DE102009017622B4 - Verfahren zur Einstellung der Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Einstellung der Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Sollwert für die Zylinderfüllung vorgegeben wird, wobei ein gefilterter Sollwert für die Zylinderfüllung gebildet wird, wobei ein Sollwert für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts einer Drosselklappe gebildet wird, wobei eine Ableitung des Sollwertes für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe gebildet wird, wobei ein Dynamikanteil, ein Stationäranteil und ein Korrekturanteil eines Sollwertes für einen Massenstrom über die Drosselklappe gebildet wird, wobei der Dynamikanteil, der Stationäranteil und der Korrekturanteil des Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe zu einem Gesamtsollwert des Massenstroms über die Drosselklappe zusammengeführt werden, wobei auf Grundlage des Gesamtsollwertes des Massenstroms über die Drosselklappe und dem Sollwert für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts einer Drosselklappe ein Sollwert für einen Öffnungswinkel der Drosselklappe gebildet wird, der erforderlich ist, um einen Istwert der Zylinderfüllung einzustellen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
• Zur Einstellung einer bestimmten Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine ist es aus der DE 197 40 918 A1 vorbekannt, eine Steuerung vorzusehen. Zur Verringerung der Auswirkungen von Störungen auf die zu Grunde liegende Strecke und somit auf die Einstellung der Zylinderfüllung ist weiterhin eine Regelung vorgesehen, welche die Steuerung korrigiert. Betrachtet man das Führungs- und Störverhalten dieser Struktur, wird deutlich, dass infolge der Kopplung von Steuerung und Regelung entweder ein bestimmtes Führungsverhalten oder ein bestimmtes Störverhalten vorgegeben werden kann. Mit anderen Worten ist das Führungsverhalten der gegebenen Struktur von dem Regler abhängig, so dass der Regler nicht allein auf das Störverhalten getrimmt werden kann, was insgesamt zu einer Verschlechterung der Regelqualität sowohl hinsichtlich des Führungs- als auch des Störverhaltens führt.
• Gemäß der DE 10 2008 000 581 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Massenstromleitung vorgeschlagen, die es ermöglichen, die Istfüllung der Sollfüllung der Brennkraftmaschine in einer gewünschten Dynamik nachzuführen. Über die Massenstromleitung wird der Brennkraftmaschine ein Massenstrom zugeführt. Ein Sollwert für eine Größe wird vorgegeben, die für den Massenstrom zur Brennkraftmaschine charakteristisch ist. Der Sollwert der für den Massenstrom charakteristischen Größe wird ausgehend von einer Bilanz des in die Massenstromleitung zufließenden Massenstroms und des aus der Massenstromleitung abfließenden Massenstroms gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf gebildet.
• Gemäß der DE 10 2008 036 414 B3 wird eine Vorrichtung zum Steuern einer aufgeladenen Brennkraftmaschine bereitgestellt, die eine Abgasrückführeinrichtung und eine Ansaugdrosselklappe umfasst, wobei die Vorrichtung eine Drosselklappen-Steuereinrichtung aufweist, die abhängig von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine die Stellung der Drosselklappe einstellt und dabei einen Drosselklappen-Differenzdruck-Sollwert ermittelt, wobei die Drosselklappen-Steuereinrichtung aufweist: eine Vorgabeeinrichtung, die den Drosselklappen-Differenzdruck-Sollwert abhängig von dem mindestens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt, und eine Umsetzeinheit, die den Drosselklappen-Differenzdruck-Sollwert mittels eines inversen physikalischen Drosselklappen-Modells in einen Drosselklappenöffnungsquerschnitt-Sollwert umsetzt, welcher einen Öffnungsgrad der Drosselklappe repräsentiert, wobei das Drosselklappen-Modell den Drosselklappenöffnungsquerschnitt-Sollwert ermittelt als Funktion eines ersten Quotienten, der das Verhältnis eines Vor-Drosselklappen-Druckwerts, welcher einem Ansaugtraktdruck stromauf der Drosselklappe entspricht, und einem Nach-Drosselklappen-Druckwert, welcher einem Ansaugtraktdruck stromab der Drosselklappe entspricht.
