DE19740918A1 - Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil in einem Verbrennungsmotor

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil in einem Verbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft insbesondere ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik.
In der Brennkammer eines Verbrennungsmotors wird zur Erzeugung eines Motordrehmomentes ein Luft-/Kraftstoff-Ge­ misch gezündet. Die in die Brennkammer eingefüllte Gasmasse soll möglichst genau gesteuert und erfaßt werden, weil sie u. a. das Motordrehmoment, die einzuspritzende Kraftstoffmenge und den Zündzeitpunkt bestimmt.
In modernen Motorsteuerungen wird unter Verwendung eines sogenannten "elektronischen Gaspedals" die Pedalstellung als Momentenwunsch interpretiert. Dieser Momentenwunsch wird in einen Sollwert für den Luftmassenstrom umgerechnet. Eine Funktion "Füllungssteuerung" berechnet aus dem Momentenwunsch einen Soll-Luftmassenstrom und daraus einen Sollwert für die Drosselklappensteuerung. Ein Regelelement regelt die Drosselklappe auf den Sollwert. Ein nachgeschalteter Heißfilm-Luftmassensensor (HFM) mißt den Ist-Luftmassenstrom. Aufgrund von Toleranzen im HFM und im Berechnungspfad der Luftmassenstrom-Berechnung über die Drosselklappe entsteht eine Differenz zwischen dem Ist- und dem Sollwert des Luftmassenstroms sowie zwischen dem Ist-Mo­ ment und dem Momentenwunsch.
Um diese Ungenauigkeiten zu eliminieren, ist aus der EP 0 375 710 B1 ein Einstellsystem bekannt, welches nicht nur über eine einzige Einstelleinheit verfügt, sondern über zwei Einstelleinheiten. Bei der bekannten Vorrichtung gibt die erste Einstelleinheit das Stellsignal an die Einstellstrecke ab, während die zweite Einstelleinheit dazu dient, die erste Einstelleinheit zu kalibrieren. Bei der bekannten Vorrichtung wird mit einem drosselklappen­ gestützten Füllungssignal die Einspritzung gesteuert, wobei dieses verhältnismäßig schnelle Einstellsignal im stationären Zustand mittels eines Luftmassenmessers kalibriert wird.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil in einem Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche den Gasfluß schnell und exakt einstellen. Darüber hinaus soll das Verfahren kostengünstig ausgeführt werden können und die Vorrichtung kostengünstig hergestellt und betrieben werden können.
Das Problem wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen offenbarten Verfahren und Vorrichtungen gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Das Problem ist insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors, mit den Schritten: Berechnen eines Drossel-Soll-Stellwerts aus einem Soll-Gas­ fluß, Ansteuern des Drosselventils mit dem Drossel- Soll-Stellwert, und Bestimmen eines Ist-Gasflusses, gekennzeichnet durch die Schritte: Berechnen eines Gasflusses über das Drosselventil auf der Grundlage eines Drossel-Ist-Stellwerts, Ermitteln einer Differenz zwischen dem berechneten Gasfluß über das Drosselventil und dem Ist-Gasfluß, und Berücksichtigen der ermittelten Differenz beim Berechnen des Drossel-Soll-Stellwerts, insbesondere durch eine Anpassung des Soll-Gasflusses. Dabei ist von Vorteil, daß die Soll-Luftmasse in der Brennkammer in einem Schritt in einen Drosselventil-Sollwert umgerechnet wird, bei dem sich eine Ist-Luftmasse mit der Genauigkeit des verwendeten Sensors zur Bestimmung des Ist-Gasflusses einstellt. Als Sensor für die Bestimmung des Ist-Gasflusses kommt insbesondere ein Heißfilm-Luftmassensensor (HFM) in Frage. Weiterhin ist vorteilhaft, daß gegenüber dem Stand der Technik ein zusätzlicher Füllungsregler, der nachträglich Soll- und Istmasse ausregelt, entfällt. Dadurch werden die Herstellungs-, Wartungs- und Betriebskosten reduziert. Weiterhin ist vorteilhaft, daß durch die einstufige Regelung der Drosselklappenverlauf beruhigt wird, wodurch das Betriebsverhalten der gesamten Verbrennungsmotoreinheit verbessert wird. Weiterhin ist vorteilhaft, daß das Verfahren eine sehr schnelle und exakte Einstellung des gewünschten Luftmassenstroms ermöglicht. Insbesondere entsteht im eingeschwungenen Zustand keine Differenz zwischen der Soll-Füllung und der vom Heißfilm-Luftmassensensor gemessenen Ist-Füllung.
