DE10003214A1 - Inlet and outlet port channel pressure estimation involves estimating inlet and outlet port channel pressure based on throttle valve position, engine speed, crankshaft angle, momentary valve motion, and combustion chamber pressure - Google Patents
Inlet and outlet port channel pressure estimation involves estimating inlet and outlet port channel pressure based on throttle valve position, engine speed, crankshaft angle, momentary valve motion, and combustion chamber pressureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung des Einlaßkanal- und Auslaßkanaldrucks eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 und eine Parameterschätzeinrichtung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 10 und 11.The invention relates to a method for estimating the intake duct and Exhaust duct pressure of an internal combustion engine according to the preamble of Claim 1 and a parameter estimation device according to the preamble of Claims 10 and 11.
Um optimale Verbrennung in einem Verbrennungsmotor zu gewährleisten, ist es notwendig, das genaue Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsraum zu kennen und zu beeinflussen.To ensure optimal combustion in an internal combustion engine, it is necessary to know the exact air-fuel ratio in the combustion chamber and to influence.
Mit der Einführung des Brennraumdrucksensors wurde die Möglichkeit einer Bestimmung des aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verbessert. Frühere Berechnungsmodelle haben hierzu lediglich wenige Eckpunkte [5] oder Momente [3] des Brenndraumdrucks verwendet. Direkte Bestimmung von Abgas-Zielgrößen, ohne Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wurde in [4] vorgeschlagen. Genauer kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt werden, wenn der Restgasgehalt der Zylinder bekannt ist. Bei der Bestimmung dieser Größen ist die Kenntnis des Druckverlaufs in den Ein- und Auslaßkanälen wichtig - dann kann z. B. das Model von Fox, Cheng und Heywood [2] zur Schätzung des Restgasgehalts verwendet werden. Eine direkte Messung dieser Druckverläufe mittels in den Ein- und Auslaßkanälen untergebrachten Drucksensoren ist zu kostspielig. Die einfachste Möglichkeit ist es, den Druck im Auslaßkanal als gleich dem Umgebungsdruck anzunehmen. Der Druck im Einlaßkanal wird an eine Saugrohrdruckmessung, gültig für alle Zylinder, angeglichen. Eine andere Möglichkeit ist, auf eine Messung auf einem Prüfstand auszuweichen [1]. Die in einigen statischen Arbeitspunkten des Verbrennungsmotors gemessenen Druckverläufe ("Niederdruckindizierung") werden dann als Kennfelder abgelegt, und zur Motorsteuerung direkt oder indirekt verwendet.With the introduction of the combustion chamber pressure sensor, the possibility of a Determination of the current air-fuel ratio improved. Former Calculation models only have a few key points [5] or moments [3] of the combustion chamber pressure used. Direct determination of exhaust gas target values without Estimation of the air-fuel ratio was proposed in [4]. The air-fuel ratio can be determined more precisely if the residual gas content the cylinder is known. When determining these quantities, knowledge of the Pressure curve in the inlet and outlet channels important - then z. B. the model of Fox, Cheng and Heywood [2] can be used to estimate the residual gas content. A direct measurement of these pressure profiles by means of the inlet and outlet channels housed pressure sensors is too expensive. The easiest way is to use the Assume pressure in the outlet channel as equal to the ambient pressure. The pressure in The intake port is adjusted to an intake manifold pressure measurement that applies to all cylinders. Another option is to switch to a measurement on a test bench [1]. The measured in some static operating points of the internal combustion engine Pressure curves ("low pressure indexing") are then stored as maps, and used for motor control directly or indirectly.
Diese dem heutigen Stand der Technik entsprechende Lösung bezieht sich jedoch lediglich auf die genannten gewählten statischen Arbeitspunkte des Verbrennungsmotors. Sie erfaßt keine kausalen Zusammenhänge zwischen Drehzahl, Last und Zylinder-Brennraumdruck, und ist dadurch auf Zustände, die von den gewählten Referenz-Arbeitspunkten abweichen, nur grob (z. B. durch Interpolation) übertragbar.However, this solution, which corresponds to the current state of the art, relates only to the selected static working points of the Internal combustion engine. It does not record any causal relationships between speed, Load and cylinder combustion chamber pressure, and is thereby due to conditions different from those selected reference operating points differ, only roughly (e.g. through interpolation) transferable.
