DE10120654B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Luftfüllung bei fremdgezündeten Motoren mit Direkteinspritzung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Luftfüllung bei fremdgezündeten Motoren mit Direkteinspritzung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Steuerung der Luftfüllung bei einem fremdgezündeten Motor mit Direkteinspritzung, der ein Abgasrückführungs-Ventil (34), welches den Auspuffkrümmer (24) und den Ansaugkrümmer (22) des Motors verbindet, sowie ein elektronisch gesteuertes Einlaßdrosselventil (26) zur Steuerung des Luftstroms von der Atmosphäre zum Ansaugkrümmer (22) des genannten Motors aufweist, mit folgenden Schritten:
Bestimmen eines Istwerts (p1) des Ansaugkrümmerdruckes;
Bestimmen eines Sollwerts (p1,d) des Ansaugkrümmerdruckes; Bestimmen einer gewünschten Abgasrückführungs-Ventilstellung (uegr,d) in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern;
Bestimmen einer gewünschten Einlaßdrossel-Ventilstellung (uth,d) in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern; und
Einstellen der Einlaßdrossel-Ventilstellung entsprechend der genannten gewünschten Einlaßdrossel-Ventilstellung;
gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Anpassen der bestimmten gewünschten Abgasrückführungsventilstellung (Uegr,d) durch einen Betrag, der proportional zu der Abweichung und dem Zeitintegral der Abweichung zwischen dem Istwert (p1) des Ansaugkrümmerdrucks und dem Sollwert (p1,d) des Ansaugkrümmerdrucks ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Luftfüllung bei einem fremdgezündeten Motor mit Direkteinspritzung, der ein Abgasrückführungsventil, welches den Auspuffkrümmer und den Ansaugkrümmer des Motors verbindet, sowie ein elektronisch gesteuertes Einlaßdrosselventil zur Steuerung des Luftstroms von der Atmosphäre zum Ansaugkrümmer des genannten Motors aufweist, mit den Schritten Bestimmen eines Ist-Werts des Ansaugkrümmerdrucks, Bestimmen eines Soll-Werts des Ansaugkrümmerdrucks, Bestimmen einer gewünschten Abgasrückführungsventilstellung in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern, Bestimmen einer gewünschten Einlaßdrosselventilstellung in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern sowie Einstellen der Einlaßdrosselventilstellung entsprechend der genannten gewünschten Einlaßdrosselventilstellung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Luftfüllung in einem fremdgezündeten Motor mit Direkteinspritzung mit einem Abgasrückführungsventil, welches den Ansaugkrümmer und den Auspuffkrümmer des Motors verbindet, einem elektronisch gesteuerten Einlaßdrosselventil zur Steuerung des Luftstroms von der Atmosphäre zum Ansaugkrümmer des genannten Motors, einem Krümmerabsolutdrucksensor zur Erfassung des tatsächlichen Ansaugkrümm erdrucks, einem Massenstromsensor zur Erfassung des tatsächlichen Massenluftstroms durch das genannte Einlaßdrosselventil, einem Temperatursensor zur Erfassung der Ansaugkrümmertemperatur und einem Steuergerät zur Positionierung des genannten Einlaßdrosselventils in Abhängigkeit einer gewünschten Einlaßdrosselventilstellung und zur Positionierung des genannten Abgasrückführungsventils in Abhängigkeit einer gewünschten Abgasrückführungsventilstellung.
  • Bei der Steuerung der Luftfüllung von fremdgezündeten Magermotoren soll die Betätigung der elektronischen Drosselklappe und des EGR-Ventils in einer solchen Weise erfolgen, daß der gewünschte Gaszustrom zum Motor und zwecks NOx-Reduzierung der gewünschte Anteil an verbranntem Gas in diesem Strom geliefert werden. Ein an sich bekannter Ansatz bei der Steuerung der Luftfüllung ist dabei eine Lösung mit offenem Regelkreis, bei der die gewünschten Massenstromraten durch das EGR-Ventil und die Drosselklappe als Funktion des gewünschten Anteils an verbranntem Gas im Ansaugkrümmer und des gewünschten Gasstroms in den Zylinder berechnet werden. Die gewünschten Werte der EGR-Ventilstellung und der Drosselklappenstellung werden unter Verwendung einer Drosselklappen-Öffnungsgleichung mit bekannter effektiver Stromkennfeldfläche zurückverfolgt. Angenommen, F1,d ist der gewünschte Anteil an verbranntem Gas, und Wcyl,d ist die gewünschte Gasstromrate in den Zylinder, dann kann die gewünschte Massenstromrate durch die Drosselklappe und die gewünschte Massenstromrate durch das EGR-Ventil wie folgt berechnet werden: Wth,d = (Wcyl,d – Wegr,d), Wegr.d = (F1,d(Wcyl,d + Wf)Wcyl,d/Wf/(1 + λs)),wobei λs das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis und Wf die Rate der Motorkraftstoffversorgung sind. Die gewünschte Drosselklappenstellung uth wird ausgehend vom Ansaugkrümm erdruck p1 dem Umgebungsdruck pamb und der Umgebungstemperatur Tamb berechnet, während die Schätzung der Auspuffkrümmertemperatur T2 und des Auspuffkrümmerdrucks p2 ebenso wie die Messung von p1 herangezogen werden, um die EGR-Ventilstellung uegr zu berechnen. Typischerweise sind die Werte von F1,d, Wcyl,d Funktionen der Motordrehzahl, des Motordrehmoments, des Verbrennungsmodus usw., welche durch Kalibriertabellen bestimmt werden, die im Hinblick auf Kraftstoffökonomie und -Emissionen optimiert werden.
  • Es gibt jedoch mehrere Probleme mit diesem an sich bekannten Ansatz. Zunächst ändern Rußablagerungen im EGR-Ventil und in den Rohrleitungen die effektiven Durchflußmengen des Ventils. Dieses Problem ist insbesondere schwerwiegend bei fremdgezündeten Magermotoren mit Direkteinspritzung. Zweitens können abhängig von dem Typ des EGR-Ventils und der Drosselklappe Kalibrierverschiebungen deren tatsächliche Stellung unsicher gestalten. Aufgrund dieser Unsicherheiten werden möglicherweise die gewünschten Massenstromraten mit dem Ansatz mit offenem Regelkreis nicht erreicht und die Emissionsleistung des Motors kann bei einer gegebenen Motordrehzahl und einem gegebenen Motorlastpunkt kann möglicherweise von der gewünschten Nennleistung weg bewegt werden. Auch ohne die Kalibrierverschiebung kann das Verfahren mit offenem Regelkreis möglicherweise zu exzessivem Flattern der gewünschten Drosselklappenstellung oder EGR-Ventilstellung aufgrund von Störungen bei den Druckmessungen führen, wenn der Druckabfall über die Drosselklappe oder das EGR-Ventil gering ist. Weitere Störquellen, wie z.B. Änderungen im Motorstaudruck aufgrund einer Verstopfung des Auspufftraktes, können ebenfalls den Motorbetrieb in wesentlicher Weise beeinflussen.
