DE10122456A1

DE10122456A1 - Auf einem Beobachter beruhende reine (feed-forward) Steuerung zur Schätzung der Zylindersaugluft

Info

Publication number: DE10122456A1
Application number: DE10122456A
Authority: DE
Inventors: Ihab S Soliman; Jerry D Robichaux; Tobias John Pallett
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-05-13
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2001-11-29
Also published as: US20020179050A1; GB2362226A; US6718822B2; GB2362226B; US6640622B2; GB0110871D0; US6460409B1; US20030005756A1

Abstract

Ein System und Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors zur Verbesserung der Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses mit Hilfe einer reinen (Feed-Forward) auf einem Beobachter beruhenden Steuerungsstrategie umfassen das Schätzen der momentanen und zukünftigen Luftmengenstellgliedstellungen, das Ermitteln der entsprechenden Luftmassenwerte und das Ermitteln einer zukünftigen Zylinderansaugluft auf der Basis einer Differenz zwischen den momentanen und zukünftigen Luftmassewerten. In einer Ausführung wird die Differenz zwischen den momentanen und zukünftigen Luftmassenschätzungen als Feed-Forward-Glied verwendet und mit einem erfassten und gemessenen Wert kombiniert, der von einem Luftmassensensor vor der Verarbeitung mit Hilfe eines Krümmerfüllmodells zur Vorherbestimmung der zukünftigen Zylinderansaugluft erzeugt wird. In einer anderen Ausführung werden die momentanen und zukünftigen Luftmasseschätzungen mit Hilfe des Krümmerfüllmodells verarbeitet, wobei die Ergebnisse zur Erzeugung einer zukünftigen Delta-Zylinderansaugluft verwendet werden, welche anschließend als Feed-Forward-Glied verwendet und mit einer gemessenen Ansaugluft entsprechend einer gemessenen Luftmasse, die von dem Krümmerfüllmodell verarbeitet wird, kombiniert wird.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren für die bei der Steuerung eines Verbrennungsmotors verwendete Schätzung der Zylinderansaugluft.

Hintergrund der Erfindung

Eine präzise Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses ist ein wichtiger Faktor bei der Verringerung von Abgasemissionen, der Senkung der Kraftstoffverbrauchs und der Verbesserung des Fahrverhaltens. Die Konstruktionen von Verbrennungsmotoren verwenden derzeit verschiedene Temperatur-, Druck- und Strömungssensoren in dem Versuch, die Luft- und Kraftstoffmenge und somit das Luft-/Kraftstoffverhältnis für jeden Zylinderzündvorgang präzis zu steuern. Aufgrund verschiedener Sensorbeschränkungen, beispielsweise Reaktionszeit und Entfernung zum Brennraum des Zylinders, ist es jedoch schwierig, die Luft- und Kraftstoffmengen, die tatsächlich im Zylinder verbrannt werden, präzis zu messen und abzustimmen bzw. zu synchronisieren. Es wurden annehmbare Steuerstrategien zum Ausgleich verschiedener Sensorbeschränkungen unter gleichbleibenden Betriebsbedingungen entwickelt. Nun konzentrieren sich die Bemühungen auf die Verbesserung dieser Strategien, um eine genauere Steuerung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses während transienter sowie während gleichbleibender Betriebsbedingungen zu bieten.

Es wurden elektronisch gesteuerte Drosselklappenstellglieder zur Verbesserung der Steuerung des transienten Verhältnisses von Luft und Kraftstoff durch Vorsehen einer gesteigerten Steuerbarkeit der Luftmenge verwendet. Durch Eliminieren der mechanischen Verbindung zwischen einem Gaspedal und der Drosselklappe kann das Motorsteuergerät die Drosselklappenstellung so steuern, dass die entsprechende Luftmenge für die momentane Fahreranforderung und die Betriebsbedingungen zugeführt wird.

Die Luftmenge wird typischerweise mit Hilfe eines stromaufwärts der Drosselklappe angeordneten Luftmassensensors (MAF) gemessen. Die Ansaugluft strömt am MAF-Sensor vorbei, durch die Drosselklappe und in den Ansaugkrümmer, wo sie zu eine Zylinderreihe verteilt wird. Bei Öffnung eines oder mehrerer Einlassventile gelangt die Ansaugluft in einen Zylinder. Der Kraftstoff kann vor dem Strömen in den Zylinder bzw. im Zylinder bei Direkteinspritzanwendungen mit der Ansaugluft gemischt werden. Die Reaktionseigenschaften der derzeitig verwendeten MAF- Sensoren gekoppelt mit der Verzögerungszeit, die mit der Drosselklappenstellung in Verbindung steht, der Laufzeit der Luftmasse zwischen dem MAF-Sensor und dem Zylinder und der Reaktionszeit des Kraftstoffeinspritzventils machen es schwierig, die präzise Luft- und Kraftstoffmenge im Zylinder genau zu ermitteln.

Verschiedene Vorgehen des Stands der Technik haben versucht, die Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zu verbessern und einen oder mehrere der obigen Faktoren auszugleichen. Ein Vorgehen versucht zum Beispiel, die Drosselklappenstellbefehle und die Kraftstoffeinspritzbefehle in dem Kurbelwinkelbereich zu synchronisieren, so dass die Drosselklappenbewegung nach der Luftmengenmessung unterbinden wird. Ein weiteres Vorgehen verzögert die Drosselklappenbewegung, damit die Kraftstoffanlage Zeit zum Reagieren erhält. Eine Strategie, die eine zukünftige Schätzung der Zylinderansaugluft vorsieht, extrapoliert eine momentane Luftmengenmessung linear. Diese Methode nimmt jedoch Ansaugluftänderungen bei einer konstanten Geschwindigkeit an und gleicht nicht die Luftmengensensor-Filterwirkungen aus, die zu einer gedämpften und verzögerten Reaktion führen.

Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Steuerung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses mit Hilfe von auf einem Beobachter beruhenden reinen (feed- forward) Steuerungen zur Ermöglichung einer Schätzung für eine zukünftige Zylinderansaugluft während eines zukünftigen Kraftstoffeinspritzereignisses zu verbessern.

Bei der Durchführung der obigen Aufgabe sowie anderer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung umfasst ein System und Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einem elektronisch gesteuerten Luftmengenstellglied, beispielsweise einer Drosselklappe oder Einlass- /Auslassventilen, das Vorherbestimmten der momentanen und zukünftigen Stellungen des Luftmengenstellglieds mit Hilfe eines Stellgliedmodells, wobei die zukünftige Stellung vorzugsweise einem folgenden Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder entspricht, das Erzeugen einer Delta-Luftmassenvorherbestimmung anhand momentaner und zukünftiger Luftmengenschätzungen und die Schätzung der Ansaugluft in dem Zylinder für die folgende Einspritzung von Kraftstoff anhand der Vorherbestimmung der Delta-Luftmasse. In einer Ausführung wird die Vorherbestimmung der Delta-Luftmasse als Feed-Forward-Glied verwendet, das zum momentanen Messwert des Luftmassensensors addiert wird, wobei das Ergebnis mittels eines Ansaugkrümmerfüllmodells bearbeitet wird, um eine zukünftige Schätzung der Ansaugluft im Zylinder zu liefern. In einer weiteren Ausführung werden die momentanen und zukünftigen Luftmassen-Schätzungen mittels eines Ansaugkrümmerfüllmodells bearbeitet, um entsprechende Schätzungen der Zylinderansaugluft zu erzeugen. Die Differenz der Schätzungen wird dann als Feed- Forward-Glied verwendet, das mit der mit Hilfe des Ansaugkrümmerfüllmodells mit der erfassten Luftmasse als Eingabe berechneten Ansaugluft kombiniert wird.

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Reihe von Vorteilen gegenüber den Steuerungsstrategien des Stands der Technik. Zum Beispiel ermöglicht eine verbesserte Schätzung der Ansaugluft mit Hilfe der vorliegenden Erfindung eine präzisere Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses. Eine Vorabkenntnis der Stellung des Luftmengen-Steuerungsstellglieds lässt über die Systemmodellierung vorab wissen, wie die Zylinderansaugluft bewirkt wird, und erlaubt eine verbesserte Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses, insbesondere während transienten Bedingungen. Dies kann zu verringerten Abgasemissionen und einer entsprechenden Verringerung der erforderlichen Katalysatorgröße führen. Ein schnelleres Steuerungssystem, das mit Hilfe der vorliegenden Erfindung keine Instabilität bzw. Geräusch induziert, kann ferner zu einem verbesserten Fahrverhalten führen.

Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Aufgaben sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung der besten Art der Durchführung der Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführung eines Motorsteuersystems unter Verwendung der Schätzung der Zylinderansaugluft mit einer auf einem Beobachter beruhenden reinen (feed-forward) Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Betriebs eines Systems oder Verfahrens zur Steuerung eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines allgemeinen Dynamikmodells für ein elektronisches Drosselklappensteuersystem mit Rückführung zur Verwendung bei der Ermittlung einer geschätzten zukünftigen Zylinderansaugluft gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine vereinfachte Darstellung eines rekursiven Luftmengen- Stellgliedstellungsmodells für die Schätzung der momentanen sowie ersten und zweiten zukünftigen Stellgliedstellungen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist eine eingehendere Darstellung eines Modells zur Schätzung einer zukünftigen Luftmengen-Stellgliedstellung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer Schätzung einer Ansaug-Luftmenge und einer Krümmerfüllung anhand des geschätzten Drosselklappenwinkels gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems, das eine auf einem Beobachter beruhende reine (feed-forward) Steuerung nach einer erfindungsgemäßen Ausführung implementiert;

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems, das eine auf einem Beobachter beruhende reine (feed-forward) Steuerung nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung implementiert, und

Fig. 9 ist ein Flussdiagramm des Betriebs einer Ausführung eines Systems oder Verfahrens zur auf einem Beobachter beruhenden reinen (feed-forward) Ansaugluftschätzung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beste Art(en) der Durchführung der Erfindung

In Fig. 1 wird ein Blockdiagramm einer Ausführung eines Motorsteuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Zwar wird in Fig. 1 eine Direkteinspritzanwendung dargestellt, doch ist die vorliegende Erfindung gleichermaßen auch auf herkömmliche Saugrohr- oder Drosselklappengehäuse- Einspritzsysteme anwendbar. Zwar wird die vorliegende Erfindung vorwiegend unter Bezug auf eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe zur Erzeugung der Luftmengensteuerung beschrieben, doch kann die vorliegende Erfindung analog auch auf verschiedene andere Arten von Luftmengen-Stellgliedern angewendet werden, beispielsweise Zylindereinlass-/Auslassventile, wie sie bei der variablen Nockensteuerung und variablen Ventilsteuerungsanwendungen mit entsprechenden Anpassungen an die verschiedenen Modelle verwendet werden.

Das System 10 ist vorzugsweise ein Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von durch den Zylinder 12 dargestellten Zylindern mit entsprechenden Brennräumen 14. Wie ein Durchschnittsfachmann erkennen wird, umfasst System 10 verschiedenen Sensoren und Stellglieder zur Durchführung der Steuerung des Motors. Es können einer oder mehrere Sensoren oder Stellglieder pro Zylinder 12 vorgesehen werden oder es kann ein einziger Sensor bzw. ein einziges Stellglied für den Motor vorgesehen werden. Jeder Zylinder 12 kann beispielsweise vier Stellglieder umfassen, welche die Einlassventile 16 und die Auslassventile 18 betreiben, während nur ein einziger Motorkühltemperatursensor 20 beinhaltet ist.

In einer Ausführung umfasst die vorliegende Erfindung eine mechanische variable Nockensteuervorrichtung herkömmlicher Bauart, die zur Änderung der Zeitsteuerung der Einlassventile 16 und/oder der Auslassventile 18 verwendet wird, um eine Luftmengensteuerung zu ermöglichen. In einer alternativen Ausführung werden die Einlassventile 16 und/oder Auslassventile 18 durch variable Ventilsteuerstellglieder gesteuert, beispielsweise durch elektromagnetische Stellglieder, wie sie auf dem Gebiet bekannt sind. Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe zur Luftmengensteuerung, wie sie nachstehend eingehend beschrieben wird.

Das System 10 umfasst vorzugsweise ein Steuergerät 22 mit einem Mikroprozessor 24, der mit verschiedenen maschinell lesbaren Speichermedien in Verbindung steht. Die maschinell lesbaren Speichermedien beinhalten vorzugsweise einen Festspeicher (ROM) 26, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 28 und einen Erhaltungsspeicher (KAM) 30. Die maschinell lesbaren Speichermedien können mit Hilfe einer aus einer Vielzahl von bekannten Speichervorrichtungen, beispielsweise PROM, EPROM, EEPROM, Blitzspeicher oder jeder anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichervorrichtung, die Daten speichern kann, wovon einige ausführbare Befehle darstellen, implementiert werden, die vom Mikroprozessor 24 bei der Steuerung des Motors verwendet werden. Der Mikroprozessor 24 steht mittels einer Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 32 (E/A) mit verschiedenen Sensoren und Stellgliedern in Verbindung.

Bei Betrieb strömt Luft durch den Einlass 34, wo sie mittels eines Ansaugkrümmers, der insgesamt mit der Bezugsziffer 36 gekennzeichnet ist, zu der Vielzahl von Zylindern verteilt wird. Das System 10 umfasst vorzugsweise einen Luftmassensensor 38, welcher an das Steuergerät 22 ein entsprechendes Signal (MAF) liefert, das die Luftmasse anzeigt. In bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung wird eine Drosselklappe 40 zur Modulierung der Luftmenge durch den Einlass 34 während bestimmter Betriebsarten verwendet. Die Drosselklappe 40 wird vorzugsweise durch ein geeignetes Stellglied 42 anhand eines entsprechenden Drosselklappen-Stellungssignals, welches vom Steuergerät 22 erzeugt wird, elektronisch gesteuert. Ein Drosselklappenschalter 44 liefert ein Rückführsignal (TP), das die tatsächliche Stellung der Drosselklappe 40 zu dem Steuergerät 22 zur Implementierung der Steuerung der Drosselklappe 40 mit Rückführung anzeigt.

Wie ein Durchschnittsfachmann erkennen wird, kann die vorliegende Erfindung auch in nicht gedrosselten Motoren bzw. Motoren ohne Drosselklappe verwendet werden, bei denen die Luftmenge mit Hilfe einer geeigneten Ventilsteuerung gesteuert werden kann. Unabhängig davon, ob der Motor eine physikalische Drosselklappe umfasst, wie zum Beispiel die Drosselklappe 40, kann der Motor in verschiedenen nicht gedrosselten Betriebsarten laufen. Dieser Betrieb verringert Pumpverluste und erhöht die Leistungsfähigkeit des Motors, was zu geringerem Kraftstoffverbrauch führen kann. Zu den Motoren ohne Drosselklappe können Motoren mit variabler Ventilsteuerung (VVT) gehören, bei denen die Einlass- und Auslassventile an Stelle einer herkömmlichen Nockenanordnung mit Hilfe elektromagnetischer Stellglieder elektronisch gesteuert werden. Analog können Motoren mit variablen Nockensteuerungsmechanismen bei weit geöffneter Drosselklappe betrieben werden, um die Pumpverluste zu verringern, wobei die Steuerung der Luftmenge durch Modifizieren der Nockensteuerung vorgesehen wird. Die vorliegende Erfindung ist auch auf Motorkonfigurationen mit herkömmlichen Ventilsteuermechanismen anwendbar, die auch abhängig von der momentanen Fahreranforderung und den Motorbetriebsbedingungen bei weit geöffneter Drosselklappe in verschiedenen Betriebsarten laufen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, kann ein Ansaugunterdruckfühler 46 verwendet werden, um ein Signal (MAP) zu liefern, das dem Steuergerät 22 den Ansaugdruck anzeigt. Durch den Ansaugkrümmer 36 strömende Luft gelangt durch entsprechende Steuerung von ein oder mehreren Einlassventilen 16 in den Brennraum 14. Wie vorstehend beschrieben, können die Einlassventile 16 und die Auslassventile 18 von dem Steuergerät 22 für variable Ventilsteuerungs- bzw. variable Nockensteuerungsanwendungen direkt oder indirekt gesteuert werden. Alternativ können die Einlassventile 16 und die Auslassventile 18 mit Hilfe einer herkömmlichen Nockenwellenanordnung gesteuert werden. Ein Kraftstoffeinspritzventil 48 spritzt für die momentane Betriebsart abhängig von einem vom Steuergerät 22 erzeugten und vom Mitnehmer 50 verarbeiteten Signal (FPW) eine entsprechende Menge Kraftstoff in einem oder mehreren Einspritzvorgängen ein.

Wie in Fig. 1 gezeigt, spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 48 eine entsprechende Menge Kraftstoff in einer oder mehreren Einspritzungen direkt oder indirekt in den Brennraum 14 ein. Die Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorgänge beruht im Allgemeinen auf der Stellung des Kolben 52 in dem Zylinder 12. Stellungsinformationen werden durch einen geeigneten Sensor 54 erhalten, der ein Stellungssignal (PIP) ausgibt, welches eine Drehstellung der Kurbelwelle 56 anzeigt.