Insbesondere in dynamischen Zuständen (Last- und Drehzahlwechsel) kann lediglich eine grobe Schätzung durchgeführt werden, die zu einer suboptimalen Verbrennung führt.Especially in dynamic states (load and speed changes) only a rough estimate can be made leading to suboptimal combustion leads.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schätzung, das den funktionalen Zusammenhang bei Last- und Drehzahlwechsel zwischen dem Zylinder- Brennraumdruck und dem Einlaßkanal- und Auslaßkanaldruck wiedergibt und entsprechende Parameterschätzeinrichtungen anzugeben. The object of the invention is to provide a method for estimating the functional Relationship between load and speed changes between the cylinder Combustion chamber pressure and the inlet duct and outlet duct pressure and to provide appropriate parameter estimation facilities.
Die Erfindung in Bezug auf das Verfahren ist im Patentanspruch 1 und auf die Parameterschätzeinrichtung in den Patentansprüchen 10 und 11 beschrieben.The invention with respect to the method is in claim 1 and Parameter estimation device described in claims 10 and 11.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous training and further education are specified in the subclaims.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß anhand der Messgrössen für die Drosselklappenstellung (D), der Motordrehzahl (R), dem Kurbelwellenwinkel (W), dem momentanen Ventilhub (VEi, VAi) und dem Brennraumdruck im i-ten Zylinder (Zi) der funktionale Zusammenhang zwischen Zylinderbrennraumdruck und dem Ein- und Auslaßkanaldruck gegeben ist und zur Schätzung des Ein- und Auslaßdruckes genutzt wird. Anhand dieser geschätzten Werte läßt sich der Restgasgehalt in den Zylindern schätzen. Mit Kenntnis des Restgasgehaltes läßt sich die Motorsteuerung verbessern, insbesondere durch Berücksichtigung des Restgasgehaltes bei Ermittlung der optimalen Kraftstoffmenge.The invention has the advantage that based on the measured variables for the throttle valve position (D), the engine speed (R), the crankshaft angle (W), the current valve lift (VE i , VA i ) and the combustion chamber pressure in the i-th cylinder (Z i ) the functional relationship between the cylinder combustion chamber pressure and the intake and exhaust port pressure is given and is used to estimate the intake and exhaust pressure. The residual gas content in the cylinders can be estimated on the basis of these estimated values. With knowledge of the residual gas content, the engine control can be improved, in particular by taking the residual gas content into account when determining the optimal fuel quantity.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das dynamische Verhalten (unterschiedlicher Last- und Drehzahlwechsel des Motors) mit den Schätzstrukturen wiedergegeben wird, durch Rückführung der vorherigen Schätzwerte für den Druck in den Einlaß- und Auslaßkanälen (Ei; Ai) je Zylinder in den erneuten Schätzvorgang.Another advantage is that the dynamic behavior (different load and speed changes of the engine) is reproduced with the estimation structures by returning the previous estimates for the pressure in the intake and exhaust ports (E i ; A i ) per cylinder in the renewed estimation process.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen.The invention is described using exemplary embodiments with reference on schematic drawings.
