DE102007012506B4 - Method for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine and associated control unit - Google Patents

Method for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine and associated control unit Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr (IM) eines Verbrennungsmotors (COE), indem
– in einem Steuergerät (ECU) über ein Luftmassenstrommodell (MO) ein Modellluftmassenstrom (AMF) durch die Drosselvorrichtung (TH) des Saugrohrs modelliert wird,
– der Luftmassenstrom (AMI) von in den Luftansaugtrakt (IS) einströmender Frischluft mittels eines Sensors (AMS) an einer Messposition mit Abstand (DI) vor der Drosselvorrichtung (TH) gemessen wird,
– der dort im Luftansaugtrakt (IS) vor dem Saugrohr (IM) gemessene Luftmassenstrom (AMI) über ein Zwischenmodell (ZM) in einen fiktiv am Ort der Drosselvorrichtung (TH) gemessenen Luftmassenstrom (AMI*) transformiert wird, wobei durch das vorgeschaltete Zwischenmodell (ZM) eine etwaige Befüllungsverzögerung und/oder Befüllungsüberschwinger beim Befüllen des Volumens zwischen dem Sensor (AMS) und der Drosselklappe (TH) mit einem Frischluftstrom durch Berücksichtigung des Abstands (DI) zwischen der Messposition des Sensors (AMS) und der Ortsposition der Drosselvorrichtung (TH) weitgehend kompensiert wird werden, und
– dieser umgerechnete Luftmassenstrom (AMI*) mit dem...Method for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold (IM) of an internal combustion engine (COE), by
A model air mass flow (AMF) is modeled in a control device (ECU) via an air mass flow model (MO) by the throttle device (TH) of the intake manifold,
The air mass flow (AMI) of fresh air flowing into the air intake tract (IS) is measured by means of a sensor (AMS) at a measuring position at a distance (DI) in front of the throttle device (TH),
- the air mass flow (AMI) measured there in the air intake tract (IS) upstream of the intake manifold (IM) is transformed via an intermediate model (ZM) into an air mass flow (AMI *) which is fictively measured at the location of the throttle device (TH); ZM) a possible filling delay and / or filling overshoot when filling the volume between the sensor (AMS) and the throttle valve (TH) with a fresh air flow by taking into account the distance (DI) between the measuring position of the sensor (AMS) and the spatial position of the throttle device (TH ) are largely compensated, and
- This converted air mass flow (AMI *) with the ...

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Steuergerät gemäß Anspruch 4.The The invention relates to a method according to claim 1 and a control device according to claim 4th

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. Erfassung dieses Luftmassenstroms. In der Praxis wird der aktuell im Saugrohr fließende Luftmassenstrom in der Motorsteuerung des jeweiligen Verbrennungsmotors mittels eines Luftmassenstrommodells errechnet und der derart ermittelte Modellluftmassenstrom über entsprechende Sensorik in oder am Saugrohr – wie z. B. mit Hilfe eines Heißfilmluftmassenmessers oder Saugrohrdrucksensors – mit der Realität, das heißt insbesondere mit einem durch Messung im Luftansaugtrakt stromaufwärts vor dem Saugrohr in einer vorgegebenen Entfernung bzw. Distanz zu dessen Drosselvorrichtung, insbesondere Drosselklappe, erfassten Luftmassenwert oder einem damit korrespondierenden Luftansaugtrakt-Parameter abgeglichen. Das in der Motorsteuerung des jeweiligen Verbrennungsmotors hinterlegte Luftmassenstrommodell berechnet üblicherweise den Luftmassenstrom durch die Drosselvorrichtung, insbesondere Drosselklappe, des Luftansaugtrakts. Speziell bei aufgeladenen Motoren hat der Luftansaugtrakt zwischen Luftmassenmesser und Drosselklappe ein relativ großes Volumen. Im stationären Fall, d. h. bei weitgehend eingeschwungenem, insbesondere im Wesentlichen konstantem Frischluftmassenstrom-Verhältnissen im Luftansaugtrakt – wie zum Beispiel bei konstanter Motordrehzahl oder konstanter Motorlast – ist der Massenstrom am Luftmassensensor mit dem Massenstrom durch die Drosselklappe im Wesentlichen identisch. In diesem Fall kann das Luftmassenstrommodell der Drosselklappe direkt mit dem gemessenen Massenstrom des Luftmassenmessers abgeglichen werden. Demgegenüber zeigt sich im dynamischen Fall, wenn zum Beispiel die Laderdrehzahl eines etwaig im Luftansaugtrakt vor der Drosselklappe vorhandenen Turboladers erhöht wird, d. h. wenn sich Änderungen des Frischluftmassenstroms im Luftansaugtrakt vor der Drosselklappe ergeben, dass ein Abgleich des Luftmassenstrommodells mit Hilfe des gemessenen Luftmassenstroms des Luftmassenmessers in der Praxis mit Fehlern behaftet ist.A central parameter for consumption and above all emission-optimal operation of an internal combustion engine, especially gasoline engine, provides the air mass flow in the intake manifold This results in high demands on the accuracy in terms of the calculation or detection of this air mass flow. In practice is the currently in the intake manifold flowing air mass flow in the Motor control of the respective internal combustion engine by means of an air mass flow model calculated and the thus determined model air mass flow over appropriate Sensors in or on the intake manifold - like z. B. using a Heißfileinuftmassenmessers or intake manifold pressure sensor - with the reality, this means in particular with a measurement upstream in the air intake tract the suction tube at a predetermined distance or distance to the Throttle device, in particular throttle flap, detected mass air value or a corresponding Luftansaugtrakt parameter matched. The stored in the engine control of the respective internal combustion engine Air mass flow model usually calculates the air mass flow through the throttle device, in particular throttle, of the air intake tract. Especially with supercharged engines has the Air intake tract between mass air flow sensor and throttle valve relatively large Volume. In the stationary Case, d. H. at largely steady, in particular substantially constant fresh air mass flow conditions in the air intake tract - such as Example with constant engine speed or constant engine load - is the Mass flow at the air mass sensor with the mass flow through the throttle valve essentially identical. In this case, the air mass flow model the throttle directly with the measured mass flow of the air mass meter be matched. In contrast, shows in the dynamic case, for example, when the supercharger speed a possibly present in the air intake tract in front of the throttle Turbocharger increased is, d. H. if changes the fresh air mass flow in the air intake tract in front of the throttle valve revealed that an adjustment of the air mass flow model using the measured air mass flow of the air mass meter in practice is flawed.

Aus der DE 101 29 037 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine bekannt. Bei der Bildung eines Sollladedrucks abhängig von einem Vorgabewert wird ein Faktor berücksichtigt, welcher abhängig ist von einer Abweichung zwischen einem gemessenen Luftmassenstrom und einem in Abhängigkeit eines Drosselklappenwinkels bestimmten Luftmassenstrom.From the DE 101 29 037 A1 For example, a method and apparatus for controlling a supercharged internal combustion engine are known. In the formation of a target boost pressure dependent on a default value, a factor is taken into account which is dependent on a deviation between a measured air mass flow and an air mass flow determined in dependence on a throttle angle.

