DE10227466A1 - Determining cylinder charge in internal combustion engine, involves computing first and second cylinder charge values with first and second models, adapting first model according to comparison of results - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zylinderbeladung bei einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 9.The invention relates to a method and a device for determining the cylinder load at a Internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and claim 9, respectively.
Für die Steuerung von Ottomotoren ist die genaue Kenntnis der angesaugten Luftmenge erforderlich. Diese angesaugte Luftmenge variiert stark mit der Motorlast. Zur Bestimmung der Luftmenge in der Motorsteuerung existieren verschiedene Ansätze. Bei einem ersten Ansatz im Stand der Technik wird die Luftmenge direkt mit einem speziellen Luftmengensensor bzw. einem Gassensensor gemessen. Beispiele hierfür sind eine Stauklappe oder ein Heißfilmluftmassenmesser (HFM).For The control of gasoline engines is the exact knowledge of the intake Air volume required. This amount of air sucked in varies greatly the engine load. For determining the amount of air in the engine control there are different approaches. In a first approach in the prior art, the amount of air directly with a special air flow sensor or a gas sensor measured. Examples of this are a damper or a hot film air mass meter (HFM).
Ein Nachteil bei dem Stand der Technik besteht darin, dass sich bei Verwendung von Luftmengenmessern bzw. Gassensoren die Kosten erhöhen, Bauraum beansprucht wird und es zu Strömungsverlusten kommt.A disadvantage with the prior art is that when using air flow meters or Gas sensors increase costs, installation space is claimed and there is flow loss comes.
Bei beiden Sensoren ist die Verkabelung aufwendig, und es besteht eine endliche Wahrscheinlichkeit, dass sie ausfallen.The wiring is for both sensors consuming, and there is a finite probability that they fail.
Bei einem weiteren Ansatz im Stand der Technik wird die angesaugte Luftmenge durch eine sog. p-N-Steuerung indirekt aus dem Unterdruck im Ansaugrohr und der Motordrehzahl bestimmt, wobei der Unterdruck mittels eines Saugrohrducksensors bestimmt wird. Dieser Ansatz hat jedoch den Nachteil, dass sich die Korrelation zwischen Saugrohrdruck und Luftmenge mit Toleranzen im Ansaugsystem ändert, und sich dadurch die Luftmenge nicht immer exakt bestimmen lässt. Die Folge ist, dass es zu Problemen bzgl. der Einhaltung scharfer Emissionsgrenzen kommt. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich durch den Drucksensor die Kosten erhöhen, die Anordnung des Sensors kritisch ist und der Drucksensor eine Schwachstelle des Saugrohrs in Bezug auf eine mögliche Leckagestelle darstellt.With another approach in the booth In technology, the amount of air sucked in is controlled by a so-called p-N control indirectly from the vacuum in the intake pipe and the engine speed determined, the vacuum being determined by means of an intake manifold pressure sensor becomes. However, this approach has the disadvantage that the correlation changes between intake manifold pressure and air volume with tolerances in the intake system, and this means that the air volume cannot always be determined exactly. The The result is that there are problems with compliance with strict emission limits comes. Another disadvantage is that the pressure sensor increase the cost the arrangement of the sensor is critical and the pressure sensor Weak point of the intake manifold in relation to a possible leak.
Alternativ kann die Luftmenge in einem sog. α-N-System indirekt auch aus der gemessenen Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl bestimmt werden. Dieser Ansatz ist jedoch noch ungenauer als die vorangegangenen Verfahren, und zur Einhaltung von scharfen Emissionsgrenzen praktisch ungeeignet.Alternatively, the amount of air in a so-called α-N system indirectly also from the measured throttle valve position and the Engine speed can be determined. However, this approach is still less precise than the previous procedure, and to adhere to sharp Emission limits practically unsuitable.
