Verfahren zur Bestimmung von Betriebsgrößen einer Brennkraftmaschine Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Betriebsgrößen einer Brennkraftmaschine mit Turbolader. Für die Steuerung einer Brennkraftmaschine wird eine Vielzahl von Betriebsgrößen benötigt. Üblicherweise werden für die Erfassung all dieser Betriebsgrößen Drucksensoren, Luftmassensensoren, Temperatursensoren, Drehzahlsensoren etc. vorgesehen. Es ist erstrebenswert, mit möglichst wenig Sensoren auszukommen und einige der Betriebsgrößen ohne Messungen aus anderen Betriebsgrößen herzuleiten. Beispielsweise geht aus der DE 42 14 648 A1 ein System zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader hervor, wobei die Luftmasse im Saugrohr über die Motordrehzahl, die einzuspritzende Kraftstoffmenge, eine rückgeführte Abgasmenge und aus der Leistung des Verdichters und der Turbine des Turboladers ermittelt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, weitere Betriebsgrößen einer Brennkraftmaschine ohne den Einsatz von speziellen Sensoren zu bestimmen.

Vorteile der Erfindung Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß mit Hilfe eines für den Turbolader erfaßten Verdichterkennfeldes, welches den Zusammenhang zwischen der Turbinendrehzahl, dem Verhältnis der Luftdrücke auf der Druck-und der Saugseite des Verdichters und dem dem Verdichter zugeführten Luftmassenstrom angibt, eine dieser Größen bei Vorgabe der anderen Größen hergeleitet wird.

Wie den Unteransprüchen zu entnehmen ist, kann aus dem Verdichterkennfeld der Umgebungsluftdruck bei Vorgabe der Turbinendrehzahl, des Ladeluftdrucks und des dem Verdichter zugeführten Luftmassenstroms ermittelt werden. Oder es kann aus dem Verdichterkennfeld die Turbinendrehzahl bei Vorgabe des Umgebungsdrucks, des Ladeluftdrucks und des dem Verdichter zugeführten Luftmassenstroms bestimmt werden.

Es ist zweckmäßig, entweder dem aus dem Verdichterkennfeld abgeleiteten oder dem gemessenen Umgebungsluftdruck einen Korrekturwert zu überlagern, der einer Kennlinie entnommen wird, die den Zusammenhang zwischen dem Druckabfall an einem im Saugrohr vor dem Verdichter angeordneten Luftfilter und dem nach dem Luftfilter erfaßten Luftmassenstrom angibt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, dem aus dem Verdichterkennfeld abgeleiteten oder dem gemessenen Umgebungsluftdruck einen Korrekturwert zu überlagern, der einer Kennlinie entnommen wird, die den Einfluß der Umgebungslufttemperatur auf den Umgebungsluftdruck wiedergibt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, einen Sensor für die Erfassung der Turbinendrehzahl oder einen Sensor zur Erfassung des Umgebungsluftdrucks einzusparen.

Gemäß einem weiteren Unteranspruch kann vorteilhafterweise die aus dem Verdichterkennfeld hergeleitete Größe zur Diagnose eines Sensors für die gleiche Größe verwendet werden, indem die Abweichung zwischen der hergeleiteten und der vom Sensor erfaßten Größe bestimmt wird.

Zeichnung Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Turbolader, Figur 2 ein Verdichterkennfeld des Turboladers, Figur 3 ein Funktionsdiagramm zur Bestimmung des Umgebungluftdrucks, Figur 4 ein Funktionsdiagramm zur Bestimmung der Turbinendrehzahl des Turboladers und Figur 5 ein Funktionsdiagramm zur Diagnose von Sensorsignalen.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen In der Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Saugrohr 2 und einem Abgaskanal 3 dargestellt. Im Abgaskanal 3 befindet sich eine Turbine 4 eines Abgasturboladers, die mit einem im Saugrohr 2 angeordneten Verdichter 5 mechanisch gekoppelt ist. Zur Regelung des Ladedrucks im Saugrohr wird z. B. die Turbine 4 im Abgaskanal 3 von einem Bypass 6 überbrückt, in dem sich ein steuerbares Ventil 7 befindet.

Zur Erfassung verschiedener Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ist eine Reihe von Sensoren vorgesehen.