  • Dies verdeutlichen die 1 bis 3. Die gestrichelten Linien in diesen Figuren entsprechen den Dauerzustandswerten der NOx-Massenstromrate, der Motorauspufftemperatur und dem durch die an sich bekannte Steuerung mit offenem Regelkreis erreichten Drehmoment als Funktion des unbekannten Multiplikators θegr auf die Bereiche des effektiven Stroms des EGR-Ventils. Der Wert von θegr entspricht dem Nennfall. In der Motormodellsimulation wurden konstante Werte der Motordrehzahl N = 2000 u/min, Kraftstoffrate Wf = 2 kg/Std., Zündzeitpunkt δ = 25 vor OT und konstante gewünschte Werte des Stroms in den Zylinder Wcyl,d = 80 kg/Std. und der Anteil an verbranntem Gas F1,d = 0,1 verwendet. Bei 40 Prozent Reduzierung des EGR-Ventilstrombereichs kommt es zu einer signifikanten Steigerung bei den NOx-Emissionen um 50 Prozent (siehe 1). Die 2 und 3 zeigen, daß die Motorauspufftemperatur und das Motorbremsmoment durch Änderungen bei θegr beeinflußt werden. Die Änderungen bei θegr führen zu Änderungen bei dem Anteil an verbranntem Gas, das zum Motor geführt wird, und demzufolge zu Motorverbrennungsabweichungen.
  • Ein Verfahren zur Steuerung der Luftfüllung eines fremdgezündeten Motors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zeigt die DE 197 27 866 A1 . Dabei werden in an sich bekannter Weise diverse Motorbetriebsparameter erfasst, in Abhängigkeit derer aus einem Speicher der Steuerungseinrichtung einerseits eine Soll-Stellung des Einlassventils und andererseits eine Soll-Stellung des Abgasrückführungsventils bestimmt werden. Aufgrund verschiedener Einflüsse kann jedoch die solchermaßen bestimmte Soll-Stellung des Einlassventils und des Abgasrückführungsventils fehlerhaft sein. Beispielsweise ändern Russablagerungen im Abgasrückführungsventil und in den Rohrleitungen die effektive Durchflussmenge des Ventils. Auch Kalibrierverschiebungen können Abweichungen zwischen der Ansteuerung und der tatsächlichen Stellung des Ventils bewirken. Weitere Fehlerquellen können Änderungen im Motorstaudruck aufgrund eines Zugehens des Auspufftrakts sein.
  • Weiterhin beschreibt die DE 197 11 477 A1 eine Motorsteuerung, bei der ein Soll-Wert der dem Motor eingespritzten Kraftstoffmenge anhand von Motorbetriebsbedingungen bestimmt wird. Dabei wird die dem Motor einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert, wenn der Motor im Abgasrückführungsbetrieb arbeitet, wobei in Abhängigkeit der Abgasrückführmenge ein Korrekturkoeffizient bestimmt wird, mittels dessen die einzuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert wird. Dabei wird von der eingestellten Soll-Stellung des Abgasrückführungsventils ausgegangen.
  • Weiterhin beschreibt die WO 97/35106 A2 ein Verfahren zur Bestimmung der einströmenden Frischluftmasse in den Zylinder einer Brennkraftmaschine anhand eines Saugrohrfüllungsmodells, das auf einer nicht linearen Differentialgleichung basiert.
    •
  • Von dem genannten Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es erlauben, eine präzise Steuerung der Luftfüllung auch bei Auftreten der genannten Störeinflüsse aufrechtzuerhalten.
  • Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und Anspruch 5 sowie in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch eine Steuervorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das vorgeschlagene Verfahren stützt sich also dementsprechend darauf, Rückmeldungen zu dem System mit offenem Regelkreis zum Ausgleich von Unsicherheiten im EGR-Ventilstrombereich hinzuzufügen und liefert einen Anpassungsalgorithmus zur Verbesserung der Schätzung des Stroms in den Zylinder und der Drosselklappensteuerung mit offenem Regelkreis. Die durchgezogenen Linien in den 1 bis 3, die eine stark reduzierte, fast nicht existente Sensibilität der Motoremissionen, der Auspufftemperatur und des Motordrehmoments gegenüber Veränderungen in θegr zeigen, entsprechen einem der Ausführungsbeispiele, die nachstehend beschrieben werden. Einige der Ausführungsbeispiele verwenden eine Schätzung des Stroms durch das EGR-Ventil, die von einer Messung des Ansaugkrümmerdrucks abgeleitet werden.
    •
  • Weitere erfindungswesentliche Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen
  • 1–3 Vergleiche zwischen einer Konfiguration nach dem Stand der Technik (gestrichelt) und dem System nach der Erfindung (durchgezogen) in bezog auf Empfindlichkeit bezüglich NOx-Emissionen beim zugeführten Gas, Empfindlichkeit der Temperatur des zugeführten Gases und Empfindlichkeit des Motordrehmoments;
  • 4 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems;
  • 5 Geschichten im Zeitablauf des Ansaugkrümmerdrucks und der EGR-Ventilstromrate (durchgezogene Linien);
  • 6 Geschichten im Zeitablauf der Drosselklappenstellung und der Stellung des EGR-Ventils (durchgezogene Linien);
  • 7 einige Simulationsergebnisse des adaptiven Algorithmus der kleinsten Fehlerquadrate; und
  • 8 ein Flußdiagramm des Verfahrens nach der Erfindung.
  • Bester Modus für die Ausführung der Erfindung
  • Unter erneuter Bezugnahme auf die Zeichnungen und anfänglich auf 4 wird ein Blockdiagramm des Steuersystems nach der Erfindung gezeigt. Das System weist ein allgemein mit 10 bezeichnetes elektronisches Motorsteuergerät auf, welches wie angegeben ROM, RAM und CPU umfaßt. Das Steuergerät 10 steuert eine Reihe von Injektoren 12, 14, 16 und 18, die Kraftstoff in einen fremdgezündeten Vierzylinder-Magerdieselmotor 20 einspritzen. Der Kraftstoff wird von einem (nicht gezeigten) Hochdruckkraftstoffsystem zugeführt und wird in präzisen Mengen und zu präzisen Zeiten, wie vom Steuergerät 10 bestimmt, direkt in die Verbrennungsräume eingespritzt. Luft tritt durch den Ansaugkrümmer 22 in die Verbrennungsräume ein, und Verbrennungsgase werden über den Auspuffkrümmer 24 abgegeben. Ein elektronisch gesteuertes Drosselklappenventil 26 wird vom Steuergerät 10 in der Weise positioniert, daß der Luftmassenstrom in den Ausaugkrümmer 22 gesteuert wird. Ein Luftmengenmesser oder Luftmassenstromsensor 28 ist stromauf vom Ventil 26 angeordnet und liefert an das Steuergerät 10 ein Signal, welches einen für die Masse der in das Einlasssystem einströmenden Luft charakteristischen Wert berechnet. Das Steuergerät 10 übermittelt zur Abgabe eines gewünschten Motordrehmoments und zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisses ein Kraftstoffinjektorsignal an die Injektoren.
