DE102007012340B3

DE102007012340B3 - Air-mass flow rate determining and adjusting method for e.g. petrol engine, involves transforming adaptation target value of generalized adaptation into physical parameter of suction tube by using successive adaptation value transformation

Info

Publication number: DE102007012340B3
Application number: DE102007012340A
Authority: DE
Inventors: Johannes Beer; Rainer Hannbeck Von Hanwehr; Bernhard Klingseis; Markus Teiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2027-03-15

Abstract

The method involves subjecting control deviation between a model air-mass flow rate and an air-mass flow rate in an individual balancing branch by using a generalized adaptation. The model air-mass flow rate is modeled in a control device (ECU) by an air-mass stream model. An adaptation target value of the generalized adaptation in the same balancing branch is transformed into a physical parameter of a suction tube (IM) by using successive adaptation value transformation. An independent claim is also included for a control device with an evaluation-calculating unit for determining and adjusting air-mass flow in a suction tube of an internal combustion engine.

Description

Eine zentrale Kenngröße zum verbrauchs- und vor allem emissionsoptimalen Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere Ottomotors, stellt der Luftmassenstrom in dessen Saugrohr dar. Hieraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Genauigkeit bezüglich der Berechnung bzw. der Erfassung dieses Luftmassenstroms. So wird z.B. bei der DE 10 2005 004 319 A1 der Luftmassenstrom im Saugrohr eines Verbrennungsmotors gemessen als auch aus mehreren Zustandsgrößen berechnet, und aus dem gemessenen und dem berechneten Luftmassenstrom ein Korrekturfaktor für den Messwert des Luftmassenmessers berechnet. Z.B. die EP 0 287 932 31 benutzt zur Ermittlung des Luftmassenstroms im Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors die sogenannte Gleichung von St. Venant. Diese wird auch bei der DE 102 15 361 A1 zur Modellierung eines Massenstroms durch eine Umgehungsleitung zu einem Abgasturbolader herangezogen. In der Praxis wird also der aktuell im Saugrohr fließende Luftmassenstrom in der Motorsteuerung des jeweiligen Verbrennungsmotors mittels eines Luftmassenstrommodells errechnet und der derart ermittelte Modellluftmassenstrom über entsprechende Sensorik im oder am Saugrohr – wie zum Beispiel mit Hilfe eines Heißfilmluftmassenmessers oder Saugrohrdrucksensors – mit der Realität, d.h. insbesondere mit einem durch Messung im Luftansaugtrakt stromaufwärts vor dem Saugrohr erfassten Luftmassenwert oder einem damit korrespondierenden, gemessenen Saugrohrparameter abgeglichen. Dieser Abgleich kann unter einer Vielzahl von Gegebenheiten erschwert sein. So kann ein erheblicher Anpassungsbedarf einer für einen bestimmten Motortyp ermittelten Abgleichsfunktion beispielsweise bei Motorneuentwicklungen, Motorveränderungen oder Motor-Revolutionsstufen bzw. -Evolutionsstufen bestehen.A central parameter for consumption and, above all, emission-optimized operation of an internal combustion engine, in particular a gasoline engine, is the air mass flow in its intake manifold. This results in high demands on the accuracy with respect to the calculation or detection of this air mass flow. For example, at the DE 10 2005 004 319 A1 the mass air flow in the intake manifold of an internal combustion engine measured and calculated from a plurality of state variables, and calculated from the measured and the calculated air mass flow, a correction factor for the measured value of the air mass meter. For example, the EP 0 287 932 31 used to determine the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine, the so-called equation of St. Venant. This is also at the DE 102 15 361 A1 for modeling a mass flow through a bypass to an exhaust gas turbocharger used. In practice, therefore, the air mass flow currently flowing in the intake manifold in the engine control of the respective internal combustion engine is calculated by means of a Luftmassenstrommells and the model air mass flow determined through corresponding sensors in or on the intake manifold - such as with the aid of a Heißfileinuftmassenmessers or intake manifold pressure sensor - with the reality, ie in particular with a detected by measurement in the air intake tract upstream of the intake manifold air mass or a corresponding thereto, measured intake manifold parameters matched. This adjustment can be difficult under a variety of circumstances. Thus, there may be a considerable need for adaptation of a calibration function determined for a particular engine type, for example in the case of new engine developments, engine modifications or engine revolution stages or evolution stages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg aufzuzeigen, wie ein Abgleich bzw. eine Abstimmung zwischen einem durch Modellbildung gewonnen Modellluftmassenstrom und einem durch Messung im Luftansaugtrakt vor dem Saugrohr bestimmten Luftmassenstrom in einfacher Weise sowie effizient auch für verschiedene Luftansaugtraktgegebenheiten durchgeführt, sowie ein zugehöriges Steuergerät bereitgestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch folgendes erfindungsgemäße Verfahren gelöst:
Verfahren zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr eines Verbrennungsmotors, indem in einem Steuergerät über ein Luftmassenstrommodell ein Modellluftmassenstrom modelliert und dieser mit mindestens einem durch Messung im Luftansaugtrakt vor dem Saugrohr bestimmten Luftmassenstrom dadurch abgeglichen wird, dass die Regelabweichung zwischen dem Modelluftmassenstrom und dem durch Messung bestimmten Luftmassenstrom in einem einzigen Abgleichszweig mit Hilfe einer generalisierten Adaption, die lediglich ein Zeitverhalten beinhaltet, wie schnell eine Regelabweichung zwischen dem Modelluftmassenstrom und dem durch Messung bestimmten Luftmassenstrom ausgeglichen werden soll, beaufschlagt und eine Adaptionszielgröße erzeugt wird, und dass die jeweilig ausgegebene Adaptionszielgröße der generalisierten Adaption mittels einer nachfolgenden Adaptionswerttransformation im selben Abgleichszweig auf eine physikalische Größe des Saugrohrs transformiert wird.The invention is based on the object to show a way as a comparison or a vote between a model air mass flow obtained by modeling and determined by measurement in the air intake tract before the intake manifold air mass flow in a simple manner and efficiently carried out for different Luftansaugtraktgegebenheiten, and an associated Control unit can be provided. This object is achieved by the following method according to the invention:
Method for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine by modeling a model air mass flow in a control unit via an air mass flow model and adjusting it with at least one air mass flow determined by measurement in the air intake tract upstream of the intake manifold in that the control deviation between the model air mass flow and by measurement determined mass air flow in a single balancing branch by means of a generalized adaptation, which includes only a time behavior, how fast a deviation between the model air mass flow and the air mass flow determined by measurement is to be balanced, applied and an adaptation target variable is generated, and that the respectively output adaptation target variable of the generalized Adaptation is transformed by means of a subsequent adaptation value transformation in the same balancing branch to a physical size of the suction tube.

Die Aufgabe wird auch durch folgendes erfindungsgemäße Steuergerät gelöst:
Steuergerät mit mindestens einer Auswerte-/Recheneinheit zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr eines Verbrennungsmotors, wobei die Auswerte-/Recheneinheit eine Luftmassenstrommodelleinheit zur Modellierung eines Modellluftmassenstroms mittels eines Luftmassenstrommodells aufweist, die derart ausgebildet ist, dass zum Abgleich des Modellluftmassenstroms mit mindestens einem durch Messung im Luftansaugtrakt vor dem Saugrohr bestimmten Luftmassenstrom lediglich ein einziger Abgleichszweig vorgesehen ist, und dass dieser Abgleichszweig eine generalisierte Adaptionseinheit, die zur Beaufschlagung der Regelabweichung zwischen dem Modelluftmassenstrom und dem durch Messung bestimmten Luftmassenstrom mit einer generalisierten Adaption dient, die lediglich ein Zeitverhalten beinhaltet, wie schnell die Regelabweichung zwischen dem Modellluftmassenstrom und dem durch Messung bestimmten Luftmassenstrom ausgeglichen werden soll, und eine nachgeordnete Adaptionswerttransformationseinheit aufweist, die der Transformation der jeweilig ausgegebenen Adaptionszielgröße der generalisierten Adaption auf eine physikalische Größe des Saugrohrs dient.The object is also achieved by the following control device according to the invention:
Control unit with at least one evaluation / arithmetic unit for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine, wherein the evaluation / arithmetic unit comprises an air mass flow model unit for modeling a model air mass flow by means of an air mass flow model, which is designed such that for balancing the model air mass flow with at least one Measurement in the air intake tract before the intake manifold certain air mass flow only a single balancing branch is provided, and that this balancing branch is a generalized adaptation unit, which serves to apply the control deviation between the model air mass flow and the air mass flow determined by measurement with a generalized adaptation, which includes only a time behavior, such as the control deviation between the model air mass flow and the air mass flow determined by measurement should be compensated quickly, and a downstream adaptation value transformer tion unit, which serves the transformation of the respective output adaptation target variable of the generalized adaptation to a physical size of the suction tube.

