/psoll,k . fkT
ermittelt. Der Korrekturfaktor FKorr wird zur Korrektur des un
ter Normbedingungen geltenden Soll-Luftvolumens LVsoll,0 herange
zogen:
LVsoll,k = FKorr . LVsoll,0.
Im folgenden Verfahrensschritt 9 wird das Minimum LVmin aus kor
rigiertem Soll-Luftvolumen LVsoll,k und einer maximal möglichen,
aus dem Verfahrensschritt 10 zugeführten Luftvolumen-
Grenzfüllung LVgrenz bestimmt. Hierdurch wird sichergestellt,
dass das maximale Luft-Fassungsvermögen der Zylinder nicht ü
berschritten wird.
Im Folgenden teilt sich das weitere Vorgehen in zwei parallel
abzuarbeitende Verfahrenszweige 11 bis 15 und 16 bis 19 auf.
Im Verfahrenszweig 11 bis 15b werden nach einer Rückrechnung
auf die sich im Zylinder tatsächlich befindliche Luftmenge
LGrenz im Verfahrensschritt 11 gemäß dem Zusammenhang
LGrenz = LVmin/FKorr
die Parameter für die Zündung (Verfahrensschritt 12), für die
Einspritzung (Verfahrensschritt 13 unter Berücksichtigung einer
in Verfahrensschritt 14 dargestellten λ-Regelung) und außerdem
die Steuerzeiten für die Einlass-Schließt-Zeitpunkte (Grundzeit
αEVS in Verfahrensschritt 15a) und die Einlass-Öffnet-Zeitpunkte
der Einlassventile sowie die Auslass-Öffnet-Zeitpunkte und Aus
lass-Schließt-Zeitpunkte der Auslassventile (Verfahrensschritt
15b) bestimmt. Der optimale Zündzeitpunkt, der optimale Ein
spritzzeitpunkt und die optimale Einspritzdauer hängen davon
ab, ob der Ventilbetrieb der Brennkraftmaschine mit 2, 3 oder 4
Ventilen betrieben wird. Mögliche noch bestehende Lambda-
Abweichungen werden über die Lambdaregelung in den Verfahrens
schritten 13 und 14 durch Veränderung der Einspritzzeit ausge
regelt.
Im parallelen Verfahrenszweig 16 bis 19 wird der optimale Ven
tilbetrieb mit der Anzahl zu betreibender Ventile in Abhängig
keit der Motordrehzahl sowie der volumetrischen Minimalauswahl
des korrigierten Soll-Luftvolumens LVsoll,k und der volumetri
schen Grenzfüllung LVgrenz, festgestellt. Durch die volumetrische
Bewertung erfolgt die Umschaltung immer zur selben Kurbelwin
kelstellung.
Die Umschaltung zwischen 2-Ventil-, 3-Ventil-, und 4-Ventil-
Betriebsmodus hat insbesondere einen hohen Einfluß auf die
Restgassteuerung. Im 2-Ventilbetrieb wird mit maximal möglicher
Restgasverträglichkeit gefahren, ausgenommen die Betriebsberei
che mit geringer Restgasverträglichkeit, insbesondere der Leer
lauf. Im 3- bzw. Mehr-Ventilbetrieb wird mit möglichst geringem
Restgasanteil gefahren. Der Restgasanteil nimmt mit zunehmender
Last aufgrund steigender Verträglichkeit zu. Im Bereich der
mittleren Teillast erreicht der Restgasanteil ein Maximum, wel
ches mit weiter ansteigender Last wieder auf ein Minimum zu
rückgeht, so dass die maximal mögliche Füllung erreicht werden
kann.
Um sicher zu stellen, dass bei einem Wechsel des Betriebspunk
tes in möglichst kurzer Zeit die Steuerzeiten des Einlass-
Gaswechselventils dem Wunschmoment des Fahrers entsprechend an
gepasst werden, wird über eine Adaptionsfunktion ΔαEVS in den
Verfahrensschritten 17, 18 eine Korrektur des Einlass-Schließt-
Zeitpunkts in Abhängigkeit der Differenz von volumetrischer
Sollfüllung LVsoll,0 unter Normbedingungen und dem tatsächlichen
im Zylinder befindlichen Luftvolumen LVmin ermittelt.
