DE10102914C1 - Verfahren zum Ermitteln eines Schätzwertes eines Massenstroms in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Ermitteln eines Schätzwertes eines Massenstroms in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Ein Messwert (MAP_MES) eines Saugrohrdrucks ist die Führungsgröße eines Regelkreises. Die Regelgröße ist ein Schätzwert (MAP_EST) des Saugrohrdrucks, der abhängig von der Stellgröße des Regelkreises ermittelt wird. Die Stellgröße wird abhängig von der Differenz des Schätzwertes (MAP_EST) und eines Messwertes (MAP_MES) des Saugrohrdrucks und abhängig von der zeitlichen Änderung des Messwertes (MAP_MES) des Saugrohrdrucks berechnet. Ein Schätzwert (MAF_EST) des Massenstroms in den Ansaugtrakt (1) wird abhängig von der Stellgröße berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Schätzwertes eines Massenstroms in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.
Aus der EP 0 886 725 B1 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Schätzwertes eines Massenstroms in die Zylinder einer Brenn­ kraftmaschine bekannt. Dabei wird abhängig von einem Messwert eines Massenstroms stromauf einer Drosselklappe in dem An­ saugtrakt, dem Öffnungsgrad der Drosselklappe, der Drehzahl, der Kurbelwelle, einem Messwert des Saugrohrdrucks und weite­ ren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine der Schätzwert des Massenstroms in die Zylinder der Brennkraftmaschine ermit­ telt. Dazu ist ein dynamisches Modell des Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine vorgesehen. Das dynamische Modell wird im Betrieb korrigiert abhängig von dem Messwert des Massenstroms in den Ansaugtrakt und von einer Differenz eines Messwertes und eines Schätzwertes des Saugrohrdrucks, die einem Regler zugeführt wird und dessen Stellgröße zur Korrektur des dyna­ mischen Modells des Ansaugtraktes eingesetzt wird.
Bei bestimmten Lastzuständen der Brennkraftmaschine - insbe­ sondere bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern - treten starke Pulsationen der Gasmasse in dem Ansaugtrakt auf, die zu einer starken Verfälschung des Messsignals des Massenstrommessers führen können. Aus der EP 0 886 725 B1 ist es aus diesem Grund bekannt, in diesen Lastzuständen auf eine Korrektur des dynamischen Modells des Ansaugtraktes durch den Messwert des Massenstrommessers zu verzichten. Dies kann je­ doch zu einem Verlust an Präzision bei der Ermittlung von Schätzwerten durch das dynamische Modell des Ansaugtrakts führen.
Aus der DE 39 38 898 A1 ist ein Verfahren zur gravimetrischen Regelung eines Massenstromes von einem bzw. in einen Behäl­ ter, der sich auf einer Waage befindet, unter Benutzung einer pulsierenden Dosierpumpe bekannt. Das Ausgangssignal der Waa­ ge wird derart gefiltert, dass der zeitliche Verlauf des Mas­ senstromes aus dem gefilterten Wegesignal zyklusweise ge­ schätzt wird. Aus diesem Schätzwert des zeitlichen Verlaufes des Massenstromes wird der zeitliche Verlauf eines Hilfsmas­ senstromes berechnet, der die Pulsation des Massenstromes der pulsierenden Dosierpumpe ausgleicht und aus dem zeitlichen Verlauf des Hilfsmassenstroms wird ein Drehzahlverlauf zur Ansteuerung einer Hilfsdosierpumpe berechnet.
