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Dokumentenidentifikation DE102006002718B4 03.01.2008
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Mai, Wolfgang, 65760 Eschborn, DE;
Pache, Jens, 65779 Kelkheim, DE;
Wiese, Matthias, 60486 Frankfurt, DE
DE-Anmeldedatum 19.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006002718
Offenlegungstag 02.08.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse F02M 25/08(2006.01)A, F, I, 20060119, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02B 37/16(2006.01)A, L, I, 20060119, B, H, DE   F02B 33/00(2006.01)A, L, I, 20060119, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.

An Brennkraftmaschinen werden zunehmend hohe Anforderungen bezüglich deren Leistung oder Wirkungsgrad gestellt. Gleichzeitig müssen aufgrund strenger gesetzlicher Vorschriften auch die Schadstoff-Emissionen gering sein.

Brennkraftmaschinen sind so regelmäßig mit Tankentlüftungsvorrichtungen ausgestattet, durch die Kraftstoff-Verdunstungsemissionen eines Tanks eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine anordenbar ist, in einem Aktivkohlebehälter zwischengespeichert werden. In regelmäßigen Abständen wird mittels eines Tankentlüftungsventils der Aktivkohlefilter regeneriert. Dabei gibt das Tankentlüftungsventil eine Verbindung zu dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine frei. Der in dem Aktivkohlebehälter gebundene Kraftstoff kann so in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine einströmen und in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine verbrannt werden. Für einen präzisen und auch emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine ist ein genaues Berücksichtigen dieser so zusätzlich eingebrachten Kraftstoffmenge wichtig. Ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses unter Berücksichtigung der zusätzlich eingebrachten Kraftstoffmenge ist aus der DE 699 18 914 T2 bekannt geworden.

Ferner sind Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen in dem Ansaugtrakt ein Kompressor angeordnet ist zum Verdichten der in dem Ansaugtrakt strömenden Luft auf ihrem Weg hin zu dem jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders. Durch derartige Kompressoren lassen sich insbesondere die Leistung der Brennkraftmaschine erhöhen und so kann zum Einen insgesamt eine höhere Leistung erreicht werden oder auch bei gleicher Leistung im Vergleich zu ohne einem entsprechenden Kompressor der Hubraum und damit insgesamt das Gewicht der Brennkraftmaschine verringert werden. Auf diese Weise kann ein so genanntes Downsizing erreicht werden. Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus DE 10 2004 021 387 A1 bekannt geworden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das beziehungsweise die einen präzisen Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglichen.

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

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt, der in mindestens einen Einlass mindestens eines Zylinders mündet. Der Brennkraftmaschine ist ferner ein Tankentlüftungsventil zugeordnet, das ausgebildet ist zum Steuern eines Einleitens eines Tankentlüftungsstroms in den Ansaugtrakt an einer Einlassstelle stromaufwärts des jeweiligen Einlasses des jeweiligen Zylinders. In dem Ansaugtrakt ist ein Hauptpfad ausgebildet. Ferner ist in dem Ansaugtrakt ein Rezirkulationspfad ausgebildet mit einem Rezirkulations-Stellglied, einem Rezirkulations-Einlass von dem Hauptpfad in den Rezirkulationspfad und einem Rezirkulations-Auslass von dem Rezirkulationspfad in den Hauptpfad. Der Rezirkulations-Auslass ist in dem Hauptpfad stromaufwärts zu dem Rezirkulations-Einlass angeordnet. Der Rezirkulationspfad ist so angeordnet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine abhängig von einem Öffnungsgrad des Rezirkulations-Stellgliedes Fluid von dem Rezirkulations-Einlass hin zu dem Rezirkulations-Auslass strömt. Bevorzugt ist der Rezirkulationspfad beispielsweise als ein Bypass zu einem Verdichter, insbesondere einem Kompressor ausgebildet.

Eine Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse wird ermittelt, die während des für eine bevorstehende Kraftstoffzumessung maßgeblichen Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders in diesen einströmt. Die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse wird abhängig von einem Öffnungsgrad des Tankentlüftungsventils und einem Öffnungsgrad des Rezirkulations-Stellgliedes ermittelt. Auf diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass bei sich änderndem Öffnungsgrad des Rezirkulations-Stellgliedes eine nicht zu vernachlässigende Beeinflussung der Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse erfolgt und somit durch das Berücksichtigen des Öffnungsgrades des Rezirkulations-Stellgliedes die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse sehr präzise ermittelt werden kann. Auf diese Weise können somit dann unerwünschte Kohlenwasserstoffemissionen vermieden werden.