Aus
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben und eine Vorrichtung zu schaffen, womit die einem Zylinder einer Brennkraftmaschine tatsächlich zur Verfügung stehende Zylinderbeladung mit größtmöglicher Genauigkeit bestimmt werden kann.The object of the invention is a Specify method and to create a device with which the a cylinder of an internal combustion engine actually available Cylinder loading with the greatest possible Accuracy can be determined.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zum Bestimmen der Zylinderbeladung bei einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 9. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is solved by the method for determining the cylinder load in an internal combustion engine according to claim 1 and a corresponding device according to claim 9. Preferred embodiments the invention are the subject of the dependent claims.
Der Erfindung liegt die folgende Überlegung zugrunde. Die von einem Zylinder angesaugte Luftmasse wird über ein erstes Luftmassenmodell berechnet. Dieses erste Luftmassenmodell kann dabei allein auf den Sensorwerten der Luftmassenstellgliedel basieren, wie z.B. der Stellung der Drosselklappe bzw. dem variablen Ventilhub oder der variablen Nockenwellenverstellung (Vanos), oder es kann zusätzlich noch der gemessene Druck im Ansaugrohr berücksichtigt werden. Erfindungsgemäß wird dieses erste Luftmassenmodell, das den dynamischen Arbeitsbereich gut beschreibt, über ein zweites Luftmassenmodell abgeglichen, das den langsamen oder quasistationären Arbeitsbereich gut beschreibt. So können motorindividuelle Toleranzen ausgeglichen werden. Die im zweiten Modell berechnete Luftmasse basiert auf der Gemischzusammensetzung des Abgases, die über einen Lambda-Wert ermittelt wird, und der zugeführten Kraftstoffmasse.The invention is based on the following consideration. The air mass sucked in by a cylinder is over a first air mass model calculated. This first air mass model can only on the sensor values of the air mass control based, e.g. the position of the throttle valve or the variable Valve lift or the variable camshaft adjustment (Vanos), or it can additionally the measured pressure in the intake pipe must also be taken into account. According to the invention, this is the first Air mass model, which describes the dynamic work area well, over a second air mass model, which is the slow or quasi-stationary work area describes well. So can individual tolerances can be compensated. The one in the second Air mass calculated model is based on the mixture composition of the Exhaust gas that over a lambda value is determined, and the fuel mass supplied.
Dementsprechend wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Zylinderbeladung bei einer Brennkraftmaschine angegeben, bei dem in einer Motorsteuerung ein erster Zylinderbeladungswert mindestens eines Zylinders mittels eines ersten Zylinderbeladungsmodells in Abhängigkeit von einer Brennkraftmaschinendrehzahl sowie von einem Drosselklappenwinkelsignal und/oder einem Saugrohrdrucksignal und/oder einem oder mehreren Ventilstellungsparametern berechnet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein zweiter Zylinderbeladungswert des wenigstens einen Zylinders mittels eines zweiten Zylinderbeladungsmodells berechnet wird, der erste Zylinderbeladungswert und der zweite Zylinderbeladungswert in einer Vergleicherstufe verglichen werden und in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Vergleichssignal erzeugt wird und das erste Zylinderbeladungsmodell in Abhängigkeit von dem Vergleichswert adaptiert wird.Accordingly, a method for determining a cylinder load in an internal combustion engine is specified, in which, in an engine control, a first cylinder load value of at least one cylinder is calculated using a first cylinder load model as a function of an internal combustion engine speed and a throttle valve angle signal and / or an intake manifold pressure signal and / or one or more valve position parameters , which is characterized in that a second cylinder load value of the at least one cylinder is calculated by means of a second cylinder load model, the first cylinder load value and the second cylinder load value ver in a comparison stage are compared and a comparison signal is generated as a function of the comparison and the first cylinder loading model is adapted as a function of the comparison value.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das erste Zylinderbeladungsmodell ein erstes Luftmassenmodell,
mit dem ein erster Luftmassenwert als erster Zylinderbeladungswert
berechnet wird, und das zweite Zylinderbeladungsmodell ein zweites Luftmassenmodell,
mit dem ein zweiter Luftmassenwert als zweiter Zylinderbeladungswert
berechnet wird nach
wobei LM2 der zweite Luftmassenwert
ist, λ ein
gemessenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist,
xstöch das
stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ist und KM eine Kraftstoffmasse ist.In a preferred embodiment, the first cylinder loading model is a first air mass model with which a first air mass value is calculated as the first cylinder loading value, and the second cylinder loading model is a second air mass model with which a second air mass value is calculated as the second cylinder loading value
where LM 2 is the second air mass value, λ is a measured air-fuel ratio, x stoch is the stoichiometric air-fuel ratio and KM is a fuel mass .