Dadurch, dass lediglich ein einzelner, d.h. einziger Abgleichszweig bzw. Abgleichskreis für die Anpassung bzw. Adaption des durch Modellbildung gewonnenen Modellluftmassenstroms an den sich im Saugrohr des Verbrennungsmotors real, d.h. tatsächlich einstellenden Luftmassenstrom verwendet wird, und dieser einzelne Abgleichspfad bzw. Adaptionspfad in eine generalisierte Adaption und eine Abgleichs-Stellgrößentransformation aufgeteilt bzw. aufgesplittet wird, lässt sich auch bei verschiedenen Luftansaugtrakt-Gegebenheiten von Verbrennungsmotoren einfach und schnell ein Modellabgleich erreichen. Denn während die generalisierte Adaption lediglich festlegt, wie schnell eine Abweichung zwischen dem modellierten Luftmassenstrom und dem tatsächlichen Luftmassenstrom im Saugrohr korrigiert bzw. kompensiert werden soll, bildet die Adaptionswerttransformation das stationäre Übertragungsverhalten zwischen der ermittelten, ausgegebenen Adaptionszielgröße der generalisierten Adaption auf eine physikalische Größe des Saugrohrs, wie z.B. auf die reduzierte Drosselklappenquerschnittsfläche der Drosselvorrichtung, insbesondere der Drosselklappe, des Saugrohrs nach. Dieses stationäre Übertragungsverhalten ist in vorteilhafter Weise oftmals in Form von gespeicherten Parametern bereits in der Motorsteuerung vorhanden, so dass für die Ermittlung der Adaptionswerttransformation auf diese bereits sowieso vorhandenen Parameter invertiert zugegriffen werden kann. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Adaptionswerttransformation neu abzustimmen. Dadurch ist es möglich, den Abgleich zwischen dem modellierten Luftmassenstrom und dem tatsächlich im Saugrohr fließenden Luftmassenstrom zu simplifizieren. Dies bringt eine Zeitersparnis, Qualitätsverbesserung, sowie verbesserte Übertragbarkeit des Abgleichprozesses für den Luftmassenstrom auf veränderte Gegebenheiten im Luftansaugtrakt von Verbrennungsmotoren wie zum Beispiel bei Motorneuentwicklungen oder Motor-Revolutionsstufen bzw. -Evolutionsstufen bezüglich deren Applikation mit sich.The fact that only a single, ie only balancing branch or balancing circuit for the adaptation or adaptation of the model air mass flow obtained by modeling the real, ie actually adjusting air mass flow is used in the intake manifold of the engine, and this single balancing path or adaptation path in a generalized Adaptation and an adjustment manipulated variable transformation is split or split, can be easily and quickly achieve model matching even with different air intake tract conditions of internal combustion engines. For while the generalized adaptation merely determines how quickly a deviation between the modeled air mass flow and the actual air mass flow in the intake manifold is to be corrected or compensated, the adaptation value transformation forms the stationary transmission behavior between the determined, output adaptions Target size of the generalized adaptation to a physical size of the intake manifold, such as on the reduced throttle cross-sectional area of the throttle device, in particular the throttle valve, the intake manifold after. This stationary transmission behavior is often already advantageously present in the motor control in the form of stored parameters, so that these already existing parameters can be invertedly accessed for the determination of the adaptation value transformation. In this case, it is not necessary to retune the adaptation value transformation. This makes it possible to simplify the comparison between the modeled air mass flow and the air mass flow actually flowing in the intake manifold. This brings a time saving, quality improvement, and improved transferability of the adjustment process for the air mass flow to changed conditions in the air intake tract of internal combustion engines such as new engine developments or engine revolution levels or -Evolutionsstufen with respect to their application with it.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.other Further developments of the invention are given in the dependent claims.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert.The Invention and its developments are described below with reference to Drawings closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 in schematischer Darstellung einen beispielhaften Luftansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, insbesondere Ottomotors, für den der Luftmassenstrom nach einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungemäßen Verfahrens ermittelt und geregelt wird, 1 a schematic representation of an exemplary air intake tract of an internal combustion engine, in particular gasoline engine, for which the air mass flow is determined and regulated according to an advantageous embodiment variant of the inventive method,

2 in schematischer Darstellung eine Auswerte-/Recheneinheit im Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors von 1, deren Luftmassenstrommodell lediglich einen einzigen Abgleichszweig mit einer generalisierten Adaption und einer nachfolgenden Adaptionswerttransformation nach einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet, und 2 a schematic representation of an evaluation / arithmetic unit in the engine control unit of the internal combustion engine of 1 whose air mass flow model uses only a single balancing branch with a generalized adaptation and a subsequent adaptation value transformation according to an advantageous embodiment variant of the method according to the invention, and

3 in schematischer Darstellung eine Auswerte-/Recheneinheit im Motorsteuergerät, deren Luftmassenstrommodell zwei Abgleichszweige nach einem konventionellen Abgleichsverfahren verwendet. 3 a schematic representation of an evaluation / processing unit in the engine control unit whose air mass flow model uses two balancing branches according to a conventional balancing method.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 und 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of action are in the 1 and 3 each provided with the same reference numerals.

Die 1 zeigt in schematischer Darstellung einen beispielhaften Luftansaugtrakt IS eines Verbrennungsmotors COE, insbesondere Ottomotors. Der Verbrennungsmotor COE ist dabei der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber lediglich mit einem seiner Zylinder CY angedeutet. Der Luftansaugtrakt IS umfasst als stromabwärtsseitigen, motornahen Endabschnitt ein Saugrohr IM. Im Rahmen der Erfindung wird also unter dem Saugrohr IM insbesondere der röhrenförmige Abschnitt des Luftansaugtrakts IS zwischen dessen Drosselvorrichtung, insbesondere Drosselklappe TH und dem fingerförmigen Eingangskrümmer jedes Zylinders CY verstanden. Alternativ zur Drosselklappe TH kann auch eine sonstige Drosseleinheit mit gleicher Funktion und Wirkungsweise wie die Drosselklappe zur Regulierung der Durchsatzrate an Frischluft, die am Eingang des Luftansaugtrakts angesaugt wird, vorgesehen sein. Insbesondere kann die Drosseleinheit als sogenannter Impulslader ausgebildet sein. Der Verbrennungsvorgang eines in den jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors eingebrachten Kraftstoff-/Luftgemisches sowie die Emissionszusammensetzung des Abgasstroms EG im Abgastrakt ES des Verbrennungsmotors COE werden dabei mittels eines Motorsteuergeräts ECU kontrolliert und eingestellt. Eine vorgebbare Kraftstoffmenge kann entweder über das Saugrohr IM durch Kanaleinspritzung und/oder durch Direkteinspritzung dem Verbrennungsraum des jeweiligen Zylinders zugemessen bzw. zugeteilt werden. Dabei dient der im Saugrohr IM des Luftansaugtrakts IS jeweilig bereitgestellte Luftmassenstrom zur Einstellung des Verbrennungsverhaltens der in den jeweiligen Zylinder CY des Verbrennungsmotors COE eingebrachten Kraftstoffmenge sowie der Emissionszusammensetzung des Abgasstroms EG, der vom jeweiligen Zylinder in den Abgastrakt ES nach dem jeweiligen Verbrennungsvorgang ausgestoßen wird. Aus diesem Grund wird eine möglichst genaue Kenntnis des Luftmassenstroms gewünscht, der im Saugrohr IM zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Befüllung des jeweiligen Zylinders bereitgestellt wird.The 1 shows a schematic representation of an exemplary air intake tract IS of an internal combustion engine COE, in particular gasoline engine. The internal combustion engine COE is for the sake of clarity only indicated by one of its cylinders CY. The air intake tract IS comprises, as a downstream, near-engine end portion, a suction pipe IM. In the context of the invention, therefore, the intake pipe IM is understood as meaning, in particular, the tubular section of the air intake tract IS between its throttle device, in particular the throttle valve TH and the finger-shaped intake manifold of each cylinder CY. As an alternative to the throttle valve TH, it is also possible to provide another throttle unit with the same function and mode of operation as the throttle valve for regulating the throughput rate of fresh air that is drawn in at the inlet of the air intake tract. In particular, the throttle unit may be designed as a so-called impulse charger. The combustion process of a fuel / air mixture introduced into the respective cylinder of the internal combustion engine and the emission composition of the exhaust gas flow EG in the exhaust gas tract ES of the internal combustion engine COE are controlled and adjusted by means of an engine control unit ECU. A predeterminable quantity of fuel can either be metered or distributed via the intake manifold IM by port injection and / or by direct injection into the combustion chamber of the respective cylinder. The air mass flow respectively provided in the intake manifold IM of the air intake tract IS serves to adjust the combustion behavior of the fuel quantity introduced into the respective cylinder CY of the internal combustion engine COE and the emission composition of the exhaust gas stream EG which is ejected from the respective cylinder into the exhaust gas tract ES after the respective combustion process. For this reason, the most accurate knowledge of the air mass flow is desired, which is provided in the intake manifold IM at a given time for filling the respective cylinder.