Fig. 1 zeigt die Schätzerstruktur 1 für Einlaß, Fig. 1 shows the structure 1 estimator for inlet,
Fig. 2 zeigt den Schätzerselektor der Schätzstruktur 1 für Einlaß Fig. 2 shows the structure 1 Schätzerselektor the estimate for inlet
Fig. 3 zeigt die Schätzstruktur 1 für Auslaß Fig. 3 shows the structure 1 for estimating outlet
Fig. 4 zeigt den Schätzselektor der Schätzstruktur 1 für Auslaß Fig. 4 shows the Schätzselektor the estimated structure 1 for outlet
Fig. 5 zeigt die Schätzerstruktur 2 für Einlaß Fig. 5 shows the estimator structure 2 for inlet
Fig. 6 zeigt die Schätzerstruktur 2 für Auslaß Fig. 6 shows the estimator structure 2 for outlet
Fig. 7 zeigt die Parameterschätzeinheit der Schätzstruktur 1 für Einlaß Fig. 7, the parameter estimation unit according to the estimated structure 1 for inlet
Fig. 8 zeigt die Parameterschätzeinheit der Schätzstruktur 1 für Auslaß Fig. 8, the parameter estimation unit according to the estimated structure 1 for outlet
Fig. 9 zeigt die Parameterschätzeinheit der Schätzstruktur 2 für Einlaß Fig. 9, the parameter estimation unit according to the estimated structure 2 for inlet
Fig. 10 zeigt die Parameterschätzeinheit der Schätzstruktur 2 für Auslaß. Fig. 10 shows the parameter estimating unit estimates the structure 2 for the outlet.
Um den Druck in den Einlaß- und Auslaßkanälen (Ei und Ai, i Zylinder-Index) eines
Verbrennungsmotors aus dem gemessenen Druck in einzelnen Zylindern zu schätzen
sind folgende Größen zu messen:
To estimate the pressure in the intake and exhaust ports (E i and A i , i cylinder index) of an internal combustion engine from the measured pressure in individual cylinders, the following parameters must be measured:
- 1. Drosselklappenstellung D1. Throttle position D
- 2. Motordrehzahl R2. Engine speed R
- 3. Kurbelwellenwinkel W (0 bis 720 Grad)3.crankshaft angle W (0 to 720 degrees)
- 4. Brennraumdruck im i-ten Zylinder Zi 4. Combustion chamber pressure in the i-th cylinder Z i
Diese Meßgrößen werden einer Schätzerstruktur zugeführt, die dann den Ein- und Auslaßkanaldruck prognostiziert.These measured variables are fed to an estimator structure which then inputs and Outlet duct pressure predicted.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine erste Schätzerstruktur beschrieben, die
für jede zulässige Kombination von offenen Ventilen einen gesonderten Teil-Schätzer
enthält. Jeder dieser Teil-Schätzer erhält als Eingangsdaten
In a first exemplary embodiment, a first estimator structure is described which contains a separate partial estimator for each permissible combination of open valves. Each of these partial estimators receives input data
- 1. Drosselklappenstellung D1. Throttle position D
- 2. Motordrehzahl R, sowie2. Engine speed R, as well
- 3. Innendrücke der Zylinder Zi, deren Ventile offen sind.3. Internal pressures of cylinders Z i , the valves of which are open.
Beispielhaft ist in einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor die Reihenfolge der Zündung 1-3-4-2. Die Öffnungszeiten der Ventile zweier nacheinander zündender Zylinder überschneiden sich. Es sind folgende Kombinationen offener Einlaß- bzw. Auslaßventile möglich: 1, 1 + 3, 3, 3 + 4, 4, 4 + 2, 2, 2 + 1. Für jede derartige Kombination wird ein Teil-Schätzer bereitgestellt, und zwar gesondert für den Ein- und Auslaßdruck von jedem Zylinder. Der Schätzer für den Einlaßdruck des 2. Zylinders setzt sich z. B. aus 8 Teil-Schätzern zusammen, die jeweils die für diese Kombination gültige Schätzung ermitteln. Diejenige dieser Teilschätzungen für den Einlaßkanaldruck, die für die Kombination von offenen Einlaßventilen des 3. und 4. Zylinders aktiviert wird, ist als E2 (3+4) dargestellt.The sequence of ignition 1-3-4-2 is exemplary in a four-cylinder internal combustion engine. The opening times of the valves of two sequentially firing cylinders overlap. The following combinations of open intake and exhaust valves are possible: 1, 1 + 3, 3, 3 + 4, 4, 4 + 2, 2, 2 + 1. A partial estimator is provided for each such combination, specifically for the inlet and outlet pressure of each cylinder. The estimator for the inlet pressure of the 2nd cylinder is set e.g. B. composed of 8 partial estimates, each of which determines the estimate valid for this combination. That of these partial estimates for the intake port pressure that is activated for the combination of open intake valves of the 3rd and 4th cylinders is shown as E 2 (3 + 4) .