Gemäß Fig. 2 handelt es sich bei der Adaptionsfunktion ΔαEVS um
eine quadratische Polynomfunktion mit Polynomkoeffizienten a
und b, welche im Verfahrensschritt 17 der Fig. 1 ermittelt wer
den. Die Adaptionsfunktion ΔαEVS, die die Verschiebung des Ein
lass-Schließt-Zeitpunktes des Einlass-Gaswechselventils angibt,
wird gemäß der Beziehung
ΔL = LVmin - LVsoll
ΔαEVS = a . ΔL2 + b . ΔL
ermittelt, wobei die Polynomkoeffizienten a und b motorspezi
fisch in Kennfeldern gemäß Verfahrensschritt 17 in Abhängigkeit
von Motordrehzahl, Ventilbetriebsmodus und Soll-Luftmasse Lsoll,0
bei Normbedingungen abgelegt sind.
Die Zumessung der ermittelten volumetrischen Differenzluftmenge
erfolgt bevorzugt ausschließlich durch eine Einstellung des
Einlass-Schließt-Zeitpunktes αEVS,k der Einlass-
Gaswechselventile durch die Addition des Schließzeitpunktes
des Einlassventils bei Normbedingungen αEVS (Verfahrensschritt
15a) und der errechneten Schließzeitpunkt-Korrektur ΔαEVS (Ver
fahrensschritt 19).
In Fig. 3 ist die Reglerstruktur eines Saugrohr-Druckreglers
abgebildet. Aus einem Soll-Ist-Vergleich psoll,k - pist des Saug
rohrdruckes wird über die PI-Regelung 51 der Regelanteil αDK,r
für den Drosselklappenwinkel ermittelt. Dieser Regelanteil αDK,r
wird auf den vorgesteuerten Anteil des Drosselklappenwinkels
αDK,V addiert, der aus einem Kennfeld 52 in Abhängigkeit der Mo
tordrehzahl nist und der Soll-Luftmenge Lsoll,0 bestimmt wird. Die
Summe der beiden Anteile ergibt den resultierenden Drosselklap
penwinkel αDK. Eine Kennlinie 53 in Abhängigkeit des Druckquo
tienten zwischen Saugrohr-Solldruck psoll,k und Außendruck pA
sorgt für eine zunehmende Reglerbegrenzung αDKr,max bis auf Null
mit steigendem Saugrohr-Solldruck gegen den Außendruck.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die Struktur einer
Vorrichtung für die Zumessung von Verbrennungsluft durch Ein
stellung der Steuerzeiten der Gaswechselventile und/oder durch
Einstellung der Drosselklappenposition im Saugrohr.
Die Soll-Luftmasse Lsoll,0 wird im Block 101 in Abhängigkeit der
Motordrehzahl nist, der Motorlast bzw. der Gaspedalstellung be
stimmt und sowohl dem Saugrohr-Druckregler (Block 102) als auch
dem Block 103 zur Ermittlung des Soll-Luftvolumens LVsoll,0 zuge
führt. Im Saugrohr-Druckregler 102 wird der Drosselklappenwin
kel αDK bestimmt, hierbei werden die Motordrehzahl nist, der
tatsächliche Saugrohrdruck pist und der Außendruck pA berück
sichtigt.
Parallel zur Bestimmung des Drosselklappenwinkels αDK wird aus
dem Soll-Luftvolumen LVsoll,0 im Block 104 eine Druck- und Tempe
raturkompensation sowie eine maximal mögliche Zylinderbefüllung
(Grenzfüllung) LVmin bzw. LGrenz in Abhängigkeit des Temperatur-
Korrekturfaktors fkT = TA/Tnorm und eines Druck-Korrekturfaktors
fkp = psoll,k/psoll,0 errechnet, wobei diese Korrekturfaktoren so
wohl im Block 102 als auch im Block 104 - dem Saugrohr-
Druckregler - zur Verfügung stehen.