Erfindungsgemäß kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis durch Vorsehen einer Schätzung der Zylinderansaugluft für ein zukünftiges Einspritzereignis präziser gesteuert werden. Sobald ein geeignetes Luft-/Kraftstoffverhältnis anhand eines gewünschten Motordrehmoments und der momentanen Betriebsbedingungen ermittelt ist, wird anhand der geschätzten Zylinderansaugluft eine geeignete Kraftstoffmenge ermittelt, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis genauer zu steuern. Vorzugsweise werden die Zylinderansaugluft und der Kraftstoff für zwei PIP- Ereignisse nach dem momentanen Ereignis ermittelt. Da die PIP-Ereignisse auf einem Kurbelwinkel beruhen, variiert die Steuerung zwischen den Ereignissen auf der Basis der Drehzahl (U/min) des Motors. Vorzugsweise werden ein oder mehrere Luftmengenstellglieder gesteuert, um die vorherbestimmte bzw. geschätzte Zylinderansaugluft mit dem geplanten Kraftstoffeinspritzereignis zu synchronisieren. Bei gedrosselten Anwendungen kann die Luftmenge mit Hilfe der Drosselklappe in Verbindung mit der Steuerung der Ventilzeit für Einlass- und/oder Auslassventile gesteuert werden.

Der gewünschte Kraftstoffstrom wird durch geeignete Signale erreicht, die vom Steuergerät 22 für die Kraftstoffeinspritzventile 48 zur Einspritzung einer geeigneten Menge von Kraftstoff in einer oder mehreren Einspritzungen direkt oder indirekt in jeden Brennraum 14 erzeugt werden. Abhängig von der jeweiligen Anwendung kann die Kraftstoffmenge auch so bestimmt oder eingestellt werden, dass ein Kraftstofffilm bzw. eine Wandbenetzung, welche letztendlich die dem Zylinder tatsächlich zugeführte Kraftstoffmenge beeinträchtigt, berücksichtigt wird. Zu dem geeigneten Zeitpunkt während des Verbrennungstakts erzeugt das Steuergerät 22 ein Zündsignal (SA), das von der Zündanlage 58 verarbeitet wird, um die Zündkerze 60 zu steuern und die Verbrennung in dem Raum 14 einzuleiten. Vorzugsweise wird der Zündfunke, wann immer dies möglich ist, bei MBT gehalten, d. h. der Zeitsteuerung, die eine maximale Drehzahl für eine vorbestimmte Menge an Luft und Kraftstoff erzeugt, da diese Bedingungen im Allgemeinen zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führen.

Das Steuergerät 22 (oder eine herkömmliche Nockenwellenanordnung) steuert ein oder mehrere Auslassventile 18, so dass sie das verbrannte Luft-/Kraftstoffgemisch durch einen Abgaskrümmer ausstoßen. Ein Abgassauerstoffsensor 62 liefert ein Signal (EGO), das dem Steuergerät 22 den Sauerstoffgehalt der Abgase anzeigt. Dieses Signal kann zur Einstellung des gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnisses oder zur Steuerung der Betriebsart eines oder mehrerer Zylindern verwendet werden. Die Abgase werden durch den Abgaskrümmer und durch einen Katalysator 64 und in manchen Anwendungen eine Nox-Falle 66 geleitet, bevor sie an die Atmosphäre abgelassen werden.

Fig. 2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Betriebs eines Systems oder Verfahrens für die zukünftige Zylinderansaugluft-Schätzung gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Dynamikmodell 80 eines Luftmengen-Stellgliedsystems mit Rückführung wird rekursiv zur Erzeugung von Schätzungen für momentane und zukünftige Stellgliedstellungen verwendet. In diesem Beispiel verarbeitet das Modell 80 einen momentanen gewünschten Drosselklappenwinkel 82 mit Hilfe eines auf einem Beobachter beruhenden elektronischen Drosselklappensteuerungs(ETC)- Klappenbewegungsdynamikmodells 80 zur Erzeugung einer momentanen Schätzung 84 der Drosselklappenwinkelstellung und einer zukünftigen Schätzung 86 einer Drosselklappenstellung. In einer bevorzugten Ausführung entspricht die zukünftige Drosselklappenwinkelstellung 86 einem zwei PIP später eintretendem Ereignis, das einer folgenden Kraftstoffeinspritzung anhand der Kurbelwinkelstellung entspricht. Das auf einem Beobachter beruhende Modell 80 verwendet eine gemessene Drosselklappenwinkelstellung 88 zur Sicherstellung der Stabilität und zum Ausgleich etwaiger Modellungenauigkeiten, wie später eingehender beschrieben wird.

Die momentanen 84 und zukünftigen 86 Schätzungen der Luftmengen- Stellgliedstellung werden von einem Drosselklappengehäuse-Luftmengenmodell 90 zur Erzeugung momentaner 92 und zukünftiger 94 Schätzungen für die Luftmasse (MAF) verarbeitet.

Die momentanen 92 und zukünftigen 94 Luftmassenschätzungen werden einem auf einem Beobachter beruhenden Ansaugkrümmerfüllmodell 98 vorgelegt, welches dann eine Schätzung der Zylinderansaugluft 100 für ein zukünftiges Kraftstoffeinspritzereignis liefert. Das Krümmerfüllmodell 98 verwendet eine momentane berechnete Ansaugluft 102 als Rückführelement, um Modellungenauigkeiten zu berücksichtigen. Die momentane berechnete Ansaugluft 102 beruht auf der gemessenen oder erfassten Luftmasse 96, die auch von dem Krümmerfüllmodell 98 verarbeitet wird.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines allgemeinen Dynamikmodells für ein ETC-System mit Rückführung zur Verwendung bei der Ermittlung einer geschätzten zukünftigen Zylinderansaugluft gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Dynamikmodell 104 erfasst die Dynamik des Systems, d. h. die Transferfunktion, so dass eine Drosselklappenwinkelausgangsgröße 112 anhand einer vorgegebenen gewünschten Drosselklappenwinkeleingangsgröße 106 vorherbestimmt bzw. geschätzt werden kann. Das Modell 104 kombiniert ein Drosselklappensteuergerät mit Rückführung und ein Anlagendynamikmodell. Die Eingangsgröße 106 ist vorzugsweise der angeordnete oder erwünschte Drosselklappenwinkel, während die Ausgangsgröße 112 den tatsächlichen Drosselklappenwinkel nach Reaktion des Steuergeräts darstellt. In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der angeordnete oder erwünschte Drosselklappenwinkel 106 bei einem vorbestimmten Zeitintervall, der unabhängig von der momentanen Motordrehzahl (U/min.) ist, erzeugt bzw. abgetastet. Das Modell 104 ist nicht linear und enthält eine Transportverzögerung 108, um die mit dem angeordneten Drosselklappenwinkel verbundene Steuergerätverzögerung zu modellieren. Die geschätzte Drosselklappenstellung wird verwendet, um ein Rückführsignal zu liefern, das bei Block 110 mit dem verzögerten geschätzten Signal kombiniert wird, um ein Fehler- bzw. Korrekturglied zu liefern. Zur Modellierung der motorgeschwindigkeitsbeschränkenden Wirkungen und der Vorspannfeder ist ferner ein nichtlineares Sättigungselement 114 mit positiven und negativen Kalibrierungsgrenzen R bzw. F vorgesehen und führt zu einem geschwindigkeitsbeschränkten Fehler 116. Ein linearer Bereich zweiter Ordnung des Modells 118 stellt die Anlagendynamik dar. Zwei kalibrierbare Parameter (K und t) des linearen Bereichs 118 sind Funktionen sowohl des Drosselklappensteuergeräts als auch der Motordynamik. Abhängig von den bestimmten gewählten Steuergerätgewinnen und der verwendeten Motordynamik kann der lineare Bereich 118 des Modells 104 als Integrator mit proportionalem Gewinn weiter vereinfacht werden. Erfindungsgemäß wird das Modell 104 in einer rekursiven Weise verwendet, um momentane und zukünftige Drosselklappenwinkelschätzungen anhand eines eingegebenen gewünschten Drosselklappenwinkels zu liefern. Um eine geeignete Schätzfunktion zu liefern, wird das Modell 104 diskretisiert, um eine Differenzgleichung und einen Algorithmus für die Schätzung der momentanen und zukünftigen Drosselklappenwinkelstellungen zu liefern.

Vorzugsweise wird das Modell 104 in dem Kurbelwinkelbereich diskretisiert, da die Ansaugluftberechnung und die Ansaugkrümmerfülldynamik auf der Basis eines Kurbelwinkelbereichs durchgeführt werden. Als solches wird der Stichprobenintervall in dem sich ergebenden Algorithmus eine Funktion der Motordrehzahl. Das Vorliegen sowohl von linearen als auch von nichtlinearen Komponenten in dem Modell 104 erfordert das Diskretisieren des Modells in vier Schritten: das Diskretisieren der nichtlinearen Transportverzögerung, das Diskretisieren des nichtlinearen Geschwindigkeitsbegrenzers, das Diskretisieren des linearen reinen (feed-forward) Häufigkeitsbereich-Anlagendynamikmodells und das Entwickeln eines Algorithmus, der alle die Komponenten des Modells kombiniert. Der Algorithmus wird vorzugsweise rekursiv verwendet, um ein PIP und zwei PIP später eintretende Drosselklappenwinkelschätzungen zu liefern. Eine Beobachterstruktur mit Rückführung wird dann für die Schätzung des momentanen Drosselklappenwinkels und die Schätzung des ein PIP später eintretenden Drosselklappenwinkels verwendet, um Modellungenauigkeiten zu berücksichtigen und die Stabilität im gleichbleibenden Zustand zu verbessern.