Weitere Teilschätzungen für den Einlaßkanaldruck sind E2 (1), E2 (1+3), E2 (3), . . ., E2 (2+1). Further partial estimates for the inlet duct pressure are E 2 (1) , E 2 (1 + 3) , E 2 (3) ,. , ., E 2 (2 + 1) .
Für die Teilschätzungen des Einlaßkanaldrucks des 3. Zylinders gilt E3 (1), E3 (1+3), E3 (3), . . ., E3 (2+1) E 3 (1) , E 3 (1 + 3) , E 3 (3) , apply to the partial estimates of the intake port pressure of the 3rd cylinder. , ., E 3 (2 + 1)
Für die Teilschätzungen des Auslaßkanaldrucks des 2. Zylinders gilt A2 (1), A2 (1+3), A2 (3) . . ., A2 (2+1).A 2 (1) , A 2 (1 + 3) , A 2 (3) apply to the partial estimates of the outlet duct pressure of the 2nd cylinder. , ., A 2 (2 + 1) .
Diese erste Schätzerstruktur für Einlaß eines Zylinder ist in Fig. 1 und für Auslaß eines
Zylinders in Fig. 3 dargestellt. Die Teilschätzungen des Einlaßkanaldrucks der Teil-
Schätzer Fi (j) und des Auslaßkanaldrucks der Teilschätzer Gi (j) , die einem offenen
Einlaß- bzw. Auslaßventil j entsprechen, werden durch den funktionalen
Zusammenhang
This first estimator structure for inlet of a cylinder is shown in FIG. 1 and for outlet of a cylinder in FIG. 3. The partial estimates of the inlet duct pressure of the part estimators F i (j) and the outlet duct pressure of the part estimators G i (j) , which correspond to an open inlet and outlet valve j, are determined by the functional relationship
Ei,t (j) = Fi (j)(D, R, Zj,t, Ei,t-1)
E i, t (j) = F i (j) (D, R, Z j, t , E i, t-1 )
und
and
Ai,t (j) = Gi (j)(D, R, Zj,t, Ai,t-1)
A i, t (j) = G i (j) (D, R, Z j, t , A i, t-1 )
dargestellt.shown.
Die Teilschätzungen des Einlaßkanaldrucks der Teil-Schätzer Fi (j+k) und des
Auslaßkanaldrucks der Teilschätzer Gi (j+k), die einer Kombination zweier offener
Einlaß- bzw. Auslaßventile j und k entsprechen, werden durch den funktionalen
Zusammenhang
The partial estimates of the inlet duct pressure of the part estimators F i (j + k) and the outlet duct pressure of the part estimators G i (j + k) , which correspond to a combination of two open inlet and outlet valves j and k, are determined by the functional relationship
Ei,t (j+k) = Fi (j+k)(D, R, Zj,t, Zk,t, Ei,t-1)
E i, t (j + k) = F i (j + k) (D, R, Z j, t , Z k, t , E i, t-1 )
und
and
Ai,t (j+k) = Gi (j+k)(D, R, Zj,t, Zk,t, Ai,t-1)
A i, t (j + k) = G i (j + k) (D, R, Z j, t , Z k, t , A i, t-1 )
dargestellt.shown.
Durch die Rückführung der Schätzung Ei,t, Ai,t an die Eingänge aller Teil-Schätzer werden dynamische Vorgänge dargestellt.By returning the estimate E i, t , A i, t to the inputs of all partial estimators, dynamic processes are represented.