  • Zur Reduzierung des Wertes der NOx-Emissionen ist der Motor mit einem Auspuffgas-Rückführungs-System, nachfolgend EGR-System 30, angerüstet. Das EGR-System 30 weist eine den Auspuffkrümmer 24 mit dem Ansaugkrümmer 22 verbindende Leitung 32 auf. Dies erlaubt, daß ein Teil der Abgase in Pfeilrichtung vom Auspuffkrümmer 24 zum Ansaugkrümmer 22 zurückgeführt wird. Ein vom Steuergerät 10 gesteuertes EGR-Ventil 34 regelt die Menge an Abgas, die vom Auspuffkrümmer zurückgeführt wird. In den Verbrennungsräumen wirkt das zurückgeführte Abgas als Edelgas und reduziert damit die Flammen und die Gastemperatur im Zylinder und senkt die Bildung von NOx. Auf der anderen Seite verdrängt das zurückgeführte Abgas Frischluft und reduziert das Luft-/Kraftstoffverhältnis der zylinderinternen Mischung.
  • Im Steuergerät 10 werden zur Positionierung des EGR-Ventils 34 und der Drosselklappe 26 mittels Steueralgorithmen aus gemessenen Variablen und Motorbetriebsparametern Steuersignale an die Aktuatoren berechnet. Sensoren und kalibrierbare Nachschlagtabellen versorgen das Steuergerät 10 mit Motorbetriebsinformationen. Beispielsweise liefert der MAP-Sensor 36 ein Signal an das Steuergerät 10, das für den Druck im Ansaugkrümmer 24 charakteristisch ist. Ein Temperatursensor 38 liefert ein Signal an das Steuergerät 10, das für die Temperatur des Gases im Ansaugkrümmer charakteristisch ist. Die Sensoren 36 und 38 können, falls gewünscht, kombiniert werden. Zusätzliche Sensoreingaben können ebenfalls vom Steuergerät 10 aufgenommen werden, wie z.B. Motorkühlmitteltemperatur, Motordrehzahl, Drosselklappenstellung und Umgebungstemperatur sowie atmosphärischer Druck. Auf der Grundlage der Sensoreingaben und der Motorkennfelddaten, die im Speicher abgespeichert sind, steuert das Steuergerät die EGR- und Drosselklappenventile zur Regulierung des einströmenden Luftstroms.
  • Ein Sensor für Sauerstoff im erhitzten Gas (HEGO-Sensor) 40 oder universeller Sensor für Sauerstoffrestgehalt der Abgase (UEGO-Sensor) erfaßt den Sauerstoffgehalt des vom Motor erzeugten Abgases und übermittelt ein Signal an das Steuergerät 10. Der Sensor 40 wird zur Steuerung des Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnisses insbesondere während eines beliebigen stöchiometrischen Betriebes genutzt. Ein Abgassystem, welches eines oder mehrere Auspuffrohre umfaßt, transportiert das aus der Verbrennung eines Luft-/Kraftstoffgemisches im Motor entstehende Abgas zu einem an sich bekannten enggekuppelten Dreiwegekatalysator (TWC) 42. Der Katalysator 42 enthält ein Katalysatormaterial, das chemisch Abgas verändert, das vom Motor produziert wird, um ein katalysiertes Abgas zu generieren. Das katalysierte Abgas wird durch ein Auspuffrohr 44 zu einem stromab gelegenen NOx-Abscheider 46 und von dort zur Atmosphäre über ein Endrohr 48 geführt.
  • Wie dies regelmäßig erfolgt, werden die nachstehend erörterten Steuerungs- und Anpassungsalgorithmen in kontinuierlicher Zeit spezifiziert. Es wird jedoch festgehalten, daß für die tatsächliche Implementierung die Algorithmen entweder unter Annahme eines zeitsynchronen oder kurbelwellensynchronen Probenverfahrens unter Kompensation der durch die Probennahme eingeführter Verzögerung (falls notwendig) diskretisiert werden. Die von den Algorithmen verwendeten Signale sind gefilterte Formen der gemessenen Signale. Die Filter entfernen die periodischen Schwankungen und Störungen bei den Signalen, so daß die Mittelwerte der Signale für Steuerung und Anpassung zur Verfügung stehen. Lineare Filter erster oder zweiter Ordnung bzw. kurbelwellensynchrone Probennahme sind Standardverfahren zur Ableitung eines Mittelwertes aus einem Signal. Im folgenden werden sämtliche Signale als ihre Mittelwerte identifiziert und mit Bezugszeichen versehen. Die Steuergeräte, die die integrale Arbeitsweise verwenden, wie z.B. proportionale und integrierende (PI) Steuergeräte, verwenden eine Anti-windup-Kompensation. Sie wird eingeführt, um Steuersignalsaturierung aufgrund von Aktuatorengrenzen zu beherrschen.
  • Ein relativ einfacher Ansatz zur Reduzierung der Empfindlichkeit gegenüber Unsicherheiten im EGR-Pfad (EGR-Ventilstrombereich, Auspuffdruck und -Temperatur) wird hinzugefügt, um Rückmeldung über die Abweichung des Ansaugkrümmerdrucks p1 vom gewünschten Druck oder eingestellten Punkt p1,d hinzuzufügen: uegr = uegr,d – kp(p1,d – p1) – ki∫t0 (p1,d – p1(σ))dσ, uth = uth,d' wobei uegr,d die gewünschte EGR-Ventilstellung (eine Funktion der Motordrehzahl und des vom Motor abgefragten Drehmoments) ist und uth.d die gewünschte Drosselklappenstellung ist (ebenfalls eine Funktion der Motordrehzahl und des vom Motor abgefragten Drehmoments). Das Steuergerät paßt die EGR-Ventilstellung (aufgrund des integralen Terms) an, um die Unsicherheit im EGR-Ventilstrombereich zu korrigieren. Der vorgegebene Punkt p1,d kann von Wcyl,d durch Umkehrung der "Geschwindigkeitsdichte"-Gleichung (siehe Gleichung 1 unten) abgeleitet werden oder kann direkt als Funktion der Motordrehzahl, des angefragten Motordrehmoments, des Verbrennungsmodus und sonstiger Variablen spezifiziert werden.
  • Soweit ein Luftstrommassensensor, wie z.B. der MAF-Sensor in 4, verfügbar ist, um die Durchflußmenge durch die Drosselklappe zu messen, ist eine verbesserte Konstruktion möglich. Zunächst erfolgt eine Schätzung der Massenstromrate durch das EGR-Ventil unter Verwendung der Messungen des Ansaugkrümmerdrucks p1, der Massenstromrate durch die Drosselklappe Wth und eine Schätzung des gesamten Stroms in dem Zylinder Ŵcyl. Die Gesamtmassenstromrate in den Zylinder kann aufgrund der Geschwindigkeitsdichte-Gleichung geschätzt werden und ist eine Funktion von Motordrehzahl (N), Ansaugkrümmerdruck (p1) und geschätzter oder gemessener Ansaugkrümmertemperatur (T1), d.h.