Die Kraftstoffmasse ist vorzugsweise die Kraftstoffmasse, die einer zur momentanen Zylinderbeladung zugeführten Kraftstoffmasse entspricht. Alternativ kann die Kraftstoffmasse aber auch die Kraftstoffmasse sein, die einer vorgegebenen Sollmasse entspricht. In beiden Fällen kann die Kraftstoffmasse insbesondere um eine Korrekturgröße korrigiert werden, die einem Tankentlüftungsmassenstrom entspricht, oder um eine Korrekturgröße, die einer unvollständigen Verbrennung des zugeführten Kraftstoffes entspricht.The fuel mass is preferred the fuel mass, that of a fuel mass supplied for the current cylinder loading equivalent. Alternatively, the fuel mass can also be the fuel mass be that corresponds to a predetermined target mass. In both cases the fuel mass is corrected in particular by a correction quantity be a tank ventilation mass flow corresponds, or by a correction quantity, which is an incomplete combustion of the fed Corresponds to fuel.
Bevorzugt wird der erste Zylinderbeladungswert durch eine Verzögerungseinrichtung vor der Vergleicherstufe um eine vorgegebene Dauer verzögert.The first cylinder loading value is preferred through a delay device delayed by a predetermined duration before the comparator stage.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Adaptieren des ersten Zylinderbeladungsmodells in Abhängigkeit von dem Vergleichswert durch eine Regelstufe.In a further preferred embodiment of the method according to the invention the first cylinder loading model is adapted depending on from the comparison value by a control stage.
Die entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen einer Zylinderbeladung in einer Motorsteuerung bei einer Brennkraftmaschine mit einem ersten Zylinderbeladungsmodell zum Berechnen eines ersten Zylinderbeladungswertes mindestens eines Zylinders in Abhängigkeit von einer Brennkraftmaschinendrehzahl sowie von einem Drosselklappenwinkelsignal und/oder einem Saugrohrdrucksignal und/oder einem oder mehreren Ventilstellungsparametern ist gekennzeichnet durch ein zweites Zylinderbeladungsmodell zum Berechnen eines zweiten Zylinderbeladungswertes des wenigstens einen Zylinders, eine Vergleicherstufe zum Vergleichen des ersten Zylinderbeladungswertes und des zweiten Zylinderbeladungswertes und Erzeugen eines Vergleichssignals in Abhängigkeit von dem Vergleich und eine Anpassungsvorrichtung für das Adaptieren des ersten Zylinderbeladungsmodells in Abhängigkeit von dem Vergleichswert.The corresponding device according to the invention to determine a cylinder load in an engine control an internal combustion engine with a first cylinder loading model to calculate a first cylinder loading value of at least one Cylinders depending from an engine speed and a throttle angle signal and / or an intake manifold pressure signal and / or one or more valve position parameters is characterized by a second cylinder loading model for Calculate a second cylinder load value of the at least one Cylinder, a comparator stage for comparing the first cylinder loading value and the second cylinder load value and generating a comparison signal dependent on of the comparison and an adaptation device for adapting of the first cylinder loading model as a function of the comparison value.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass hochgenaue und damit teure Luftmassensensoren wie z.B: HFM-Sensoren eingespart werden können, ohne dass dadurch die Genauigkeit bei der Bestimmung der Frischluftmasse beeinträchtigt wird. Die Einsparung des Luftmassensensors führt zu einer Reduzierung der Kosten und zu einer höheren Ausfallsicherheit. Gleichzeitig wird die Ansaugluftführung vereinfacht und der beanspruchte Bauraum reduziert, wodurch die Strömungsverluste geringer werden. Dabei lassen sich scharfe Emissionsgrenzwerte einhalten.An advantage of the invention is in the fact that highly accurate and therefore expensive air mass sensors such as: HFM sensors can be saved without that thereby the accuracy in determining the fresh air mass impaired becomes. The saving of the air mass sensor leads to a reduction in the Cost and at a higher Reliability. At the same time, the intake air flow is simplified and the space required is reduced, which reduces the flow losses decrease. In doing so, strict emission limit values can be observed.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung.Other features and advantages of Invention emerge from the following description of preferred Embodiments, reference is made to the attached drawing.