In jedem Abtastschritt (z. B. pro Grad Kurbewellenwinkel W) werden die Eingangswerte W, D, R und Zi an die Eingänge gelegt, und nach der Verarbeitung wird die Schätzung Ei bzw. Ai am Ausgang ausgelesen. Die zeitliche Indizierung t ist in den Figuren nicht dargestellt. Die Verzögerung um einen Abtastschritt wird durch den Block "Delay" angegeben.In each sampling step (e.g. per degree of short wave angle W), the input values W, D, R and Z i are applied to the inputs, and after processing the estimate E i or A i is read out at the output. The temporal indexing t is not shown in the figures. The delay by one sampling step is specified by the "Delay" block.
Die Blöcke VHEi und VHAi enthalten die Hubkennfelder für einzelne Ventile. Deren Ausgang ist der bei gegebenem Kurbelwellenwinkel W gültige momentane Ventilhub VEi, VAi.The blocks VHE i and VHA i contain the stroke maps for individual valves. Its output is the instantaneous valve lift VE i , VA i valid at a given crankshaft angle W.
In den Figuren sind die Größen Zi und VEi bzw. Zi und VAi zu Wertepaaren {Zi, VEi} bzw. {Zi, VAi} zusammengefaßt und werden den jeweiligen Teilschätzern zugeführt. Der Block "Schätzer-Selektor" hat die Funktion, den für die jeweils gültige Ventilkombination zuständigen Teil-Schätzer zu aktivieren. In den Fig. 2 und 4 sind die Schätzselektoren für den Einlaß und Auslaß dargestellt. Der Schätzer-Selektor ermittelt aus dem aktuellen Kurbelwellenwinkel W, welche Teilschätzung im gegebenen Augenblick zutrifft. Die Blöcke vom Typ EOi (Einlaßventil i offen ?) und AOi (Auslaßventil offen) enthalten Kennfelder für Öffnungs- und Schließ- Kurbelwellenwinkel W des jeweiligen Ventils des i-ten Zylinders, und liefern Bit "1", falls das Ventil bei gegebenem W offen ist, sonst Bit "0".In the figures, the variables Z i and VE i or Z i and VA i are combined into pairs of values {Z i , VE i } and {Z i , VA i } and are supplied to the respective partial estimators. The "estimator selector" block has the function of activating the partial estimator responsible for the respectively valid valve combination. In FIGS. 2 and 4, the Schätzselektoren are shown for the inlet and outlet. The estimator selector determines from the current crankshaft angle W which partial estimate applies at the given moment. The blocks of type EO i (inlet valve i open?) And AO i (outlet valve open) contain maps for opening and closing crankshaft angles W of the respective valve of the i-th cylinder, and supply bit "1" if the valve is given W is open, otherwise bit "0".
Der Block "Bit-Verkettung" macht aus den (bei einem Vierzylinder-Motor) vier Eingangs-Bits eine Bit-Kette. Die Blöcke des Typs VS sind Schalter. Sie öffnen, falls die zwei Eingangs-Bitketten (d. h., im Falle des obersten VS-Blocks, die Bit-Kette aus dem Block "Bit-Verkettung" und die Bit-Ketten-Konstante "1000") identisch sind. Damit wird die für die jeweilige Kombination von offenen Ventilen gültige Schätzung ausgewählt und als Ei bzw. Ki hinausgeführt.The "bit chaining" block turns the four input bits (in a four-cylinder engine) into a bit chain. The VS type blocks are switches. They open if the two input bit strings (ie, in the case of the uppermost VS block, the bit string from the "bit chaining" block and the bit string constant "1000") are identical. In this way, the estimate valid for the respective combination of open valves is selected and taken out as E i or K i .