Der Wert LVmin für das Luftvolumen wird dem Block 105 für die
Ermittlung der Steuerkanten bzw. -zeiten für die Einlassventile
EV und die Auslassventile AV in Abhängigkeit der Motordrehzahl
nist, der Soll-Luftmasse lsoll,0 und des Soll-Luftvolumens LVsoll,0
zugeführt. Die Steuerzeiten Auslass-Öffnet αAVÖ, Auslass-
Schließt αAVS, Einlass-Öffnet αEVÖ und Einlass-Schließt αEVS,k
werden den betreffenden Gaswechselventilen bzw. den die Gas
wechselventilen beaufschlagenden Ventiltrieben zugeführt.
Der Wert LGrenz, der die tatsächliche im Zylinder befindliche
Luftmenge bezeichnet, wird den Blöcken 106 und 107 zugeführt,
in denen der Zeitpunkt ZZP für die Zündung bzw. die Einspritz
menge und -zeitpunkt ti unter Berücksichtigung einer λ-Regelung
bestimmt wird.
Claims (18)
1. Verfahren zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit Gas
wechselventilen mit variabler Ventilsteuerung und einer Dros
seleinrichtung im Ansaugrohr, wobei
- - der aktuellen Gaspedalstellung eine Soll-Luftmasse (Lsoll,0) und ein Solldruck (psoll,0, psoll,k) zugeordnet wird,
- - der Solldruck (psoll,0, psoll,k) mit einem Referenzdruck (pa) verglichen wird,
- - bei Unterschreitung des Referenzdrucks (pa) die Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die Drosseleinrichtung im Ansaugrohr erfolgt,
- - bei Überschreitung des Referenzdrucks (pa) die Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die Gaswechselventile erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Referenzdruck (pa) mit dem Umgebungsdruck (pa) iden
tisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein korrigierter Solldruck (psoll,k) für den Vergleich mit
der Referenztemperatur (TA) berücksichtigt wird, wobei der kor
rigierte Solldruck (psoll,k) aus einem Norm-Solldruck (psoll,0)
durch Beaufschlagung mit einem Temperatur-Korrekturfaktor
(fkT), der proportional zur Umgebungstemperatur (TA) ist, gemäß
den Beziehungen
fkT = TA/Tnorm
psoll,k = psoll,0 . fkT
ermittelt wird, worin
psoll,0 einen Norm-Solldruck unter Normalbedingun gen,
Tnorm eine normierte Ansaugtemperatur unter Normalbedingungen
psoll,k einen korrigierten Solldruck
TA die Umgebungstemperatur
bezeichnen.
fkT = TA/Tnorm
psoll,k = psoll,0 . fkT
ermittelt wird, worin
psoll,0 einen Norm-Solldruck unter Normalbedingun gen,
Tnorm eine normierte Ansaugtemperatur unter Normalbedingungen
psoll,k einen korrigierten Solldruck
TA die Umgebungstemperatur
bezeichnen.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der korrigierte Solldruck (psoll,k) auf den Umgebungsdruck
(pA) begrenzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der korrigierte Solldruck (psoll,k) bei der Einstellung der
Luftmasse sowohl über die Drosseleinrichtung als auch über die
Gaswechselventile berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Falle der Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die
Drosseleinrichtung der Ist-Ansaugdruck (pist) im Ansaugrohr über
einen Drosselregler auf einen Soll-Ansaugdruck (psoll,k) einge
stellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Falle der Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die
Gaswechselventile der Einlass-Schließt-Zeitpunkt manipuliert
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Falle der Steuerung der Soll-Luftmasse (Lsoll,0) über die
Gaswechselventile der Einlass-Öffnet-Zeitpunkt des Gaswechsel
ventils konstant gehalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass aus dem Soll-Luftvolumen (LVsoll,0) durch Beaufschlagung mit
einem Korrekturfaktor (FKorr), der proportional zur aktuellen
Umgebungstemperatur (TA) ist, ein korrigiertes Soll-Luftvolumen
(LVsoll,k) gemäß der Beziehung
LVsoll,k = FKorr . LVsoll,0
ermittelt wird und dass das korrigierte Soll-Luftvolumen (LVsoll,k) der Brennkraftmaschine durch Manipulation des Einlass- Schließt-Zeitpunkts eines Einlass-Gaswechselventils einem Brennraum oder mehreren Brennräumen zugeführt wird.