Aus der DE 10 2005 004 319 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln und Einregeln eines Luftmassenstroms im Saugrohr eines Verbrennungsmotors bekannt, wobei der Luftmassenstrom sowohl gemessen als auch modelliert wird.From the DE 10 2005 004 319 A1 is a method for determining and adjusting a mass air flow in the intake manifold of an internal combustion engine known, the air mass flow is both measured and modeled.

Aus der DE 37 29 635 A1 ist ein Einstellsystem für in Kraftfahrzeugen zu überwachende Größen bekannt, das eine schnelle und ungenaue und eine langsame und genaue Sensor- und Einstelleinheit umfasst. Im Fall einer Abweichung der beiden Einstellgrößen wird ein Kalibriersignal an die erste Sensoreinheit abgegeben.From the DE 37 29 635 A1 For example, an adjustment system for vehicles to be monitored is known, which includes a fast and inaccurate and a slow and accurate sensor and adjustment unit. In the case of a deviation of the two adjustment variables, a calibration signal is output to the first sensor unit.

Aus der DE 102 15 361 A1 ist eine Modellierung eines Luftmassenstroms über ein Drosselventil in einer Bypass-Leitung bekannt. Dabei wird der Modellluftmassenstrom nach der Gleichung von St. Venant berechnet.From the DE 102 15 361 A1 a modeling of an air mass flow via a throttle valve in a bypass line is known. The model air mass flow is calculated according to the equation of St. Venant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg aufzuzeigen, wie im dynamischen Fall ein verbesserter Abgleich des Luftmassenstrommodells möglich ist. 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 durch die Drosselvorrichtung des Saugrohrs modelliert wird,
  • – der Luftmassenstrom von in den Luftansaugtrakt einströmender Frischluft mittels eines Sensors an einer Messposition mit Abstand vor der Drosselvorrichtung gemessen wird,
  • – der dort im Luftansaugtrakt vor dem Saugrohr gemessene Luftmassenstrom über ein Zwischenmodell in einen fiktiv am Ort der Drosselvorrichtung gemessenen Luftmassenstrom transformiert wird, wobei durch das vorgeschaltete Zwischenmodell eine etwaige Befüllungsverzögerung und/oder Befüllungsüberschwinger beim Befüllen des Volumen zwischen dem Sensor und der Drosselklappe mit einem Frischluftstrom durch Berücksichtigung des Abstands zwischen der Messposition des Sensors und der Ortposition der Drosselvorrichtung weitgehend kompensiert werden
  • – dieser umgerechnete Luftmassenstrom mit dem Modellluftmassenstrom durch die Drosselvorrichtung verglichen wird.
The invention is based on the object to show a way, as in the dynamic case, an improved balance of the air mass flow model is possible. This object is achieved by the following inventive method: A method for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine, by
  • A model air mass flow through the throttle device of the intake manifold is modeled in a control unit via an air mass flow model,
  • The air mass flow of fresh air flowing into the air intake tract is measured by means of a sensor at a measuring position at a distance in front of the throttle device,
  • - The there measured in the air intake tract upstream of the intake manifold air mass flow is transformed via an intermediate model in a fictitious measured at the location of the throttle device air mass flow, through the upstream intermediate model any filling delay and / or Befüllungsschwinger when filling the volume between the sensor and the throttle with a fresh air flow be largely compensated by taking into account the distance between the measuring position of the sensor and the location of the throttle device
  • - This converted air mass flow with the model air mass flow through the throttle device is compared.

Mittels des zusätzlichen Zwischenmodells als Vorsteuerung des Regelkreises des Luftmassenstrommodells ist es speziell bei Dynamik der Frischluftmassenstrom-Verhältnisse im Luftansaugtrakt ermöglicht, den Abgleich zwischen dem Modellluftmassenstrom aus dem Luftmassenstrommodell und dem tatsächlich gemessenen Luftmassenstrom genauer und robuster zu machen. Gleichzeitig wird eine ausreichende Reaktionsfähigkeit des Gesamtsystems zum Ermitteln und präzisen Einregeln eines gewünschten Luftmassenstroms weitgehend sichergestellt.through of the additional Intermediate model as pilot control of the control loop of the air mass flow model it is especially with dynamics of fresh air mass flow conditions in the air intake tract allows the comparison between the model air mass flow from the air mass flow model and that actually measured air mass flow more accurate and robust. simultaneously is a sufficient responsiveness of the entire system to Determine and precise Adjusting a desired Air mass flow largely ensured.

Die Aufgabe wird auch gelöst mit den Merkmalen gemäß Anspruch 4.The Task is also solved with the features according to claim 4th

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 anhand 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 erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt und eingeregelt wird, 1 1 is a schematic representation of an exemplary air intake tract of an internal combustion engine, in particular a gasoline engine, for which the air mass flow is determined and regulated according to an advantageous embodiment variant of the method according to the invention,

2 in schematischer Darstellung ein vorteilhaftes Regelungssystem für ein Luftmassenstrommodell in der Auswerte-/Recheneinheit des Motorsteuergeräts des Verbrennungsmotors von 1, wobei der Regelkreis dieses Regelungssystems mit einer Vorsteuerung beaufschlagt ist, die ein Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr nach einer Ausführungsvariante des erfindungemäßen Verfahrens ermöglicht, und 2 a schematic representation of an advantageous control system for an air mass flow model in the evaluation / processing unit of the engine control unit of the internal combustion engine of 1 , The control circuit of this control system is acted upon by a pilot control, which enables a determination and adjustment of the air mass flow in the intake manifold according to a variant of the inventive method, and

3 in schematischer Darstellung verschiedene Messkurven von Luftmassenströmen im Luftansaugtrakt des Verbrennungsmotors von 1 am Luftmassenmesser des Luftansaugtrakts von 1 gemessen, und zwar real an dessen Drosselklappe gemessen, ohne Zwischenmodellabgleich, und bei einer Luftmassenadaption mit Zwischenmodell gemäß dem Regelungssystem von 2. 3 schematic representation of different curves of air mass flows in the air intake tract of the internal combustion engine of 1 at the air mass meter of the air intake tract of 1 measured, actually measured at the throttle, without intermediate model adjustment, and in an air mass adaptation with intermediate model according to the control system of 2 ,