Zur Einstellung des Luftmassenstroms im Saugrohr IM dient eine Drosselklappe TH im Eingangsbereich des röhrenförmigen Saugrohrs IM. Durch Veränderung der Winkelstellung der Drosselklappe TH lässt sich für den angesaugten Frischluftstrom die Durchflussfläche im Eingangsbereich des Saugrohrs IM einstellen. Die Stellung der Drosselklappe TH wird vorzugsweise mit Hilfe eines elektrischen Aktuators AC über eine Steuerleitung L6 durch das Motorsteuergerät ECU entsprechend einer gewünschten Drehmoment- bzw. Lastanforderung reguliert. Das Motorsteuergerät ECU veranlasst hier im Ausführungsbeispiel von 1 über eine Steuerleitung L9 einen Injektor IN zur Kanaleinspritzung einer zur Lastanforderung passenden Kraftstoffmenge in das Saugrohr IM, um eine Zylinderbefüllung vorzubereiten. Es steuert auch das Einlassventil IV des jeweiligen Zylinders CY z.B. entsprechend über eine Nockenwelle an, um es zu öffnen, so dass ein im Saugrohr IM bereitgestelltes Luft-/Kraftstoffgemisch (bei Saugkanaleinspritzung) in den geöffneten Zylinder CY des Verbrennungsmotors COE einströmen kann. In der 1 ist diese Nockenwelle der zeichnerischen Einfachheit halber weggelassen worden. Die Ansteuerung des Einlassventils IV ist in der 1 lediglich durch einen schematischen Wirkpfeil L8 angedeutet. Korrespondierend dazu sorgt das Motorsteuergerät ECU dafür, nach der Durchführung des Verdichtungs- und Arbeitstaktes des jeweiligen Zylinders CY dessen Auslassventil EV im Ausstoßtakt zu öffnen, so dass aus dem Brennraum des Zylinders CY das dort durch den Verbrennungsvorgang erzeugte Abgasgemisch in den Abgastrakt ES als Abgasstrom EG entweichen kann. Die Aktivierung des Auslassventils EV des jeweiligen Zylinders CY ist in der 1 durch einen Wirkpfeil L7 veranschaulicht.To adjust the air mass flow in the intake manifold IM is a throttle valve TH in the entrance region of the tubular suction pipe IM. By changing the angular position of the throttle valve TH, the flow area in the inlet area of the intake manifold IM can be set for the intake fresh air flow. The position of the throttle valve TH is preferably by means of an electric actuator AC via a control line L6 by the engine control unit ECU according to a desired torque or Load demand regulated. The engine control unit ECU causes here in the embodiment of 1 via a control line L9 an injector IN for the channel injection of an appropriate amount of fuel for the load in the intake manifold IM to prepare a cylinder filling. It also controls, for example, the intake valve IV of the respective cylinder CY via a camshaft to open it, so that an air / fuel mixture (in intake port injection) provided in the intake manifold IM can flow into the open cylinder CY of the engine COE. In the 1 This camshaft has been omitted for the sake of simplicity of drawing. The control of the intake valve IV is in the 1 merely indicated by a schematic action arrow L8. Correspondingly, the engine control unit ECU ensures that after the completion of the compression and power stroke of the respective cylinder CY its exhaust valve EV in the exhaust stroke, so that from the combustion chamber of the cylinder CY the exhaust gas mixture produced there by the combustion process in the exhaust gas system ES as the exhaust gas flow EG can escape. The activation of the exhaust valve EV of the respective cylinder CY is in the 1 illustrated by an action arrow L7.

Im Eingangsbereich des Luftansaugtraktes IS wird über einen Luftfilter AF Fischluft angesaugt. Dabei dient die Drosselklappe TH zu dessen Drosselung. Ggf. kann es zweckmäßig sein, stromabwärts betrachtet vor der Drosselklappe TH einen Verdichter vorzusehen. Dieser ist hier im vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich eingezeichnet und mit CH bezeichnet. Er kann insbesondere als Turbolader oder Kompressor ausgebildet sein. Mit Hilfe des Verdichters CH ist es ermöglicht, die einströmende Frischluft zu verdichten bzw. zu komprimieren. Dabei kann es vorteilhaft sein, dem Verdichter CH im Luftansaugtrakt IS eine Ladeluftkühleinheit CAC nachzuordnen. Die Ansteuerung des Verdichters CH durch das Motorsteuergerät ECU ist in der 1 durch einen Wirkpfeil L2 sowie die Ansteuerung der Ladeluftkühleinheit CAC durch das Motorsteuergerät ECU durch einen Wirkpfeil L3 angedeutet.In the entrance area of the air intake tract IS, fish air is sucked in via an air filter AF. The throttle valve TH serves to throttle this. Possibly. It may be appropriate, downstream of the throttle valve TH to provide a compressor. This is additionally drawn here in the present embodiment and designated CH. It can be designed in particular as a turbocharger or compressor. With the help of the compressor CH, it is possible to compress or compress the incoming fresh air. It may be advantageous to rearrange the compressor CH in the air intake tract IS a charge air cooling unit CAC. The control of the compressor CH by the engine control unit ECU is in the 1 indicated by an action arrow L2 and the control of the charge air cooling unit CAC by the engine control unit ECU by an action arrow L3.

Um den Luftmassenstrom AMF im Saugrohr IM hinter der Drosselklappe TH möglich exakt ermitteln zu können, wird bisher ein Luftmassenstrom- Modell MO auf Basis der sogenannten St.Venant-Gleichung verwendet. Sie beschreibt den Durchfluss eines Gases durch eine Drosselstelle einer Röhre. Dabei bildet die Drosselklappe TH diese Drosselstelle. Dem Luftmassenstrommodell MO werden als Eingangsparameter die Gastemperatur T3 des Frischluftstroms im Bereich der Drosselklappe TH, der Adiabatenexponent κ der einströmenden Frischluft, der Druck Pa im Saugrohr IM nach der Drosselklappe TH, und der Druck Pb im Luftansaugtrakt IS vor der Drosselklappe TH zugeführt. 2 zeigt schematisch das Luftmassenstrom-Modell MO einer Luftmassenstrommodelleinheit MML mit diesen Eingangsparametern, das in der Auswerte-/Recheneinheit PU des Motorsteuergeräts ECU von 1 verwendet wird. Zur Bestimmung des Drucks P_b (im Luftansaugtrakt IS in Strömungsrichtung) vor der Drosselklappe TH betrachtet ist dort vorzugsweise ein Drucksensor PSb vorgesehen, der entsprechende Druckmesssignale SPb über eine Messleitung L41 an das Motorsteuergerät ECU liefert. In entsprechender Weise ist nach der Drosselklappe TH stromabwärts betrachtet im Saugrohr IM ein Drucksensor PSa vorgesehen, der Druckmesssignale SP_a über den Druck Pa nach der Drosselklappe TH über eine Messleitung L42 an das Motorsteuergerät ECU übermittelt. Die Temperatur T3 im Bereich der Drosselklappe TH wird vorzugsweise mit Hilfe eines dort angebrachten Temperatursensors TS gemessen und dazu korrespondierende Temperaturmesssignale ST3 über eine Messleitung L5 an das Motorsteuergerät ECU zur Verarbeitung im Luftmassenmodell MO gesendet. Das Massenstrommodell MO berechnet dann nach der sogenannten Gleichung von St.Venant den Modellluftmassenstrom AMF, der über die Drosselklappe TH in das Saugrohr IM strömt, zu:

wobei

– κ der Adiabatenexponent für die Luftmasse im Saugrohr IM,
– R_Abgas die allgemeine Gaskonstante des Abgasstroms EG im Abgasstrang ES des Verbrennungsmotors COE,
– P_b der Druck des Luftmassenstroms vor der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM,
– T₃ die Temperatur des Luftmassenstroms im Bereich der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM, und Ψ die Psi- Funktion nach der St.Venant-Gleichung mit

In order to accurately determine the air mass flow AMF in the intake manifold IM behind the throttle valve TH, an air mass flow model MO based on the so-called St.Venant equation has hitherto been used. It describes the flow of a gas through a throttle point of a tube. In this case, the throttle valve TH forms this throttle point. The air mass flow model MO are supplied as input parameters, the gas temperature T3 of the fresh air flow in the throttle valve TH, the Adiabatenexponent κ of the incoming fresh air, the pressure Pa in the intake manifold IM to the throttle valve TH, and the pressure Pb in the air intake tract IS before the throttle TH. 2 schematically shows the air mass flow model MO of an air mass flow model unit MML with these input parameters, in the evaluation / processing unit PU of the engine control unit ECU of 1 is used. To determine the pressure P _b (in the air intake tract IS in the flow direction) in front of the throttle valve TH, a pressure sensor PSb is preferably provided there, which supplies corresponding pressure measurement signals SPb to the engine control unit ECU via a measuring line L41. In a corresponding manner, the pressure measurement signals SP via _a pressure Pa after the throttle valve TH via a measuring line L42 to the engine control unit ECU, according to the throttle valve TH downstream viewed in the intake pipe IM, a pressure sensor provided PSa, transmitted. The temperature T3 in the region of the throttle flap TH is preferably measured with the aid of a temperature sensor TS mounted there, and corresponding temperature measuring signals ST3 are sent via a measuring line L5 to the engine control unit ECU for processing in the air mass model MO. The mass flow model MO then calculates according to the so-called equation of St.Venant the model air mass flow AMF, which flows via the throttle TH into the intake manifold IM, to:

in which

- κ the Adiabatic exponent for the air mass in the intake manifold IM,
R _{exhaust gas,} the general gas constant of the exhaust gas stream EG in the exhaust line ES of the internal combustion engine COE,
P _{b is} the pressure of the air mass flow upstream of the throttle valve TH of the intake manifold IM,
- T _3, the temperature of the air mass flow in the throttle valve TH of the intake manifold IM, and Ψ the Psi function according to the St.Venant equation with

Für die Psi- Funktion Ψ ist insbesondere folgende Beziehung definiert:

For the Psi function Ψ the following relationship is defined in particular:

Der Parameter A_red,DK ist die sogenannte reduzierte Drosselklappenfläche, die sich als Funktion der jeweiligen Winkelstellung THA der Drosselklappe TH ergibt. Nähere Einzelheiten finden sich hierzu im Kapitel 16.8.1 des Fachbuchs „Handbuch Verbrennungsmotor, van Basshuysen/Schäfer, Vieweg Verlag, 3. Auflage 2005.The parameter A _{red, DK} is the so-called reduced throttle area, which results as a function of the respective angular position THA of the throttle valve TH. Further details can be found in chapter 16.8.1 of the book "Internal combustion engine manual, van Basshuysen / Schäfer, Vieweg Verlag, 3rd edition 2005.

Diese Modellberechnung für den Luftmassenstrom im Saugrohr wird insbesondere deshalb gemacht, weil eine Direktmessung des Luftmassenstroms im Saugrohr mit zur Verfügung stehenden Luftmassensensoren nur schwierig oder gar nicht möglich ist. Gängige Luftmassensensoren sind nämlich druckempfindlich und würden unter den Druckverhältnissen im Saugrohr nicht richtig oder gar nicht funktionieren.These Model calculation for the air mass flow in the intake manifold is made in particular because a direct measurement of the air mass flow in the intake manifold with available Air mass sensors is difficult or impossible. common Air mass sensors are namely sensitive to pressure and would under the pressure conditions in the intake manifold does not work properly or does not work at all.

Der Modellluftmassenstrom AMF wird in der Auswerte-/Recheneinheit PU des Motorsteuergeräts ECU mit dem mittels des Sensors AMS im Luftansaugtrakt IS vor der Drosselklappe TH gemessenen Luftmassenstrom AMI verglichen. Dazu ist nach dem Luftfilter AF und vor dem Verdichter CH ein Luftmassensensor AMS vorgesehen, der die einströmende Luftmasse misst und entsprechende Messsignale SAMS über eine Messleitung L1 an das Motorsteuergerät ECU übergibt. Mittels eines Subtrahiers DIF wird die Differenz zwischen dem gemessenen Luftmassenstrom AMI und dem Modellluftmassenstrom AMF gebildet und als Regelabweichung CE verwendet.Of the Model air mass flow AMF is in the evaluation / processing unit PU of the engine control unit ECU with the means of the sensor AMS in the air intake tract IS in front of the throttle valve TH measured air mass flow AMI compared. This is after the Air filter AF and before the compressor CH a mass air flow sensor AMS provided the inflowing Air mass measures and corresponding measurement signals SAMS via a Passing measuring line L1 to the engine control unit ECU. By means of a subtractor DIF is the difference between the measured air mass flow AMI and the model air mass flow AMF formed and as a control deviation CE used.