LVsoll,k = FKorr . LVsoll,0
ermittelt wird und dass das korrigierte Soll-Luftvolumen (LVsoll,k) der Brennkraftmaschine durch Manipulation des Einlass- Schließt-Zeitpunkts eines Einlass-Gaswechselventils einem Brennraum oder mehreren Brennräumen zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Korrekturfaktor (FKorr) in Abhängigkeit des korrigier
ten Solldrucks (psoll,k) gemäß der Beziehung
FKorr = (psoll,0/psoll,k) . fkT
ermittelt wird.
FKorr = (psoll,0/psoll,k) . fkT
ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das korrigierte Soll-Luftvolumen (LVsoll,k) auf das Minimum
(LVmin) der beiden Werte von korrigiertem Soll-Luftvolumen
(LVsoll,k) und Grenzfüllungsvolumen (LVGrenz) begrenzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass aus dem korrigierten Soll-Luftvolumen (LVmin) und dem Kor
rekturfaktor (FKorr) ein zylinderspezifischer, maximal zulässi
ger Grenz-Massenstrom (LGrenz) berechnet wird gemäß der Bezie
hung
LGrenz = LVmin/FKorr,
der für die Ermittlung des Zündzeitpunktes und/oder der Ein spritzdauer herangezogen wird.
LGrenz = LVmin/FKorr,
der für die Ermittlung des Zündzeitpunktes und/oder der Ein spritzdauer herangezogen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der optimale Ventilbetrieb mit zwei oder mehr Ventilen in
Abhängigkeit des korrigierten Soll-Luftvolumens (LVmin) und der
Motordrehzahl (nist) feststellbar ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Berücksichtigung des aktuellen Betriebspunktes der
Einlass-Schließt-Zeitpunkt in Abhängigkeit des Soll-Norm-
Luftvolumens (LVsoll,0) und des korrigierten Soll-Luftvolumens
(LVmin) gemäß einer festgelegten Adaptionsfunktion (ΔαEVS) be
stimmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Adaptionsfunktion (ΔαEVS) eine quadratische Polynom
funktion mit Polynomkoeffizienten a und b gemäß der Beziehung
ΔL = LVmin - LVsoll,0
ΔαEVS = a . ΔL2 + b . ΔL
ist.
ΔL = LVmin - LVsoll,0
ΔαEVS = a . ΔL2 + b . ΔL
ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Menge eingespritzten Kraftstoffs als Funktion der
Grenz-Luftmasse (LGrenz) darstellbar ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Menge eingespritzten Kraftstoffs mittels der Lambda
sonde geregelt wird.
18. Vorrichtung zur Einstellung einer Brennkraftmaschine, mit
Gaswechselventilen mit variabler Ventilsteuerung zur variablen
Einstellung der zuzuführenden Verbrennungsluftmenge und mit ei
ner Drosseleinrichtung im Ansaugrohr, die unabhängig von den
variabel einstellbaren Gaswechselventilen betätigbar ist, und
mit einer Regel- und Steuereinheit, in der ein den Brennräumen
der Brennkraftmaschine zuzuführender Solldruck mit einem Refe
renzdruck vergleichbar ist, wobei bei Unterschreitung des Refe
renzdrucks in der Regel- und Steuereinheit ein die Drosselein
richtung aktivierendes Steuersignal und bei Überschreitung des
Referenzdrucks in der Regel- und Steuereinheit ein zumindest
ein Gaswechselventil aktivierendes Steuersignal erzeugbar ist.
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---|---|---|---|
DE19953933A DE19953933C1 (de) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung |
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