• Gemäß der DE 102 14 722 A1 ist Folgendes Stand der Technik. Eine Berechnungseinrichtung für das erforderliche angezeigte Drehmoment berechnet das erforderliche angezeigte Drehmoment, das durch die Verbrennung einer Brennkraftmaschine erzeugt werden soll auf der Grundlage einer durch den Fahrer betätigten Gaspedalposition oder dergleichen. Eine Berechnungseinrichtung für die erforderliche Luftdurchflussrate berechnet eine erforderliche Luftdurchflussrate auf der Grundlage des erforderlichen angezeigten Drehmoments oder dergleichen. Eine Berechnungseinrichtung für den Soll-Ansaugdruck berechnet einen Soll-Ansaugdruck auf der Grundlage der erforderlichen Luftdurchflussrate oder dergleichen. Eine Reguliereinrichtung für eine minimale Luftdurchflussrate reguliert die erforderliche Luftdurchflussrate auf einen vorgegebenen unteren Grenzwert. Eine Berechnungseinrichtung für den Soll-Drosselwinkel berechnet einen Soll-Drosselwinkel auf der Grundlage der erforderlichen Luftdurchflussrate und des Soll-Ansaugdrucks. Eine Antriebseinrichtung für die Drosselklappe treibt eine Drosselklappe an, um einzurichten, dass ein Ist-Drosselwinkel mit dem Soll-Drosselwinkel übereinstimmt. Selbst wenn Eigenschaften zwischen einem Drosselwinkel und einer Luftdurchflussrate sich unter Produkten auf Grund von Herstellungsänderungen der Systeme oder dergleichen ändern, kann der Soll-Drosselwinkel mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
• Gemäß der DE 199 44 178 A1 wird ein Verfahren zur Steuerung der Drosselklappe im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit eines vorgebbaren Soll-Luftmassenstroms vorgeschlagen, wobei aus dem Soll-Luftmassenstrom der Sollsaugrohrdruck und aus diesem durch Division mit dem Druck vor der Drosselklappe ein PQ-Verhältnis für die Normierungskennlinie der Drosselklappe als Drosselventil bestimmt wird. Dabei wird der durch den sich aus der Normierungskennlinie und dem PQ-Verhältnis ergebenden Ψ-Wert normierte Soll-Luftmassenstrom über eine Kennlinie oder ein Kennfeld in den Sollwert für den Drosselklappenwinkel umgesetzt. Bei der Ermittlung des Sollwerts für den Drosselklappenwinkel wird das PQ-Verhältnis oder der entsprechende Ψ-Wert auf einen Begrenzungswert begrenzt, bei dem noch keine unsteten Bewegungen der Drosselklappe auftreten können. Im Begrenzungsfall wird dem ermittelten Sollwert des Drosselklappenwinkels ein Korrekturwert zugefügt, der über ein Korrekturkennfeld aus der Motordrehzahl und/oder dem Soll-Luftmassenstrom bestimmt wird und der maximal dem Differenzwert zwischen dem maximalen Drosselklappenwinkel und dem sich beim PQ- bzw. Ψ-Begrenzungswert ergebenden Drosselklappenwinkel entspricht.
• Aufgabe
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, die Regelqualität bei der Einstellung einer bestimmten Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine zu verbessern.
• Lösung
• Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Einstellung der Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, wobei ein Sollwert für die Zylinderfüllung vorgegeben wird, wobei ein gefilterter Sollwert für die Zylinderfüllung gebildet wird, wobei auf Grundlage eines funktionalen Zusammenhangs zwischen der Zylinderfüllung und dem in der Ansauganlage der Verbrennungskraftmaschine stromabwärts einer Drosselklappe vorherrschenden Druck, sowie auf Grundlage des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung ein Sollwert für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe gebildet wird, wobei eine Ableitung des Sollwertes für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe gebildet wird, wobei auf Grundlage eines inversen Streckenmodells der Ansauganlage der Verbrennungskraftmaschine und auf Grundlage der Ableitung des Sollwertes für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe ein Dynamikanteil eines Sollwertes für einen Massenstrom über die Drosselklappe gebildet wird, wobei auf Grundlage des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung sowie auf Grundlage eines funktionalen Zusammenhangs zwischen der Zylinderfüllung und dem Massenstrom über die Drosselklappe ein Stationäranteil eines Sollwertes für einen Massenstrom über die Drosselklappe gebildet wird, wobei auf Grundlage einer Gegenüberstellung eines Istwertes der Zylinderfüllung und des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung eine Regeldifferenz gebildet