    Figure 00110001
    wobei k0 eine kalibrierbare Funktion ist. Der Schätzfaktor für die EGR-Stromrate wird durch die folgenden Gleichungen beschrieben:
    Figure 00110002
    worin α0 > 0 ein kalibrierbarer Parameter ist und
    Figure 00110003
    wobei T1 die Ansaugkrümmertemperatur und V1 das Volumen des Ansaugkrümmers ist. Es sollte angemerkt werden, daß die Schätzung Ŵegr keine Kenntnis des Auspuffdrucks oder der Auspufftemperatur oder des tatsächlichen EGR-Ventilstrombereiches erfordert. Darüber hinaus ist eine präzise Kenntnis des Wertes von cm für eine Genauigkeit im Dauerzustand nicht erforderlich, sie ist jedoch bei transienten Zuständen wünschenswert. Eine Rückmeldung wird dann auf die Abweichung von der Schätzung der EGR-Stromrate Ŵegr von dem gesetzten Punkt Wegr,d aufgesetzt.
  • Ein dezentrales proportionales und integrierendes Steuergerät nimmt folgende Form an: uth – uth,d – kp1(P1,d – p1) – ki,1∫t0 (p1,d – p1(σ))dσ, uegr = uegr,d – kp2(Wegr,d – Ŵegr) – ki2∫t0 (Wegr,d – Ŵegr(σ))dσ,wobei kp1, kp2, ki1, ki2 Steuergerätverstärkungen sind. Die in den 1 bis 3 durch durchgezogene Linien gezeigten Reaktionen, welche eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber EGR-Ventilzusetzung angeben, beruhen auf diesem Steuergerät. Die obige Form des Steuergerätes ist nicht die allein mögliche. Ein nicht lineares proportionales und integrierendes Steuergerät kann entwickelt werden unter Verwendung eines Geschwindigkeitsgradienten-Ansatzes, bei dem ein Versuch gemacht wird, die Rate der Verschlechterung einer kosten-, "energieähnlichen" Funktion zu maximieren:
    Figure 00120001
  • Das Ziel ist, die Q-Verschlechterung so schnell wie möglich auf null zu bringen, woraus resultiert, daß p1 p1,d verfolgt und Ŵegr Wegr,d verfolgt. Spezifisch können wir definieren: (p1,d – p1,p1) = γ1(p1 – P1,d)W ~th, Ψ(p1,d – p1,p1,Wegr,d – Ŵegr) = γ1(p1p1,d)W ~egr + α0γ2W ~egr[Ŵegr – Wegr,d].
  • Hierin ist W ~th eine Funktion von p1, W ~egr ist eine Funktion von p1, p2 und T2, so daß Wth = W ~thuth, Wegr = W ~egruegrθegr,wobei θegr der unbekannte Parameter ist. Anzumerken ist, daß Fehler bei der Schätzung von W ~egr bei dem vorgeschlagenen Steuerdesign (ähnlich einem unbekannten θegr-Wert) toleriert werden können. Das Steuergerät nimmt folgende Form an: uth = uth,d – kp1ϕ – ki1∫t0 ϕdσ, uegr = uegr,d – kp2Ψ – ki2∫t0 Ψdσ.
  • Die 5 bis 6 zeigen die transienten Reaktionen dieses Steuergerätes für den Fall, daß die unbekannte Einschränkung des EGR-Ventilstrombereiches θegr = 0,8 entspricht. In 5 wird die Schätzung der EGR-Ventilstromrate durch die gestrichelte Linie gezeigt, und die gesetzten Punkte durch die Punkt/Strichlinie. Das Steuergerät wird eingeschaltet bei t = 2 Sekunden. In 6 werden die Vorwärtskopplungswerte der Drosselklappenstellung und der EGR-Ventilstellung (Steuerungen mit offenem Regelkreis) durch die Punkt/Strichlinien gezeigt. Die tatsächliche EGR-Ventilstellung weicht von der Vorwärtskopplungssteuerung mit offenem Regelkreis im Dauerzustand wegen der kompensatorischen Wirkung des Rückmeldungssteuergerätes ab. Es wollte angemerkt. werden, daß der Schätzwert für Wegr in der Lage ist, lediglich relativ langsame Veränderungen bei Wegr zu berücksichtigen. Während es (bei Simulationen) möglich ist, die Schätzwertbandbreite durch Erhöhen des Wertes von α0 zu erhöhen, ist ein "langsamer" Schätzwert ebenfalls akzeptabel, denn die Verfolgung der gesetzten Punkte ist lediglich im Dauerzustand erforderlich. In Wirklichkeit würde die Bandbreite des Schätzwertes stets durch die Bemusterungsrate eingeschränkt werden. Das Steuergerät erreicht die Befehlswerte des Ansaugkrümmerdrucks und der EGR-Ventilstromrate trotz des unsicheren EGR-Ventilstrombereiches.
  • Die oben erörterten Rückmeldungssteuergeräte sind bezüglich Fehlern bei der Schätzung von Wcyl empfindlich. Eine Minderung bei der Stromrate in den Zylinder kann aufgrund von Ablage rungen in dem Maße auftreten, wie der Motor altert. Die Wirkung einer nicht korrekten Schätzung von Wcyl auf den Betrieb der spezifizierten Steuergeräte ist, daß Wth nach wie vor hin zu Wth,d (abgeleitet von Wcyl,d) geregelt wird, Wegr jedoch auf Wegr,d + (Wcyl – Ŵcyl) geregelt wird, wobei Ŵcyl eine Schätzung von Wcyl ist, die auf der Grundlage der "Geschwindigkeitsdichte"-Gleichung berechnet wurde. Dies führt zu Fehlern bei der Verfolgung von Wegr,d und Wcyl,d. Ein adaptiver Steueralgorithmus wird eingeführt, um die Schätzung von Wcyl im Maße der Alterung des Motors anzupassen.
  • Wenn die Rate des Stroms in den Zylinder unsicher ist, können die Gleichungen (2) und (3) die EGR-Stromrate nicht verläßlich schätzen. Die Drosselklappen-Öffnungsgleichung kann nicht für die EGR-Schätzungen herangezogen werden, sei es, weil die Schätzungen des Auspuffkrümmerdrücks und der – Temperatur (die sich auf die Schätzung der Flußrate in den Zylinder stützen) ebenfalls unsicher sind. Um somit die Gleichung (1) der Stromrate in den Zylinder zu adaptieren, sollte EGR durch Schließen des EGR-Ventils ausgeschaltet werden, oder es sollte auf Motorbetriebsbedingungen (wie z.B. Beschleunigung) gewartet werden, wenn das EGR-Ventil geschlossen ist.
  • In diesem Fall ṗ1 = cm(Wth – Wcyl), (4)und es wird angenommen, daß Wcyl = θcylW ~cyl, wobei θcyl ein unbekannter Multiplikationsfaktor ist. Die aktuelle Schätzung von θcyl ist θ ^cyl, so daß die Schätzung von Wcyl gegeben ist durch: Ŵcyl = θ ^cylW ~cyl.