Zum Ermitteln der Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse wird ein dynamisches physikalisches Modell des Rezirkulationspfades eingesetzt. Auf diese Weise kann die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse besonders präzise auch sehr zeitnah zu Änderungen des Öffnungsgrades des Rezirkulations-Stellglieds besonders präzise ermittelt werden.

Das dynamische physikalische Modell des Rezirkulationspfades umfasst einen Rezirkulations-Ringspeicher für Rezirkulations-Tankentlüftungswerte einer Kenngröße, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während einer vorgegebenen Periodenzeitdauer in den Rezirkulations-Ringspeicher einlassseitig einströmt. Die Rezirkulations-Tankentlüftungswerte werden zum Speichern in den Rezirkulations-Ringspeicher abhängig von zumindest dem Öffnungsgrad des Rezirkulations-Stellglieds und abhängig von einem Ausgangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert ermittelt, der repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer in dem Hauptpfad hin zu dem Rezirkulations-Einlass strömt. Ein durch den Rezirkulations-Auslass strömender Rezirkulations-Tankentlüftungswert wird abhängig von dem Öffnungsgrad des Rezirkulations-Stellglieds aus dem Rezirkulations-Ringspeicher ermittelt.

Auf diese Weise kann eine Totzeit des Rezirkulationspfades sehr einfach und dennoch präzise berücksichtigt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,

2 ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms, das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird,

3 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Programms, das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird und

4 ein Ablaufdiagramm eines dritten Programms das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird.

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

Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. In dem Ansaugtrakt 4 ist eine Drosselklappe 5 angeordnet und ferner ist im Ansaugtrakt 1 auch ein als Kompressor 6 ausgebildeter Verdichter angeordnet. Der Ansaugtrakt umfasst ferner einen Sammler 7 und ein Saugrohr 8, das von dem Sammler 7 hin zu einem jeweiligen Einlass eines jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 geführt ist. Ein Hauptpfad 9 des Ansaugtraktes umfasst diejenigen Komponenten, durch die Fluid von dem Tankentlüftungsventil 11 über den Kompressor 6 zu dem Einlass des jeweiligen Zylinders strömt. Ferner umfasst der Ansaugtrakt 1 auch einen Rezirkulationspfad 14, der sich von einem Rezirkulations-Einlass 15 von dem Hauptpfad 9 bis zu einem Rezirkulations-Auslass 16 in den Hauptpfad 9 erstreckt. In dem Rezirkulationspfad 14 ist ein Rezirkulations-Stellglied 18 angeordnet, abhängig von dessen Öffnungsgrad Fluid durch den Rezirkulationspfad 14 von dem Rezirkulations-Einlass 15 hin zu dem Rezirkulations-Auslass 16 strömen kann.

Das jeweilige Saugrohr 8 ist hin zu dem Zylinder Z1 über den Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 24, welche über eine Pleuelstange 26 mit dem Kolben 28 des Zylinders Z1 gekoppelt ist. Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 30 und einem Gasauslassventil 32 und jeweils zugeordneten Ventilantrieben.

Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze 35. Alternativ kann das Einspritzventil 34 auch in dem Saugrohr 8 angeordnet sein.

Die Tankentlüftungsvorrichtung 10 ist dazu ausgebildet Kraftstoffdämpfe aus einem Tanksystem der Brennkraftmaschine in einem Speicher zwischenzuspeichern, der bevorzugt als Aktivkohlefilter ausgebildet ist, und dann den Speicher in geeigneten Betriebssituationen der Brennkraftmaschine wieder zu regenerieren. In einer Offenstellung des Tankentlüftungsventils 29 kann ein mit Kraftstoff angereicherter Tankentlüftungsstrom von der Tankentlüftungsvorrichtung 10 über die Einlassstelle 12 in den Ansaugtrakt 1 strömen. In einer Schließstellung des Tankentlüftungsventils strömt kein Tankentlüftungsstrom in den Ansaugtrakt 1. In einer alternativen Ausführungsform der Brennkraftmaschine kann beispielsweise auch keine Drosselklappe vorhanden sein. In diesem Fall – aber auch im Falle des Vorhandenseins der Drosselklappe 5, kann die Einlassstelle 12 an einer beliebigen Stelle in den Ansaugtrakt münden, an der während des Betriebs der Brennkraftmaschine ein geeigneter Druck herrscht um ein Abströmen des Tankentlüftungsstroms in den Ansaugtrakt zu gewährleisten und der in Hauptströmungsrichtung in dem Hauptpfad stromaufwärts des Auslasses 16 angeordnet ist. Beispielsweise kommt hierzu auch ein Bereich nahe zu und stromabwärts eines Luftfilters in Frage.