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine zweite Schätzerstruktur beschrieben, die z. B. bei einem 4-Zylinder-Motor aus einem Einlaß- und einem Auslaß- Freiströmungsmodell sowie 4 Ein- und 4 Auslaßdruckschätzern besteht. Die Schätzerstruktur für den Einlaß ist in Fig. 5 und die Schätzerstruktur für den Auslaß ist in Fig. 6 dargestellt. In a further embodiment, a second estimator structure is described, which, for. B. in a 4-cylinder engine consists of an inlet and an outlet free-flow model and 4 inlet and 4 outlet pressure estimators. The estimator structure for the inlet is shown in FIG. 5 and the estimator structure for the outlet is shown in FIG. 6.
Das Freiströmungsmodell HE bzw. HA beschreibt das Verhalten des hypothetischen Ein-
bzw. Auslaßdrucks bei freier Ein- und Ausströmung (DEi,t, DAi,t), ohne
Berücksichtigung der Rückströmeffekte aus anderen Zylindern, in Abhängigkeit von
der Drosselklappenstellung D, der Drehzahl R, sowie einer hypotetischen
Strömungsgröße, die sich als Produkt von
The free flow model H E or H A describes the behavior of the hypothetical inlet and outlet pressure with free inflow and outflow (DE i, t , DA i, t ), without taking into account the backflow effects from other cylinders, depending on the throttle valve position D. , the speed R, and a hypotetic flow quantity, which is the product of
- - der Differenz zwischen dem Brennraumdruck Zi,t und dem zuletzt geschätzten Ein- und Auslaßdruck Ei,t-1, Ai,t-1 (die Verzögerung ist durch den Schätzvorgang selbst bedingt) einerseits- The difference between the combustion chamber pressure Z i, t and the last estimated inlet and outlet pressure E i, t-1 , A i, t-1 (the delay is due to the estimation process itself) on the one hand
- - und einer nichlinearen steigenden Funktion f des momentanen Ventilhubs VEi,t bzw. VAi,t mit der Eigenschaft f(0) = 0 berechnet.- And a non-linear increasing function f of the current valve lift VE i, t or VA i, t with the property f (0) = 0 calculated.
Die Funktion f beschreibt den Zusammenhang zwischen dem momentanen Ventilhub VEi,t bzw. VAi,t und der Durchlässigkeit des Ventils für Strömung (z. B. den effektiven Strömungsquerschnitt).Function f describes the relationship between the current valve lift VE i, t or VA i, t and the permeability of the valve to flow (e.g. the effective flow cross-section).
Der Ein- und Auslaßdruck bei freier Ein- und Ausströmung DEi,t, DAi,t, wird als
Funktion der Freiströmungsmodelle HE und HA
The inlet and outlet pressure with free inflow and outflow DE i, t , DA i, t , is a function of the free flow models H E and H A
DEi,t, = HE(D, R, (Zi,t - Ei,t-1)f(VEi,t))
DE i, t , = H E (D, R, (Z i, t - E i, t-1 ) f (VE i, t ))
und
and
DAi,t = HA(D, R, (Zi,t - Ai,t-1)f(VAi,t))
DA i, t = H A (D, R, (Z i, t - A i, t-1 ) f (VA i, t ))
dargestellt.shown.
Bei geschlossenem Ventil ist die Funktion f und somit auch deren Produkt mit der Druckdifferenz gleich Null. Der Brennraumdruck des betroffenen Zylinders hat keinen Einfluß auf die Schätzung.When the valve is closed, the function is f and thus its product with the Pressure difference equal to zero. The combustion chamber pressure of the affected cylinder has none Influence on the estimate.
Die Rückführung der Drücke Ei,t und Ai,t, in einem erneuten Schätzvorgang ermöglicht die Erfassung dynamischer Aspekte des Strömungsverhaltens. Die zeitliche Indizierung t ist in den Figuren nicht dargestellt. Die Verzögerung um einen Abtastschritt wird durch den Block "Delay" angegeben. The feedback of the pressures E i, t and A i, t in a renewed estimation process enables the detection of dynamic aspects of the flow behavior. The temporal indexing t is not shown in the figures. The delay by one sampling step is specified by the "Delay" block.