  • Eine alternative Schätzung von Wcyl wird auch aus der Zeitrate der Veränderung des Ansaugkrümmerdrucks erhalten, und θ ^cyl wird adaptiert auf der Grundlage der Differenz der beiden Schätzungen. Dies kann in einer Anzahl verschiedener Arten getan werden, und ein Algorithmus wird im folgenden beschrieben. Die On-line-Parameterschätzung kann durchgeführt werden unter Verwendung einer Mehrzahl der vorhersagefehlerbasierten Verfahren, wie z.B. des Algorithmus der kleinsten Fehlerquadrate (LS). Das Filtern beider Seiten der Systemgleichung durch einen Filter erster Ordnung wird erhalten: Y(t) = ϕ(t)θcyl,wobei
    Figure 00150001
  • Hier wird die Standardschreibweise für den Filter in Form seiner Transferfunktionen verwendet und τ ist die Zeitkonstante des Filters erster Ordnung. Dann sieht der LS-Schätzfaktor mit Vergessensfaktor wie folgt aus:
    Figure 00160001
    wobei
  • Figure 00160002
  • Dieser Schätzfaktor garantiert die exponentielle Verschlechterung des Parameterfehlers θ ~cyl = θ ^cyl – θcyl aufgrund des Fortbestehens von Erregungsbedingungen, die im allgemeinen (W ~cyl ≠ 0) halten.
  • Ein einfacheres Schema ist der Projektionsalgorithmus, der in diskreter Zeit folgende Form annimmt:
    Figure 00160003
    wobei α ≥ 0 und 0 < γ < 2 ist.
  • Ein alternatives Schema, das sich auf die Differenz zwischen dem geschätzten und dem gemessenen Ansaugkrümmerdruck stützt, kann auch für die Wcyl-Adaptierung verwendet werden. Auf der Grundlage der Gleichung (4) kann der geschätzte Ansaugkrümmerdruck auf der Grundlage des geschätzten Stroms in den Zylinder generiert werden als:
    Figure 00160004
  • Die Differenz zwischen dem gemessenen Ansaugdruck p1 und dem geschätzten p ^1 beruht auf einem Fehler in der Zylinderstrom schätzung und kann verwendet werden, um den Parameter θ ^cyl anzupassen. Eine einfache Form des Projektionsalgorithmus in der diskreten Form lautet:
    Figure 00170001
  • Für die Implementierung dieser adaptiven Algorithmen, welche hier offengelegt werden, wird auch ein Unempfindlichkeitsbereich angewandt, um die Robustheit des Adaptierungsschemas bei Vorhandensein von weiteren Unsicherheiten, wie z.B. Meßstörungen, sicherzustellen. Beispielsweise wird die Adaptierung an der Zylinderstromgleichung nur dann aktiviert, wenn der Fehler zwischen dem gemessenen und dem geschätzten Ansaugkrümmerdruck (p1 – p ^1) eine bestimmte Schwelle überschreitet. Unterhalb dieser Schwelle könnte dieser Fehler lediglich durch Meßstörungen verursacht werden, demzufolge wird er nicht beachtet, und die Adaptierung wird gestoppt.
  • 7 zeigt einige Simulationsergebnisse für den adaptiven LS-Algorithmus. Diese Simulationsergebnisse gelten für den Fall, bei dem drei Parameter, der Multiplikationsfaktor des EGR-Ventilstroms θegr, der Multiplikationsfaktor der Drosselklappenstromrate θth und der Multiplikationsfaktor der Stromrate in den Zylinder θcyl, unbekannt sind. In diesem Fall wird eine periodische Erregung an den Drosselklappen- und EGR-Ventil-Inputs angelegt (zu den Nennwerten hinzuaddiert), um Parameterkonvergenz sicherzustellen. Die gleichzeitige Erfassung von drei Parametern erfordert die Kenntnis der Werte W ~th, W ~egr und W ~cyl, so daß Wth = θthW ~egr, Wcyl = θcylW ~cyl. Da lediglich der Wert von θcyl erfindungsgemäß eine Adaptierung erfordert, kann die Anwendung periodischer Erregung bei den Werten der Drosselklappe und des EGR-Ventils durch Schließen des EGR-Ventils während der Adaptierung vermieden werden.
  • Ein schrittweises Verfahren, das die Anwendung periodischer Erregung vermeidet und gleichzeitig alle drei Parameter erfaßt, ist ebenfalls möglich. Zunächst kann θth unter Verwendung der Messungen des Luftmassenstroms adaptiert werden. θcyl kann dann bei geschlossenem EGR-Ventil adaptiert werden. Und schließlich kann θegr aufgrund der Schätzung der EGR-Stromrate Wegr adaptiert werden, die von einem Schätzfaktor geliefert wird. Da der Schätzfaktor eine korrekte Darstellung der EGR-Stromrate nur dann liefert, wenn die Schwankungen bei dieser Stromrate relativ langsam sind, kann die Kenntnis von θegr in einer Schätzung der EGR-Stromrate mit offenem Regelkreis verwendet werden, Wegr = θegrW ~egr, was auch dann genau ist, wenn Veränderungen an der Stromrate schnell erfolgen. Die korrekte Schätzung der EGR-Stromrate ist für die präzise Schätzung des Anteils an verbranntem Gas im Ansaugkrümmer und demzufolge für die korrekte Festlegung des Zündzeitpunktes wichtig.
  • Abgesehen von den Ablagerungen ist ein weiteres Problem bei der korrekten Schätzung von Wcyl die Schätzung der Ansaugkrümmertemperatur T1. Wenn T1 nicht gemessen wird, muß natürlich die entsprechende Schätzung die Information sowohl über die EGR-Stromrate als auch die Stromrate in den Zylinder berücksichtigen, welche beide jeweils geschätzt werden. Um diese "zirkelartige" Schätzungsabhängigkeit zu vermeiden, wird in 4 die Verwendung eines Ansaugkrümmertemperatursensors 38 zur Messung von T1 vorgesehen. Typische Temperatursensoren sind recht langsam, und zusätzliche Kompensation ist erforderlich. Diese Kompensation kann wie folgt geliefert werden. Angenommen, daß die Sensordynamik lautet: ṪṪ1,m + λT1,m = λT1, wobei T1 die Ansaugkrümmertemperatur und T1,m ihre Messung sind, wobei 1/λ die Zeitkonstante des Temperatursensors darstellt. Durch Regression der Motorvariablen kann eine Schätzung von T1,T ~1 beispielsweise ermittelt werden als T ~1 = f(N,Wf,Ŵt,Ŵegr).
  • Diese Schätzung ist möglicherweise nicht sehr präzise und muß es auch nicht sein; und um sie zu verbessern wird eine Korrektur zu dieser Sensormessung in der Form von T ^1 = T ~1 + ΔT ^1 hinzugefügt; wobei
    Figure 00190001
  • Hierin ist α0 eine kalibrierbare Konstante.