Ferner ist eine Steuervorrichtung 36 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen erfassen die Messgrößen und von diesen abgeleitete Größen. Die Steuervorrichtung 36 ermittelt abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 36 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben oder zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.

Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 36, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 38 erfasst, ein Luftmassensensor 40, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein Drosselklappenstellungssensor 42, welcher einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 44, welcher eine Ansaugluft-Temperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 46, welcher einen Saugrohrdruck MAP in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 48, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird. Ein zweiter Temperatursensor 50 erfasst eine Kühlmitteltemperatur. Ferner ist bevorzugt eine Abgassonde 54 vorgesehen, welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder Z1. Darüber hinaus kann ein weiterer Drucksensor 58 vorhanden sein, welcher den Druck in dem Hauptpfad 9 stromabwärts der Drosselklappe 5 und stromaufwärts des Kompressors 6 erfasst, der auch als weiterer Saugrohrdruck bezeichnet sein kann. Ferner sind bevorzugt Stellungssensoren 60, 62 zum Erfassen des Öffnungsgrades des Tankentlüftungsventils 11 bzw. des Rezirkulationsstellglieds 18 vorhanden.

Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.

Beispielsweise kann statt des Stellungssensors 60 zum Erfassen des Öffnungsgrades des Tankentlüftungsventils 11 auch der Öffnungsgrad abhängig von einem Stellsignal ermittelt werden, mit dem das Tankentlüftungsventil beaufschlagt wird, ggf. unter Berücksichtigung mindestens einer weiteren Betriebsgröße.

Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 32, das Einspritzventil 34, die Zündkerze 35, das Tankentlüftungsventil 11 oder das Rezirkulationsstellglied 18.

Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und ggf. Sensoren zugeordnet sind.

Das Programm gemäß des Ablaufdiagramms der 4 wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet. Mittels des Programms der 2 ist ein dynamisches physikalisches Modell des Hauptpfades der Brennkraftmaschine realisiert und zwar unter Einbeziehung eines dynamischen physikalischen Modell des Rezirkulationspfades 14, was anhand des Ablaufdiagramms der 4 weiter unter näher erläutert ist.

Ein Hauptpfad-Ringspeicher BUF_1 ist vorgesehen. In einem Schritt S1 wird das Programm gestartet. In einem Schritt S2 werden Variablen initialisiert. So wird in dem Schritt S2 ein erster Schreibzeiger IDX_WR_TEV, ein zweiter Schreibzeiger IDX_WR_BP und der Speicherbereich des Hauptpfad-Ringspeichers BUF_1 initialisiert, vorzugsweise mit den Werten Null.

In einem Schritt S3 wird ein Eingangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert C_HC_TEV ermittelt und zwar einer Kenngröße, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer von dem Tankentlüftungsventil 11 in den Hauptpfad 9 einströmt. Bevorzugt ist die Kenngröße eine Kraftstoffkonzentration bezogen auf die während der Periodenzeitdauer eingeströmte Luftmasse, die auch den Kraftstoff mit einschließt. Dies kann bevorzugt mittels eines entsprechenden physikalischen Modells des Tankentlüftungssystems ermittelt werden. Dazu kann beispielsweise eine in dem Tank befindliche Konzentration an Kraftstoffdämpfen als Schätzwert ermittelt werden und dann abhängig von dem Öffnungsgrad des Tankentlüftungsventils 11 der Eingangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert C_HC_TEV ermittelt werden. In diesem Zusammenhang wird dann auch die über die Drosselklappe 5 einströmende Luftmasse berücksichtigt. Die Kenngröße kann auch direkt die absolute Tankentlüftungskraftstoffmasse sein.