Der erste Schritt bei der Diskretisierung des Modells umfasst das Diskretisieren der Transportverzögerung 108, um einen variablen Stichprobenintervall zu unterstützen. Wenn ein gewünschter Drosselklappenwinkel 106 angeordnet wird, erfolgt die Steuergerätbetätigung erst einige Zeit später. In einer Ausführung beträgt die Transportverzögerung etwa 14 Millisekunden. In einem diskreten Bereich wird die Verzögerung der Steuergerätbetätigung als K_dly Mess-Stichproben wiedergegeben. Mathematisch kann dies wie folgt wiedergegeben werden:

θ_DLY(t) = θ_DES(t - t_DLY)

θ_DLY(k) = θ_DES(k - k_DLY)

wobei: k_DLY = t_DLY/T, T ist der durch folgendes gegebene Stichprobenzeitraum:

Da k_DLY schwankt:

θ_DLY(k) = α[θ_DES(k - ceil(k_DLY))] + β[θ_DES(k - ceil(k_DLY - 1))]

wobei:

α = (k_DLY - ceil(k_DLY - 1)) und β = 1 - α.

Die Verwendung einer Aufrundungsfunktion (ceil (x)) stellt sicher, dass eine tatsächliche verzögerte Stichprobennahme verwendet wird.

Für einen festen Stichprobennahmeintervall ist K_dly eine feste Größe. Da jedoch der Algorithmus in dem Kurbelwinkelbereich mit einem variablen Stichprobennahmeintervall auf Basis der Motordrehzahl durchzuführen ist, ist K_dly nicht länger eine feste Größe. Daher ist eine gewichtete Funktion der verzögerten Stichproben des gewünschten Drosselklappenwinkels erforderlich, um einen unterschiedlichen Stichprobennahmenintervall zu berücksichtigen. Erfindungsgemäß müssen die Bereiche sowohl des Stichprobennahmenintervalls als auch von K_dly ermittelt werden, damit eine minimale Fallgeschichte der verzögerten gewünschten Drosselklappenwinkel-Stichprobennahmen in dem Algorithmus verwendet wird. Bei einem Achtzylindermotor mit Motordrehzahlen von 650 bis 7.000 U/min sind die Bereiche des Stichprobennahmenintervalls und von K_dly wie folgt:

2,1 ms ≦ T ≦ 23,1 ms

und

6,667 ≧ k_DLY ≧ 0,6087.

Bei diesem Bereich von K_dly sollte eine gewichtete Funktion der verzögerten Stichproben des gewünschten Drosselklappenwinkels, der von dem momentanen gewünschten Drosselklappenwinkel zu einem gewünschten Drosselklappenwinkel, der sieben Stichprobennahmen alt ist, reicht, verwendet werden. Daher wird eine Fallgeschichte mit sieben Stichproben des gewünschten Drosselklappenwinkels verwendet, um die Transportverzögerung (in diesem Beispiel 14 ms) in den Algorithmus zu integrieren. Die Anzahl der in der Stichprobenfallgeschichte aufrechterhaltenen Stichproben variiert natürlich abhängig von der jeweiligen Anwendung, kann aber nach dem vorstehend beschriebenen Prozess ermittelt werden.

Ein zweiter Schritt bei der Diskretisierung des Modells 104 ist das Diskretisieren des nichtlinearen Geschwindigkeitsbegrenzers, der zur Modellierung der Drosselklappenmotorgeschwindigkeitsbeschränkungswirkungen und der Vorspannfeder verwendet wird. Der Geschwindigkeitsbegrenzer kann mit Hilfe einer stückweisen linearen Beziehung nach der Berechnung des Fehlerglieds e_K, das der Fehler zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Drosselklappenstellung ist, wie folgt diskretisiert werden:

e_K = θ_{DLY_K} - _{EST_K}

wobei:

Die obigen Gleichungen sind auch für die Verwendung anpassbar, da zu dem Modell 104 ein Beobachter hinzugefügt wird, wie unter Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschrieben wird. Die Darstellungen für den nichtlinearen Geschwindigkeitsbegrenzer für die Schätzungen des momentanen Drosselklappenwinkel und ein PIP später sind wie folgt:

e_K = f_{Gesch.Begrenz.} (e_K) + L(θ_{ACT_K-1} - _{GESCHÄTZT_K-1})

e_K+1 = f_{Gesch.Begrenz.} (e_K+1) + L(T_{ACT_K} - θ_GESCHÄTZT).

Vorzugsweise wird der Fehler nach Schätzen des momentanen Drosselklappenwinkels berechnet.

Der dritte Schritt beim Diskretisieren des Stellgliedmodells 104 ist das Diskretisieren des reinen (feed-forward) Drosselklappensteuerdynamikmodells 118. Da das Modell linear ist, kann dies mit Hilfe eines Z-Transformationsvorgehens durch Anwenden eines aus einer Reihe von Verfahren, beispielsweise ZOH, der Möbiuschen Transformation, des rückwärtigen Euler usw., erreicht werden. Das Möbiusche Transformationsverfahren, auch als Tustinsche Methode bekannt, verwendet eine Trapezformel für die numerische Integrationsapproximation und liefert eine präzisere Abbildung der Anlagendynamik in dem diskreten Bereich für ein elektronisches Drosselklappen-Luftmengen-Stellglied. Vorzugsweise wird die Methode der Möbiuschen Transformation verwendet, da sie gegenüber anderen Methoden, wie zum Beispiel der ZOH- oder der rückwärtigen Euler-Methode, die bei großen Stichprobennahmenintervallen ein oszillierendes und/oder instabiles Verhalten einbringen können, weniger empfindlich auf sich ändernde Stichprobennahmenintervalle reagiert. Die diskrete Bereichstransferfunktion G(z) für das Häufigkeitsbereichs-Anlagendynamikmodell G(s) kann wie folgt dargestellt werden:

Die diskrete Bereichstransferfunktion wird dann verwendet, um eine entsprechende Differenzgleichung für F ≦ e_K ≦ R wie folgt abzuleiten:

wobei:

b₀ = KT², b₁ = 2KT², b₂ = b₀, a₀ = (4τ + 2T), a₁ = - 8τ, Λa₂ = (4τ - 2T).

Für e_K < R lautet die Differenzgleichung:

und für e_K < F lautet die Differenzgleichung:

Die diskretisierten Komponenten werden dann kombiniert, um einen Algorithmus zur Schätzung des momentanen Drosselklappenwinkels anhand einer gewünschten Drosselklappenwinkeleingangsgröße zu bilden.

Fig. 4 und 5 sind Blockdiagramme eines rekursiven Luftmengen-Stellgliedstellungs modells mit einer Beobachterstruktur mit Rückführung unter Verwendung einer erfassten Drosselklappenstellung mit einem proportionalen Gewinn, um Modellungenauigkeiten zu berücksichtigen und eine korrekte Vorherbestimmung der Drosselklappenstellung sicherzustellen. Fig. 4 ist eine vereinfachte Darstellung des rekursiven Luftmengen-Stellgliedstellungsmodells für die Schätzung der momentanen Drosselklappenstellung und der ersten und zweiten zukünftigen Drosselklappenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das rekursive Modell 130 umfasst eine gewünschte Drosselklappenstellung 132 als Eingangsgröße. Wie vorstehend beschrieben, wird der gewünschte oder angeordnete Drosselklappenwinkel zu einem vorbestimmten (festen) Stichprobenentnahmeintervall als Stichprobe entnommen oder vorgesehen. Relativ zum Kurbelwinkelbereich wird die gewünschte Drosselklappenstellung für das momentane und die beiden zukünftigen Ereignisse als konstant betrachtet. Die gewünschte Drosselklappenstellung 132 wird dazu verwendet, eine geschätzte momentane Stellung 134 mit einem verbundenen Fehler 135 auf der Basis des ETC- Klappenbewegungsdynamikmodells 136 zu liefern. Die Ausgangsgrößen 134 und 135 werden den Blöcken 138 und 140 rekursiv geliefert. Die momentane geschätzte Drosselklappenstellung 134 wird dazu verwendet, eine erste zukünftige geschätzte Drosselklappenstellung 139 mit Hilfe von Block 138 vorherzubestimmen. Ein zugehöriger zukünftiger Fehlerwert 141 wird ebenfalls vorgesehen. Als solches liefert Block 138 eine geschätzte Luftmengen-Stellgliedstellung für ein erstes zukünftiges Motorereignis (in diesem Beispiel ein Kraftstoffeinspritz- oder Ansaugereignis) anhand einer momentanen geschätzten Stellung. Der erste zukünftige geschätzte Stellungswert wird Block 140 als Eingangsgröße geliefert, um einen zweiten zukünftigen geschätzten Stellungswert 142 samt zugehörigem Fehler 143 zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführung wird der zweite zukünftige geschätzte Wert 142 für die Schätzung eines zwei PIP später eintretenden Drosselklappenwinkels ermittelt. Ein gemessener Wert 144 entsprechend der momentanen Drosselklappenstellung liefert dem Modell 130 eine Rückmeldung, um Modellungenauigkeiten zu berücksichtigen und eine korrekte Vorherbestimmung zukünftiger Drosselklappenstellungen sicherzustellen, wie am besten in Fig. 5 dargestellt wird.