Aus der DE 198 25 305 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur der durch ein Saugrohr angesaugten und im Saugrohr gemessenen Luftmasse eines Verbrennungsmotors bekannt. Dabei wird die gemessene Luftmasse mit einem Korrekturfaktor multipliziert, der in Abhängigkeit von einer das Messfehlerausmaß wiederge­ benden Größe und in Abhängigkeit von einer die Messfehler­ richtung wiedergebenden Größe gebildet wird. Vorzugsweise wird die das Messfehlerausmaß wiedergebende Größe mittels Be­ rechnung der Standardabweichung oder der Varianz der gemesse­ nen Luftmasse ermittelt. Die Messfehlerrichtung wiedergebende Größe wird durch mindestens eine weitere Betriebsgröße des Verbrennungsmotors ermittelt. Dadurch können Schwingungen der Luftsäule im Saugrohr (Pulsationen), die zu zuviel Messungen des im Saugrohr befindlichen Sensors führen (unerwünschte Messung der Rückströmung), vermieden werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ermitteln eines Schätzwertes eines Massenstroms in den Ansaugtrakt ei­ ner Brennkraftmaschine zu schaffen, dass auch bei Pulsationen des Massenstroms in dem Ansaugtrakt eine hohe Präzision auf­ weist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati­ schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrich­ tung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines für die Erfindung rele­ vanten Teils der Steuereinrichtung.
Eine Brennkraftmaschine (Fig. 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1 mit vorzugsweise einer Drosselklappe 10 und mit einem Motor­ block 2, der einen Zylinder 20 und eine Kurbelwelle 23 auf­ weist. Ein Kolben 21 und eine Pleuelstange 22 sind dem Zylin­ der 20 zugeordnet. Die Pleuelstange 22 ist mit dem Kolben und der Kurbelwelle 23 gekoppelt.
Ein Zylinderkopf 3 ist vorgesehen, in dem ein Ventiltrieb an­ geordnet ist mit mindestens einem Einlassventil 30 und einem Auslassventil 31. In dem Zylinderkopf 3 ist ferner ein Kraft­ stoff-Injektor 33 eingebracht. Alternativ kann der Kraft­ stoff-Injektor 33 auch im Ansaugtrakt 1 angeordnet sein. Die Brennkraftmaschine ist in der Fig. 1 mit einem Zylinder dar­ gestellt. Sie kann jedoch auch mehrere Zylinder umfassen.
Ferner ist ein Abgastrakt 4 vorgesehen, der über eine Abgas­ rückführung 5 mit dem Ansaugtrakt 1 verbunden ist. In der Ab­ gasrückführung 5 ist ein AGR-Ventil 51 angeordnet, dass zur Einstellung der rückgeführten Abgasmasse vorgesehen ist. Gegebenenfalls kann in der Abgasrückführung 5 auch ein Massen­ strommesser angeordnet sein, der einen Abgasrückführungs- Massenstrom M_EGR erfasst.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und je­ weils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuerein­ richtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer Messgröße ein oder mehrere Stellsignale, die jeweils ein Stellgerät steuern.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungssensor 71, der einen Pe­ dalwert des Fahrpedals 7 erfasst, ein Drosselklappenstel­ lungsgeber 11, welcher einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 10 erfasst, ein Luftmassenmesser 12, der einen Luftmassen­ strom erfasst und ein Saugrohrdrucksensor 13, der einen Saug­ rohrdruck in dem Ansaugtrakt 1 erfasst, ein Temperatursensor 14, der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Drehzahlsensor 24, der die Drehzahl der Kurbelwelle 23 erfasst, und ein Tem­ peratursensor 25, der eine Kühlmitteltemperatur erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Unter­ menge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellgeräte umfassen jeweils einen Stellantrieb und ein Stellglied. Der Stellantrieb ist ein elektromotorischer An­ trieb, ein elektromagnetischer Antrieb, piezoelektrischer An­ trieb oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb. Die Stellglieder sind als Drosselklappe 10, als Kraftstoff- Injektor 33 oder als EGR-Ventil 51 ausgebildet. Auf die Stellgeräte wird im Folgenden mit dem jeweils zugeordneten Stellglied Bezug genommen.
Die Steuereinrichtung 6 ist vorzugsweise als elektronische Motorsteuerung ausgebildet. Sie kann jedoch auch mehrere Steuergeräte umfassen, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, so z. B. über ein Bussystem.