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

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 weist als stromabwärtsseitigen, motornahen Endabschnitt ein Saugrohr IM hinter seiner Drosselklappe TH auf. Im Rahmen der Erfindung wird also unter dem Saugrohr IM insbesondere der röhrenförmige Abschnitt des Luftansaugtrakts IS zwischen der Drosselklappe TH und dem fingerförmigen Eingangskrümmer jedes Zylinders CY verstanden. Anstelle einer Drosselklappe kann auch eine sonstige Drosselvorrichtung vorgesehen sein, mit der sich die Luftzufuhr in das Saugrohr IM in Abhängigkeit von Lastbeaufschlagung und/oder Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors variabel regulieren lässt. Die Drosselvor richtung kann insbesondere durch einen sogenannten Impulslader ersetzt 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 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. 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 has, as a downstream end, close to the engine end section, a suction pipe IM behind its throttle valve TH. In the context of the invention, the intake pipe IM is thus understood to mean, in particular, the tubular section of the air intake tract IS between the throttle valve TH and the finger-shaped intake manifold of each cylinder CY. Instead of a throttle valve, another throttle device may be provided with which the air supply in the intake manifold IM can be variably regulated as a function of load application and / or rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine. The Drosselvor direction can be replaced in particular by 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 amount of fuel can be metered or allocated via the intake manifold IM by port injection and / or by direct injection to 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 die 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 kann über eine in 1 nicht eingezeichnete Steuerleitung ggf. mindestens eine Zylindereinlassvorrichtung zum Befüllen des Brennraums des jeweiligen Zylinders CY mit Luft und/oder mindestens eine Zylindereinlassvorrichtung zur Zumessung von Kraftstoff in den Brennraum dieses Zylinders ansteuern. Ggf. kann dabei auch nur eine einzige Zylindereinlassvorrichtung zur Befüllung des Brennraums des jeweiligen Zylinders mit einem bereits vorgemischten Luft/Kraftstoffgemisch vorgesehen sein. In analoger Weise kann das Motorsteuergerät ECU ggf. auch eine Zylinderauslassvorrichtung zum Entleeren des Brennraums dieses Zylinders über eine Steuerleitung ansteuern.For adjusting the air mass flow in the intake manifold IM, the throttle valve TH is used in the entrance area of the tubular intake manifold 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 regulated by the engine control unit ECU according to a desired torque or load request. The engine control unit ECU can have an in 1 not shown control line possibly at least one cylinder inlet device for filling the combustion chamber of the respective cylinder CY with air and / or at least one cylinder inlet device for metering fuel into the combustion chamber of this cylinder. Possibly. can be provided with an already premixed air / fuel mixture only a single cylinder inlet device for filling the combustion chamber of the respective cylinder. In an analogous manner, the engine control unit ECU may optionally also control a cylinder outlet device for emptying the combustion chamber of this cylinder via a control line.

Hier im Ausführungsbeispiel von 1 ist dem Saugrohr IM ein Injektor IN zur Kanaleinspritzung einer zur jeweiligen Drehmomentanforderung passenden Kraftstoffmenge zugeordnet, um eine Zylinderfüllung mit Kraftstoff vorzubereiten. Wird das Einlassventil IV des jeweiligen Zylinders CY während dessen Ansaugtakts z. B. über eine Nockenwelle geöffnet, so strömt das vorgemischte Luft-/Kraftstoffgemisch aus dem Saugrohr IM durch das geöffnete Einlassventil IV in den jeweiligen Zylinder CY des Verbrennungsmotors COE, der sich im Ansaugtakt befindet, ein. In der 1 sind diese Nockenwelle sowie zugehörige Steuerleitungen zur etwaigen Nockenwellenphasenstellung durch das Motorsteuergerät der zeichnerischen Einfachheit halber weggelassen worden. Nach der Durchführung des Verdichtungs- und Arbeitstaktes des jeweiligen Zylinders CY wird dessen Auslassventil EV im Ausstoßtakt geöffnet, so dass aus dem Brennraum des jeweiligen Zylinders CY das dort durch den Verbrennungsvorgang erzeugte Abgasgemisch in den Abgastrakt ES als Abgasstrom EG entweichen kann. Zusätzlich oder unabhängig zur Kanaleinspritzung ist es auch möglich, durch Direkteinspritzung mit einem Injektor dem Brennraum des jeweiligen Zylinders eine passende Kraftstoffmenge zuzuteilen.Here in the embodiment of 1 In the intake manifold IM, an injector IN for port injection is assigned an amount of fuel suitable for the respective torque request to prepare a cylinder charge with fuel. If the intake valve IV of the respective cylinder CY during its intake stroke z. B. opened via a camshaft, the premixed air / fuel mixture flows from the intake manifold IM through the open intake valve IV in the respective cylinder CY of the internal combustion engine COE, which is located in the intake stroke, a. In the 1 These camshaft and associated control lines for any camshaft phasing have been omitted by the engine control unit of the drawing simplicity. After performing the compression and power stroke of the respective cylinder CY whose exhaust valve EV is opened in the exhaust stroke, so that from the combustion chamber of the respective cylinder CY the exhaust gas mixture produced there by the combustion process can escape into the exhaust system ES as the exhaust gas EG. Additionally or independently of the port injection, it is also possible to allocate a suitable amount of fuel to the combustion chamber of the respective cylinder by direct injection with an injector.

Im Eingangsbereich des Luftansaugtraktes IS wird über ein Luftfilter AF ein Frischluftstrom angesaugt. Dabei dient die Drosselklappe TH zu dessen Drosselung bzw. Regulierung. 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 möglich, 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, a fresh air stream is drawn in via an air filter AF. In this case, the throttle valve TH serves to throttle or regulation. 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 möglichst exakt ermitteln und einregeln 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 hier die Drosselklappe TH diese Drosselstelle. Sie kann in ihrer Funktion ggf. durch mindestens ein anderes, gleichwirkendes Drosselelement ersetzt sein. Dieses Luftmassenstrom-Modell MO ist in der Auswerte-/Recheneinheit PU des Motorsteuergeräts ECU hinterlegt bzw. implementiert. Es fungiert als eine Art Regelstrecke in einem Regelungssystem CL zum Ermitteln und Einregeln eines gewünschten Luftmassenstroms im Saugrohr IM. Das Gesamtregelungssystem CL für das Luftmassenstrommodell MO ist in der 2 schematisch dargestellt. Dem Luftmassenstrommodell MO werden als Eingangsparameter IP insbesondere 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. Zur Bestimmung des Drucks Pb im Luftansaugtrakt IS in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe TH betrachtet ist dort vorzugsweise ein Drucksensor PSb vorgesehen, der zugehörige 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 SPa über den Druck Pa nach der Drosselklappe TH über eine Messleitung L42 an das Motorsteuergerät ECU übermittelt. Die Temperatur ST3 im Bereich der Drosselklappe TH wird vorzugsweise mit Hilfe eines dort angebrachten Temperatursensors TS gemessen und dazu korres pondierende Temperaturmesssignale TS3 über eine Messleitung L5 an das Motorsteuergerät ECU zur Verarbeitung im Luftmassenmodell MO gesendet. Das Massenstrommodell MO berechnet dann nach der Gleichung von St. Venant den Modellluftmassenstrom AMF, der durch die Drosselklappe TH in das Saugrohr IM strömt, zu AMF = Ared·Pb·ψ·C1 In order to be able to determine and adjust the air mass flow AMF in the intake manifold IM behind the throttle valve TH as precisely as possible, 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. Here, the throttle valve TH forms this throttle point. It may possibly be replaced in its function by at least one other, equally effective throttle element. This air mass flow model MO is stored or implemented in the evaluation / computation unit PU of the engine control unit ECU. It acts as a kind of controlled system in a control system CL for determining and adjusting a desired air mass flow in the intake manifold IM. The overall control system CL for the air mass flow model MO is in the 2 shown schematically. The air mass flow model MO as the input parameter IP in particular the gas temperature T3 of the fresh air flow in the throttle valve TH, the Adiabatenexponent κ of the incoming fresh air, the pressure P a in the intake manifold IM to the throttle TH, and the pressure P b in the air intake tract IS in front of the throttle TH fed. In order 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 PS b is preferably provided there which supplies corresponding pressure measuring signals SP b to the engine control unit ECU via a measuring line L41. Correspondingly, downstream of the throttle valve TH, in the intake manifold IM, a pressure sensor PS a is provided which transmits pressure-measuring signals SP a via the pressure P a to the throttle valve TH via a measuring line L42 to the engine control unit ECU. The temperature ST3 in the region of the throttle valve TH is preferably measured with the aid of a temperature sensor TS mounted there, and corresponding temperature measuring signals TS3 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 equation of St. Venant, the model air mass flow AMF flowing through the throttle valve TH into the intake manifold IM AMF = A red · P b · Ψ · C 1