Entsprechendes gilt auch für die noch im Folgenden offenbarten Kenngrößen.

In dem Schritt S3 wird dann auch an derjenigen Speicherstelle des Hauptpfad-Ringspeichers BUF_1, auf die der erste Schreibzeiger IDX_WR_TEV zeigt der Eingangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert C_HC_TEV zwischengespeichert.

In einem Schritt S4 wird einem ersten Lesezeiger IDX_RD_1 der Wert des ersten Schreibzeigers IDX_WR_TEV abzüglich eines Funktionswertes zugewiesen, der mittels einer ersten Funktion f1 abhängig von dem Luftmassenstrom MAF in den Ansaugtrakt 1 und dem Saugrohrdruck MAP ermittelt wird. Die erste Funktion kann beispielsweise auch eine oder mehrere Kennfelder umfassen und ist bevorzugt durch Versuche oder Simulationen vorab so ermittelt, dass durch die Rechenvorschrift des Schrittes S4 dem ersten Lesezeiger IDX_RD_1 ein geeigneter Wert zugewiesen wird um einen Ausgangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert C_HC_1_OUT der Kenngröße aus dem Hauptpfad-Ringspeicher BUF_1 auszulesen, die repräsentativ ist für die Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer stromaufwärts des Rezirkulations-Einlasses 15 und zwar im Bereich des Rezirkulations-Einlasses 15 der Abzweigstelle in dem Hauptpfad strömt.

In dem Schritt S4 wird dann der Ausgangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert C_HC_1_OUT abhängig von der Position des ersten Lesezeigers IDX_RD_1 aus dem Hauptpfad-Ringspeicher BUF_1 ermittelt.

In einem Schritt S6 wird dem zweiten Schreibzeiger IDX_WR_BP der Wert des ersten Schreibzeigers IDX_WR_TEV abzüglich eines Wertes, der mittels einer zweiten Funktion f2 abhängig von dem Luftmassenstrom MAF in den Ansaugtrakt 1 und dem Saugrohrdruck MAP ermittelt wird. Die zweite Funktion f2 ist entsprechend durch Versuche an einem Motorprüfstand oder Simulationen so ermittelt, dass sie eine Gaslaufzeit von dem Tankentlüftungsventil 11 bis zu dem Rezirkulations-Auslass 16 in dem Hauptpfad 9 modelliert.

Der durch die Position des zweiten Schreibzeigers IDX_WR_BP in dem Hauptpfad-Ringspeicher vorgegebenen Speicherstelle wird dann in dem Schritt S6 ein durch den Rezirkulations-Auslass 16 während der vorgegebenen Periodenzeitdauer strömender Rezirkulations-Tankentlüftungswert C_HC_BP_OUT hinzu addiert, der mittels des Programms gemäß der 4 ermittelt wird. Auf diese Weise erfolgt eine Kopplung des physikalischen Modells des Rezirkulationspfades 14 mit dem physikalischen Modell des Hauptpfades 9.

In einem Schritt S8 wird ein Zylinder-Tankentlüftungswert C_HC_CYL einer Kenngröße ermittelt, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer in den jeweiligen Zylinder beziehungsweise in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 strömt. Dies erfolgt durch Bilden der Differenz zwischen dem Ausgangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert C_HC_1_OUT und einem Rezirkulations-Tankentlüftungswert C_HC_BP_IN einer Kenngröße, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer in den Rezirkulationspfad 14 einlassseitig einströmt.

Der Rezirkulations-Tankentlüftungswert C_HC_BP_IN wird mittels einer dritten Funktion f3 abhängig von dem Ausgangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert C_HC_1_OUT, dem Luftmassenstrom MAF, dem Saugrohrdruck MAP und dem Öffnungsgrad BDK des Rezirkulations-Stellgliedes 18. Auch die dritte Funktion f3 ist entsprechend mittels Versuchen an einem Motorprüfstand oder durch Simulationen ermittelt.