Nach einem bisher verwendeten Regelmechanismus zur möglichst genauen Ermittlung und Einstellung bzw. Einregelung des Luftmassenstroms im Saugrohr, was in der 3 anhand des Abgleichsverfahrens einer Auswerte-/Recheneinheit PU* veranschaulicht wird, wird diese Regelabweichung CE zwei parallelen, separaten Adaptionszweigen bzw. Abgleichszweigen CC1, CC2 als Eingangsparameter zugeführt. Die beiden Adaptionspfade CC1, CC2 sind dabei vom Motorbetriebspunkt OP, d.h. Motordrehzahl und Saugrohrdruck abhängig. Im ersten Adaptionspfad CC1 wird die im Modell verwendete reduzierte Drosselklappenquerschnittsfläche RA additiv und/oder faktoriell durch den ausgegebenen Adaptionswert einer Adaptionseinheit ADA korrigiert. Parallel dazu wird der ins Modell eingerechnete Umgebungsdruck, d.h. Druck P_b vor der Drosselklappe TH über den zweiten Adaptionspfad CC2 mit einer Korrektur ADP berücksichtigt. Je nach Betriebszustand des Motors arbeitet dabei der eine oder der andere Adaptionspfad CC1 bzw. CC2. Der erste Adaptionszweig CC1 ist insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Motors wie zum Beispiel im Leerlauf aktiviert. Demgegenüber ist der zweite Adaptionspfad CC2 bei höherem Drehmoment- bzw. Lastanforderungen vorrangig aktiv geschaltet. Mit Hilfe des Druckverhältnisses Pb/Pa, d.h. dem Verhältnis des Drucks Pb vor der Drosselklappe zum Druck Pa nach der Drosselklappe lässt sich eine entsprechende Koordination CB bzw. Berücksichtigung der beiden Adaptionspfade CC1, CC2 bewerkstelligen. Ist z.B. das Verhältnis Pb/Pa im Wesentlichen gleich 1, so ist die Drosselklappe TH weit geöffnet. Dies indiziert insbesondere den Leerlauffall des Motors. Dann wird vorzugsweise die Adaption ADA im ersten Abgleichszeig CC1 zur Korrektur der reduzierten Drosselklappenquerschnittsfläche RA berücksichtigt und der daraus gewonnene Adaptionswert ARA zur aus dem Drosselklappenwinkel THA berechneten, reduzierten Drosselklappenquerschnittsfläche RA hinzuaddiert, um eine korrigierte, reduzierte Drosselklappenquerschnittsfläche CRA zu gewinnen. Es wird in diesem Fall also primär ein Abgleich des Differenzwertes CE zwischen dem sensorisch gemessenen Luftmassenstrom AMI und dem Modellmassenstrom AMF durch eine Adaption ADA für die Drosselklappenquerschnittsfläche korrigiert bzw. angepasst. Ist das Verhältnis Pb/Pa wesentlich größer als 1, so indiziert das eine weitgehende Schließstellung der Drosselklappe TH. Daraufhin wird durch die Koordination CB der Adaptionswert APb aus der Adaption ADP für den Druck Pb im Luftansaugtrakt vor der Drosselklappe des zweiten Adaptionspfads CC2 gegenüber dem ersten Adaptionspfad CC1 stärker gewichtet oder ausschließlich aktiv geschaltet. Der ermittelte Adaptionswert AP_b aus der Adaptionseinheit ADP wird auf den gemessenen Druck Pb vor der Drosselklappe aufaddiert und dem Massenstrommodell MO zugeführt.After a previously used control mechanism for the most accurate determination and adjustment or adjustment of the air mass flow in the intake manifold, which in the 3 is illustrated by means of the balancing method of an evaluation / arithmetic unit PU *, this control deviation CE is fed to two parallel, separate adaptation branches or balancing branches CC1, CC2 as input parameters. The two adaptation paths CC1, CC2 are dependent on the engine operating point OP, ie engine speed and intake manifold pressure. In the first adaptation path CC1, the reduced throttle cross-sectional area RA used in the model is corrected additively and / or factorially by the output adaptation value of an adaptation unit ADA. At the same time, the ambient pressure included in the model, ie pressure P _{b upstream} of the throttle valve TH, is taken into account via the second adaptation path CC2 with a correction ADP. Depending on the operating state of the engine, one or the other adaptation path CC1 or CC2 operates. The first adaptation branch CC1 is activated in particular at low engine speeds such as, for example, idling. In contrast, the second adaptation path CC2 is primarily active with higher torque or load requirements. By means of the pressure ratio Pb / Pa, ie the ratio of the pressure Pb upstream of the throttle valve to the pressure Pa downstream of the throttle flap, a corresponding coordination CB or consideration of the two adaptation paths CC1, CC2 can be accomplished. For example, if the ratio Pb / Pa is substantially equal to 1, the throttle valve TH is wide open. This indicates in particular the idling of the engine. Then, preferably, the adaptation ADA in the first calibration signal CC1 for correcting the reduced throttle area RA is taken into account and the resulting adaptation value ARA is added to the reduced throttle area RA calculated from the throttle angle THA to obtain a corrected, reduced throttle area CRA. In this case, an adjustment of the difference value CE between the sensor-measured air mass flow AMI and the model mass flow AMF is therefore primarily corrected or adapted by an adaptation ADA for the throttle cross-sectional area. If the ratio Pb / Pa is significantly greater than 1, this indicates an extensive closed position of the throttle valve TH. Then, the adaptation value APb from the adaptation ADP for the pressure Pb in the air intake tract upstream of the throttle valve of the second adaptation path CC2 with respect to the first adaptation path CC1 is more heavily weighted or exclusively activated by the coordination CB. The determined adaptation value AP _b from the adaptation unit ADP is added to the measured pressure Pb upstream of the throttle valve and fed to the mass flow model MO.

Bei dem bisher verwendeten Abgleichsprinzip von 3 wird die Stellgröße CE des Abgleichs durch einen Adaptionsalgorithmus errechnet, der zwei parallele, separate Adaptionszweige CC1, CC2 aufweist. Hierbei stützt sich die Adaption maßgeblich auf die Differenz aus sensorisch gemessenem Luftmassenstrom AMI und Modellluftmassenstrom AMF. Alternativ dazu ist es auch möglich, den Luftmassenstrom im Saugrohr mit Hilfe eines dort platzierten Drucksensors implizit zu errechnen. Die Regelabweichung CE wird bisher oft über verschiedene Korrekturen im Luftmassenstrom eingerechnet. Z.B. wird der im Modell verwendete reduzierte Drosselklappenquerschnitt additiv und/oder faktoriell durch den Adaptionswert ARA korrigiert. Des Weiteren wird parallel der ins Modell eingerechnete Umgebungsdruck Pb additiv über den weiteren Adaptionspfad CC2 mit einer Korrektur APb versehen. Je nach Betriebszustand des Motors arbeitet der eine oder andere Adaptionspfad und dessen damit einhergehende Korrektur der reduzierten Drosselquerschnittsfläche RA oder des Drucks Pb vor der Drosselklappe. Auf Grund des Betriebspunkt- abhängigen Zusammenhangs zwischen Luftmassenstrom und Drosselklappenquerschnitt bzw. Luftmassenstrom und Umgebungsdruck ergibt sich ein erheblicher Anpassungsbedarf der Abgleichsfunktionen bei Motorneuentwicklungen und Motor-Revolutionsstufen oder sonstigen Änderungen der Verhältnisse im Luftansaugtrakt von Verbrennungsmotoren.In the previously used balancing principle of 3 the manipulated variable CE of the adjustment is calculated by an adaptation algorithm which has two parallel, separate adaptation branches CC1, CC2. The adaptation is based to a large extent on the difference between sensory measured air mass flow AMI and model air mass flow AMF. Alternatively, it is also possible to calculate the air mass flow in the intake manifold implicitly by means of a pressure sensor placed there. The control deviation CE is often included in the air mass flow via various corrections. For example, the reduced throttle valve cross-section used in the model is corrected additively and / or factorially by the adaptation value ARA. Furthermore, the ambient pressure Pb included in the model is additionally provided with a correction APb in an additive manner via the further adaptation path CC2. Depending on the operating state of the engine, one or the other adaptation path and its associated correction of the reduced throttle cross-sectional area RA or of the pressure Pb in front of the throttle valve works. Due to the operating point-dependent relationship between air mass flow and throttle valve cross-section or air mass flow and ambient pressure, there is a considerable need for adjustment of the adjustment functions in new engine developments and engine revolution levels or other changes in the conditions in the air intake tract of internal combustion engines.