Dabei ist der Parameter

  • – AMF der Modellluftmassenstrom durch die Drosselklappe TH,
  • – Ared der sogenannte reduzierte Drosselklappenquerschnitt der Drosselklappe TH als Funktion deren Drosselklappenstellung,
  • – Pb der Druck des Luftmassenstroms vor der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM,
  • – C1 eine temperaturabhängige Konstante,
  • – Ψ eine Psi-Funktion ist, wobei für die temperaturabhängige Konstante C1 gilt:
    Figure 00090001
    wobei
  • – T3 die Temperatur des Luftmassenstrom im Bereich der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM,
  • – Rg die allgemeine Gaskonstante der in den Luftansaugtrakt IS einströmenden Frischluft AMI, und
  • – κ der Adiabatenxponent der Luftmasse im Saugrohr IM ist.
Here is the parameter
  • AMF the model air mass flow through the throttle TH,
  • A red the so-called reduced throttle valve cross-section of the throttle TH as a function of the throttle position,
  • P b is the pressure of the air mass flow upstream of the throttle valve TH of the intake manifold IM,
  • C 1 is a temperature-dependent constant,
  • - Ψ is a Psi function, where the following applies to the temperature-dependent constant C 1 :
    Figure 00090001
    in which
  • T 3 is the temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve TH of the intake manifold IM,
  • R g is the general gas constant of the fresh air AMI flowing into the air intake tract IS, and
  • - κ is the adiabatic exponent of the air mass in the intake manifold IM.

Die Ψ-Funktion ist hierbei insbesondere folgendermaßen festgelegt:

Figure 00100001
wobei

  • – Pa der Druck des Luftmassenstroms nach der Drosselklappe (TH) des Saugrohrs (IM) ist.
In particular, the Ψ function is defined as follows:
Figure 00100001
in which
  • - P a is the pressure of the air mass flow after the throttle valve (TH) of the intake manifold (IM).

Nähere Einzelheiten hierzu finden sich insbesondere im Kapitel 16.8.1 des Fachbuchs „Handbuch Verbrennungsmotor, van Basshuysen/Schäfer, Vieweg Verlag, 3. Auflage, 2005.Further details this can be found in particular in chapter 16.8.1 of the textbook "Handbuch Internal combustion engine, van Basshuysen / Schäfer, Vieweg Verlag, 3rd edition, Of 2005.

Diese Luftmodellberechung für den Luftmassenstrom im Saugrohr wird vorzugsweise 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 zu druckempfindlich und würden unter den hohen Druckverhältnissen im Saugrohr nicht richtig oder gar nicht funktionieren.These Air Model Calculation for The air mass flow in the intake manifold is therefore preferably made because a direct measurement of the air mass flow in the intake manifold with the disposal standing air mass sensors is difficult or impossible. common Air mass sensors are namely too sensitive to pressure and would under the high 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 gemessenen Luftmassenstrom AMI im Luftansaugtrakt vor der Drosselklappe TH verglichen. Dazu ist nach dem Luftfilter AF und vor dem Verdichter CH ein Luftmassensensor AMS vorgesehen, der die einströmende Frischluftmasse AMI im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts misst und entsprechende Messsignale SAMS über eine Leitung L1 an das Motorsteuergerät ECU übergibt. Der Luftmassensensor AMS weist dabei einen Abstand DI zur Ortsposition der im Luftansaugtrakt stromabwärts positionierten, nachgeordneten Drosselklappe TH auf (siehe 1).The model air mass flow AMF is compared in the evaluation processing unit PU of the engine control unit ECU with the measured air mass flow rate AMI in the air intake tract upstream of the throttle valve TH. For this purpose, after the air filter AF and before the compressor CH, an air mass sensor AMS is provided, which measures the inflowing fresh air mass AMI in the entrance area of the air intake tract and transmits corresponding measurement signals SAMS via a line L1 to the engine control unit ECU. The air mass sensor AMS in this case has a distance DI to the position of the downstream in the air intake tract positioned, downstream throttle TH (see 1 ).