In einem Schritt S10 wird der erste Schreibzeiger IDX_WR_TEV inkrementiert, bevorzugt mit dem Wert eins. Im Anschluss an den Schritt S10 wird die Bearbeitung, gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer fortgesetzt. Die Wartezeitdauer ist insbesondere so vorgegeben, dass die Schritte S3 bis S10 einmal pro der vorgegebenen Periodenzeitdauer durchgeführt werden, wobei für diese Betrachtung die Erfassungszeitpunkte der jeweiligen Messgrößen relevant sind.

Ein Programm gemäß der 3 wird in einem Schritt S12 gestartet und zwar zeitnah zu einem Motorstart. In einem Schritt S14 wird die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse MFF_CP abhängig von den Zylinder-Tankentlüftungswert C_HC_CYL und des Luftmassenstroms MAF_CYL in den Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 ermittelt. Bevorzugt erfolgt diese Ermittlung derart, wenn die Kenngröße eine Tankentlüftungskraftstoffmassenkonzentration ist. Der Luftmassenstrom MAF_CYL kann beispielsweise mittels eines dem Fachmann für diese Zwecke bekannten Saugrohrmodells abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt werden.

Der Zylinder-Tankentlüftungswert C_HC_CYL kann direkt in dem Schritt S8 ermittelt werden. Alternativ kann jedoch auch ein weiterer Ringspeicher vorgesehen sein mit entsprechenden Schreib- und Lesezeigern, durch die im Falle, dass der Rezirkulations-Einlass 15 sich nicht in unmittelbarer Nähe zu dem Einlass in den Motorblock 2 des Zylinders Z1 bis Z4 befindet, die Gaslaufzeit in den übrigen Komponenten des Ansaugtraktes 1 entsprechend der Vorgehensweise der 2 modelliert. Derartige Komponenten können beispielsweise je nach Anordnung der Sammler 7 oder auch ein Ladeluftkühler sein.

In einem Schritt S16 wird eine abhängig von der aktuellen Last der Brennkraftmaschine bereits durch eine andere Funktionalität der Steuervorrichtung 36 vorgegebene zuzumessende Kraftstoffmasse MFF, die pro Zylindersegmentzeitdauer zugemessen werden soll, abhängig von der aktuell relevanten Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse MFF_CPR geeignet korrigiert und somit eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_COR ermittelt. Dieses Korrigieren kann beispielsweise im Sinne eines Vorgebens eines vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Brennraum vor der Verbrennung des Gemisches erfolgen.

Unter einer Zylindersegmentzeitdauer ist diejenige Zeitdauer zu verstehen, die ein Arbeitsspiel benötigt, dividiert durch die Anzahl der Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine. Bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit beispielsweise vier Zylindern ergibt sich somit die Zylindersegmentzeitdauer aus dem Kehrwert der halben Drehzahl dividiert durch die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine.

In einem Schritt S18 wird abhängig von der korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR das entsprechende Stellsignal SG_INJ zum Ansteuern des jeweiligen Einspritzventils 34 des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 ermittelt. Das jeweilige Einspritzventil 34 wird dann entsprechend dem Stellsignal SG_INJ angesteuert. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S14 erneut fortgesetzt, gegebenenfalls nach einer vorgebbaren Wartezeitdauer oder einem vorgebbaren Warte-Kurbelwellenwinkel.

Ein Programm, mittels dessen das dynamische physikalische Modell des Rezirkulationspfades 14 realisiert ist, wird in einem Schritt S20 (siehe 4) gestartet. In einem Schritt S22 können Variabeln initialisiert werden und so zum Beispiel ein dritter Schreibzeiger IDX_WR_3 und ein Rezirkulations-Ringspeicher BUF_2 initialisiert werden. Der Rezirkulations-Ringspeicher BUF_2 hat Speicherplätze zum Speichern der Rezirkulations-Tankentlüftungswerte C_HC_BP_IN, die dann als durch den Rezirkulations-Auslass strömende Rezirkulations-Tankentlüftungswerte C_HC_BP_OUT wieder aus dem Rezirkulations-Ringspeicher BUF_2 ausgelesen werden.