wird, wobei auf Grundlage eines Reglers und der Regeldifferenz ein Korrekturanteil eines Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe gebildet wird, wobei der Dynamikanteil, der Stationäranteil und der Korrekturanteil des Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe zu einem Gesamtsollwert eines Massenstroms über die Drosselklappe zusammengeführt werden, wobei auf Grundlage des Gesamtsollwertes des Massenstroms über die Drosselklappe und dem Sollwert für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts einer Drosselklappe ein Sollwert für einen Öffnungswinkel der Drosselklappe gebildet wird, der erforderlich ist, um einen Istwert einer Zylinderfüllung einzustellen.
• Dabei ist es zunächst von Vorteil, dass eine auf Grundlage eines gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung gebildete Ableitung des Sollwertes für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe in ein inverses Streckenmodell der Ansauganlage zur Bildung eines Dynamikanteils eines Sollwertes für einen Massenstrom über die Drosselklappe und im weiteren Verlauf in die Bildung eines Sollwertes für einen Öffnungswinkel der Drosselklappe beziehungsweise eines Stellwertes für die Drosselklappe einfließt, da auf diese Weise ein realisierbares Führungsverhalten dieser Steuerung vorgegeben werden kann. Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Steuerung mit einem Regler beziehungsweise mit einem Korrekturanteil eines Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe zu kombinieren, so dass Unsicherheiten, die sich aus dem Streckenmodell der Ansauganlage ergeben, und unbekannte Störungen ausgeregelt werden können. Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Regeldifferenz auf Grundlage einer Gegenüberstellung eines Istwertes der Zylinderfüllung und des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung in der Ansauganlage gebildet. Da der Bildung der Regeldifferenz der gefilterte Sollwert für die Zylinderfüllung zu Grunde liegt, werden erfindungsgemäß vorteilhaft die Steuerung und die Regelung voneinander entkoppelt, so dass das Führungsverhalten durch die Steuerung unabhängig von dem Regler vorgegeben werden kann und der Regler allein auf Robustheit und Störausgleich getrimmt werden kann. Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Gesamtstellwert zur Einstellung eines Sollwertes eines Öffnungswinkels der Drosselklappe auf Grundlage des Stellwertes, der sich aus der Steuerung ergibt und eines Stellwertes, der sich aus der Regelung ergibt, gebildet. Die Bildung des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung und der Ableitung des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung erfolgt bevorzugt auf Grundlage von Verzögerungsgliedern erster Ordnung. Bevorzugt erfolgt die Bildung des gefilterten Sollwertes mittels eines Referenzmodells, wobei das Referenzmodell neben einer Steuerung und einer Regelung Bestandteil einer Funktionsstruktur zur Einstellung einer Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine ist.
• Im Sinne der vorliegenden Erfindung beschreibt die Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine insbesondere den Anteil an Frischluft, der dem mindestens einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Auf Grundlage dieses Anteils an Frischluft wird, wie allgemein bekannt, der Anteil an Kraftstoff bestimmt, welcher dem Anteil an Frischluft im Zylinder hinzugefügt wird, so dass sich ein bestimmtes Kraftstoff-Luft-Gemisch einstellt.
• Ausführungsbeispiel
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
• Hierbei zeigt:
• 1: eine Funktionsstruktur.
• Wie allgemein bekannt, verfügt eine nicht weiter dargestellte Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeuges, über eine Ansauganlage. In der Ansauganlage ist eine Drosselklappe angeordnet, wobei durch eine Variation des Öffnungswinkels der Drosselklappe die Zylinderfüllung der Verbrennungskraftmaschine eingestellt werden kann. Insbesondere korrespondiert der Druck stromabwärts der Drosselklappe mit der Zylinderfüllung. Ein Sollwert für die Zylinderfüllung wird, wie allgemein bekannt, beispielsweise aus einem so genannten Fahrerwunsch abgeleitet.