Bei Dynamik bezüglich der Luftmassenverhältnisse im Luftansaugtrakt IS, wenn z. B. die Drehzahl des Laders eines etwaig vorhandenen Turboladers – wie zum Beispiel CH – spontan erhöht wird, steigt zuerst der Luftmassenstrom AMI am Luftmassenmesser an, während sich der Massestrom durch die Drosselklappe nur wenig ändert. Ein solcher Laderdrehzahlanstieg wird beispielsweise bei einer gewünschten Fahrzeugbeschleunigung durch Durchtreten des Gaspedals ausgelöst. Dabei kommt es zu einem Überschwinger des Luftmassenstroms, der am Luftmassenmesser ANS gemessen wird, da zunächst das Volumen im röhrenförmigen Luftansaugtrakt zwischen der Messposition des Luftmassenmessers AMS und der im Abstand DI nachgeordneten Drosselklappe TH befüllt wird. Folglich wäre ein Abgleich des Luftmassenstrommodells MO mit Hilfe des durch den Luftmassenmesser AMS gemessenen Luftmassenstroms AMI im dynamischen Fall mit Fehlern behaftet. Denn es kann sich im Dynamikfall eine unzulässig hohe Abweichung zwischen dem am Ort der Drosselklappe durch deren jeweiligen Öffnungsquerschnitt tatsächlich fließenden Frischluftmassenstrom und dem am Ort des Luftmassensensors AMS gemessenen Luftmassenstrom AMI ergeben. Die 3 veranschaulicht diesen Dynamikfall bezüglich des zuströmenden Frischluftmassenstroms anhand eines schematischen Luftmassenstrom-/Zeitdiagramms. Entlang der Abszisse ist die Zeit t in Sekunden, entlang der Ordinaten die Luftmasse AM im Kg/h angegeben. Kommt es z. B. durch einen Beschleunigungsvorgang zum weiteren Öffnen der Drosselklappe TH, so wird vermehrt Frischluft durch das Luftfilter AF in den Luftansaugtrakt IS angesaugt. Dann resultiert ein Überschwinger des Luftmassenstroms, der vom Luftmassensensor AMS gemessen wird, durch den Befüllungsvorgang des Volumens des Luftansaugtrakts IS zwischen der Ortsposition des Luftmassensensors AMS und der Ortsposition der nachgeordneten Drosselklappe. Es kommt also zum steilen Anstieg des Luftmassenstroms und nachfolgendem Abklingen des gemessenen Luftmassenstrom AMI. Dieser Kurvenverlauf ist in der 3 mit KAMS bezeichnet und durch eine durchgezogene Linie dargestellt.In dynamics with respect to the air mass ratios in the air intake tract IS, if z. B. the speed of the supercharger of any existing turbocharger - such as CH - is spontaneously increased, first increases the air mass flow AMI at the air mass meter, while the mass flow through the throttle changes only slightly. Such a loader speed increase is triggered, for example, at a desired vehicle acceleration by passing the accelerator pedal. This results in an overshoot of the air mass flow, which is measured at the air mass meter ANS, since first the volume in the tubular air intake tract between the measuring position of the air mass meter AMS and the downstream in the distance DI throttle valve TH is filled. Consequently, an adjustment of the air mass flow model MO with the aid of the air mass flow rate AMI measured by the air mass meter AMS would be subject to errors in the dynamic case. Because it can be in the dynamic case, an impermissibly high deviation between the fresh air mass flow actually flowing at the location of the throttle valve through their respective opening cross-section at the location of the air mass sensor AMS measured mass air flow AMI. The 3 illustrates this dynamic case with respect to the inflowing fresh air mass flow using a schematic air mass flow / time diagram. Along the abscissa is the time t in seconds, along the ordinates the air mass AM in kg / h indicated. Does it come z. B. by an acceleration process for further opening of the throttle TH, so fresh air is increasingly sucked through the air filter AF in the air intake tract IS. Then, an overshoot of the mass air flow measured by the air mass sensor AMS results by the filling operation of the volume of the air intake tract IS between the position of the position of the air mass sensor AMS and the position of the downstream throttle. So there is a steep increase in the air mass flow and subsequent decay of the measured air mass flow AMI. This curve is in the 3 denoted by KAMS and represented by a solid line.

Diese Zunahme der angesaugten Frischluftmasse AMI kommt stark abgedämpft und zeitverzögert bei der Drosselklappe TH an, da ja erst das Volumen zwischen dem Luftmassenmesser AMS und der Drosselklappe TH gefüllt wird, bevor vermehrt Frischluft durch die verbliebene Öffnung zwischen der Drosselklappe TH und der Innenwandung des Saugrohrs IM hindurchfließen kann. Der reale Verlauf der durch die Drosselklappe TH tatsächlich hindurchströmenden Frischluftmasse ist in der 3 als strichpunktierte Kurve eingezeichnet und mit MR bezeichnet.This increase in the intake fresh air mass AMI arrives strongly damped and delayed at the throttle TH, since only the volume between the air mass meter AMS and the throttle TH is filled before increasing fresh air through the remaining opening between the throttle valve TH and the inner wall of the suction pipe IM can flow through it. The real course of the actually flowing through the throttle TH fresh air mass is in the 3 drawn as a dash-dotted curve and designated MR.

Würde lediglich der gemessene Luftmassenstrom AMI mit dem Modellluftmassenstrom AMF verglichen werden, indem z. B. einfach deren Differenz voneinander mit Hilfe eines Subtrahierers DIF gebildet, und diese Differenz als Regelabweichungssignal CE in den Adaptionsregler AD des Regelungssystems CL für das Luftmassenstrommodell MO eingespeist werden würde, so käme es folglich zu Fehlanpassungen an die realen Verhältnisse des sich tatsächlich einstellenden Luftmassenstroms durch die Drosselklappe TH. In der 3 ist der Kurvenverlauf für den modellierten Luftmassenstrom AMF für diesen Fall mit Hilfe der Kurve MW veranschaulicht. Sie weicht von dem tatsächlichen Verlauf MR des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe TH ab.If only the measured air mass flow AMI be compared with the model air mass flow AMF by z. For example, if their difference from each other is formed by means of a subtractor DIF, and this difference as a control deviation signal CE in the adaptation controller AD of the control system CL for the air mass flow model MO would be fed, it would thus result in mismatches to the real conditions of the actually adjusting air mass flow the throttle TH. In the 3 the curve for the modeled air mass flow AMF for this case is illustrated by means of the curve MW. It deviates from the actual course MR of the air mass flow through the throttle TH.

Um nun eine Fehlerminimierung bei der Ermittlung und Einregelung des Modellluftmassenstroms AMF herbeizuführen, wird im Unterschied zum bisherigen Regelungsprinzip in vorteilhafter Weise eine Zwischenmodell-Vorsteuerung ZM für die Führungsgröße des Regelkreises CL vorgesehen, die den im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts IS vor dem Saugrohr IM mittels des Luftmassensensors AMS gemessenen Luftmassenstrom AMI in einen fiktiven Luftmassenstrom AMI* am Ort der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM umrechnet. Diese Zwischenmodell-Vorsteuerung ZM transformiert also den am Ort des Luftmassensensors AMS gemessenen Luftmassenstrom AMI unter Verwendung weiterer Parameter des Luftansaugtrakts IS in einen korrigierten, am Ort der Drosselklappe TH fiktiv gemessenen Luftmassenstrom AMI*. Dazu werden dem Eingang der Zwischenmodell-Vorsteuerung ZM als weitere Parameter der Druck Pb des Frischluftmassestroms vor der Drosselklappe TH, der mittels des Luftdrucksensors PSb gemessen wird, sowie die gemessene Lufttemperatur T3 im Bereich der Drosselklappe TH zugeführt. Durch eine Massenstrombilanz im Volumen zwischen dem Messort des Luftmassensensors AMS und der Ortsposition der Drosselklappe TH ist es möglich, aus der Massendifferenz AMI . – AMI .* = p .b·f(T3, Ra, κ)den fiktiv am Ort der Drosselklappe TH gemessenen Luftmassenstrom AMI .* = AMI . – p .b·f(T3, Ra, κ)zu ermitteln, ohne das am Ort der Drosselklappe und/oder im nachfolgenden Saugrohr ein Luftmassensensor vorhanden ist. In dieser Gleichung ist der Parameter