Eine eingehendere Darstellung eines rekursiven auf einem Beobachter beruhenden Modells zur Schätzung einer zukünftigen Luftmengen-Stellgliedstellung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 5 gezeigt. Eine Beobachterstruktur 154 mit Rückführung wird dem dynamischen Drosselklappenstellungsmodell 104' mit Hilfe einer gemessenen bzw. erfassten Drosselklappenstellung 158, die von dem ETC- Systemsteuergerät 156 mit Rückführung als Rückführsignal geliefert wird, hinzugefügt. Das gemessene Signal wird wie durch Block 160 wiedergegeben zeitverschoben und mit der momentanen Schätzung 134, die wie durch Block 162 wiedergegeben zeitverschoben ist, verglichen, um ein Fehler- bzw. Differenzsignal zu erzeugen. Ein proportionaler Gewinn 164 wird angewendet und zur Einstellung bzw. Modifizierung des Modells 104 anhand eines Fehler- oder Korrekturfaktors 135 verwendet.

Die gewünschte Drosselklappenstellung für ein erstes zukünftiges Ereignis 170 wird als Eingangsgröße an eine andere Instanz des Modells 104' geliefert, um eine erste zukünftige geschätzte Stellung 139 vorherzubestimmen. Wie durch die Strichlinie gezeigt wird, kann der zukünftige gewünschte Wert für die meisten Anwendungen gleich dem momentanen gewünschten Wert 150 und dem zweiten zukünftigen gewünschten Wert 172 angenommen werden. Die Eingangsgröße 170 wird von dem Modell 104 verarbeitet, um einen ersten zukünftigen geschätzten Wert für die Drosselklappenstellung 139 zu ermitteln. Der momentane geschätzte Wert 134 wird von einer Beobachterstruktur 174 verwendet, um Modellfehler zu berücksichtigen und um bei Block 176 ein Rückführsignal anhand der momentanen tatsächlichen Drosselklappenstellung zu erzeugen. Ein proportionaler Gewinn 178 wird angewendet und der Fehler 141 wird dem Modell 104' hinzugefügt.

Analog wird eine gewünschte Drosselklappenstellung für ein zweites zukünftiges Ereignis 172 von Modell 104 verarbeitet, um eine geschätzte Drosselklappenwinkelstellung für ein zweites zukünftiges Ereignis 142 mit einem zugehörigen Rückführfehler 143 zu ermitteln.

Die Beobachterstrukturen 154 und 174 mit Rückführung von Fig. 5 werden nur für die momentane und die erste zukünftige Schätzung für die Drosselklappenwinkelstellung und nicht für die zweite zukünftige Schätzung verwendet. Die Verwendung einer Beobachterstruktur mit Rückführung für das zweite zukünftige Ereignis würde eine erfasste Drosselklappenstellung für das zweite zukünftige Ereignis erfordern, welche nicht verfügbar ist. Die für die momentane und die erste zukünftige Schätzung vorgesehene Rückmeldung wird jedoch mit der zweiten zukünftigen Schätzung dynamisch gekoppelt. Als solches wird die zweite zukünftige Schätzung in Folge der Integration (Kombination) eines Beobachters mit Rückführung mit der momentanen und der ersten zukünftigen Schätzung verbessert.

In einer Ausführung führt die vorliegende Erfindung einen rekursiven Algorithmus unter der Annahme aus, dass der gewünschte Drosselklappenwinkel für das momentane, das erste zukünftige Ereignis und das zweite zukünftige Ereignis gleich ist. Diese Annahme ist solange gültig, als die Ansaugereignisse schneller eintreten als die Aktualisierungsgeschwindigkeit des gewünschten Drosselklappenwinkels. In Situationen, da diese Annahme nicht gültig ist, nimmt die in Fig. 4 und 5 gezeigte Beobachterstruktur mit Rückführung entsprechende Korrekturen vor. Eine Implementierung für einen rekursiven Algorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:

Für e_K < R

und für e_K < F

wobei:

Für die ersten und zweiten zukünftigen Stellungswerte unter Annahme konstanter gewünschter Werte und konstanter Verzögerungswerte (gleich dem momentanen gewünschten Wert und dem momentanen Verzögerungswert) wird der erste zukünftige Stellungswert durch folgendes gegeben:

Für e_K+1 < R

und für e_K+1 < F

wobei:

Für den zweiten zukünftigen Stellungswert der Drosselklappe:

Für e_K+2 < R

und für e_K+2 < F

wobei:

e_K+2 = f_{Gesch.Begrenz.} (θ_{DLY_K+2} - _{GESCHÄTZT_K+2}).

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer Schätzung der Ansaugluftmenge und der Krümmerfüllwirkungen anhand eines geschätzten Drosselklappenwinkels nach einer erfindungsgemäßen Ausführung. Sobald die momentanen und der zukünftigen Drosselklappenwinkel wie oben beschrieben geschätzt sind, verwendet die vorliegende Erfindung ein Luftmengenmodell anhand der Stellgliedstellungen in Verbindung mit einem Ansaugkrümmerfüllmodell, um die Ansaugluft im Zylinder für ein zukünftiges Einspritzereignis vorherzubestimmen. Abhängig von der jeweiligen Motortechnologie und dem Luftmengen-Stellglied kann das Ansaugkrümmerfüllmodell modifiziert oder eliminiert werden. Bei Anwendungen mit Hilfe einer variablen Ventilzeitsteuerung mit einem Motor ohne Drosselklappe zum Beispiel kann das Stellgliedstellungsmodell und/oder das Luftmengenmodell die Krümmerfüllwirkungen integrieren. Analog können zwei oder mehr der Modelle mit geeigneten Abwandlungen kombiniert werden, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

In einer bevorzugten Ausführung wird eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe allein oder in Verbindung mit einer steuerbaren Ventilzeitsteuerung verwendet, um eine Luftmengensteuerung zu ermöglichen. Als solche werden die momentanen und zukünftigen Drosselklappenwinkel in einem adaptiven Drosselklappengehäuse- Luftmengenmodell verwendet, um entsprechende momentane und zukünftige Schätzungen der Luftmasse in den Ansaugkrümmer 190 zu ermöglichen. Zur Berücksichtigung von Modellungenauigkeiten wird eine zukünftige Delta-MAF unter Heranziehen der Differenz der momentanen und zukünftigen geschätzten Luftmassen erzeugt. Die zukünftige Delta-Luftmasse wird dann als Feed-Forward- Glied mit der erfassten Luftmasse verwendet.

Ein nicht adaptiertes Drosselklappengehäuse-Luftmassenmodell kann auf den folgenden adiabatischen Öffnungsströmungsgleichungen beruhen:

für

und

für

wobei C_D den Schüttkoeffizienten (empirisch ermittelt), A_th die effektive Drosselklappenströmungsfläche, _atm den atmosphärischen Druck, _man den stromabwärtigen Ansaugkrümmerdruck, das Verhältnis der spezifischen Wärmen, M die relative Molekülmasse des Gases, T die stromaufwärtige Temperatur der Ansaugluft, R die ideale Gaskonstante und MAF die in das Drosselklappengehäuse gelangende Luftmasse darstellt.

Diese Gleichungen sind höchst nichtlinear und werden vorzugsweise aus empirischen Abbildungsdaten anhand einer bestimmten Größe des Drosselklappengehäuses oder der Drosselklappe regressiert. Vorzugsweise umfasst das Luftmassenmodelle Eingangsgrößen entsprechend dem momentanen Barometerdruck (atmosphärischen Druck) (BP), der Ansauglufttemperatur (ACT), dem Ansaugkrümmerdruck (MAP) und dem Drosselklappenwinkel. Für die ersten und zweiten zukünftigen Luftmassenschätzungen werden der Ansaugkrümmerdruck und die Ansauglufttemperatur gleich den momentanen Werten angenommen. In einer bevorzugten Ausführung entspricht der Ansaugkrümmerdruck einem von dem elektronischen Drosselklappensteuergerät angeordneten gewünschten Krümmerdruck statt einem tatsächlichen gemessen oder erfassten Wert. Diese Annahmen sind für Ansaugluftschätzzwecke gültig, wobei Ungenauigkeiten beseitigt sind, da nur eine Deltaluftmasse erzeugt werden soll.