• In 1 ist eine Funktionsstruktur dargestellt, welche die für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen funktionellen Verknüpfungen aufweist. Diese Funktionsstruktur ist bevorzugt Bestandteil einer Vorrichtung zur Steuerung und Regelung einer Verbrennungskraftmaschine, die mindestens einen Mikrocontroller und Mittel zur dauerhaften und flüchtigen Speicherung von Daten umfasst, wobei die Funktionsstruktur bevorzugt als Programmcode in einem Mittel zur dauerhaften Speicherung von Daten abgelegt ist und funktionelle Verknüpfungen zu weiteren Funktionen zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine aufweist, insbesondere zu Sensoren und Aktoren.
• Wie in 1 dargestellt, wird erfindungsgemäß zunächst ein Sollwert für die Zylinderfüllung einem Referenzmodell zugeführt. Mittels des Referenzmodells wird erfindungsgemäß ein durch eine Steuerung realisierbares Übertragungsverhalten vorgegeben, um eine möglichst gute Kompensation der Streckendynamik zu erreichen. Hierzu wird der Sollwert für die Zylinderfüllung durch das Referenzmodell gefiltert, so dass ein gefilterter Sollwert für die Zylinderfüllung gebildet wird. Das Referenzmodell entspricht beispielsweise einem Verzögerungsglied erster Ordnung oder einer Anordnung mehrerer Verzögerungsglieder erster Ordnung. Die Zeitkonstanten der Verzögerungsglieder erster Ordnung können von Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine abhängig sein.
  Weiterhin wird, wie in 1 dargestellt, auf Grundlage eines funktionalen Zusammenhangs zwischen der Zylinderfüllung und dem in der Ansauganlage der Verbrennungskraftmaschine stromabwärts einer Drosselklappe vorherrschenden Druck sowie auf Grundlage des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung, ein Sollwert für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe gebildet. Im weiteren Verlauf wird gemäß 1 eine Ableitung des Sollwertes für den Druck in der Ansauganlage gebildet und auf Grundlage eines inversen Streckenmodells der Ansauganlage der Verbrennungskraftmaschine und auf Grundlage der Ableitung des Sollwertes für den Druck in der Ansauganlage ein Dynamikanteil eines Sollwertes für einen Massenstrom über die Drosselklappe gebildet und einem Verknüpfungspunkt zugeführt.
• Weiterhin wird erfindungsgemäß, wie in 1 dargestellt, auf Grundlage des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung sowie auf Grundlage eines funktionalen Zusammenhangs zwischen der Zylinderfüllung und dem Massenstrom über die Drosselklappe ein Stationäranteil eines Sollwertes für einen Massenstrom über die Drosselklappe gebildet und dem Verknüpfungspunkt zugeführt. Darüber hinaus wird auf Grundlage einer Gegenüberstellung eines Istwertes der Zylinderfüllung und des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung eine Regeldifferenz gebildet. Diese Regeldifferenz wird, wie in 1 gezeigt, einem Regler zugeführt, wobei auf Grundlage des Reglers und der Regeldifferenz ein Korrekturanteil eines Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe gebildet wird, welcher ebenfalls dem Verknüpfungspunkt zugeführt wird. Am Verknüpfungspunkt werden gemäß 1 der Dynamikanteil, der Stationäranteil und der Korrekturanteil des Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe zu einem Gesamtsollwert des Massenstroms über die Drosselklappe zusammengeführt. Im weiteren Verlauf wird auf Grundlage eines funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Massenstrom über die Drosselklappe und dem Öffnungswinkel der Drosselklappe ein Sollwert für einen Öffnungswinkel der Drosselklappe gebildet, der erforderlich ist, um einen Istwert einer Zylinderfüllung einzustellen.
• Der funktionale Zusammenhang zwischen der Zylinderfüllung und dem in der Ansauganlage der Verbrennungskraftmaschine stromabwärts einer Drosselklappe vorherrschenden Druck kann, wie beispielsweise aus den Literaturstellen Kiencke, U./Nielsen, L.: „Automotive Control Systems“, Springer Verlag, 2000; Streib, H.-M./Wild, E.: „Modellbasierte Füllungserfassung und -steuerung zur Verbindung von hoher dynamischer Aktualität und bester stationärer Genauigkeit“, Symposium Steuerungssysteme für den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen, 1997" bekannt, aus der Differenzialgleichung $$T_S{\dot{p}}_S={\dot{m}}_{DK}\left(u,p_S,\dots \right)-{\dot{m}}_{BR}+{\dot{m}}_{St\ddot{o}}$$