  • – AMI . derjenige Luftmassenstrom, der im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts IS mit einem Luftmassensensor AMS gemessen wird,
  • – AMI .* der mit Hilfe des Zwischenmodells ZM umgerechnete, fiktive Luftmassenstrom durch die Drosselklappe TH,
  • – T3 die Gastemperatur des Luftmassenstroms im Bereich der Drosselklappe TH,
  • – κ der Adiabatenexponent des Luftmassenstroms durch das Saugrohr IM,
  • – Ra die allgemeine Gaskonstante des Frischluftmassenstroms durch den Luftansaugtrakt IS ist, und
  • – f eine Funktion in Abhängigkeit der Parameter T3, Ra, κ repräsentiert.
In order to bring about an error minimization in the determination and adjustment of the model air mass flow AMF, in contrast to the previous control principle advantageously an intermediate model pilot control ZM for the reference variable of the control circuit CL is provided, which in the entrance area of the air intake IS in front of the intake manifold IM by means of the air mass sensor AMS measured air mass flow AMI in a fictitious air mass flow AMI * at the location of the throttle TH of the intake manifold IM converted. This intermediate model pilot control ZM thus transforms the air mass flow AMI measured at the location of the air mass sensor AMS, using further parameters of the air intake tract IS into a corrected air mass flow AMI *, which is measured fictitiously at the location of the throttle valve TH. For this purpose, the input of the intermediate model pilot control ZM as further parameters of the pressure Pb of the fresh air mass flow in front of the throttle valve TH, which is measured by means of the air pressure sensor PS b , and the measured air temperature T3 in the throttle valve TH supplied. By a mass flow balance in the volume between the measuring location of the air mass sensor AMS and the spatial position of the throttle valve TH, it is possible from the mass difference AMI. - AMI. * = P. b · F (T3, R a , κ) the air mass flow measured fictively at the location of the throttle valve TH AMI. * = AMI. - p. b · F (T3, R a , κ) to determine without the presence of an air mass sensor at the location of the throttle and / or in the subsequent intake manifold. In this equation is the parameter
  • - AMI. the air mass flow which is measured in the entrance area of the air intake tract IS with an air mass sensor AMS,
  • - AMI * the converted by means of the intermediate model ZM, fictitious air mass flow through the throttle TH,
  • T3 is the gas temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve TH,
  • Κ the adiabatic exponent of the air mass flow through the intake manifold IM,
  • R a is the general gas constant of the fresh air mass flow through the air intake tract IS, and
  • - f represents a function as a function of the parameters T3, R a , κ.

Auf diese Weise erzeugt die Zwischenmodell-Vorsteuerung ZM einen fiktiv am Ort der Drosselklappe TH gemessenen Luftmassenstrom AMI*, bei dem dynamische Änderungen der Luftmassenstrom-Verhältnisse im eingangsseitigen Abschnitt des Luftansaugtrakts IS besser berücksichtigt sind. Durch das Zwischenmodell ZM werden also Messinformationen über Zustandsänderun gen hinsichtlich der angesaugten Frischluftmasse am Eingang des Lufteingangansaugtrakts IS an den Ort der Drosselklappe TH mittels einer Übertragungsfunktion im Zwischenmodell ZM transportiert bzw. transformiert, d. h. übertragen. Dadurch können dynamische Veränderungen des Luftmassenstroms im Eingangsabschnitt des Luftansaugtrakts besser beim Abgleich des Modellluftmassenstroms AMF an die tatsächlichen Verhältnisse im Saugrohr IM angepasst werden. Mit Hilfe des Subtrahierers DIF als Regelabweichungs-Ermittlungseinheit am Eingang des Regelkreises CL wird die Differenz zwischen dem korrigierten fiktiv am Ort der Drosselklappe TH gemessenen Luftmassenstrom AMI* und dem jeweils aktuell modellierten Luftmassenstrom AMF gebildet und diese Differenz als Regelabweichungssignal CE dem Adaptionsregler AD des Regelkreises CL zugeführt. Dieser erhält als weitere Eingangsgröße den jeweiligen Motorbetriebspunkt OP für weitere Einstellungen seines Adaptionsmechanismus. Er erzeugt daraufhin ein Stellgrößensignal CV zur Einstellung bzw. Regelung des Massenstromsmodells MO. Diese wird über den Rückkoppelzweig RK an den Subtrahierer DIF zurückgekoppelt. Durch das dem einen Eingang des Subtrahierers DIF vorgeschaltete Zwischenmodell ZM wird eine etwaige Befüllungsverzögerung beim Befüllen des Volumens zwischen den Sensor AMS und der Drosselklappe TH mit einem Frischluftstrom durch Berücksichtigung des Abstands DI zwischen dem Messort des Sensors AMS und der Ortsposition der Drosselklappe TH weitgehend kompensiert. Es resultiert daraus ein verbesserter Abgleich des modellierten Luftmassenstroms AMF an den tatsächlich durch die Drosselklappe TH fließenden und ins Saugrohr IM gelangenden Luftmassenstrom. Für das Beispiel des sprunghaften Anstiegs KAMS (siehe 3) des Luftmassenstroms beim Luftmassenmesser AMS im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts IS resultiert bei Verwendung des zusätzlichen Zwischenmodells ZM als Vorsteuerung für die Führungsgröße des Regelkreises CL ein Verlauf MM für den modellierten Luftmassenstrom AMF, der besser an den tatsächlichen Verlauf MR des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe TH angepasst ist, als dies im Fall ohne das zusätzliche Zwischenmodell ZM wäre.In this way, the intermediate model pilot control ZM generates an air mass flow AMI *, which is measured fictively at the location of the throttle valve TH, during which dynamic changes in the air mass flow conditions are better taken into account in the input-side section of the air intake tract IS. Thus, by the intermediate model ZM, measurement information about state changes with regard to the intake fresh air mass at the entrance of the air intake intake tract IS is transported or transformed to the location of the throttle valve TH by means of a transfer function in the intermediate model ZM, ie transmitted. As a result, dynamic changes in the air mass flow in the inlet section of the air intake tract can be better adapted when balancing the model air mass flow AMF to the actual conditions in the intake manifold IM. With the help of the subtractor DIF as a control deviation determination unit at the input of the control loop CL, the difference between the corrected fictitious measured at the location of the throttle TH air mass flow AMI * and the currently modeled air mass flow AMF is formed and this difference as a control deviation signal to the adaptation controller AD of the control loop CL fed. This receives as a further input variable the respective engine operating point OP for further settings of its adaptation mechanism. It then generates a manipulated variable signal CV for setting or regulating the mass flow model MO. This is fed back via the feedback branch RK to the subtractor DIF. By the one input of the subtractor DIF upstream intermediate model ZM is a possible filling delay when filling the volume between the sensor AMS and the throttle TH with a fresh air flow by taking into account the distance DI between the measuring location of the sensor AMS and the spatial position of the throttle TH largely compensated. This results in an improved balancing of the modeled air mass flow AMF to the air mass flow actually flowing through the throttle valve TH and reaching the intake manifold IM. For the example of the erratic rise KAMS (see 3 ) of the air mass flow at the air mass meter AMS in the input area of the air intake tract IS results when using the additional intermediate model ZM as a pilot control for the reference variable of the control loop CL a curve MM for the modeled air mass flow AMF, which is better adapted to the actual curve MR of the air mass flow through the throttle TH than would be the case without the additional intermediate model ZM.