Das Freiströmungsmodell ist unterschiedlich für Ein- und Auslaß, jedoch gemeinsam für alle Zylinder. Dies ist begründet durch die identische Form alle Zylinder.The free flow model is different for inlet and outlet, but common for all cylinders. This is due to the identical shape of all cylinders.
Die Unterschiede in den Ein- und Auslaßkanälen werden in den eigentlichen Schätzern
von Ein- und Auslaßdruck Ki, Li berücksichtigt. Die Freiströmungsdrücke DEi,t, Dai,t
aller z. B. i = 1 bis 4 Zylinder werden verwendet, um die gegenseitigen Einflüsse durch
Strömungen im Einlaß- und Auslaß-Rohrsystem zu erfassen:
The differences in the inlet and outlet channels are taken into account in the actual estimators of inlet and outlet pressure K i , L i . The free flow pressures DE i, t , Da i, t of all z. B. i = 1 to 4 cylinders are used to measure the mutual influences caused by flows in the inlet and outlet pipe systems:
Ei,t = Ki(D, R, DE1,t, DE2,t, DE3,t, DE4,t, Ei,t-1)
E i, t = K i (D, R, DE 1, t , DE 2, t , DE 3, t , DE 4, t , E i, t-1 )
Ai,t = Li(D, R, DA1,t, DA2,t, DA3,t, DA4,t, Ai,t-1)A i, t = L i (D, R, DA 1, t , DA 2, t , DA 3, t , DA 4, t , A i, t-1 )
Der Ein- und Auslaßdruck Ei,t, Ai,t, wird dadurch nicht nur durch den jeweiligen Zylinder, sondern durch Rückströme aus allen Zylindern im Ein- und Auslaßkanalgefüge beeinflußt.The inlet and outlet pressure E i, t , A i, t is influenced not only by the respective cylinder, but also by return flows from all cylinders in the inlet and outlet channel structure.
Die in den Schätzern F, G, K, L und in den Freiströmungsmodellen HE, HA verwendeten Funktionen werden aus Messungen an einem technisch einwandfreien Motor durch ein numerisches Identifikationsverfahren ermittelt. Insbesondere eignen sich dafür auf neuronalen Netzen basierende Verfahren. In diesem Fall spielen die Netzgewichte die Rolle von freien Parametern, deren Werte während der Ermittlung der Schätzer aus Meßdaten angepaßt werden.The functions used in the estimators F, G, K, L and in the free flow models H E , H A are determined from measurements on a technically perfect engine using a numerical identification method. Methods based on neural networks are particularly suitable for this. In this case, the network weights play the role of free parameters, the values of which are adjusted during the determination of the estimators from measured data.
Zusätzlich zu den Meßgrößen Drosselklappenstellung D, Motordrehzahl R, Kurbelwellenwinkel W und Brennraumdruck Zi für alle Zylinder werden mit zusätzlichen Meßvorrichtungen (z. B. auf einem Motorenprüfstand) die Ein- und Auslaßdrücke EMi und AMi für verschiedene Last- und Motordrehzahlzustände gemessen und gespeichert.In addition to the measured variables throttle valve position D, engine speed R, crankshaft angle W and combustion chamber pressure Z i for all cylinders, the inlet and outlet pressures EM i and AM i for various load and engine speed states are measured with additional measuring devices (e.g. on an engine test bench) saved.
In den Fig. 7 bis 10 sind Parameterschätzeinheiten für den Ein- und Auslaß dargestellt, die aus einer Speichereinrichtung, einer Schätzeinrichtung und einer Optimiereinrichtung bestehen. In Fig. 7 und 8 wird ein Schätzverfahren mit der ersten Schätzstruktur und in den Fig. 9 und 10 wird ein Schätzverfahren mit der zweiten Schätzstruktur durchgeführt.In Figs. 7 to 10 parameter estimation units are shown for the inlet and outlet, consisting of a storage means, estimating means and an optimizer. In Figs. 7 and 8, an estimation method with the first estimation structure and in Figs. 9 and 10, an estimation method is carried out with the second estimation structure.