  

  abgeleitet werden, wie im weiteren Verlauf beschrieben. Hierbei ist Ts eine Zeitkonstante, welche die Ansauganlage beschreibt und welche abhängig von der Temperatur und Volumen der Ansauganlage sowie abhängig von der Gaskonstante ist, wobei ṁ_DK der Massenstrom über die Drosselklappe ist, wobei u der Öffnungswinkel der Drosselklappe ist, wobei ṁ_BR der Massenstrom in den Zylinder und ṁ_Stö ein Störmassenstrom ist, verursacht unter anderem durch externe Abgasrückführung und Tankentlüftung.
• Die Zylinderfüllung ${\dot{m}}_{BR}$

  

  ist eine Funktion des Druckes in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe p_s sowie weiterer Einflussgrößen: $${\dot{m}}_{BR}=f\left(p_S,\dots \right).$$

  
• Gibt man einen Sollwert für die relative Zylinderfüllung m*_BR,soll vor, so kann aus Gleichung (2) ein Sollwert des Druckes in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe p_s,soll generiert werden: $$p_{S,soll}=f^{-1}\left(m_{BR,soll}^{*},\dots \right).$$

  
• Prinzipiell besteht nun die Möglichkeit einer Umstellung der Gleichung (1) nach dem Öffnungswinkel der Drosselklappe u. Für diesen gilt dann $$u={\dot{m}}_{DK}^{-1}\left({\dot{p}}_{S,soll},p_{S,Soll},{\dot{m}}_{BR,soll},{\dot{m}}_{St\ddot{o}}\right).$$

  
• Die Gleichungen (3) und (4) beschreiben das Stellgesetz, welches explizit von der Ableitung des Sollwertes des Druckes in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe abhängt und das eine Invertierung der Differentialgleichung (1) darstellt. Stellt man den Öffnungswinkel der Drosselklappe gemäß Gleichung (4) um, so gilt $$\begin{array}{l}{p}_S=p_{S,soll},\hfill \\ m_{BR}^{*}=m_{BR,soll}^{*}.\hfill \end{array}$$

  
• Das Verfahren soll an folgendem Beispiel verdeutlicht werden. Für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe ps, den Druck stromaufwärts der Drosselklappe p_vdk sowie die Drehzahl der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine n gelte $$\begin{array}{l}{T}_S{\dot{p}}_S={\dot{m}}_{DK}\left(u,p_S,p_{vdk},{\vartheta }_{vdk}\right)-{\dot{m}}_{BR}\left(p_S,p_{BR,int},n\right)+{\dot{m}}_{St\ddot{o}}\hfill \\ T_V{\dot{p}}_{vdk}={\dot{m}}_{lufi}\left(p_u,p_{vdk}\right)-{\dot{m}}_{DK}\left(u,p_S,p_{vdk},{\vartheta }_{vdk}\right)\hfill \end{array}$$