Der Kurvenverlauf MM ist dabei in der 3 gestrichelt eingezeichnet.The curve MM is in the 3 dashed lines.

Ggf. kann es zweckmäßig sein, anstelle eines Subtrahierers einen Verhältnisbildner bzw. Dividierer als Regelabweichungs-Ermittlungseinheit vorzusehen, der das Verhältnis bzw. den Quotienten zwischen dem fiktiv gemessenen Lufmassenstrom AMI* und dem modellierten Luftmassenstrom AMI bildet und als Regelabweichungssignals CE heranzieht.Possibly. it may be appropriate instead of a subtractor a ratio former or divider as a control deviation determination unit to provide the ratio or the quotient between the fictitious measured air mass flow AMI * and the modeled air mass flow AMI forms and as a control deviation signal CE is used.

Dadurch, dass der gemessene Luftmassenstrom AMI über ein Zwischenmodell ZM auf einen am Ort der Drosselklappe TH resultierenden Luftmassenstrom AMI* umgerechnet bzw. transformiert wird – ohne dass dort tatsächlich ein Messsensor für eine Luftmassenmessung vorhanden wäre –, kann bei dynamischen Vorgängen der Strömungsverhältnisse im Luftansaugtrakt der modellierte Luftmassenstrom AMF mit den tatsächlichen Gegebenheiten im Saugrohr schneller und mit höherer Genauigkeit als ohne Zwischenmodell abgeglichen bzw. abgestimmt werden. Es ist also eine schnelle Adaption möglich, was positiv für eine emissionsreduzierte Einstellung des Verbrennungsmotors ist und auch das Fahrbarkeitsgefühl für den Fahrer des Kraftfahrzeugs mit diesem Verbrennungsmotor in vorteilhafter Weise verbessert. Denn auf Änderungen der Strömungsverhältnisse im Luftansaugtrakt aufgrund von Lastanforderungen des Fahrers kann direkt der Luftmassenstrom im Saugrohr präziser ermittelt und eingeregelt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt ist es also ermöglicht, den realen Verlauf des Luftmassenstroms im Saugrohr besser nachzubilden.Thereby, that the measured air mass flow AMI via an intermediate model ZM on a resulting at the location of the throttle TH air mass flow AMI * is converted or transformed - without that actually one Measuring sensor for an air mass measurement would be present -, can in dynamic processes of flow conditions in the air intake tract the modeled air mass flow AMF with the actual Conditions in the intake manifold faster and with higher accuracy than without Intermediate model to be matched or tuned. So it's one fast adaptation possible, which is positive for is an emission-reduced setting of the internal combustion engine and also the drivability feeling for the Driver of the motor vehicle with this internal combustion engine in an advantageous Way improved. Because on changes the flow conditions in the air intake tract due to load requirements of the driver the air mass flow in the intake manifold is determined and regulated more precisely become. In other words, it is thus possible better simulate the real course of the air mass flow in the intake manifold.

Claims (4)