In einem Schritt S24 wird der Rezirkulations-Tankentlüftungswert C_HC_BP_IN der Kenngröße ermittelt, die repräsentativ ist für die Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer in den Rezirkulationspfad einlassseitig einströmt. Bevorzugt wird der Rezirkulations-Tankentlüftungswert C_HC_BP_IN mittels einer dritten Funktion f3 abhängig von dem Ausgangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert C_HC_1_OUT, dem Luftmassenstrom MAF, dem Saugrohrdruck MAP und dem Öffnungsgrad BDK des Rezirkulations-Stellgliedes 18 ermittelt. Die dritte Funktion f3 ist dazu entsprechend geeignet vorab mittels entsprechender Versuche an einem Motorprüfstand oder auch durch Simulationen ermittelt und wie die anderen Funktionen f1 bis f4 in einem Datenspeicher der Steuervorrichtung 36 gespeichert.

In einem Schritt S26 wird geprüft, ob der Öffnungsgrad BDK des Rezirkulations-Stellgliedes 18 größer als Null ist, das heißt das Rezirkulations-Stellglied 18 sich außerhalb seiner Schließstellung befindet und somit Fluid durch den Rezirkulationspfad von dem Rezirkulations-Einlass 15 hin zu dem Rezirkulations-Auslass 16 und dort hinein in den Hauptpfad 9 strömen kann. Ist die Bedingung des Schrittes S26 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung, gegebenenfalls nach einer vorgebbaren Wartezeitdauer erneut in dem Schritt S24 fortgesetzt.

Ist die Bedingung des Schrittes S26 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S28 einem zweiten Lesezeiger IDX_RD_2 der Wert des dritten Schreibzeigers IDX_WR_3 abzüglich eines Wertes zugeordnet, der mittels einer vierten Funktion f4 abhängig von dem Luftmassenstrom MAF, dem Saugrohrdruck MAP und dem Öffnungsgrad BDK des Rezirkulations-Stellglieds 18 ermittelt wird. Die vierte Funktion ist ebenfalls durch Versuche an einem Motorprüfstand oder Simulationen geeignet so ermittelt, dass der zweite Lesezeiger IDX_RD_2 jeweils auf eine Speicherstelle des Rezirkulations-Ringspeichers BUF_2 zeigt, deren Speicherinhalt jeweils aktuell repräsentativ ist für die durch den Rezirkulations-Auslass strömenden Tankentlüftungskraftstoffmasse.

In dem Schritt S28 wird dann dem durch den Rezirkulations-Auslass strömenden Rezirkulations-Tankentlüftungswert C_HC_BP_OUT der Inhalt des Rezirkulations-Ringspeichers BUF_2 an der Position zugeordnet, auf die der zweite Lesezeiger IDX_RD_2 zeigt.

Der in dem Schritt S24 ermittelte Rezirkulations-Tankentlüftungswert C_HC_BP_IN wird in den Rezirkulations-Ringspeicher BUF_2 an einer Position gespeichert, die durch den dritten Schreibzeiger IDX_WR_3 vorgegeben ist.

In einem Schritt S30 wird der dritte Schreibzeiger IDX_WR_3 inkrementiert, bevorzugt mit dem Wert eins. Im Anschluss an den Schritt S30 wird die Bearbeitung erneut in einem Schritt S24 fortgesetzt und zwar bevorzugt so, dass die Schritte S24 bis S30 insbesondere im Hinblick auf das Erfassen der zugehörigen Messwerte jeweils einmal pro der vorgegebenen Periodenzeitdauer abgearbeitet werden.

Alternativ zu der Vorgehensweise bezüglich der Hauptpfad-Ringspeicher BUF_1, und des Rezirkulations-Ringspeichers BUF_2 können auch entsprechende Kennlinien oder ein anderes physikalisches Modell vorgesehen sein.

Die erste Funktion f1 kann auch alternativ abhängig sein von dem Luftmassenstrom MAF in den Ansaugtrakt 1 und dem weiteren Saugrohrdruck. Entsprechendes gilt auch für die zweite Funktion f2.

Die dritte Funktion f3 kann auch alternativ statt von dem Luftmassenstrom MAF von dem Luftmassenstrom MAF_CYL in den jeweiligen Brennraum abhängen. Die dritte Funktion f3 kann auch alternativ statt von dem Saugrohrdruck MAP von dem weiteren Saugrohrdruck abhängen. Entsprechendes wie für die dritte Funktion f4 gilt auch für die vierte Funktion f4. Darüber hinaus ist bezüglich der dritten und vierten Funktion auch eine Kombination der genannten Betriebsgrößen möglich. Welche Abhängigkeit am günstigsten ist kann abhängen von der konkreten Anordnung des Rezirkulationsstellgliedes 18 innerhalb des Rezirkulationspfades 14.