  
• Hierbei ist ϑ_vdk die Temperatur vor der Drosselklappe, p_BR,int der Restgaspartialdruck im Brennraum, T_Vdie Zeitkonstante des Volumens vor der Drosselklappe (in analoger Weise definiert wie Ts), ṁ_lufi der Massenstrom durch den Luftfilter, p_u der Umgebungsdruck.
• Der Massenstrom über die Drosselklappe sei $${\dot{m}}_{DK}=f_0\left({\vartheta }_{vdk}\right)\cdot f_1\left(p_{vdk}\right)\cdot f_2\left(u,\frac{p_S}{p_{vdk}}\right)\cdot f_3\left(\frac{p_S}{p_{vdk}}\right)$$

  

  mit f₂ als Ventilkennfeld und f₃ als Ausflusskennlinie. Die Funktionen f₀ und f₁ seien nicht näher spezifiziert.
• Der Massenstrom in den Brennraum werde durch $${\dot{m}}_{BR}=f_4\left(p_S-p_{BR,int},n\right)$$

  

  beschrieben. Der Massenstrom durch den Luftfilter sei $$\begin{array}{c}{\dot{m}}_{lufi}=\sqrt{\frac{p_u-p_{lufi}}{K\cdot {\vartheta }_u}}\\ =f_6\left(p_u-p_{lufi}\right).\end{array}$$

  
• Hierbei ist K ein nicht näher spezifizierter Parameter und ϑ_u die Umgebungstemperatur. Der unter anderem durch externe Abgasrückführung und Tankentlüftung verursachte Massenstrom ṁ_Stö sowie der Restgaspartialdruck p_BR,int werden als unabhängige, messbare Störgrößen angenommen.
• Die Zylinderfüllung werde näherungsweise durch $$m_{BR}\approx \frac{120}{n\cdot CYL}{\dot{m}}_{BR}$$

  

  beschrieben, wobei CYL die Anzahl der Zylinder sei. Die relative Füllung sei $$m_{BR}^{*}=C\cdot m_{BR}$$

  

  mit der Proportionalitätskonstante C. Zu einer gewünschten relativen Füllung $m_{BR,soll}^{*}$

  

  gehört nach (7), (9) und (10) der Sollwert für den Druck in der Sauganlage stromabwärts der Drosselklappe $$p_{S,soll}=f_4^{-1}\left(\frac{n\cdot CYL\cdot m_{BR,soll}^{*}}{120\cdot C},n\right)+p_{BR,int}.$$

  
• Mit dem aus (5) berechneten Sollmassenstrom über die Drosselklappe $${\dot{m}}_{DK,soll}=T_S{\dot{p}}_{S,soll}+f_4\left(p_{S,soll}-p_{BR,int},n\right)-{\dot{m}}_{St\ddot{o}}$$

  

  ergibt sich mittels Gleichung (6) der Drosselklappenwinkel $$u=f_2^{-1}\left(\frac{{\dot{m}}_{DK,soll}}{f_0\left({\vartheta }_{vdk}\right)f_1\left(p_{vdk,soll}\right)f_3\left(p_{S,soll}\text{/}{p}_{vdk,soll}\right)},\frac{p_{S,soll}}{p_{vdk,soll}}\right).$$

  
• Zur Berechnung von p_vdk,soll wird davon ausgegangen, dass die Druckdynamik vor der Drosselklappe schneller ist, als die Druckdynamik der Ansauganlage. Aus dem Gleichungssystem (1) ergibt sich damit die statische Abbildung $$p_{vdk,soll}=p_u-f_6^{-1}\left({\dot{m}}_{DK,soll}\right).$$

  
• Die hier beschriebene Invertierung der Saugrohrdruckdifferentialgleichung stellt eine funktionsfähige Steuerung der Strecke dar. Der wesentliche Unterschied zu den Strukturen gemäß dem Stand der Technik besteht in der Verwendung der Ableitung des Sollwertes des Druckes in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe, um die Systemdynamik zu kompensieren, vgl. Gleichungen (4) und (12).
• In der technischen Umsetzung ist die Ableitung des Solldrucks in der Ansauganlage stromabwärts einer Drosselklappe durch eine geeignete Approximation darzustellen. Dies kann die Verwendung des Differenzenquotienten oder die Filterung mit Hilfe eines DT1-Gliedes sein. Möglich ist weiterhin die Verwendung eines Ableitungsfilters. Dieses liefert einen gefilterten Sollwert p̃_s,soll sowie die zugehörige, phasenrichtige Ableitung ${\dot{\tilde{p}}}_{S,soll}.$