In der Speichereinrichtung sind erfaßte Zeitreihen von Meßdaten gespeichert. In jedem Optimierungsschritt wird der vom Schätzer errechnete Ein- bzw. Auslaßkanaldruck Ei., Ai dem Optimierungsalgorithmus zugeführt. Aus der Abweichung dieser Werte von den gespeicherten Ein- und Auslaßdrücken EMi und AMi errechnet der Optimierungsalgorithmus eine Modifikation der internen Schätzerparameter, die zur Verbesserung der Schätzgenauigkeit, d. h. zur Minimierung der Differenz zwischen Ei und EMi bzw. Ai und AMi führt. Durch iterative Anwendung des Optimierungsschritts wird optimale Schätzgenauigkeit erzielt.Detected time series of measurement data are stored in the memory device. In each optimization step, the inlet and outlet duct pressure E i ., A i calculated by the estimator is fed to the optimization algorithm. From the deviation of these values from the stored inlet and outlet pressures EM i and AM i, the optimization algorithm calculates a modification of the internal estimator parameters which is used to improve the estimation accuracy, ie to minimize the difference between E i and EM i or A i and AM i leads. Iterative application of the optimization step achieves optimal estimation accuracy.
Mit einer Parameterschätzeinrichtung für einen Zylinder und einer Schätzerstruktur 1 gemäß Fig. 7 und. 8 verändert die Optimiereinheit iterativ alle freien Parameter der Teilschätzer Fi (k) und Fi (k+l) bzw. Gi (k) und Gi (k+l).With a parameter estimation device for a cylinder and an estimator structure 1 according to FIGS. 7 and. 8, the optimization unit iteratively changes all free parameters of the partial estimators F i (k) and F i (k + l) or G i (k) and G i (k + l) .
Mit einer Parameterschätzeinrichtung und einer Schätzerstruktur 2 gemäß Fig. 9 und Fig. 10 werden die Parameter der Freiströmungsmodelle und der Schätzer HE und Ki bzw. HA und Li angepaßt. Die Blöcke vom Typ HE und HA stellen das gleiche (bei einem Vierzylinder vervierfachte) Freiströmungsmodell dar, dem verschiedene, dem jeweiligen Zylinder zugeordnete Eingangssignale zugeführt werden. Dementsprechend besitzt dieser Block nur einen Satz von freien Parametern, die durch die Optimiereinrichtung angepaßt werden. Dies wird durch die gepunktete Umrandung aller dieser Blöcke symbolisiert.With a parameter estimator and an estimator structure 2 shown in FIG. 9 and FIG. 10 are adapted to the parameters of the free flow models and the estimator H E and K i or H A and L i. The blocks of type E and H H A represent the same constitute (for a four-cylinder quadrupled) free flow model, associated input signals are supplied to the different, the respective cylinder. Accordingly, this block has only one set of free parameters that are adjusted by the optimizer. This is symbolized by the dotted outline of all of these blocks.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Schätzstrukturen beschränkt, da der funktionelle Zusammenhang der Meßgrößen auch mit anderen Schätzstrukturen wie z. B. einem analytischen strömungsmechanischen Prognosenmodell zur Ermittlung des Einlaß- und Auslaßkanaldrucks dargestellt werden kann. The invention is not limited to the specified estimation structures, since the functional connection of the measured variables also with other estimation structures like e.g. B. an analytical fluidic forecasting model to determine the Inlet and outlet duct pressure can be represented.
[1] Hart, M., Ziegler, M. und Loffeld, O.: Adaptive Estimation of Cylinder Air Mass
Using the Combustion Pressure, SAE Paper No. 98P-42, 1998.
[2] Fox., J. W., Cheng, W. K. und Heywood, J. B.: A Model for Predicting Residual Gas
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