Um diesen Anpassungsaufwand zu minimieren und einen möglichst einfachen Modellabgleich sicherstellen zu können, wird nun in vorteilhafter Weise zum Ermitteln des Luftmassenstrom AMF im Saugrohr IM die Regelabweichung CE zwischen dem Modellluftmassenstrom AMF und dem durch Messung im Luftansaugtrakt vor der Drosselklappe (und damit vor dem Saugrohr) bestimmten Luftmassenstrom AMI in einem einzigen Abgleichskreis bzw. Abgleichspfad CC mit Hilfe einer generalisierten Adaption GA, die lediglich ein Zeitverhalten beinhaltet, wie schnell die Regelabweichung CE zwischen dem Modellluftmassenstrom AMF und dem durch Messung bestimmten Luftmassenstrom AMI ausgeglichen werden soll, beaufschlagt und eine Adaptionszielgröße ADgen erzeugt, sowie die jeweilig ausgegebene Adaptionszielgröße ADgen dieser generalisierten Adaption GA mittels einer nachfolgenden Adaptionswerttransformation AT im selben, d.h. einzigen Abgleichskreis CC auf eine physikalische Größe ADtrans des Saugrohrs IM transformiert. Dies zeigt schematisch die Luftmassenstrommodelleinheit MML von 2. Dort verwendet die Auswerte-/Recheneinheit PU des Motorsteuergeräts ECU lediglich einen einzigen Adaptionspfad CC anstelle zweier paralleler Adaptionspfade CC1, CC2, die das konventionelle Abgleichsverfahren von 3 einsetzt. Der einzige Adaptionspfad CC im Logikablauf der Luftmassenstrommodelleinheit MML der Auswerte-/Recheneinheit PU von 2 umfasst zum einen eine generalisierte Adaption GA zur Beaufschlagung der Regelabweichung CE zwischen dem Modellluftmassenstrom AMF und dem durch Messung bestimmten Luftmassenstrom AMI, die ledig lich ein Zeitverhalten beinhaltet, wie schnell die Regelabweichung CE zwischen dem Modellluftmassenstrom AMF und dem durch Messung bestimmten Luftmassenstrom AMI ausgeglichen werden soll. Durch die generalisierte Adaption GA wird die Regelabweichung CE zwischen dem Modellluftmassenstrom AMF und dem durch Messung bestimmten Luftmassenstrom AMI vorzugsweise mit einem Verstärkungsfaktor bzw. Korrekturfaktor K beaufschlagt. Zum anderen umfasst der Logikablauf der Auswerte-/Recheneinheit PU von 2 eine dieser generalisierten Adaption GA nachgeordnete Adaptionswerttransformation AT. Mit deren Hilfe wird die Adaptionszielgröße ADgen, die von der generalisierten Adaption GA jeweilig ausgegeben wird, auf einen Korrekturwert ADtrans zur Einregelung einer korrigierten, reduzierten Drosselklappenquerschnittsfläche CRA* als physikalische Größe des Saugrohrs IM transformiert, die als eingangseitige Stellgröße für das Luftmassenstrommodell MO dient. Die Transformation der jeweilig ausgegebenen Adaptionsgröße ADgen der generalisierten Größe GA mittels der nachgeordneten Adaptionswerttransformation AT auf einen Korrekturwert ADtrans zu Einregelung der korrigierten, reduzierten Drosselklappenquerschnittsfläche CRA* wird vorzugsweise nach der Beziehung

durchgeführt, wobei

– κ der Adiabatenexponent für die Luftmasse im Saugrohr IM,
– R_Abgas die allgemeine Gaskonstante des Abgasstroms EG im Abgasstrang ES des Verbrennungsmotors COE,
– P_b der Druck des Luftmassenstroms vor der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM,
– T₃ die Temperatur des Luftmassenstroms im Bereich der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM, und Ψ die Psi- Funktion nach der St.Venant-Gleichung mit
ist.

In order to minimize this adaptation effort and to ensure the simplest possible model matching, the control deviation CE between the model air mass flow AMF and that by measurement in the air intake tract upstream of the throttle valve (and thus before the intake manifold) is now advantageously determined for determining the air mass flow AMF in the intake manifold IM. determined air mass flow AMI in a single balancing circuit or adjustment path CC by means of a generalized adaptation GA, which includes only a time behavior, how fast the control deviation CE between the model air mass flow AMF and the determined by measuring air mass flow AMI to be balanced, applied and generates an adaptation target size ADgen , as well as the respectively output adaptation target variable ADgen of this generalized adaptation GA by means of a subsequent adaptation value transformation AT in the same, ie single tuning circuit CC, to a physical variable ADtrans of the suction pipe IM t. This schematically shows the air mass flow model unit MML of FIG 2 , There, the evaluation / computation unit PU of the engine control unit ECU uses only a single adaptation path CC instead of two parallel adaptation paths CC1, CC2, which is the conventional balancing method of FIG 3 starts. The only adaptation path CC in the logic flow of the air mass flow model unit MML of the evaluation / arithmetic unit PU of 2 comprises on the one hand a generalized adaptation GA for acting on the control deviation CE between the model air mass flow AMF and the air mass flow AMI determined by measurement, which includes only a time behavior, how fast the control deviation CE between the model air mass flow AMF and the air mass flow AMI determined by measurement should be compensated , Due to the generalized adaptation GA, the control deviation CE between the model air mass flow AMF and the air mass flow AMI determined by measurement is preferably applied to a gain factor or correction factor K. On the other hand, the logic sequence of the evaluation / computation unit PU of 2 one of these generalized adaptation GA downstream adaptation value transformation AT. With their help, the adaptation target variable ADgen, which is respectively output by the generalized adaptation GA, is transformed to a correction value ADtrans for adjusting a corrected, reduced throttle cross-sectional area CRA * as the physical variable of the intake manifold IM, which serves as an input-side control variable for the air mass flow model MO. The transformation of the respective outputted adaptation variable ADgen of the generalized quantity GA by means of the downstream adaptation value transformation AT to a correction value ADtrans for adjusting the corrected, reduced throttle cross-sectional area CRA * is preferably determined by the relationship

performed, where

- κ the Adiabatic exponent for the air mass in the intake manifold IM,
R _{exhaust gas,} the general gas constant of the exhaust gas stream EG in the exhaust line ES of the internal combustion engine COE,
P _{b is} the pressure of the air mass flow upstream of the throttle valve TH of the intake manifold IM,
- T _3, the temperature of the air mass flow in the throttle valve TH of the intake manifold IM, and Ψ the Psi function according to the St.Venant equation with
is.

Während beim bisher verwendeten Abgleichsverfahren entsprechend der 3 immer beide Adaptionspfade CC1, CC2 bei Motoränderungen oder sonstigen Änderungen im Luftansaugtrakt neu abgestimmt werden müssen, kann beim einzigen Adaptionspfad CC von 2 in der Praxis bereits eine Abstimmung der generalisierten Adaption GA z.B. bei veränderten Motorgegebenheiten ausreichend sein. Denn in der generalisierten Adaption GA wird lediglich das Zeitverhalten abgebildet, d.h. sie definiert, wie schnell eine Massenstromdifferenz bzw. Regelabweichung CE zwischen dem Modellluftmassenstrom AMF und dem gemessenen Luftmassenstrom AMI korrigiert werden soll. Demgegenüber bildet die Adaptionswerttransformation AT das stationäre Übertragungsverhalten zwischen der Regelabweichung und der reduzierten Drosselklappenquerschnittsfläche als physikalische Größe des Saugrohrs nach. Dieses Übertragungsverhalten zwischen der reduzierten Drosselklappenquerschnittsfläche und dem Luftmassenstrom ist aber oft in Form von gespeicherten Parametern bereits in der Motorsteuerung vorhanden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Adaptionswerttransformation AT neu abzustimmen, weil auf diese bekannten Parameter invertiert zugegriffen werden kann. Beispielsweise lässt sich die Adaptionswerttransformation folgendermaßen bestimmen:While in the previously used balancing method according to the 3 Whenever two adaptation paths CC1, CC2 have to be readjusted in the event of engine modifications or other changes in the air intake tract, the CC can be readjusted by the single adaption path CC 2 in practice already a vote of the generalized adaptation GA be sufficient, for example, with changed engine conditions. For in the generalized adaptation GA, only the time behavior is mapped, ie it defines how fast a mass flow difference or control deviation CE between the model air mass flow AMF and the measured air mass flow AMI is to be corrected. In contrast, the adaptation value transformation AT simulates the stationary transmission behavior between the control deviation and the reduced throttle cross-sectional area as the physical size of the intake manifold. However, this transmission behavior between the reduced throttle cross-sectional area and the air mass flow is often already present in the engine control in the form of stored parameters. In this case, it is not necessary to retune the adaptation value transformation AT, because these known parameters can be invertedly accessed. For example, the adaptation value transformation can be determined as follows:

Massenstrommodell:Mass flow model:

Massenstrom AMF = f (reduzierte Drosselklappenquerschnittsfläche, x₀...x_n), d.h. der Massenstrom durch die Drosselklappe ergibt sich als Funktion f der Drosselklappenquerschnittsfläche sowie weiterer Parameter x₀...x_n _, insbesondere zu:

Mass flow AMF = f (reduced throttle cross-sectional area, x ₀ ... x _n ), ie the mass flow through the throttle results as a function f of the throttle cross-sectional area and other parameters x ₀ ... x _n _, in particular:

Adaptionswerttransformation durch Bildung der Inversen f^–1: reduzierte Drosselklappenquerschnittsfläche = f (Massenstrom AMF, x₀...x_n)Adaptation value transformation by formation of the inverse f ^-1 : reduced throttle cross-sectional area = f (mass flow AMF, x ₀ ... x _n )