In einem Block B1 (Fig. 2) wird ein MAF_MAN innerhalb des Ansaugtrakts 1 mit folgender Beziehung ermittelt:
MAF_MAN = MAF_MES + M_EGR - MAF_CYL
Wobei MAF_MES den Messwert des Massenstroms in den Ansaug­ trakt bezeichnet, der von dem Massenstrommesser 12 erfasst wird, M_EGR den Abgasrückführungs-Massenstrom, der entweder durch den Massenstromsensor in der Abgasrückführung 5 erfasst wird oder mittels eines Modells als Schätzwert berechnet wird, und MAF_CYL einen Massenstrom in die Zylinder 2 der Brennkraftmaschine bezeichnen, der vorzugsweise mittels eines dynamischen Modells des Ansaugtraktes ermittelt wird, wie es beispielsweise in der EP 0 886 725 B1 beschrieben ist und de­ ren Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist.
In einer Summierstelle S1 wird der Massenstrom MAF_MAN inner­ halb des Ansaugtrakts 1 additiv korrigiert mit dem Korrektur­ wert COR, der weiter unten detailliert beschrieben ist.
In einem Block B2 wird eine Gasmasse MASS_MAN innerhalb des Ansaugtrakts 1 abhängig von dem korrigierten Massenstrom MAF_MAN_COR durch Integration des korrigierten Massenstroms MAF_MAN_COR über die Zeit ermittelt.
In einem Block B3 wird ein Schätzwert MAP_EST des Saugrohr­ drucks mittels der folgenden Beziehung ermittelt:
Dabei bezeichnen R die allgemeine Gaskonstante, VOL das Volu­ men des Ansaugtraktes stromabwärts der Drosselklappe bis hin zum Einlass zu den Zylindern der Brennkraftmaschine und TIA die Ansaugluft-Temperatur oder die Temperatur des Massen­ stroms stromab der Drosselklappe 10.
In einer Summierstelle S2 wird die Differenz des Messwertes MAP_MES und des Schätzwertes MAP_EST des Saugrohrdrucks ge­ bildet. Die Differenz wird dann in einem Block B4 integriert und der integrierte Werte dann zur Summierstelle S3 geführt.
In einem Block B5 wird ein Wert ermittelt, der charakteris­ tisch ist für die Änderung des Messwertes MAP_MES des Saug­ rohrdrucks. Vorzugsweise wird hierzu in dem Block B5 die zeitliche Ableitung des Messwertes MAP_MES des Saugrohrdrucks ermittelt. Diese ist dann Eingangsgröße eines Kennfeldes, mittels dessen in dem Block B6 ein Korrekturfaktor FAC ermit­ telt wird. In einer Multiplizierstelle M1 wird die Differenz des Messwertes MAP_MES und des Schätzwertes MAP_EST des Saug­ rohrdrucks multipliziert mit dem Korrekturfaktor FAC. Dieser Wert wird dann zur Summierstelle S3 geführt und zu dem Integ­ ral, dass in dem Block B4 ermittelt wird, hinzu addiert. Dies ergibt dann den Korrekturwert COR.
In einem Block B7 wird abhängig von dem korrigierten Massen­ strom MAF_MAN_COR innerhalb des Ansaugtrakts 1, dem Abgas­ rückführungs-Massenstrom M_EGR und dem Massenstrom MAF_CYL in die Zylinder der Brennkraftmaschine ein Schätzwert MAF_EST des Luftmassenstroms in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschi­ ne ermittelt. Dies erfolgt mittels folgender Gleichung:
MAF_EST = MAF_MAN_COR - M_EGR + MAF_CYL
Die Blöcke B2, B3, B4, B5, B6 bilden somit einen Regelkreis, dessen Führungsgröße der Messwert MAP_MES des Saugrohrdrucks ist, dessen Regelgröße der Schätzwert MAP_EST des Saugrohr­ drucks ist, dessen Stellgröße der Korrekturwert COR ist, der wiederum korrigiert wird mit dem Massenstrom MAF_MAN inner­ halb des Ansaugtrakts 1 und damit den korrigierten Massen­ strom MAF_MAN_COR innerhalb des Ansaugtrakts 1 bildet.