Auf der Druckseite des Verdichters 5 befindet sich im Saugrohr 2 ein Sensor 8, der den der Brennkraftmaschine 1 zugeführten Ladedruck ld mißt. Auf der Saugseite des Verdichters 5 befinden sich im Saugrohr 2 ein Temperatursensor 9, der die Umgebungslufttemperatur tu mißt, und ein Sensor 10 (z. B. HFM-Sensor), der die angesaugte Luftmasse lm erfaßt. Desweiteren ist im Saugrohr 2 ein Luftdrucksensor 11 angeordnet, der den Umgebungsluftdruck ud mißt. Der Umgebungsluftdruck ud wird mittels des Sensors 11 in Luftströmungsrichtung gesehen vor einem Luftfilter 12 gemessen, wogegen der Luftmassensensor 10 und der Temperatursensor 9 in Luftströmungsrichtung hinter dem Luftfilter 12 angeordnet sind. Schließlich ist noch ein Drehzahlsensor 13 vorgesehen, der die Turbinendrehzahl nt erfaßt. All die genannten Sensorsignale ld, tu, lm, ud und nt werden über Signalleitungen (stricheliert gezeichnet) einem Steuergerät 14 zugeführt.

Es wird nun davon ausgegangen, daß auf den Sensor 11 zur Bestimmung des Umgebungsluftdrucks ud verzichtet werden soll, und diese Betriebsgröße auf andere Art und Weise aus anderen gemessenen Betriebsgrößen ermittelt werden soll.

Der Umgebungsluftdruck ist eine Größe, die z. B für die Berechnung der höhenabhängigen Ansprechdrehzahl des Abgasturboladers zur Freigabe der Adaption des Ladedruckregelers oder zur Begrenzung des Verdichterdruckverhältnisses zum Schutz vor Verdichterpumpen und vor Überdrehzahl in der Höhe oder zur Abschaltung von ON-Board-Diagnose-Funktionen oberhalb einer gewissen Höhe oder zur Korrektur der Lasterfassungsparameter (z. B.

Restgasdruck im Zylinder) verwendet werden kann.

Wie anstelle des gemessenen Umgebungsluftdrucks ud vom Steuergerät 14 ein Umgebungsluftdruck ud* bestimmt wird, verdeutlicht das in der Figur 3 dargestellte Funktionsdiagramm. Im Steuergerät 14 sind die Daten eines Verdichterkennfeldes KF abgespeichert. Das Verdichterkennfeld eines Turboladers-Figur 2 zeigt ein exemplarisches Verdichterkennfeld-wird üblicherweise vom Hersteller des Abgasturboladers bereitgestellt. Es liefert einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der dem Verdichter zugeführten Luftmasse lm, dem Verdichterdruckverhältnis- das ist der Quotient aus dem Luftdruck auf der Druckseite und dem Luftdruck auf der Saugseite des Verdichters-und der Turbinendrehzahl nt. Das Verdichterkennfeld in der Figur 2 macht deutlich, daß mit steigender Turbinendrehzahl nt (z. B. beginnend mit einer Drehzahl von 60.000 und endend mit einer Drehzahl von 180.000) das Verhältnis zwischen dem Luftdruck ld auf der Druckseite und dem Luftdruck sd auf der Saugseite des Verdichters 5 zunimmt. Die strichlierte Linie im Kennfeld deutet die Pumpgrenze des Turboladers an.

Wie die Figur 3 zeigt, werden dem Block KF, in dem das Verdichterkennfeld des Turboladers abgespeichert ist, die vom Sensor 10 gemessene Luftmasse lm und die vom Sensor 13 erfaßte Turbinendrehzahl nt zugeführt. Aus diesen beiden Größen leitet der Block KF aus dem Verdichterkennfeld die dritte Kennfeldgröße ab, nämlich das Verhältnis des Luftdrucks ld (Ladedruck) auf der Druckseite des Verdichters und des Luftdrucks sd auf der Saugseite des Verdichters 5.

In einem Dividierblock DV wird dieses Luftdruckverhältnis ld/sd durch den vom Sensor 8 gemessenen Ladedruck ld dividiert, so daß nach einer anschließenden Kehrwertbildung im Block KW der Luftdruck sd auf der Saugseite des Verdichters zur Verfügung steht.

Eigentlich würde der Luftdruck sd auf der Saugseite des Verdichters dem zu ermittelden Umgebungsluftdruck ud* entsprechen. Zwischen beiden besteht aber in der Realität eine gewisse noch zu korrigierende Abweichung, vor allem wegen eines im Saugrohr 2 vorhandenen Luftfilters 12, das einen gewissen Druckabfall verursacht. Deshalb wird in einem ersten Verknüpfungspunkt V1 dem aus dem Verdichterkennfeld KF abgeleiteten Luftdruck sd ein erster Korrekturwert kl additiv überlagert. Dieser erste Korrekturwert kl wird einer Kennlinie KL1 entnommen, die den Zusammenhang zwischen dem Druckabfall an dem Luftfilter 12 und dem nach dem Luftfilter 12 vom Sensor 10 erfaßten Luftmassenstrom lm angibt.