In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung ist das Verfahren gekennzeichnet durch ein Bestimmen von mindestens zwei Korrekturgrößen beim Berücksichtigen der Differenz zwischen dem Gasfluß über die Drosselklappe des Drosselventils und dem Ist-Gasfluß. Dies hat den Vorteil, daß durch Bestimmung von mindestens zwei Korrekturgrößen, ein schnelleres und genaueres Regelverhalten erzielt wird. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß durch die Bestimmung von mindestens zwei Korrekturgrößen verschiedene Fehlergrößen und Störeinflüsse getrennt behandelt und kompensiert werden können, wodurch sich die Genauigkeit und die Geschwindigkeit des Regelverfahrens weiter verbessert.
In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung ist das Verfahren gekennzeichnet durch additives Berücksichtigen von mindestens einer ersten Korrekturgröße und multiplikatives Berücksichtigen von mindestens einer zweiten Korrekturgröße, wobei die ersten und zweiten Korrekturgrößen gleichzeitig oder alternativ berücksichtigt werden, insbesondere die erste Korrekturgröße vor allem für den Fall kleiner Gasflüsse berücksichtigt wird bzw. relevant ist, und die zweite Korrekturgröße vor allem für den Fall großer Gasflüsse über das Drosselventil berücksichtigt wird bzw. relevant ist. In einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführungsart korrigiert die erste Korrekturgröße einen durch Leckluft über das Drosselventil verursachten Fehler, und die zweite Korrekturgröße korrigiert einen durch eine fehlerhafte Ermittlung eines Drucks vor dem Drosselventil verursachten Fehler. Dies ist vorteilhaft, weil damit die beiden Fehler ihrem jeweiligen Fehlercharakter entsprechend behandelt werden können, wodurch die Genauigkeit des Regelverfahrens erhöht wird. Insbesondere ist vorteilhaft, daß ein durch Leckluft verursachter Fehler, der sich in jedem Betriebszustand durch einen additiven Fehler bemerkbar macht, der jedoch insbesondere bei kleinen Gasflüssen relevant ist, entsprechend behandelt werden kann. Entsprechend kann ein durch fehlerbehaftete Druckermittlung verursachter Fehler, der sich in jedem Betriebszustand bemerkbar macht, und der insbesondere bei großen Gasflüssen relevant ist, ebenfalls entsprechend behandelt werden. Die beiden Korrekturgrößen können vorzugsweise gleichzeitig berücksichtigt werden, wodurch eine hohe Regelgenauigkeit erzielt wird. Insgesamt ermöglicht eine derartige Ausgestaltung ein sehr schnelles und dennoch sehr genaues und zuverlässiges Regelverhalten, wobei gleichzeitig sowohl der apparatetechnische als auch der rechentechnische Regelaufwand gering ist.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung wird bei Beendigung des Betriebes des Verbrennungsmotors mindestens eine der Korrekturgrößen gespeichert. Damit wird vorteilhaft erzielt, daß sofort bei Wiederaufnahme des Betriebs des Verbrennungsmotors die volle Regelgenauigkeit zur Verfügung steht. Eine Speicherung der Korrekturgrößen kann vorteilhaft durch entsprechende elektronische Bauelemente vorgenommen werden, beispielsweise durch ein SRAM-Bauelement oder durch ein magnetisches Speicherelement.
In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung wird bei der Aufnahme des Betriebes des Verbrennungsmotors für mindestens eine der Korrekturgrößen ein vorbestimmter Wert als ein Startwert verwendet. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch auf einfache Weise für bestimmte Korrekturgrößen ein vorgegebener Kaltstart-Wert bestimmt werden kann. Außerdem ist die Bereitstellung von vorbestimmten Werten von Vorteil, weil dadurch auch für den Fall einer längeren Betriebsruhe des Verbrennungsmotors oder eines eingetretenen Daten- oder Informationsverlustes bezüglich der vormalig bestimmten Korrekturgrößen ein sicheres Regelverhalten gewährleistet ist.