  
• Der Regler kompensiert Modellierungsunsicherheiten sowie Störeinflüsse unbekannter Herkunft und greift auf Massenstrombasis ein. Der erste Fall entspricht bezogen auf Beispiel 1 einem Sollwert für den Massenstrom über die Drosselklappe: $${\dot{m}}_{DK,soll}=T_S{\dot{p}}_{S,soll}+f_4\left(p_{S,soll}-p_{BR,int},n\right)-{\dot{m}}_{St\ddot{o}}+{\dot{m}}_{Reg},$$

  

  d. h. der Regler liefert einen zusätzlichen Massenstrom.
• In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der zur Bildung der Regeldifferenz verwendete gefilterte Sollwert für die Zylinderfüllung einer weiteren Filterung unterworfen. Gemäß 1 ist dazu ein Filter vorgesehen, welches die nicht kompensierte Dynamik aufgrund des unterlagerten Regelkreises der Drosselklappe sowie weiterer störender Effekte enthält.

Claims (4)

1. Verfahren zur Einstellung der Zylinderfüllung einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Sollwert für die Zylinderfüllung vorgegeben wird, wobei ein gefilterter Sollwert für die Zylinderfüllung gebildet wird, wobei ein Sollwert für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts einer Drosselklappe gebildet wird, wobei eine Ableitung des Sollwertes für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe gebildet wird, wobei ein Dynamikanteil, ein Stationäranteil und ein Korrekturanteil eines Sollwertes für einen Massenstrom über die Drosselklappe gebildet wird, wobei der Dynamikanteil, der Stationäranteil und der Korrekturanteil des Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe zu einem Gesamtsollwert des Massenstroms über die Drosselklappe zusammengeführt werden, wobei auf Grundlage des Gesamtsollwertes des Massenstroms über die Drosselklappe und dem Sollwert für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts einer Drosselklappe ein Sollwert für einen Öffnungswinkel der Drosselklappe gebildet wird, der erforderlich ist, um einen Istwert der Zylinderfüllung einzustellen.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der Sollwert für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe auf Grundlage eines funktionalen Zusammenhangs zwischen der Zylinderfüllung und dem in der Ansauganlage der Verbrennungskraftmaschine stromabwärts der Drosselklappe vorherrschenden Druck, sowie auf Grundlage des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung, gebildet wird, wobei der Dynamikanteil des Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe auf Grundlage eines inversen Streckenmodells der Ansauganlage der Verbrennungskraftmaschine und auf Grundlage der Ableitung des Sollwertes für den Druck in der Ansauganlage stromabwärts der Drosselklappe gebildet wird, wobei der Stationäranteil des Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe auf Grundlage des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung sowie auf Grundlage eines funktionalen Zusammenhangs zwischen der Zylinderfüllung und dem Massenstrom über die Drosselklappe gebildet wird, wobei die Regeldifferenz auf Grundlage einer Gegenüberstellung eines Istwertes der Zylinderfüllung und des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung gebildet wird, wobei der Korrekturanteil des Sollwertes für den Massenstrom über die Drosselklappe auf Grundlage eines Reglers und der Regeldifferenz gebildet wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Bildung des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung und eine Ableitung des gefilterten Sollwertes für die Zylinderfüllung auf Grundlage von Verzögerungsgliedern erster Ordnung erfolgt.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 3, wobei der zur Bildung der Regeldifferenz verwendete gefilterte Sollwert für die Zylinderfüllung einer weiteren Filterung unterworfen wird, wobei ein Filter vorgesehen ist, welches die nicht kompensierte Dynamik aufgrund des unterlagerten Regelkreises der Drosselklappe sowie weiterer störender Effekte enthält.

Images