  • Unter Bezugnahme auf 8 wird nunmehr ein Flußdiagramm für das Verfahren nach der Erfindung gezeigt. Bei Block 60 werden die gewünschten Werte oder gesetzten Punkte für den Anteil an verbranntem Gas, den Ansaugkrümmerdruck und die Massenstromrate in den Zylinder aktualisiert. Bei Block 62 werden die gesetzten Punkte für die Stellung von Drosselklappe und EGR-Ventil aktualisiert. Bei Block 64 werden die geschätzten Werte der Stromrate in den Zylinder und durch die EGR- und ETC-Ventile ebenso bestimmt wie die geschätzten Werte von Ansaugkrümmerdruck und -Temperatur. Bei Block 66 werden die Rückmeldungskorrekturen an die Steuerung von Drosselklappe und EGR-Ventil durchgeführt. Wenn die Drosselklappenadaptierung zugelassen wird, wie dies bei Block 68 ermittelt wird, und der Fehler zwischen der geschätzten und der gemessenen Drosselklappenstromrate größer ist als eine Schwelle g0, wie dies bei Block 70 festgestellt wird, dann werden die Werte in der Nachschlagtabelle des tatsächlichen Strombereichs angepaßt, um den bei Block 72 angegebenen Schätzfehler zu reduzieren. Ist die Drosselklappenadaptierung nicht zugelassen oder ist der Schätzfehler der Drosselklappenstromrate geringer als die Schwelle g0, erfolgt bei Block 74 eine Prüfung, um zu ermitteln, ob die Adaptierung der Stromrate in den Zylinder zulässig ist. Ist sie zulässig und ist das EGR-Ventil wie bei Block 76 festgestellt nicht offen, dann wird, falls der geschätzte Ansaugkrümmerdruckfehler größer ist als ein vorgegebener Fehlerschwellenwert f0, wie dies bei Block 78 festgestellt wird, die Kennfehdtabelle der Luftfüllung im Zylinder wie bei Block 80 angegeben angepaßt.
  • Während beispielsweise die Erfindung in Verbindung mit einem Magermotor mit Direkteinspritzung beschrieben wurde, ist sie auch anwendbar auf einen Motor mit Einlaßkanaleinspritzung.

Claims (20)

  1. Verfahren zur Steuerung der Luftfüllung bei einem fremdgezündeten Motor mit Direkteinspritzung, der ein Abgasrückführungs-Ventil (34), welches den Auspuffkrümmer (24) und den Ansaugkrümmer (22) des Motors verbindet, sowie ein elektronisch gesteuertes Einlaßdrosselventil (26) zur Steuerung des Luftstroms von der Atmosphäre zum Ansaugkrümmer (22) des genannten Motors aufweist, mit folgenden Schritten: Bestimmen eines Istwerts (p1) des Ansaugkrümmerdruckes; Bestimmen eines Sollwerts (p1,d) des Ansaugkrümmerdruckes; Bestimmen einer gewünschten Abgasrückführungs-Ventilstellung (uegr,d) in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern; Bestimmen einer gewünschten Einlaßdrossel-Ventilstellung (uth,d) in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern; und Einstellen der Einlaßdrossel-Ventilstellung entsprechend der genannten gewünschten Einlaßdrossel-Ventilstellung; gekennzeichnet durch folgenden Schritt: Anpassen der bestimmten gewünschten Abgasrückführungsventilstellung (Uegr,d) durch einen Betrag, der proportional zu der Abweichung und dem Zeitintegral der Abweichung zwischen dem Istwert (p1) des Ansaugkrümmerdrucks und dem Sollwert (p1,d) des Ansaugkrümmerdrucks ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Sollwert (p1,d) des Ansaugkrümmerdrucks in Abhängigkeit der Motordrehzahl und des angeforderten Motordrehmoments bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Sollwert (p1,d) des Ansaugkrümmerdrucks aus der folgenden Gleichung abgeleitet wird, p1,d = Wcyl,d·T1/(k0(N)·N)wobei Wcyl,d die gewünschte gesamte Massenstromrate in den Zylinder, N die Motorgeschwindigkeit, T1 die Ansaugkrümmerdrucktemperatur und k0 eine kalibrierbare Funktion sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführungs- und Einlaßdrossel-Ventilstellungen (uegr, uth) entsprechend den folgenden Gleichungen ermittelt werden: uegr(k) = uegr,d(k) – kp(p1,d(k) – p1(k)) – kiZ(k) Z(k + 1) = Z(k) + (p1,d(k) – p1(k))·ΔT uth = uth,d,worin ΔT das Musterzeitintervall, Uegr,d die gewünschte Abgasrückführungs-Ventilstellung, uth,d die gewünschte Einlaßdrossel-Ventilstellung, p1,d der Sollwert des Ansaugkrümmerdrucks und kp und ki jeweils proportionale bzw. integrale Verstärkungsfaktoren sind.
  5. Verfahren zur Steuerung der Luftfüllung bei einem fremdgezündeten Motor mit Direkteinspritzung, der ein Abgasrückführungs-Ventil (34), welches den Auspuffkrümmer (24) und den Ansaugkrümmer (22) des Motors verbindet, sowie ein elektronisch gesteuertes Einlaßdrosselventil (26) zur Steuerung des Luftstroms von der Atmosphäre zum Ansaug krümmer (22) des genannten Motors aufweist, mit folgenden Schritten: Bestimmen eines Istwerts (p1) des Ansaugkrümmerdruckes; Bestimmen eines Istwerts (Wth) des Luftmassenstromes durch das genannte Einlaßdrosselventil (26); Bestimmen eines Istwerts (T1) der Ansaugkrümmertemperatur; Bestimmen eines Sollwerts (Wegr,d) des Rückführmassenstroms sowie Bestimmen einer gewünschten Abgasrückführungs-Ventilstellung (uegr,d) in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern; gekennzeichnet durch folgende Schritte: Schätzen des gesamten Massenstroms in einen Zylinder; Schätzen des Rückführmassenstroms durch das genannte Abgasrückführungs-Ventil in Abhängigkeit des genannten Istwerts (T1) des Ansaugkrümmerdrucks, des Istwerts des Luftmassenstroms durch das genannte Einlaßdrosselventil (26) und des geschätzten gesamten Massenstroms; und Anpassen der bestimmten gewünschten Abgasrückführungsventilstellung (Uegr,d) durch einen Betrag, der proportional zu der Abweichung und dem Zeitintegral der Abweichung zwischen dem Sollwert (Wegr,d) des Rückführmassenstroms und dem geschätzten Rückführmassenstrom ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, mit folgendem den zusätzlichen Schritt: Anpassen der bestimmten gewünschten Abgasrückführungsventilstellung (Uegr,d) durch einen weiteren Betrag, der proportional zu der Abweichung und dem Zeitintegral der Abweichung zwischen dem Istwert (p1) des Ansaugkrümmerdrucks und dem Sollwert (p1,d) des Ansaugkrümmerdrucks ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Anpassung des genannten Abgasrückfüh rungs-Ventils (34) durch die folgende Gleichung geregelt wird: uegr(k) = uegr,d(k) – kp2(Wegr,d(k) – Ŵegr(k)) – ki2Z2(k) Z2(k + 1) = Z2(k) + (Wegr,d(k) – Ŵegr(k))ΔTwobei ΔT das Musterzeitintervall, uegr,d die gewünschte Abgasrückführungs-Ventilstellung und kp2 und ki2 die jeweiligen proportionalen und integralen Zunahmen sind, Wegr,d = (F1,d(Wcyl,d + Wf)Wcyl,d/Wf/(1 + λs)),wobei λs das stöchiornetrische Luft-/Kraftstoffverhältnis, Wf die Motorfüllungsrate, F1,d der gewünschte Gasverbrennungsanteil, und Wcyl,d die gewünschte Gasstromrate in den Zylinder ist,