1
Ansaugtrakt
2
Motorblock
3
Zylinderkopf
4
Abgastrakt
5
Drosselklappe
6
Kompressor
7
Sammler
8
Saugrohr
9
Hauptpfad
10
Tankentlüftungsvorrichtung
11
Tankentlüftungsventil
12
Einlassstelle
14
Rezirkulationspfad
15
Rezirkulations-Einlass
16
Rezirkulations-Auslass
18
Rezirkulations-Stellglied
24
Kurbelwelle
26
Pleuelstange
28
Kolben
30
Gaseinlassventil
32
Gasauslassventil
34
Einspritzventil
35
Zündkerze
36
Steuervorrichtung
37
Pedalstellungsgeber
38
Fahrpedal
40
Luftmassensensor
42
Drosselklappenstellungssensor
44
erster Temperatursensor
46
Saugrohrdrucksensor
48
Kurbelwellenwinkelsensor
50
zweiter Temperatursensor
54
Abgassonde
56
Rezirkulationsstellgliedsensor
58
weiterer Saugrohrdrucksensor
N
Drehzahl
MAP
Saugrohrdruck
MAF
Luftmassenstrom in Ansaugtrakt
MFF
zuzumessende Kraftstoffmasse
MFF_CP
Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse
MFF_COR
korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse
SG_INJ
Stellsignal für Einspritzventil
IDX_WR_TEV
erster Schreibzeiger
IDX_WR_BP
zweiter Schreibzeiger
IDX_RD_1
erster Lesezeiger
IDX_RD_2
zweiter Lesezeiger
IDX_WR_3
dritter Schreibzeiger
f1
erste Funktion
f2
zweite Funktion
f3
dritte Funktion
f4
vierte Funktion
BUF_1
Hauptpfad-Ringspeicher
BUF_2
Rezirkulations-Ringspeicher
C_HC_TEV
Eingangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert einer Kenngröße, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) von dem Tankentlüftungsventil in den Hauptpfad einströmt
C_HC_1_OUT
Ausgangs-Hauptpfad-Tankentlüftungswert einer Kenngröße, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) stromaufwärts des Rezirkulationsauslasses in dem Hauptpfad strömt,
C_HC_CYL
Zylinder-Tankentlüftungswert einer Kenngröße, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer (TP) in den jeweiligen Zylinder strömt,
C_HC_BP_IN
Rezirkulations-Tankentlüftungswert einer Kenngröße, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmass, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer in den Rezirkulations-Ringspeicher einlassseitig einströmt
C_HC_BP_OUT
durch den Rezirkulationsauslass strömender Rezirkulations-Tankentlüftungswert


Anspruch[de]
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt (1), der in mindestens einen Einlass mindestens eines Zylinders (Z1 bis Z4) mündet, mit einem Tankentlüftungsventil (11), das ausgebildet ist zum Steuern eines Einleitens eines Tankentlüftungsstroms in den Ansaugtrakt (1) an einer Einlassstelle (12) stromaufwärts des jeweiligen Einlasses des jeweiligen Zylinders (Z1 bis Z4), wobei in dem Ansaugtrakt (1) ein Hauptpfad (9) ausgebildet ist und ein Rezirkulationspfad (14) ausgebildet ist mit einem Rezirkulations-Stellglied (18), einem Rezirkulations-Einlass (15) von dem Hauptpfad (9) in den Rezirkulationspfad (14) und einem Rezirkulations-Auslass (16) von dem Rezirkulationspfad (14) in den Hauptpfad (9), wobei der Rezirkulations-Auslass (16) in dem Hauptpfad (9) stromaufwärts zu dem Rezirkulations-Einlass (15) angeordnet ist, bei dem

– eine Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse (MFF_CP) ermittelt wird, die während des für eine bevorstehende Kraftstoffzumessung maßgeblichen Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders (Z1 bis Z4) in diesen einströmt, wobei die Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse (MFF_CP) abhängig von einem Öffnungsgrad des Tankentlüftungsventils (11) und einem Öffnungsgrad (BDK) des Rezirkulations-Stellglieds (18) ermittelt wird,