Insbesondere gilt dann hier:

In particular, then applies here:

Bezogen auf die Signalbezeichnung beim vorliegenden Ausführungsbeispiel von 2 ergibt sich somit:

Based on the signal designation in the present embodiment of 2 thus results:

In der nachgeschalteten Stellgrößentransformation AT wird die Umrechnung von der Zielgröße (hier der Luftmassenstrom) auf die Stellgröße, hier die reduzierte Drosselklappenquerschnittsfläche, vorgenommen, d.h. das physikalische Übertragungsverhalten zwischen diesen beiden Größen wird berücksichtigt. Auf diese Weise ist eine einfache und effiziente Anpassung des Abgleichzweigs bei Änderungen des Verbrennungsmotors, Änderungen des Luftansaugtraktes oder Übertragung auf andere Motortypen möglich. Es kann deshalb Zeit bei der Abstimmung eingespart werden und zugleich die Qualität bei der Ermittlung und Einregelung des Luftmassenstroms im Saugrohr verbessert werden. Insbesondere können bei Motorneuentwicklungen oder Motor-Revolutionsstufen oder sonstigen Änderungen des Luftansaugtrakts bereits bestehende Adaptionsparameter und Adaptionsbeziehungen ohne größere Veränderungen auch bei abgeänderten Motoren oder verschiedenen Luftansaugtrakten weiter verwendet werden, denn der Modellabgleich ist nicht mehr über mehrere unterschiedliche Abgleichszweige, sondern nur über einen einzigen, zentralen Adaptionskreis realisiert.In the subsequent manipulated variable transformation AT, the conversion from the target variable (in this case the air mass flow) to the manipulated variable, in this case the reduced throttle cross-sectional area, is undertaken, ie the physical transmission behavior between these two variables is taken into account. In this way, a simple and efficient adjustment of the matching branch is in case of changes in the burn motor, changes in the air intake tract or transfer to other engine types. It can therefore be saved time in the vote and at the same time the quality in the determination and adjustment of the air mass flow in the intake manifold can be improved. In particular, in new engine developments or engine revolution stages or other changes in the air intake already existing adaptation parameters and adaptation relationships without major changes even with modified engines or different Luftansaugtrakten continue to be used, because the model adjustment is no longer about several different balancing branches, but only a single, central Adaptation circuit realized.

Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet lässt sich insbesondere folgendes zusammenfassen:
Bei einer bestimmten Drosselklappenstellung THA bzw. einer damit einhergehenden Drosselklappenquerschnittsfläche RA, einem bestimmten Umgebungsdruck Pb und einer bestimmten Stellung von motorhardwarenahen Aktuatoren (z.B. Drall- oder Tumble-Klappen) im Ansaugtrakt, variabler Saugrohr-/Schwingrohrlänge, vorliegender Nockenwellenverstellung, und bei einer bestimmten Motordrehzahl stellt sich ein bestimmter Saugrohrdruck ein (klassische „α/n-Steuerung"). Liegt nun aufgrund der Produktionstoleranzen ein etwas anderer Motor vor, welcher ein unterschiedliches Motordurchsatzverhalten zeigt, als in der Kalibrierung der Motorsteuerung abgelegt ist, kommt es im allgemeinen zu einem vom modellierten Wert abweichenden, unterschiedlichen Saugrohrdruckwert. Diese Abweichung wird vom Programm der Motorsteuerung berechnet und als Regelgröße CE ausgegeben. Wird diese Abweichung CE als Eingangsgröße für eine Korrekturfunktion des Drosselklappenswickels genutzt (Drosselklappenquerschnittskorrektur oder Umgebungsdruckkorrektur), so ergeben sich für die Korrektur des Saugrohrmodells bisher zwei Werte, nämlich eine relative Querschnittsfläche (% von cm²) und ein absoluter Umgebungsdruck (hPa). Ein Problem stellt hierbei die Umrechnung der beiden Regler ADA, ADP (siehe 3) ineinander da. Sie folgen nicht einer einfachen Funktion, welche in einer Motorsteuerung mit vertretbarem Aufwand funktional umgesetzt werden könnte, wenn für alle auftretenden Umgebungsbedingungen (Lufttemperatur und Luftdruck) maximale Genauigkeit bei der Übergabe erreicht werden soll. Dieses Problem wurde bisher in Bezug auf das Abgleichsprinzip von 3 mit Hilfe einer PT1-Filterung des jeweiligen Reglerausgangs umgangen, jedoch kann mit einem PT1-gefilterten Regler nur noch eine eingeschränkte Dynamik dargestellt werden. Diese Dynamikeinschränkung führt zu einer suboptimalen Ausregelzeit von Re gelabweichungen des Modells MO von 3. Diese führen wieder zu einer für eine unnötig lange Zeit vorhandenen Vorsteuerabweichung der Einspritzmassenberechnung und, während der Einrechung des Modellabweichungswertes in die Drosselklappensollwertbestimmung zu einem nicht exakt eingestellten Saugrohrdruck und damit Motordrehmoment. Bisher wurde die für den Modellabgleich benötigte Größe über ein PT1-Filter in die jeweils andere umgerechnet und zwar über einen konstanten Faktor initialisiert. Daraus ergibt sich wie oben beschrieben ein Dynamiknachteil.From a different angle, the following can be summarized in particular:
At a particular throttle position THA and associated throttle cross-sectional area RA, a certain ambient pressure Pb, and a particular position of engine hardware proximate actuators (eg, swirl or tumble flaps) in the intake manifold, variable intake manifold / swing tube length, camshaft timing present, and at a particular engine speed If there is a slightly different engine because of the production tolerances, which shows a different engine throughput behavior than is stored in the calibration of the engine control system, there is generally one of the intake manifold pressure (classic "α / n control") This deviation is calculated by the program of the engine control and output as control variable CE If this deviation CE is used as input for a correction function of the throttle valve winding (throttle cross section correction) r or ambient pressure correction), the result for the correction of the Saugrohrmodells so far two values, namely a relative cross-sectional area (% of cm ² ) and an absolute ambient pressure (hPa). A problem here is the conversion of the two controllers ADA, ADP (see 3 ) in each other there. They do not follow a simple function which could be implemented functionally in a motor control with reasonable effort, if for all ambient conditions occurring (air temperature and pressure) maximum accuracy in the transfer should be achieved. This problem has so far been related to the balancing principle of 3 bypassed by means of a PT1 filtering of the respective controller output, but with a PT1-filtered controller only a limited dynamics can be displayed. This dynamic constraint results in a suboptimal settling time of model MO error offsets 3 , These lead again to a pre-tax deviation of the injection mass calculation that exists for an unnecessarily long time and, during the calculation of the model deviation value into the determination of the desired throttle value, to a not exactly set intake manifold pressure and thus engine torque. Previously, the size required for the model matching was converted into the other one via a PT1 filter and indeed initialized via a constant factor. This results in a dynamics disadvantage as described above.

Die vorteilhafte Abgleichsregelung entsprechend der 2 löst das obige Problem insbesondere folgendermaßen: Es wird statt eines Veränderns der jeweiligen Übertragungsfunktion von

a) Drosselklappenwinkel zu Drosselklappenquerschnittsfläche über den Regler bzw. die Adaption ADA, oder bei großen Druckquotienten Pb/Pa
b) durchströmender Luftmasse durch die Drosselklappe pro Umgebungsdruck

eine Hilfsgröße eingeführt, die einem durch etwaig vorliegende Systemtoleranzen bestimmten zusätzlichen Modell-Luftmassenstrom entspricht.The advantageous balancing control according to the 2 solves the above problem in particular as follows: It is instead of changing the respective transfer function of

a) Throttle valve angle to throttle cross-section area via the regulator or adaptation ADA, or at high pressure quotients Pb / Pa
b) air mass flowing through the throttle valve per ambient pressure

introduced an auxiliary size that corresponds to an additional model air mass flow determined by any existing system tolerances.