Durch das Multiplizieren der Differenz des Messwertes MAP_MES und des Schätzwertes MAP_EST des Saugrohrdrucks mit dem Kor­ rekturfaktor FAC, der abhängig von der zeitlichen Änderung des Messwertes MAP_MES des Saugrohrdrucks ermittelt wird, ist auch bei Lastzuständen mit starken Pulsationen des Massen­ stroms in dem Ansaugtrakt eine äußerst präzise Ermittlung des Schätzwertes MAP_EST des Massenstroms in den Ansaugtrakts auf äußerst einfache Art und Weise gewährleistet. Der Korrektur­ faktor FAC ist dabei durch Versuche an einem Motorprüfstand oder durch Simulationen vorab ermittelt und in der Kennlinie abgelegt.
Der Schätzwert MAF_EST kann sogar in einer alternativen Aus­ führungsform ohne den Massenstrom MAF_MAN innerhalb des An­ saugtrakts ermittelt werden. Dazu wird einfach der Massen­ strom MAF_MAN innerhalb des Ansaugtrakts auf den Wert Null gesetzt, was einem Weglassen des Blocks B1 entspricht. So kann also auch vereinfacht ohne die Berechnungen in dem Block B1 ein ausreichend präziser Schätzwert MAF_EST des Massen­ stroms in den Ansaugtrakt ermittelt werden. Eine Einbeziehung des Blocks B1 hat jedoch den Vorteil, dass durch die Berech­ nung des Massenstroms MAF_MAN innerhalb des Ansaugtrakts in dem Block B1 eine grobe Arbeitspunktbestimmung für den Regel­ kreis im Sinne einer Vorsteuerung erfolgt und somit schneller ein präziser Schätzwert MAF_EST des Massenstroms in den An­ saugtrakt zur Verfügung gestellt wird, was insbesondere bei einem dynamischen Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine ein we­ sentlicher Vorteil ist.
Die Berechnung des Integrals des Messwertes MAP_MES und des Schätzwertes MAP_EST des Saugrohrdrucks hat den Vorteil, dass eine höhere stationäre Genauigkeit des Schätzwertes MAF_EST gewährleistet ist. Sie kann jedoch in einer einfacheren Aus­ führungsform ebenso weggelassen werden.
Der Schätzwert MAF_EST des Massenstroms kann dann zur weite­ ren Berechnung von Stellsignalen für Stellglieder der Brenn­ kraftmaschine oder auch zur Diagnose eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Ermitteln eines Schätzwertes eines Massen­ stroms in den Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Messwert (MAP_MES) eines Saugrohrdrucks die Führungsgröße eines Regelkreises ist, die Regelgröße ein Schätzwert (MAP_EST) des Saugrohrdrucks ist, der abhängig von der Stell­ größe des Regelkreises ermittelt wird, und die Stellgröße ab­ hängig von der Differenz des Schätzwertes (MAP_EST) und eines Messwertes (MAP_MES) des Saugrohrdrucks und abhängig von der zeitlichen Änderung des Messwertes (MAP_MES) des Saugrohr­ drucks berechnet wird und bei dem der Schätzwert (MAF_EST) des Massenstroms in den Ansaugtrakt (1) berechnet wird abhän­ gig von der Stellgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße berechnet wird durch Multiplizieren der Diffe­ renz des Schätzwertes (MAP_EST) und des Messwertes (MAF_MES) des Saugrohrdrucks mit einem Korrekturfaktor (FAC), der ab­ hängig von der zeitlichen Änderung des Messwertes (MAP_MES) des Saugrohrdrucks ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor (FAC) aus einer Kennlinie ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße korrigiert wird abhängig von einem Messwert (MAF_MES) des Luftmassenstroms.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße abhängig von dem Integral der Differenz des Schätzwertes (MAP_EST) und des Messwertes (MAP_MES) des Saugrohrdrucks ermittelt wird.
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