In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung wird der Soll-Gasfluß auf der Grundlage mindestens einer Anforderung an das Drehmoment des Verbrennungsmotors ermittelt. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor nicht nur die Drehmoment-Anforderung über das Gaspedal berücksichtigt werden kann, sondern auch Drehmoment-Anforderungen, die von einem automatischen Getriebe des Kraftfahrzeuges oder von einer Anti-Schlupf­ regelung des Kraftfahrzeuges verursacht werden.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors mit einer Drosselventil-Steuerung mit einem Eingangssignal für einen Soll-Gasfluß und einem Ausgangssignal für eine Ventilstellung, und einem Meßwertaufnehmer zur Bestimmung eines Ist-Gasflusses, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselventil-Steuerung Rechenmittel aufweist, die einen Gasfluß über das Drosselventil auf der Grundlage des Drossel-Stellwerts berechnen, die weiterhin eine Differenz zwischen dem berechneten Gasfluß über das Drosselventil und dem Ist-Gas­ fluß ermitteln, wobei diese Differenz bei der Berechnung des Ausgangssignals berücksichtigt wird, insbesondere durch eine Anpassung des Soll-Gasflusses. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung weist die gleichen Vorteile auf, die bereits vorstehend für das erfindungsgemäße Verfahren genannt wurden. Insbesondere ist eine solche Vorrichtung vorteilhaft, da sie ein schnelles und exaktes Regelverhalten gewährleistet, wobei die apparatetechnischen und rechentechnischen Anforderungen gering sind, so daß eine derartige Vorrichtung kostengünstig hergestellt, gewartet und betrieben werden kann.
Bei einer besonderen Ausführungsart der Erfindung werden mindestens zwei Korrekturgrößen beim Ermitteln der Differenz bestimmt. Dabei ist vorteilhaft, daß auch komplexe Fehlergrößen und Störeinflüsse schnell und mit verhältnismäßig geringem Aufwand erfaßt werden können, und ein stabiles und genaues Regelverhalten erzielt wird. Dies gilt insbesondere, wenn die mindestens zwei Korrekturgrößen Fehlerquellen mit additiver und multiplikativer Fehlercharakteristik separat erfassen und vorzugsweise gleichzeitig berücksichtigen.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung, die eines der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren ausführt. Dabei verbinden sich die Vorteile des schnellen und genauen Steuerverfahrens mit der kostengünstigen Realisierung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Ebenso umfaßt die Lehre der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben aufweist.
Darüber hinaus umfaßt die vorliegende Erfindung Datenträger, die ein Steuerprogramm zum Ausführen eines der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Steuerverfahrens beinhalten, oder die Parameter beinhalten, die zum Ausführen eines der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich oder vorteilhaft sind. Die Datenträger können die Information dabei in beliebiger Form speichern, insbesondere in mechanischer, magnetischer, optischer oder elektrischer Form. Vorteilhaft sind insbesondere elektronische Datenträger, beispielsweise ein ROM, PROM, EPROM oder EEPROM-Bauelement, die vorteilhaft in entsprechende Steuergeräte eingesteckt werden können. Durch derartige Datenträger können die Steuerparameter und Steuerprogramme einfach ausgetauscht werden, wodurch beispielsweise ein einheitliches Steuergerät für unterschiedliche Fahrzeugtypen durch einfaches Einstecken des entsprechenden Datenträgers konfiguriert werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Ein Weg zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Strukturbild für die Füllungserfassung mit einem Heißfilm-Luftmassensensor (HFM) und die Bestimmung von zwei Korrekturgrößen;
Fig. 2 zeigt ein Strukturbild für die Bestimmung des Gasmassenstroms über das Drosselventil;
Fig. 3 zeigt ein Strukturbild für die erfindungsgemäße Füllungssteuerung sowie die Berechnung des Drosselventilwinkels.
Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil.
Die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung und in den Patentansprüchen verwendeten Abkürzungen und Bezugszeichen sind am Ende der Beschreibung jeweils mit einer kurzen Erläuterung zusammenfassend aufgelistet.