    Figure 00240001
    worin p1 der tatsächliche gemessene Ansaugkrümmerdruck ist und ε durch folgende Gleichung gegeben ist:
    Figure 00240002
    α0 > 0 ist ein kalibrierbarer Parameter und
    Figure 00240003
    wobei T1 die Ansaugkrümmertemperatur ist, und V1 ist das Volumen des Ansaugkrümmers,
    Figure 00240004
    wobei k0 eine kalibrierbare Funktion ist, und N ist die Motorgeschwindigkeit.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßdrosselventilstellung (uth) entsprechend der folgenden Gleichung geregelt wird: uth(k) = uth,d(k) – kp1(p1,d(k) – p1(k)) – ki1Z1(k) Z1(k + 1) = Z1(k) + (p1,d(k) – p1(k))·ΔTwobei ΔT das Musterzeitintervall, p1,d der Sollwert des Ansaugkrümmerdrucks, p1 der Istwert des Ansaugkrümmerdrucks und kp1 und ki1 jeweils proportionale und integrale Verstärkungsfaktoren sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es den zusätzlichen Schritt der Anpassung des geschätzten gesamten Massenstroms in einen Zylinder und des geschätzten Gesamtstroms durch die Drosselklappe zum Ausgleich für Komponentenvariation und Unsicherheit vorsieht.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpassungsschritt durchgeführt wird, wenn das Abgasrückführungsventil-Ventil (34) geschlossen ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Massenstrom in den Zylinder aus der Zeitrate der Veränderung des Ansaugkrümmerdrucks geschätzt und der geschätzte Massenstrom unter Verwendung eines vorhersagefehlerbasierten Algorithmus angepaßt wird.
  12. Steuervorrichtung zur Steuerung der Luftfüllung in einem fremdgezündeten Motor mit Direkteinspritzung, mit: einem Abgasrückführungs-Ventil (34), welches den Ansaugkrümmer (22) und den Auspuffkrümmer (24) des Motors verbindet, einem elektronisch gesteuerten Einlaßdrosselventil (26) zur Steuerung des Luftstroms von der Atmosphäre zum Ansaugkrümmer (22) des genannten Motors, einem Krümmerabsolutdruck-Sensor (36) zur Erfassung des tatsächlichen Ansaugkrümmerdrucks; einem Massenstrom-Sensor (28) zur Erfassung des tatsächlichen Massenluftstroms durch das genannte Einlaßdrosselventil (26); einem Temperatursensor (38) zur Erfassung der Ansaugkrümmertemperatur; und einem Steuergerät zur Positionierung des genannten Einlaßdrosselventils (26) in Abhängigkeit einer gewünschten Einlaßdrosselventilstellung und zur Positionierung des genannten Abgasrückführungs-Ventils (34) in Abhängigkeit einer gewünschten Abgasrückführungs-Ventilstellung, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (10) die Stellung des Einlaßdrosselventils (26) in Abhängigkeit der Abweichung und des zeitlichen Integrals der Abweichung des Sollwerts und des Istwerts des Ansaugkrümmerdrucks bestimmt und die Stellung des Abgasrückführungsventils (34) in Abhängigkeit der Abweichung sowie des zeitlichen Integrals der Abweichung eines geschätzten Werts und des Sollwerts des Rückführmassenstroms durch das Abgasrückführventil (34) bestimmt.
  13. Steuervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (10) den Rückführmassenstrom durch das genannte Abgasrückführungs-Ventil (34) als eine Funktion des genannten Ansaugkrümmerdrucks (p1), des Luftmassenstroms durch das genannte Einlaßdrosselventil (26) und eines geschätzten gesamten Massenstroms in einen Zylinder des genannten Motors bestimmt.
  14. Steuervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Steuergerät (10) programmiert ist, die Stellung des genannten Einlaßdrosselventils (26) und des genannten Abgasrückführungs-Ventils entsprechend folgenden Gleichungen zu steuern: uth(k) = uth,d(k) – kp1(p1,d(k) – p1(k)) – ki1Z1(k) Z1(k + 1) = Z1(k) + (p1,d(k) – p1(k))·ΔT uegr(k) = uegr,d(k) – kp2(Wegr,d(k) – Ŵegr(k)) – ki2Z2(k) Z2(k + 1) = Z2(k) + (Wegr,d(k) – Ŵegr(k))ΔTwobei ΔT das Musterzeitintervall, uegr,d die gewünschte Abgasrückführungs-Ventilstellung und kp2 und ki2 jeweils proportionale und integrale Verstärkungsfaktoren sind, Wegr,d = (F1,d(Wcyl,d + Wf)Wcyl,d/Wf/(1 + λs)),wobei λs das stöchiometrische Luft-/Kraftstoffverhältnis, Wf die Motorfüllungsrate, F1,d der gewünschte Gasverbrennungsanteil, und Wcyl,d die gewünschte Gasstromrate in den Zylinder sind,
    Figure 00270001
    worin p1 der tatsächliche gemessene Ansaugkrümmerdruck ist und ε durch folgende Gleichung gegeben ist:
    Figure 00270002
    α0 > 0 ist ein kalibrierbarer Parameter und
    Figure 00280001
    wobei T1 die Ansaugkrümmertemperatur ist, und V1 ist das Volumen des Ansaugkrümmers,
    Figure 00280002
    wobei k0 eine kalibrierbare Funktion ist, und N die Motorgeschwindigkeit ist.
  15. Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12, wobei das Steuergerät (10) nicht-linear proportional und integrierend die Abgasrückführungs-Ventilstellung (uegr) und die Einlaßdrosselventilstellung (uth) gemäß folgenden Gleichungen bestimmt: uth = uth,d – kp1ϕ – ki1∫t0 ϕdσ, uegr = uegr,d – kp2Ψ – ki2∫t0 Ψdσ.
  16. Steuervorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Steuergerät (10) die Schätzung der Massenstromrate in einen Zylinder und die Schätzung der Ansaugkrümmertemperatur anpaßt.
  17. Steuervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät den gesamte Massenstrom in den Zylinder unter Verwendung der Zeitrate der Veränderung des Ansaugkrümmerdrucks und eines vorhersagefehlerbasierten Algorithmus anpaßt.
  18. Steuervorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Steuergerät (10) die Schätzung des Massenstroms in einen Zylinder anpaßt.
  19. Steuervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (10) den gesamten Massenstrom in den Zylinder unter Verwendung der Zeitrate der Veränderung des Ansaugkrümmerdrucks und eines vorhersagefehlerbasierten Algorithmus anpaßt.