Unter Bezug auf Fig. 6 wird Luft durch den Einlass 180 eingelassen und strömt am Luftmassensensor 182 vorbei, bevor sie in das Drosselklappengehäuse 184 gelangt. Die Ansaugluft wird durch die Stellung der Drosselklappe 188 moduliert, wobei eine gemessene oder erfasste Stellung durch den Drosselklappenschalter 186 ermittelt wird. Durch das Drosselklappengehäuse 184 gelangende Luft gelangt in den Ansaugkrümmer 190, wo sie zu den verschiedenen Zylindern 204 verteilt wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 192 spritzt eine entsprechende Menge an Kraftstoff ein, der mitgeführt wird, wenn die Luft bei Öffnung des Einlassventils (bzw. der Einlassventile) 194 in den Zylinder 202 gelangt. Das Einlassventil 194 wird geschlossen, wenn sich der Kolben 206 während des Verdichtungstakts hebt. Ein geeignetes Signal wird zu der Zündkerze 200 geliefert, damit die Verbrennung in dem Raum 202 stattfindet. Das Auslassventil (bzw. die Auslassventile) 196 wird geöffnet und die verbrannten Gase gelangen in den Abgaskrümmer 198. Erfindungsgemäß wird die Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses durch Schätzen der Stellung der Drosselklappe 188 zur Ermittlung der Luftmenge in den Ansaugkrümmer 190 verbessert. Etwaige Modellfehler werden aufgehoben und werden durch Verwendung der von dem Drosselklappenschalter 186 erzeugten Rückmeldung und durch Verwendung der Modelle zur Schätzung einer Delta- Luftmasse ausgeglichen. Ein Krümmerfüllmodell wird verwendet, um eine Schätzung der von dem Krümmer 190 während des folgenden Ansaugvorgangs in den Brennraum 202 gelangenden Ansaugluft zu ermöglichen, wenn das Einlassventil 194 offen und dem Raum 202 ein Luft-/Kraftstoffgemisch geliefert wird.

In Fig. 7 wird ein Blockdiagramm einer Ausführung für ein Steuersystem mit reinen (feed-forward) auf einem Beobachter beruhenden Steuerungen für die Schätzung einer zukünftigen Ansaugluft im Zylinder gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das ETC-Klappenbewegungsdynamikmodell 220 wird in Verbindung mit einem Luftmengenmodell 230 und einem Krümmerfüllmodell 252 zur Schätzung oder Vorherbestimmung der Zylinderansaugluft 256 für ein zukünftiges Motorereignis, beispielsweise ein Ansaug- oder Kraftstoffeinspritzereignis, verwendet. Ein gewünschter Drosselklappenwinkel 226 wird zur Erzeugung einer momentanen Schätzung 222 und einer zukünftigen Schätzung 224 der Drosselklappenstellung verwendet. Durch Messen oder Erfassen der Stellung der Drosselklappe und durch entsprechendes Einstellen des Modells 220 wird eine Rückmeldung 228 erzeugt.

Das Drosselklappenströmungsmodell 230 verwendet jeweils die momentanen und geschätzten Drosselklappenstellungen 222 und 224 zusammen mit der Ansauglufttemperatur 236, dem Barometerdruck 238 und dem gewünschten Ansaugkrümmerdruck 240, um Schätzungen für die momentane Luftmasse (MAF) 232 und eine zukünftige Luftmasse 234 zu erzeugen. Die Differenz zwischen dem momentanen und dem zukünftigen geschätzten Luftmassewert wird bei 242 ermittelt, um eine Schätzung 244 der zukünftigen Delta-Luftmasse zu erzeugen. Dieses Ergebnis liefert eine Vorherbestimmung der reinen (feed-forward) Delta-Luftmasse, die zu dem momentanen Luftmassenwert 248 bei Block 246 zu addieren ist. Block 250 integriert das Ergebnis, um eine momentane Ansaugluftmenge zu erzeugen, die dann direkt an ein Ansaugkrümmerfüllmodell 252 für eine endgültige Schätzung 256 der Ansaugluft im Zylinder für ein zukünftiges Motorereignis geliefert wird. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung entspricht das Motorereignis einem Kraftstoffeinspritzereignis, wobei die geschätzte Ansaugluft 256 von der Kraftstoffsteuerung zur Planung einer geeigneten Kraftstoffmenge verwendet wird, um das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis zu erreichen.

Durch Verwenden des gleichen Drosselklappenströmungsmodells 230 zur Verarbeitung der momentanen 222 und zukünftigen 224 geschätzten Drosselklappenstellungen und durch Heranziehen der Differenz der vorherbestimmten Luftmasse bei Block 242 werden die meisten Modellfehler aufgehoben, unabhängig davon, ob sie durch das ETC- Klappenbewegungsdynamikmodell 220 oder das Drosselklappenströmungsmodell 230 induziert werden.

Das Ansaugkrümmerfüllmodell 252 wird verwendet, um die Füllwirkungen während transienter Vorgänge, die ansonsten zu nicht wünschenswerten Abweichungen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses führen würden, zu berücksichtigen. Während transienter Vorgänge ist die Differenz zwischen der erfassten Luftmasse und der Zylinderluftmenge gleich der Veränderungsrate der Luftmasse in dem Ansaugkrümmer. Unter gleichbleibenden Bedingungen ist die erfasste Luftmasse gleich der Luftmenge im Zylinder. Bei Behandlung des Motors als Füllpumpe, Verwendung des idealen Gasgesetzes und Anwendung der Massenerhaltung beim Ansaugkrümmer kann die Krümmerfülldynamik wie folgt wiedergegeben werden:

in dem Häufigkeitsbereich wird dies wiedergegeben als:

Das Diskretisieren der obigen Häufigkeitsbereich-Transferfunktion in den Kurbelwinkelbereich führt zu:

wobei air_fk wie folgt approximiert werden kann:

und wo MAF die am Drosselklappengehäuse vorbeiströmende Luftmasse darstellt, M_CYL die in den Zylinder strömende Luftmasse darstellt, M_MAN die Änderungsrate der in den Ansaugkrümmer strömenden Luftmasse darstellt, P_MAN den Ansaugkrümmerdruck darstellt, V_MAN das Ansaugkrümmer-Hubvolumen darstellt, T_MAN die Ansaugkrümmertemperatur darstellt, R die Gaskonstante darstellt, V_D das Zylinderhubvolumen darstellt, _v den Luftaufwand darstellt, n die Motordrehzahl (U/min.) darstellt und T_MAN eine Krümmerfüllzeitkonstante darstellt.

Eine weitere Ausführung einer reinen (feed-forward) auf einem Beobachter beruhendenden Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 8 gezeigt. Analog zu der in Fig. 7 gezeigten Ausführung umfasst die Ausführung von Fig. 8 ein ETC-Klappenbewegungsmodell 220, das Schätzungen für eine momentane 222 und zukünftige 224 Drosselklappenstellung entsprechend einer gewünschten 226 Drosselklappenstellung erzeugt. Die Rückmeldung 228 wird anhand einer erfassten bzw. gemessenen Drosselklappenstellung erzeugt. Die momentane Schätzung 222 wird dem Drosselklappenströmungsmodell 230 zusammen mit der zukünftigen Schätzung 224 vorgelegt. Die Ansauglufttemperatur (ACT) 236, der Barometerdruck (BP) 238 und der gewünschte, geschätzte oder gemessene Ansaugunterdruck (ETC_DES_MAP) 240 werden von dem Drosselklappenströmungsmodell 230 bei der Erzeugung einer momentanen MAF-Schätzung 232 und einer zukünftigen MAF- Schätzung 234 verwendet.

Die momentanen und zukünftigen MAF-Schätzungen werden wie bei 272 und 274 gezeigt integriert, bevor sie von dem Krümmerfüllmodell 252 verarbeitet werden. Anhand der momentanen MAF-Schätzung erzeugt das Krümmerfüllmodell 252 eine entsprechende Schätzung der Ansaugluft, die mit einer auf der zukünftigen geschätzten MAF beruhenden Ansaugluft bei Block 276 kombiniert wird. Eine Differentialschätzung 278 der zukünftigen Ansaugluft wird erzeugt und als Feed- Forward-Glied bei 282 verwendet, wo sie mit der anhand eines MAF-Sensorsignals 248 berechneten Ansaugluft 280 nach dem Passieren durch den Integrator 270 und nach Verarbeitung durch das Krümmerfüllmodell 252 kombiniert wird. Die sich ergebende Schätzung der Ansaugluft für eine Zylinderansaugluft bei einem zukünftigen Motorereignis, die im Allgemeinen durch die Bezugsziffer 290 wiedergegeben wird, kann dann zur Planung einer entsprechenden Menge Kraftstoff verwendet werden, um das Luft-/Kraftstoffverhältnis präziser zu steuern.