Da auch die Umgebungslufttemperatur einen Einfluß auf den Luftdruck sd hat, wird diesem aus dem Kennfeld KF abgeleiteten Luftdruck sd ein zweiter Korrekturwert k2 in einem zweiten Verknüpfungspunkt V2 additiv überlagert.

Dieser zweite Korrekturwert k2 wird einer Kennlinie KL2 entnommen, die den Einfluß der Umgebungslufttemperatur tu, welche vom Sensor 9 im Saugrohr 2 gemessen wird, auf den Umgebungsluftdruck wiedergibt. Mit den beiden beschriebenen Korrekturmaßnahmen erhält man aus dem vom Verdichterkennfeld KF abgeleiteten Luftdruck sd den tatsächlichen Umgebungsluftdruck ud*. Dieser kann nun im Steuerungsprozeß für die Brennkraftmaschine verwendet werden.

Die Figur 4 zeigt ein Funktionsdiagramm, nach dem die Turbinendrehzahl nt ermittelt werden kann, wenn auf den Sensor 13 verzichtet werden soll. In diesem Fall werden dem Block KF, in dem das Verdichterkennfeld abgespeichert ist, die vom Sensor 10 gemessene Luftmasse lm und das Verhältnis aus dem Ladedruck ld, der auf der Druckseite des Verdichters 5 vom Sensor 8 erfaßt wird, und dem Luftdruck sd auf der Saugseite des Verdichters 5 zugeführt. Mit diesen beiden Größen läßt sich dann aus dem Verdichterkennfeld KF die

Turbinendrehzahl nt* ableiten. Das Verhältnis aus dem Ladedruck ld und dem Luftdruck sd auf der Saugseite des Verdichters 5 kann z. B. mittels eines Multiplizierers MP gebildet werden, der den vom Sensor 8 gemessenen Ladedruck ld mit dem vom Block KW gebildeten Kehrwert des Luftdrucks sd auf der Saugseite des Verdichters 5 mulitpliziert.

Der Luftdruck sd auf der Saugseite des Verdichters 5 entspricht eigentlich dem Umgebungsluftdruck ud, der vom Sensor 11 erfaßt wird. Wie bereits im Zusammenhang mit der Figur 3 beschrieben, gibt es aber eine Abweichung zwischen dem gemessenen Umgebungsluftdruck ud und dem Luftdruck sd auf der Saugseite des Verdichters, die auf den vom Luftfilter 12 verursachten Druckabfall und den Einfluß der Umgebungstemperatur auf den Luftdruck sd zurückzuführen ist.

Wie schon bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 werden auch hier die bereits oben beschriebenen Korrekturwerte kl und k2 gebildet, welche die beiden Einflüsse dadurch kompensieren, daß sie in den Verknüpfungspunkten V3 und V4 dem vom Sensor 11 gemessenen Umgebungsluftdruck ud subtraktiv überlagert werden, wobei sich dann der tatsächlich auf der Saugseite des Verdichters 5 vorherrschende Luftdruck sd ergibt.

Die aus dem Verdichterkennfeld KF, wie anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben, hergeleiteten Größen, nämlich der Umgebungsluftdruck ud* und die Turbinendrehzahl nt* können auch zur Fehlerdiagnose eines vorhandenen Sensors 11, der den Umgebungsluftdruck ud mißt, bzw. eines Sensors 13, der die Turbinendrehzahl nt erfaßt, herangezogen werden. Eine solche Fehlerdiagnose kann gemäß dem in Figur 5 dargestellten Funktionsdiagramm ablaufen. Dabei wird mittels eines Subtrahierers DF die Ablage zwischen dem gemessenen Umgebungsdruck ud und dem aus dem Verdichterkennfeld hergeleiteten Umgebungsdruck ud* bzw. zwischen der

gemessenen Turbinendrehzahl nt und der aus dem Verdichterkennfeld hergeleiteten Turbinendrehzahl nt* bestimmt. Die Ablage wird einem Schwellwertentscheider SE zugeführt, der diese mit einem Schwellwert S vergleicht, der dem Schwellwertentscheider SE als veränderbare Größe zugeführt wird. Übersteigt die Ablage den vorgegebenen Schwellwert S, so gibt der Schwellwertentscheider SE an seinem Ausgang ein Fehlersignal fe ab, das darauf hindeutet, daß der betreffende Sensor 11 bzw. 8 defekt ist.