Mit der Vorrichtung zum Bestimmen der Zylinderbeladung bei einer Brennkraftmaschine erfolgt eine Adaption eines zugrundeliegenden dynamischen Modells durch ein quasi-stationäres Modell. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Luftmassenmodells erläutert.With the device for determining the cylinder loading in an internal combustion engine is adapted of an underlying dynamic model through a quasi-stationary model. The The invention is explained below using an air mass model.
In
Die Eingangsgröße neben der Brennkraftmaschinendrehzahl
N ist dabei insbesondere eine Größe, die
Stellgrößen in dem
Ansaugkanal charakterisiert. Dies sind ein Drosselklappenwinkelsignal α oder ein
Ventilstellungsparameter hEinl. Eine weitere Eingangsgröße ist das
Saugrohrdrucksignal pSaug Die drei genannten
Signale sind exemplarisch als Eingangsgröße des Modells
Wie dem Fachmann bekannt, werden
aufgrund der mit dem Modell
Erfindungsgemäß wird durch ein zweites Modell
Diese Luftmasse ist in
Die Berechnung des zweiten Wertes
für die Luftmasse
erfolgt nach der folgenden Grundgleichung:
Dabei ist LM2 der zweite Luftmassenwert, λ ist ein gemessenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, xstöch ist das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und KM ist eine Kraftstoffmasse.LM 2 is the second air mass value, λ is a measured air-fuel ratio, x stoch is the stoichiometric air-fuel ratio, and KM is a fuel mass.
Das zweite Modell hängt damit ausschließlich von dem über einen (nicht dargestellten) λ-Sensor gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Kraftstoffmasse ab. Die Kraftstoffmasse kann eine Sollmasse für den Kraftstoff sein. Dies hat den Vorteil, dass die tatsächliche Kraftstoffmasse nicht gemessen zu werden braucht und damit auf einen weiteren Sensor verzichtet werden kann. In diesem Fall muss allerdings die real zugemessene Kraftstoffmasse dem Sollwert entsprechen.The second model depends on it exclusively from that about a (not shown) λ sensor measured air-fuel ratio and a fuel mass. The fuel mass can be a target mass for the Be fuel. This has the advantage of being the actual one Fuel mass does not need to be measured and therefore on one additional sensor can be omitted. In this case, however the real measured fuel mass corresponds to the target value.
Theoretisch sollten die Werte für die Luftmasse
nach dem ersten Modell
Die beiden Werte für die von
einem Zylinder angesaugte Luftmasse werden in einer Vergleicherstufe
In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der
Vergleicherstufe
Die Vorrichtung nach
Der Modellwert von dem Modell
Um den zeitlichen Unterschied zwischen
der ersten und der zweiten Modellgröße kompensieren zu können, ist
in der Vorrichtung nach
Darüber hinaus muss i.a. das Vergleichssignal
der Vergleicherstufe
Damit sollte deutlich geworden sein,
dass auch bei der Erfindung das erste Modell
Es muss daher sichergestellt sein,
dass die Eingangsgrößen des
Modells
Desgleichen muss eine unvollständige Verbrennung
des zugeführten
Kraftstoffes berücksichtigt werden.
Dies betrifft vor allem den Start und den Warmlauf der Brennkraftmaschine.