Analog zu der in Fig. 7 dargestellten Ausführung beseitigt die Ausführung von Fig. 8 die durch das ETC-Klappenbewegungsmodell 220, das Drosselklappenströmungsmodell 230 und das Krümmerfüllmodell 252 induzierten Modellfehler durch die durch Block 276 dargestellte Differenzieroperation. Wie für einen Fachmann ersichtlich ist, hebt die Differenzieroperation etwaige Modellfehler effektiv auf, da der Fehler sowohl für die momentanen als auch für die zukünftigen geschätzten Werte gegeben ist. Die sich ergebende Delta-Ansaugluft 278 kann dann als Feed-Forward-Glied zur Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit des Steuersystems verwendet werden.

Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebs von zwei Ausführungen für ein System und Verfahren zur Schätzung der Ansaugluft gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Diagramm von Fig. 9 stellt die Steuerlogik einer Ausführung eines Systems oder Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Wie für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich ist, können die Diagramme der verschiedenen Figuren eine beliebige bzw. mehrere beliebige aus einer Anzahl von bekannten Verarbeitungsstrategien darstellen, zum Beispiel ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading usw. Wie vorstehend beschrieben verwendet die vorliegende Erfindung vorzugsweise sowohl eine ereignisgesteuerte Strategie, die durch ein bestimmtes Ereignis ausgelöst wird, d. h. ein Ansaugen oder Kraftstoffeinspritzen entsprechend einem bestimmten Kurbelwinkel, in Kombination mit einer Zeitbereich-Unterbrechungsverarbeitung mit festem Intervall, wie sie zum Beispiel für die Berechnung eines gewünschten Drosselklappenwinkels verwendet wird. Somit können verschiedene gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Sequenz parallel durchgeführt werden oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen, wird aber zur einfacheren Darstellung und Beschreibung verwendet. Zwar wird dies in Fig. 9 nicht ausdrücklich gezeigt, doch wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass einer bzw. mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen abhängig von der jeweiligen Funktion und der verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden können.

Vorzugsweise wird die in Fig. 9 gezeigte Steuerlogik vorrangig in Software implementiert, die von einem Motorsteuergerät auf Mikroprozessorbasis ausgeführt wird. Natürlich kann die Steuerlogik abhängig von der jeweiligen Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination von Software und Hardware implementiert werden. Bei Implementierung in Software wird die Steuerlogik vorzugsweise in einem maschinell lesbaren Speichermedium sowie in gespeicherten Daten vorgesehen, die die von einem Rechner zur Steuerung des Motors ausgeführten Anweisungen darstellen. Das maschinell lesbare Speichermedium bzw. Medien können ein beliebiges aus einer Anzahl bekannter physikalischer Vorrichtungen sein, die elektrische, magnetische und/oder optische Vorrichtungen zur zeitweiligen oder ständigen Speicherung ausführbarer Anweisungen und zugehöriger Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen, Parametern usw. verwenden.

In der Ausführung von Fig. 9 stellt der Block 300 eine Schätzung einer momentanen Luftmengen-Stellgliedstellung anhand einer momentanen gewünschten Stellung dar. Die ersten und zweiten zukünftigen Stellungen werden wie durch Block 302 dargestellt unter Verwendung eines rekursiven Stellgliedstellungsmodells geschätzt, wie vorstehend eingehend beschrieben wurde. In einer Ausführung werden die ersten und zweiten zukünftigen Stellungen unter der Annahme geschätzt, dass die gewünschte Stellung konstant bleibt. Eine entsprechende gemessene Stellung wird zusammen mit mindestens einer der ersten und zweiten zukünftigen Stellungen verwendet, um das Modell wie durch Block 304 gezeigt anzupassen. Die momentanen und zukünftigen Schätzungen für die Luftmasse anhand geschätzter momentaner und zukünftiger Stellgliedstellungen werden jeweils wie durch Block 306 dargestellt ermittelt.

Die Blöcke 308-314 stellen eine erste Ausführung unter Verwendung einer reinen (Feed-Forward) auf einem Beobachter beruhenden Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Blöcke 316 bis 322 stellen eine andere Ausführung für die reine (Feed-Forward) auf einem Beobachter beruhende Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Wie durch Block 308 dargestellt, werden die momentanen und zukünftigen Luftmengen verglichen, um eine Schätzung der zukünftigen Delta-Luftmasse zu erzeugen. Die Schätzung der zukünftigen Delta- Luftmasse beseitigt die meisten Modellfehler, die sowohl im Stellgliedstellungsmodell als auch im Luftmengenmodell vorhanden sein können, welche zur Ermittlung der momentanen und zukünftigen Luftmassenwerte verwendet werden. Die Schätzung der Delta-Luftmasse wird als Feed-Forward-Glied verwendet und mit einem gemessenen Luftmassenwert (MAF), wie durch Block 310 dargestellt, kombiniert. Dies liefert eine angepasste MAF-Schätzung, die dann wie bei Block 312 gezeigt integriert wird. Die integrierte angepasste Schätzung wird mit Hilfe eines Krümmerfüllmodells, wie durch Block 314 dargestellt, verarbeitet, um die zukünftige Ansaugluft im Zylinder zu ermitteln.

Eine andere Ausführung wird unter Bezug auf die Blöcke 316-322 gezeigt. An Stelle der Kombination der momentanen und zukünftigen geschätzten Luftmengen bei Block 308 integriert Block 316 die momentanen und zukünftigen MAF-Schätzungen und verarbeitet jede getrennt mit Hilfe des Krümmerfüllmodells, wie durch Block 318 dargestellt. Die sich ergebenden Schätzungen der momentanen und zukünftigen Ansaugluft, die vom Krümmerfüllmodell geliefert werden, werden zur Erzeugung einer Delta-Ansaugluft verwendet. Die Delta-Ansaugluft hebt die meisten von dem Luftmengen-Stellgliedmodell, dem Luftmengenmodell und/oder dem Krümmerfüllmodell induzierten Modellfehler auf. Der Delta-Ansaugluftwert wird als Feed-Forward-Glied verwendet, wie durch Block 320 dargestellt. Das Feed-Forward- Glied wird mit einer Ansaugluft kombiniert, welche mit Hilfe des Krümmerfüllmodells mit einer gemessenen MAF ermittelt wird.

Die vorliegende Erfindung als solche gibt verschiedene Systeme und Verfahren für reine (Feed-forward) auf einem Beobachter beruhende Steuerungen zur Schätzung der Ansaugluft im Zylinder für ein zukünftiges Motorereignis, zum Beispiel ein Zylinderansaug- und/oder Einspritzereignis, zur Hand. Erfindungsgemäß werden Modellfehler beseitigt, ohne dass adaptive Steuerungen notwendig werden, welche im Vergleich vermehrte Entwicklungs-, Validierungs- und Testressourcen erfordern.

Zwar wurde eingehend die beste Art der Durchführung der Erfindung beschrieben, doch wird jeder, der mit dem Gebiet vertraut ist, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungen zur Umsetzung der Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert werden, erkennen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Einlassluftmengen-Stellglied zur Regelung der Einlassluftmenge, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Vorherbestimmen der momentanen und zukünftigen Stellungen des Luftmengen-Stellglieds mit Hilfe eines Stellgliedmodells, wobei die zukünftige Stellung einem folgenden Motorereignis entspricht, und
Schätzen der Zylinderansaugluft für das folgende Motorereignis auf der Basis einer Differenz zwischen den Luftmengen entsprechend den momentanen und zukünftigen Stellungen des Luftmengen-Stellglieds.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin umfasst:
Schätzen der momentanen und zukünftigen Luftmassen mit Hilfe eines Luftmengenmodells auf der Basis der momentanen bzw. zukünftigen Stellungen des Luftmengen-Stellglieds,
dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den Luftmengen einer Differenz zwischen den momentanen und zukünftigen Luftmassen entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, welches weiterhin umfasst:
Erfassen der Luftmasse mit Hilfe eines zugehörigen Sensors zur Erzeugung eines erfassten Luftmassenwerts und
Kombinieren des erfassten Luftmassenwerts mit der Differenz zwischen den momentanen und zukünftigen Luftmassen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin umfasst:
Verarbeiten des kombinierten Werts mit Hilfe eines Krümmerfüllmodells zur Ermittlung der Schätzung der Zylinderansaugluft.

5. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin umfasst:
Schätzen der momentanen und zukünftigen Luftmassen mit Hilfe eines Luftmengenmodells auf der Basis der momentanen bzw. zukünftigen Stellungen des Luftmengen-Stellglieds und
Schätzen der momentanen und zukünftigen Zylinderansaugluft entsprechend den momentanen bzw. zukünftigen Luftmassen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den Luftmengen einer Differenz zwischen der momentanen und zukünftigen Ansaugluft entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der momentanen und zukünftigen Ansaugluft zu einer Ansaugluft addiert wird, die durch Verarbeiten einer gemessenen Luftmasse mit Hilfe eines Ansaugkrümmerfüllmodells ermittelt wird, um die Schätzung der zukünftigen Zylinderansaugluft zu ermitteln.

7. Verfahren zur Verbesserung der Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in einem Verbrennungsmotor mit einer elektronisch gesteuerten Drosselklappe zur Steuerung der Einlassluftmenge, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Schätzen einer momentanen Drosselklappenstellung und einer zukünftigen Drosselklappenstellung auf der Basis einer gewünschten Drosselklappenstellung mit Hilfe eines Drosselklappen-Bewegungsmodells mit Rückmeldung von einer erfassten Stellung der Drosselklappe;
Ermitteln einer geschätzten momentanen Luftmasse und zukünftigen Luftmasse auf der Basis der geschätzten momentanen bzw. zukünftigen Drosselklappenstellung;
Kombinieren der geschätzten momentanen und zukünftigen Luftmassen zur Erzeugung einer Schätzung einer zukünftigen Delta-Luftmasse;
Kombinieren der Schätzung der zukünftigen Delta-Luftmasse mit einem Wert, der stellvertretend für eine gemessene Luftmasse ist, um eine angepasste Schätzung der zukünftigen Luftmasse zu erzeugen, und
Ermitteln einer zukünftigen Zylinderansaugluft auf der Basis der angepassten Schätzung der zukünftigen Luftmasse.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Schätzens einer momentanen Drosselklappenstellung und einer zukünftigen Drosselklappenstellung Folgendes umfasst:
Schätzen einer momentanen Drosselklappenstellung auf der Basis eines momentanen gewünschten Drosselklappenbefehls;
Verwenden der geschätzten momentanen Drosselklappenstellung zur Erzeugung einer ersten zukünftigen Drosselklappenstellung entsprechend einem ersten folgenden Kraftstoffeinspritzereignis und
Erzeugen einer Schätzung einer zweiten zukünftigen Drosselklappenstellung auf der Basis der Schätzung der ersten zukünftigen Drosselklappenstellung.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns einer geschätzten momentanen Luftmasse und einer geschätzten zukünftigen Luftmasse Folgendes umfasst:
Ermitteln einer geschätzten momentanen Luftmasse auf der Basis der geschätzten momentanen Drosselklappenstellung und
Ermitteln einer geschätzten zukünftigen Luftmasse auf der Basis der Schätzung der zweiten zukünftigen Drosselklappenstellung.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Ermittelns der geschätzten momentanen und zukünftigen Luftmasse das Schätzen der momentanen und zukünftigen Luftmasse auf der Basis der momentanen Ansauglufttemperatur, dem Barometerdruck und dem Krümmerdruck umfasst.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns einer zukünftigen Zylinderansaugluft das Verarbeiten der angepassten Schätzung der zukünftigen Luftmasse zur Berücksichtigung der Krümmerfüllwirkungen umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin das Integrieren der angepassten Schätzung der zukünftigen Luftmasse vor dem Verarbeiten zur Berücksichtigung der Krümmerdruckwirkungen umfasst.

13. Verfahren zur Verbesserung der Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in einem Verbrennungsmotor mit einer elektronisch gesteuerten Drosselklappe, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Schätzen der momentanen und zukünftigen Stellungen der Drosselklappe mit Hilfe eines Drosselklappenstellungsmodells;
Schätzen der momentanen und zukünftigen Luftmasse entsprechend den momentanen bzw. zukünftigen Stellungsschätzungen der Drosselklappe;
Ermitteln einer momentanen geschätzten Zylinderansaugluft und einer zukünftigen geschätzten Zylinderansaugluft auf der Basis der momentanen bzw. zukünftigen Luftmassenschätzungen;
Vergleichen der momentanen und zukünftigen geschätzten Zylinderansaugluft zur Erzeugung einer zukünftigen Delta-Ansaugluft und
Ermitteln einer endgültigen zukünftigen geschätzten Ansaugluft auf der Basis der zukünftigen Delta-Ansaugluft.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns einer endgültigen zukünftigen geschätzten Ansaugluft Folgendes umfasst:
Ermitteln einer gemessen Zylinderansaugluft auf der Basis einer gemessen Luftmasse mit Hilfe eines Krümmerfüllmodells und
Addieren der gemessenen Zylinderansaugluft zu der zukünftigen Delta- Ansaugluft, um die endgültige zukünftige geschätzte Ansaugluft zu ermitteln.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Schätzens einer momentanen Drosselklappenstellung und einer zukünftigen Drosselklappenstellung Folgendes umfasst:
Schätzen einer momentanen Drosselklappenstellung auf der Basis eines momentanen gewünschten Drosselklappenbefehls;
Verwenden der geschätzten momentanen Drosselklappenstellung zur Erzeugung einer ersten zukünftigen Drosselklappenstellung entsprechend einem ersten folgenden Kraftstoffeinspritzereignis und
Erzeugen einer zweiten zukünftigen Drosselklappenstellungsschätzung auf der Basis der ersten zukünftigen Drosselklappenstellungsschätzung.

16. Verfahren nach Anspruch 13, welches weiterhin das Integrieren der momentanen Luftmassenschätzung und der zukünftigen Luftmassenschätzung umfasst.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Schätzens der momentanen und zukünftigen Luftmasse das Schätzen der momentanen und zukünftigen Luftmasse auf der Basis der momentanen Ansauglufttemperatur, des Barometerdrucks und des Krümmerdrucks umfasst.

18. System zur Steuerung eines Verbrennungsmotors zur Verbesserung der Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses durch Schätzen der zukünftigen Zylinderansaugluft, wobei das System Folgendes umfasst:
ein Luftmengenstellglied zum Modulieren der Einlassluft in den Verbrennungsmotor;
einen Luftmassensensor zum Messen der Luftmasse durch einen Einlasskanal in den Verbrennungsmotor;
einen Stellungssensor zum Messen der Stellung des Luftmengenstellglieds und
ein Steuergerät in Verbindung mit dem Luftmengenstellglied, dem Luftmassensensor und dem Stellungssensor, wobei das Steuergerät die momentanen und zukünftigen Stellungen des Luftmengenstellglieds mit Hilfe eines Stellgliedmodells schätzt, das Stellgliedmodell auf der Basis mindestens einer der momentanen und zukünftigen Stellungsschätzungen und einer gemessenen Stellung auf der Basis eines von dem Stellungssensor gelieferten Signals anpasst, die momentanen und zukünftigen Luftmassenwerte entsprechend den momentanen und zukünftigen Stellungsschätzungen schätzt und die Differenz zwischen den momentanen und zukünftigen Luftmengenwerten mit einem erfassten Luftmengenwert auf der Basis eines von dem Luftmassensensor gelieferten Signals zur Schätzung der zukünftigen Zylinderansaugluft kombiniert.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät die momentanen und zukünftigen Luftmengenwerte durch Schätzen einer momentanen und zukünftigen Zylinderansaugluft auf der Basis der momentanen bzw. zukünftigen Luftmasseschätzungen kombiniert, die momentane und zukünftige Zylinderansaugluft vergleicht, um eine zukünftige Delta- Ansaugluftschätzung zu erzeugen, und die zukünftige Delta-Ansaugluftschätzung mit einer Ansaugluft auf der Basis einer gemessen Luftmasse kombiniert, um eine endgültige Schätzung für die zukünftige Zylinderansaugluft zu ermitteln.

20. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät die momentanen und zukünftigen Luftmengenwerte kombiniert, um eine zukünftige geschätzte Delta-Luftmasse zu erzeugen, und die zukünftige geschätzte Delta- Luftmasse verarbeitet, um die zukünftige Zylinderansaugluft zu ermitteln.

21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät die zukünftige geschätzte Delta-Luftmasse durch Kombinieren eines gemessenen Luftmassenwertes mit der zukünftigen geschätzten Delta-Luftmasse verarbeitet.

22. Maschinell lesbares Speichermedium mit Daten, die für Anweisungen stellvertretend sind, die von einem Rechner zur Steuerung eines Verbrennungsmotors auszuführen sind, wobei das maschinell lesbare Speichermedium Folgendes umfasst:
Anweisungen für die Vorherbestimmung der momentanen und zukünftigen Stellungen eines Luftmengenstellglieds mit Hilfe eines Stellgliedmodells, wobei die zukünftige Stellung einem folgenden Motorereignis entspricht, und
Anweisungen für die Schätzung einer Zylinderansaugluft für das folgende Motorereignis auf der Basis einer Differenz zwischen den Luftmengen entsprechend den momentanen und zukünftigen Stellungen des Luftmengenstellglieds.