– zum Ermitteln der Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse (MFF_CP) ein dynamisches physikalisches Modell des Rezirkulationspfades (14) eingesetzt wird, welches einen Rezirkulations-Ringspeicher (BUF_2) für Rezirkulations-Tankentlüftungswerte (C_HC_BP_IN) einer Kenngröße umfasst, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während einer vorgegebenen Periodenzeitdauer in den Rezirkulationspfad (14) einlassseitig einströmt,

– die Rezirkulations-Tankentlüftungswerte (C_HC_BP_IN) zum Speichern in den Rezirkulations-Ringspeicher (BUF_2) abhängig von zumindest dem Öffnungsgrad (BDK) des Rezirkulations-Stellglieds (18) und abhängig von einem Ausgang-Hauptpfad-Tankentlüftungswert (C_HC_1_OUT) ermittelt werden, der repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer in dem Hauptpfad (9) hin zu dem Rezirkulations-Einlass (15) strömt, und

– ein durch den Rezirkulations-Auslass strömender Rezirkulations-Tankentlüftungswert (C_HC_BP_OUT) abhängig von dem Öffnungsgrad (BDK) des Rezirkulations-Stellglieds (18) aus dem Rezirkulations-Ringspeicher (BUF_2) ermittelt wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt (1), der in mindestens einen Einlass mindestens eines Zylinders (Z1 bis Z4) mündet, mit einem Tankentlüftungsventil (11), das ausgebildet ist zum Steuern eines Einleitens eines Tankentlüftungsstroms in den Ansaugtrakt (1) an einer Einlassstelle (12) stromaufwärts des jeweiligen Einlasses des jeweiligen Zylinders (Z1 bis Z4), wobei in dem Ansaugtrakt (1) ein Hauptpfad (9) ausgebildet ist und ein Rezirkulationspfad (14) ausgebildet ist mit einem Rezirkulations-Stellglied (18), einem Rezirkulations-Einlass (15) von dem Hauptpfad (9) in den Rezirkulationspfad (14) und einem Rezirkulations-Auslass (16) von dem Rezirkulationspfad (14) in den Hauptpfad (9), wobei der Rezirkulations-Auslass (16) in dem Hauptpfad (9) stromaufwärts zu dem Rezirkulations-Einlass (15) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum

– Ermitteln einer Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse (MFF_CP), die während des für eine bevorstehende Kraftstoffzumessung maßgeblichen Arbeitsspiels des jeweiligen Zylinders (Z1 bis Z4) in diesen einströmt,

– Ermitteln der Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse (MFF_CP) abhängig von einem Öffnungsgrad des Tankentlüftungsventils (11) und einem Öffnungsgrad (BDK) des Rezirkulations-Stellglieds (18),

– Ermitteln der Zylinder-Tankentlüftungskraftstoffmasse (MFF, CP) unter Verwendung eines dynamischen, physikalischen Modells des Rezirkulationspfades (14), welches einen Rezirkulations-Ringspeicher (BUF_2) für Rezirkulations-Tankentlüftungswerte (C_HC_BP_IN) einer Kenngröße umfasst, die repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während einer vorgegebenen Periodenzeitdauer in den Rezirkulationspfad (14) einlassseitig einströmt,

– Ermitteln der Rezirkulations-Tankentlüftungswerte (C_HC_BP_IN) zum Speichern in den Rezirkulations-Ringspeicher (BUF_2) abhängig von zumindest dem Öffnungsgrad (BDK) des Rezirkulations-Stellglieds (18) und abhängig von einem Ausgang-Hauptpfad-Tankentlüftungswert (C_HC_1_OUT), der repräsentativ ist für eine Tankentlüftungskraftstoffmasse, die jeweils während der vorgegebenen Periodenzeitdauer in dem Hauptpfad (9) hin zu dem Rezirkulations-Einlass (15) strömt,

– Ermitteln eines durch den Rezirkulations-Auslass strömenden Rezirkulations-Tankentlüftungswerts (C_HC_BP_OUT) abhängig von dem Öffnungsgrad (BDK) des Rezirkulations-Stellglieds (18) aus dem Rezirkulations-Ringspeicher (BUF_2).






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