Die Basiswerte für die korrigierte, reduzierte Drosselklappenquerschnittsfläche werden hierbei nicht mehr durch zwei, die physikalischen Basisgrößen beeinflussenden „Regler" oder „Beobachter" beeinflusst, sondern mit den jeweils exaktesten verfügbaren Systemgrößen bestimmt. Vor allem wird jetzt die physikalische Drosselklappenquerschnittsfläche und der mit einer hohen Genauigkeit von üblicherweise ca. ± 30hPa verfügbare Umgebungsdruck nicht mehr über einen „Regler" bzw. „Beobachter" beeinflusst.The Underlyings for become the corrected, reduced throttle area In this case, it is no longer influenced by two "controllers" or "observers" influencing the physical basic variables, but rather by with the most exact available System sizes determined. Above all, now the physical throttle cross-sectional area and with a high accuracy of usually about ± 30hPa available Ambient pressure no longer over affects a "controller" or "observer".

Diese Bestimmung erfolgt nach der bekannten physikalischen Durchflussfunktion einer Drosselklappe nach St.Venant.These Determination takes place according to the known physical flow function a throttle valve to St.Venant.

Dabei bezeichnet

– ṁ_thr den Luftmassenstrom durch die Drosselklappe.
– κ der Adiabatenexponent für die Luftmasse im Saugrohr,
– R_air die allgemeine Gaskonstante des Frischluftstroms durch die Drosselklappe,
– P_thr der Druck des Luftmassenstroms vor der Drosselklappe des Saugrohrs,
– T_im die Temperatur des Luftmassenstroms im Bereich der Drosselklappe des Saugrohrs, und Ψ die Psi- Funktion nach der St.Venant-Gleichung mit

This designates

- ṁ _thr the air mass flow through the throttle.
- κ the Adiabatic exponent for the air mass in the intake manifold,
R _{air is} the general gas constant of the fresh air flow through the throttle valve,
P _{thr is} the pressure of the air mass flow in front of the throttle valve of the intake manifold,
- T _in the temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve of the intake manifold, and Ψ the Psi function according to the St.Venant equation with

Vorteile sind insbesondere:

a) Es ist keine „Reglerübergabe" mehr nötig.
b) Es ist keine Initialisierungsfunktion für die „Reglerübergabe" mehr nötig.
c) Es ist keine Hysterese zwischen den Reglerbereichen mehr nötig.
d) Es ist eine vereinfachte Diagnosefunktion für das Saugrohrmodell möglich (auch Last-Plausibilitätscheck), Diagnosen sind nicht mehr getrennt für beide Pfade nötig.

Advantages are in particular:

a) It is no longer necessary "controller transfer".
b) There is no longer any need for an initialization function for "controller transfer".
c) There is no longer any hysteresis between the controller areas.
d) A simplified diagnosis function for the intake manifold model is possible (also load-plausibility check), diagnoses are no longer necessary separately for both paths.

Es wird hier also eine gemeinsame Größe für den Ausgleich der Systemtoleranzen, die sowohl für den unter- als auch für den überkritischen Bereich verwendbar ist, bereitgestellt. Die bisher verwendeten Reglergrößen ARA, APb mit zwei unterschiedlichen Reglerbereichen können in vorteilhafter Weise entfallen.It so here's a common size for balancing the system tolerances, which both for the lower as well as for the supercritical Area usable, provided. The previously used controller sizes ARA, APb with two different control ranges can advantageously omitted.

Dies ist insbesondere vorteilhaft an einem druckgeführten (d.h. der Saugrohrmodellabgleich erfolgt über einen Saugrohrdrucksensor) System. Bei Systemen mit einem besonders nichtlinearen Durchsatzverhalten des Motors, vor allem bei sprunghaft sich änderndem Durchsatz (z.B. mit 2-stufig variablem Ventilhub oder während der Umschaltung des variablen Schwingrohrsaugrohres) wäre eine „Reglerübergabe" – wie bisher – mit i.a. nicht kontinuierlichem Verlauf (z. B. wenn eine andere Luftdichte der angesaugten Luft vorliegt) für einen monotonen und gleichmäßigen Motorlauf nicht vorteilhaft, da der Fahrer bei einem konstanten oder quasi-konstanten Momentenwunsch Luftmassen- und damit Motormomentenschwankungen als besonders störend empfinden würde. Demgegenüber entfällt eine solche Reglerübergabe mit ihren Nachteilen nun in vorteilhafter Weise beim Reglersystem von 2.This is particularly advantageous at a pressure-guided (ie, the intake manifold model adjustment via a Saugrohrdrucksensor) system. In systems with a particularly non-linear throughput behavior of the engine, especially at a sudden changing throughput (eg with 2-stage variable valve lift or during the switching of the variable Schwingrohrsaugrohres) would be a "controller transfer" - as usual - with ia not continuous course (z. B. If a different air density of the intake air is present) for a monotonous and smooth engine running not advantageous because the driver would feel at a constant or quasi-constant torque desired air mass and thus engine torque fluctuations as particularly disturbing now advantageously in the controller system of 2 ,

Claims

Method for determining and adjusting the air mass flow (AMF) in the intake manifold (IM) of an internal combustion engine (COE) a control unit (ECU) via an air mass flow model (MO) models a model air mass flow (AMF) and this with at least one by measurement in the air intake tract (IS) in front of the intake manifold (IM) determined air mass flow (AMI) by is adjusted, that the control deviation (CE) between the model air mass flow (AMF) and the measured mass air flow (AMI) in a single balancing branch (CC) with the help of a generalized Adaptation (GA), which only involves a time behavior, how fast a control deviation (CE) between the model air mass flow (AMF) and balanced by the measurement of air mass flow (AMI) should be applied and an adaptation target variable (ADgen) is generated, and that the respectively output adaptation target variable (ADgen) the generalized adaptation (GA) by means of a subsequent adaptation value transformation (AT) in the same balancing branch (CC) to a physical size (ADtrans) of the suction tube (IM) is transformed.

Method according to claim 1, characterized in that that by the generalized adaptation (GA) the control deviation (CE) between the model air mass flow (AMF) and that by measurement certain air mass flow (AMI) with a gain factor (K) applied becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the respectively output adaptation target variable (ADgen) generalized adaptation (GA) to a correction value (ADtrans) Adjustment of a corrected, reduced throttle cross-sectional area (CRA *) as the physical size of the suction tube (IM), which is used as an output variable for the air mass flow model (MO) serves.

A method according to claim 3, characterized in that the transformation of the respectively output adaptation target variable (ADgen) of the generalized adaptation (GA) by means of the downstream adaptation value transformation (AT) to a correction value (ADtrans) for adjusting the corrected, reduced throttle cross-sectional area (CRA *) after the relationship

is performed, wherein - κ the adiabatic exponent of the air mass in the intake manifold (IM), - R _{exhaust gas} the general gas constant of the exhaust gas flow (EG) in the exhaust line (ES) of the internal combustion engine (COE), - P _b the pressure of the air mass flow upstream of the throttle valve (TH) of the intake manifold ( IM), - T ₃ the temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve (TH) of the intake manifold (IM), and - Ψ the Psi function of the St.Venant equation of the air mass modeling (MO) with

is.

control unit (ECU) with at least one evaluation processing unit (PU) for determining and Adjustment of the air mass flow (AMF) in the intake manifold (IM) of an internal combustion engine (COE) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation / arithmetic unit (PU) an air mass flow model unit (LMM) for modeling a Model Air Mass Flow (AMF) using an air mass flow model (MO), which is designed such that for the adjustment of the Model air mass flow (AMF) with at least one by measurement in the air intake tract (IS) in front of the intake manifold (IM) determined air mass flow (AMI) only a single balancing branch (CC) is provided, and that this balancing branch (CC) is a generalized adaptation unit (GA) used to apply the control deviation (CE) between the Model air mass flow (AMF) and the air mass flow determined by measurement (AMI) with a generalized adaptation that serves only one Time behavior includes how fast the control deviation (CE) between the model air mass flow (AMF) and the determined by measurement Air mass flow (AMI) should be balanced, and a downstream Adaptation value transformation unit (AT) that the transformation the respectively output adaptation target variable (ADgen) of the generalized Adaptation (GA) to a physical size (ADtrans) of the suction pipe (IM) serves.