  20. Steuervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (10) den gesamten Massenstrom in den Zylinder auf der Grundlage der Differenz zwischen dem geschätzten Druck und dem gemessenen Druck anpaßt.
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19952526A1 (de) * 1999-10-30 2001-05-10 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
US6367462B1 (en) * 2000-09-13 2002-04-09 Delphi Technologies, Inc. Engine torque management method with high dilution EGR control
JP4042388B2 (ja) * 2001-11-12 2008-02-06 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US6691679B2 (en) * 2001-11-29 2004-02-17 Ford Global Technologies, Llc System and method for controlling an operational position of a throttle valve in an engine
US6711489B2 (en) * 2001-12-05 2004-03-23 Visteon Global Technologies, Inc. Method for estimating engine cylinder variables using second order sliding modes
US6697729B2 (en) * 2002-04-08 2004-02-24 Cummins, Inc. System for estimating NOx content of exhaust gas produced by an internal combustion engine
US6805095B2 (en) * 2002-11-05 2004-10-19 Ford Global Technologies, Llc System and method for estimating and controlling cylinder air charge in a direct injection internal combustion engine
US6850831B2 (en) 2002-11-07 2005-02-01 Ford Global Technologies, Llc Method and system for estimating cylinder charge for internal combustion engines having variable valve timing
US7063066B2 (en) * 2003-05-22 2006-06-20 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for adaptively controlling a device to a position
DE60311235T2 (de) * 2003-05-27 2007-10-18 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn Brennkraftmaschine und Verfahren zur Steuerung des Ladeluftmassenstroms und der Abgasrückführungsrate
US6934643B2 (en) * 2003-06-20 2005-08-23 Delphi Technologies, Inc. Ultra accurate gas injection system with vehicle transient air simulation
US7128063B2 (en) * 2004-07-21 2006-10-31 Gm Global Technology Operations, Inc. HCCI engine combustion control
US20070079598A1 (en) * 2005-10-06 2007-04-12 Bailey Brett M Gaseous fuel engine charge density control system
US7913675B2 (en) * 2005-10-06 2011-03-29 Caterpillar Inc. Gaseous fuel engine charge density control system
FR2906316B1 (fr) * 2006-09-25 2008-12-12 Renault Sas Systeme de commande d'un moteur a combustion interne de vehicule automobile comprenant un circuit de recirculation des gaz d'echappement du moteur muni d'une vanne de recirculation commandee
US7680586B2 (en) * 2006-12-20 2010-03-16 Cummins Inc. Mass air flow sensor signal compensation system
JP5517110B2 (ja) * 2010-10-29 2014-06-11 株式会社デンソー 内燃機関のｅｇｒ制御装置
US9157390B2 (en) 2011-09-21 2015-10-13 GM Global Technology Operations LLC Selective exhaust gas recirculation diagnostic systems and methods
US20130226435A1 (en) * 2012-02-29 2013-08-29 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for adjusting an estimated flow rate of exhaust gas passing through an exhaust gas recirculation valve
US10066564B2 (en) 2012-06-07 2018-09-04 GM Global Technology Operations LLC Humidity determination and compensation systems and methods using an intake oxygen sensor
US9249764B2 (en) 2012-03-06 2016-02-02 GM Global Technology Operations LLC Engine control systems and methods with humidity sensors
US9932917B2 (en) * 2012-03-21 2018-04-03 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas recirculation control systems and methods
JP5783976B2 (ja) * 2012-08-30 2015-09-24 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置
JP2014169684A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Denso Corp 内燃機関のｅｇｒ制御装置
US9341133B2 (en) 2013-03-06 2016-05-17 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas recirculation control systems and methods
US9021805B2 (en) * 2013-07-31 2015-05-05 Ford Global Technologies, Llc Exhaust gas recirculation control
US9631567B2 (en) 2013-08-15 2017-04-25 GM Global Technology Operations LLC Sensor based measurement and purge control of fuel vapors in internal combustion engines
US10094321B1 (en) 2017-05-17 2018-10-09 Brunswick Corporation Method for controlling a marine internal combustion engine
US10436145B1 (en) 2017-05-17 2019-10-08 Brunswick Corporation Method for controlling a marine internal combustion engine
US10961940B1 (en) 2017-05-17 2021-03-30 Brunswick Corporation Method for controlling a marine internal combustion engine
US20190063353A1 (en) * 2017-08-22 2019-02-28 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods to control engine fuel delivery
US10358997B1 (en) 2017-12-15 2019-07-23 Brunswick Corporation Method for controlling a marine internal combustion engine
US10322786B1 (en) 2018-02-02 2019-06-18 Brunswick Corporation Method for controlling a marine internal combustion engine
DE102018206202A1 (de) * 2018-04-23 2019-10-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997035106A2 (de) * 1996-03-15 1997-09-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum modellgestützten bestimmen der in die zylinder einer brennkraftmaschine einströmenden frischluftmasse bei externer abgasrückführung
DE19711477A1 (de) * 1996-03-19 1997-09-25 Hitachi Ltd Vorrichtung und Verfahren zum Steuern von Verbrennungsmotoren
DE19727866A1 (de) * 1997-06-30 1999-02-04 Siemens Ag Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2881075B2 (ja) 1992-08-05 1999-04-12 三菱電機株式会社 排気還流制御装置の故障診断方法
US5331936A (en) 1993-02-10 1994-07-26 Ford Motor Company Method and apparatus for inferring the actual air charge in an internal combustion engine during transient conditions
DE4406281C2 (de) 1993-03-01 1996-08-22 Mitsubishi Motors Corp Verfahren zum Bestimmen eines Ausfalls einer Vorrichtung zur Abgasrückführung
JPH0777110A (ja) 1993-09-03 1995-03-20 Mitsubishi Motors Corp 排気再循環システムの故障検出装置
JPH08270492A (ja) 1995-03-30 1996-10-15 Ford Motor Co 電子機関制御装置
JP3425652B2 (ja) 1995-04-20 2003-07-14 三菱電機株式会社 圧力センサを使用した自己診断装置
DE19615545C1 (de) * 1996-04-19 1997-06-12 Daimler Benz Ag Einrichtung zur Dieselmotorbetriebsregelung mit Abgasrückführung und Ansaugluftdrosselung
JP3285493B2 (ja) * 1996-07-05 2002-05-27 株式会社日立製作所 希薄燃焼エンジン制御装置および方法ならびにエンジンシステム
JP3031270B2 (ja) * 1996-12-03 2000-04-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の負圧制御装置
JPH1136962A (ja) * 1997-07-18 1999-02-09 Toyota Motor Corp ディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997035106A2 (de) * 1996-03-15 1997-09-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum modellgestützten bestimmen der in die zylinder einer brennkraftmaschine einströmenden frischluftmasse bei externer abgasrückführung
DE19711477A1 (de) * 1996-03-19 1997-09-25 Hitachi Ltd Vorrichtung und Verfahren zum Steuern von Verbrennungsmotoren
DE19727866A1 (de) * 1997-06-30 1999-02-04 Siemens Ag Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine

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US6311679B1 (en) 2001-11-06
DE10120654A1 (de) 2002-03-14

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