Verfahren zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr (IM) eines Verbrennungsmotors (COE), indem – in einem Steuergerät (ECU) über ein Luftmassenstrommodell (MO) ein Modellluftmassenstrom (AMF) durch die Drosselvorrichtung (TH) des Saugrohrs modelliert wird, – der Luftmassenstrom (AMI) von in den Luftansaugtrakt (IS) einströmender Frischluft mittels eines Sensors (AMS) an einer Messposition mit Abstand (DI) vor der Drosselvorrichtung (TH) gemessen wird, – der dort im Luftansaugtrakt (IS) vor dem Saugrohr (IM) gemessene Luftmassenstrom (AMI) über ein Zwischenmodell (ZM) in einen fiktiv am Ort der Drosselvorrichtung (TH) gemessenen Luftmassenstrom (AMI*) transformiert wird, wobei durch das vorgeschaltete Zwischenmodell (ZM) eine etwaige Befüllungsverzögerung und/oder Befüllungsüberschwinger beim Befüllen des Volumens zwischen dem Sensor (AMS) und der Drosselklappe (TH) mit einem Frischluftstrom durch Berücksichtigung des Abstands (DI) zwischen der Messposition des Sensors (AMS) und der Ortsposition der Drosselvorrichtung (TH) weitgehend kompensiert wird werden, und – dieser umgerechnete Luftmassenstrom (AMI*) mit dem Modellluftmassenstrom (AMI) durch die Drosselvorrichtung (TH) verglichen wird.Method for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold (IM) of an internal combustion engine (COE) by - in one control unit (ECU) via an air mass flow model (MO) model air mass flow (AMF) through the Throttling device (TH) of the intake manifold is modeled, - the air mass flow (AMI) of fresh air flowing into the air intake tract (IS) by means of a Sensor (AMS) at a measuring position with distance (DI) in front of the throttle device (TH) is measured, - of the There in the air intake tract (IS) in front of the intake manifold (IM) measured air mass flow (AMI) about an intermediate model (ZM) in a fictitious at the location of the throttle device (TH) measured air mass flow (AMI *) is transformed, wherein by the upstream intermediate model (ZM) any filling delay and / or Filling overshoot when filling the volume between the sensor (AMS) and the throttle valve (TH) with a fresh air flow by taking into account the distance (DI) between the measuring position of the sensor (AMS) and the spatial position the throttle device (TH) are largely compensated, and - this one converted air mass flow (AMI *) with the model air mass flow (AMI) is compared by the throttle device (TH). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modellluftmassenstrom (AMF) durch eine Drosselklappe als Drosselvorrichtung (TH) im Luftmassenstrommodell (MO) nach der Gleichung von St. -Venant ermittelt wird: AMF = Ared·Pb·ψ·C,wobei – AMF der Modellluftmassenstrom, – Ared der sogenannte reduzierte Drosselklappenquerschnitt der Drosselklappe (TH) als Funktion deren Drosselklappenstellung, – Pb der Druck des Luftmassenstroms vor der Drosselklappe (TH) des Saugrohrs (IM), – C1 eine temperaturabhängige Konstante, – Ψ eine Psi-Funktion ist, wobei für die temperaturabhängige Konstante C1 gilt:
Figure 00180001
wobei – T3 die Temperatur des Luftmassenstrom im Bereich der Drosselklappe (TH) des Saugrohrs (IM), – Rg die allgemeine Gaskonstante der in den Luftansaugtrakt (IS) einströmenden Frischluft, und – κ der Adiabatenxponent der Luftmasse im Saugrohr (IM) ist, wobei für die Ψ-Funktion gilt:
Figure 00180002
und wobei – Pa der Druck des Luftmassenstroms nach der Drosselklappe (TH) des Saugrohrs (IM) ist.A method according to claim 1, characterized in that the model air mass flow (AMF) is determined by a throttle valve as throttle device (TH) in the air mass flow model (MO) according to the equation of St. -Venant: AMF = A red · P b · Ψ · C, wherein - AMF the model air mass flow, - A red the so-called reduced throttle valve cross-section of the throttle valve (TH) as a function of throttle position, - P b the pressure of the air mass flow in front of the throttle valve (TH) of the intake manifold (IM), - C 1 is a temperature-dependent constant, Ψ is a Psi function, where the following applies to the temperature-dependent constant C 1 :
Figure 00180001
wherein - T 3 is the temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve (TH) of the intake manifold (IM), - R g is the general gas constant of fresh air flowing into the air intake tract (IS), and - κ is the adiabatic exponent of the air mass in the intake manifold (IM) , where the following applies to the Ψ function:
Figure 00180002
and wherein - P a is the pressure of the air mass flow after the throttle valve (TH) of the intake manifold (IM). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der transformierte Luftmassenstrom (AMI*) am Ort der Drosselvorrichtung (TH) nach dem Zwischenmodell (ZM) aufgrund einer Massenstrombilanz gemäß AMI . – AMI . = p .b·f(T Ra κ)zu AMI . = AMI . – p .b·f(T Ra κ)ermittelt wird, wobei – AMI . derjenige Luftmassenstrom ist, der im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts (IS) mit einem Luftmassensensor (AMS) gemessen wird, – AMI . der mit Hilfe des Zwischenmodells (ZM) umgerechnete, fiktiv am Ort der Drosselvorrichtung (TH) gemessene Luftmassenstrom durch die Drosselvorrichtung (TH), – T3 die Gastemperatur des Luftmassenstroms im Bereich der Drosselklappe (TH), – κ der Adiabatenexponent des Luftmassenstroms durch das Saugrohr (IM), – Ra die allgemeine Gaskonstante des Frischluftmassenstroms durch den Luftansaugtrakt (IS), – Pb der Druck des Luftmassenstroms vor der Drosselvorrichtung (TH) des Saugrohrs (IM) ist. und – f eine Funktion in Abhängigkeit der Parameter T3, Ra, κ repräsentiert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transformed air mass flow (AMI *) at the location of the throttle device (TH) after the intermediate model (ZM) due to a mass flow balance according to AMI. - AMI. = p. b · F (T R a κ) to AMI. = AMI. - p. b · F (T R a κ) is determined, where - AMI. is the mass air flow measured in the inlet area of the air intake tract (IS) with an air mass sensor (AMS), - AMI. the air mass flow rate converted by means of the intermediate model (ZM), fictitiously measured at the location of the throttle device (TH), through the throttle device (TH), - T3 the gas temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve (TH), - κ is the adiabatic exponent of the air mass flow through the intake manifold (IM), - R a is the general gas constant of the fresh air mass flow through the air intake tract (IS), - P b is the pressure of the air mass flow upstream of the throttle device (TH) of the intake manifold (IM). and f represents a function as a function of the parameters T3, R a , κ. Steuergerät (ECU) mit mindestens einer Auswerte-/Recheneinheit (PU), die zum Ermitteln und Einregeln eines Luftmassenstroms (AMF) in einem Saugrohr (IM) eines Verbrennungsmotors (CEO) ausgebildet ist, – wobei die Auswerte-/Recheneinheit (PU) ein Luftmassenstrommodell (MO) aufweist, das zur Modellierung eines Modellluftmassenstroms (AMF) im Saugrohr (IM) ausgebildet ist, wobei die Auswerte-/Recheneinheit (PU) einen Regelkreis (CL) für das Luftmassenstrommodell (MO) aufweist, – wobei für die Führungsgröße dieses Regelkreises (CL) eine Zwischenmodell-Vorsteuerung (ZM) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, einen in einem Eingangsbereich eines Luftansaugtrakts (IS) vor dem Saugrohr (IM) gemessenen Luftmassenstrom (AMI) in einen am Ort einer Drosselvorrichtung (TH) des Saugrohrs (IM) fiktiv gemessenen Luftmassenstrom (AMI*) umzurechnen, wobei durch das vorgeschaltete Zwischenmodell (ZM) eine etwaige Befüllungsverzögerung und/oder Befüllungsüberschwinger beim Befüllen des Volumens zwischen dem Sensor (AMS) und der Drosselklappe (TH) mit einem Frischluftstrom durch Berücksichtigung des Abstands (DI) zwischen der Messposition des Sensors (AMS) und der Ortsposition der Drosselvorrichtung (TH) weitgehend kompensiert wird werden, und – wobei am Eingang des Regelkreises (CL) eine Regelabweichungs-Ermittlungseinheit (DIF) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, eine Regelabweichung (CE) aus der Differenz oder dem Verhältnis zwischen dem umgerechneten, fiktiv gemessenen Luftmassenstrom (AMI*) und dem Modellluftmassenstrom (AMF) zu bilden, – wobei im Regelkreis (CL) als Regler eine Adaptionseinheit (AD) vorgesehen ist, und – wobei die Regelabweichung (CE) der Adaptionseinheit als Eingangssignal zugeführt werden kann.control unit (ECU) with at least one evaluation / processing unit (PU) for determining and adjusting an air mass flow (AMF) in a suction pipe (IM) an internal combustion engine (CEO) is designed, - in which the evaluation / calculation unit (PU) an air mass flow model (MO) used to model a model air mass flow (AMF) is formed in the intake manifold (IM), wherein the evaluation / processing unit (PU) a control circuit (CL) for has the air mass flow model (MO), - where for the reference variable of this control loop (CL) an intermediate model feedforward control (ZM) is provided, which is designed for this purpose is one in an entrance area of an air intake tract (IS) before the intake manifold (IM) measured air mass flow (AMI) in a at the location of a throttle device (TH) of the intake manifold (IM) fictitious measured Air mass flow (AMI *) to convert, with the upstream Intermediate model (ZM) a possible filling delay and / or filling overshoot when filling the volume between the sensor (AMS) and the throttle valve (TH) with a fresh air flow by taking into account the distance (DI) between the measuring position of the sensor (AMS) and the spatial position the throttle device (TH) are largely compensated, and - in which at the input of the control loop (CL) a control deviation determination unit (DIF) is provided, which is adapted to a control deviation (CE) from the difference or ratio between the converted, fictitious measured air mass flow (AMI *) and the model air mass flow To form (AMF) - in which in the control loop (CL) as a controller, an adaptation unit (AD) provided is and - in which the control deviation (CE) of the adaptation unit as input signal supplied can be.
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