In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird daher die Kraftstoffmasse um eine entsprechende
Korrekturgröße reduziert
, um unvollständige
Verbrennung des zugeführten
Kraftstoffes, z.B. aufgrund von Tröpfchenbildung, zu kompensieren.
Man erhält
so als Kraftstoffsollmasse KM in der Grundgleichung:
wobei
KM1 die Korrektur bezüglich des Tankentlüftungsmassenstroms
und KM2 die Korrektur bezüglich der
unvollständigen
Verbrennung angibt. Zwar ist hier eine rein additive Korrektur der
Kraftstoffmasse angegeben, die Korrekturgrößen können jedoch unabhängig voneinander
statt additiver Größen auch multiplikative
Größen sein.
Es ergibt sich in jedem Fall als modifizierte Grundgleichung:
wobei
LM2 wieder der zweite Luftmassenwert ist, λ ein gemessenes
Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist,
xstöch das
stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ist, und KM' die
korrigierte Kraftstoffsollmasse ist.Likewise, incomplete combustion of the supplied fuel must be taken into account. This particularly affects the start and warm-up of the internal combustion engine. In a further embodiment of the invention, the fuel mass is therefore reduced by a corresponding correction quantity in order to compensate for incomplete combustion of the supplied fuel, for example due to droplet formation. The following is obtained as the target fuel mass KM in the basic equation:
where KM 1 indicates the correction regarding the tank ventilation mass flow and KM 2 indicates the correction regarding the incomplete combustion. Although a purely additive correction of the fuel mass is specified here, the correction variables can also be multiplicative variables instead of additive variables. In any case, it results as a modified basic equation:
where LM 2 is again the second air mass value, λ is a measured air-fuel ratio, x stochi is the stoichiometric air-fuel ratio, and KM 'is the corrected target fuel mass.
Auch der Wert für das gemessene Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ muss den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine genau entsprechen. Da in der Regel keine Einzelmessung des Luft-/Kraftstoffgemischs pro Zylinder möglich ist, erfolgt die Luftmassenbestimmung je nach Anordnung der Lambdasonden bankselektiv (falls eine Lambdasonde pro Bank vorhanden ist) oder über alle Zylinder hinweg (falls eine Lambdasonde für alle Zylinder vorhanden ist). Bei Mehrbanksystem kann aus den einzelnen Lambdawerten zuerst deren Mittelwert gebildet werden und anschließend die Luftmassenbestimmung über alle Zylinder hinweg durchgeführt werden.The value for the measured air-fuel ratio λ must also Operating conditions of the internal combustion engine correspond exactly. There usually no single measurement of the air / fuel mixture per Cylinder possible the air mass is determined depending on the arrangement of the lambda sensors Bank-selective (if there is one lambda probe per bank) or all of them Across cylinders (if there is a lambda probe for all cylinders). at Multi-bank system can first of all take the individual lambda values Average and then the air mass determination over all Cylinder carried out become.
Erfindungsgemäß wird dementsprechend bei einer Ausführungsform die Luftmasse bankselektiv bestimmt, indem als gemessenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ das bei einer Zylinderbank gemessene Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ verwendet wird. Gegebenenfalls wird als gemessenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ ein Mittelwert von mehreren, bei Zylinderbänken gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen λ verwendet.Accordingly, according to the invention one embodiment the air mass is determined in a bank-selective manner by using the measured air-fuel ratio λ at air-fuel ratio λ measured in a cylinder bank becomes. If necessary, the measured air-fuel ratio λ is an average of several, at cylinder banks measured air-fuel ratios λ used.
Die Luftmassenbestimmung nach dem
Modell
- 11
- Modell 1model 1
- 22
- Modell 2model 2
- 33
- Vergleichseinrichtungcomparator
- 44
- Verzögerungsglieddelay
- 55
- Regelstufecontrol stage
- αα
- DrosselklappenwinkelsignalThrottle angle signal
- pSpaug p Spaug
- SaugrohrdrucksignalSaugrohrdrucksignal
- hEinl h Einl
- EinlassventilsignalInlet valve signal
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