Die Fig. 1 zeigt ein Strukturbild für die Füllungserfassung mit einem Heißfilm-Luftmassensensor (HFM) und für die Bestimmung von zwei Korrekturgrößen msndko und fkmsdk. In dem oberen Signalpfad der Fig. 1 wird ein vom HFM gemessener Luftmassenstrom mshfm in eine korrigierte relative Füllung rl eines Zylinders umgerechnet. Hierzu wird zunächst der vom HFM gemessene Luftmassenstrom mshfm in eine unkorrigierte relative Füllung rlroh eines Zylinders umgerechnet. Dies geschieht durch Division 111 des vom HFM gemessenen Luftmassenstroms mshfm durch einen Wert, der sich aus der Multiplikation 112 einer motorspezifischen Konstante KUMSRL und der Motordrehzahl nmot ergibt. Aus der unkorrigierten relativen Füllung rlroh wird durch Anwendung der Gasgleichung und einer entsprechenden Integration 113 der Saugrohrdruck ps ermittelt. Durch die Berücksichtigung 114 weiterer Einflußgrößen in Bezug auf die Strömungsverhältnisse im Saugrohr wird aus dem Saugrohrdruck ps die korrigierte relative Füllung rl des Zylinders berechnet. Aus dem Saugrohrdruck ps wird zusammen mit dem Drosselklappenwinkel wdkba des Drosselventils bezogen auf einen Anschlag und einem Ansaugluft-Temperaturkorrekturfaktor ftvdk zur Umrechnung des Norm-Luftmassenstroms auf einen Massenstrom bei einer aktuellen Temperatur die Luftmasse über das Drosselventil berechnet 115. Die Berechnung der Luftmasse über das Drosselventil msdk ist in der Fig. 2 ausführlich dargestellt. Durch eine Subtraktion 116 wird die Differenz msdif aus dem gemessenen Luftmassenstrom mshfm und dem berechneten Luftmassenstrom msdk gebildet. Durch eine Integration 117 des Differenzwertes msdif wird eine erste additive Korrekturgröße msndko ermittelt. In entsprechender Weise wird durch eine Integration 118 des Differenzwertes msdif eine zweite multiplikative Korrekturgröße fkmsdk berechnet. Die Integrationen 117, 118 unterscheiden sich dabei insbesondere auch durch die Integrationskonstanten bzw. durch die resultierende physikalische Einheit. Die additive Korrekturgröße msndko wird unmittelbar auf die Berechnung des Drosselventil-Gasstroms 115 zurückgekoppelt. Die multiplikative Korrekturgröße fkmsdk wird über eine Multiplikation 120 mit einem von einem Drucksensor gemessenen Umgebungsdruck pvdkds unter Bestimmung eines effektiven Druckes vor dem Drosselventil pvdk ebenfalls an die Berechnung des Drosselventil-Gasstroms rückgekoppelt.
Durch die Berücksichtigung der Korrekturfaktoren msndko und fkmsdk bei der Berechnung des Gasstroms über das Drosselventil wird der berechnete Wert für den Gasstrom über das Drosselventil msdk an den gemessenen Wert mshfm angenähert. Dadurch wird die Genauigkeit dieses Systems derart verbessert, daß im Bedarfsfall, beispielsweise bei Ausfall des Heißfilm-Luftmassensensors HFM, die Berechnung der relativen Füllung rl ausschließlich auf den berechneten Gasmassenstrom msdk gestützt werden kann. Dies erfolgt durch Umschaltung des Schalters 119 gemäß einem entsprechenden Umschaltsignal B_ehfm.
Bei der multiplikativen Korrektur wird beispielsweise unterstellt, daß der vom Umgebungsdrucksensor kommende Druckwert pvdk toleranzbehaftet ist, so daß eine Differenz zwischen dem berechneten Gasmassenstrom msdk und dem gemessenen Gasstrom mshfm entsteht. Die Korrektur reagiert auf diese Differenz mit einer Verstellung der multiplikativen Korrekturgröße fkmsdk so lange, bis msdk gleich mshfm ist. Die Größe pvdk ist nach einer eingeschwungenen Anpassung mit dem tatsächlichen Druck vor der Drosselklappe identisch, wenn die anderen Einflußgrößen nicht toleranzbehaftet wären. Im Normalfall finden sich in den Anpassungsgrößen alle Toleranzen, die im HFM-Pfad und im Drosselventil-Pfad auftreten, so daß die Größe pvdk vom tatsächlichen Druck vor dem Drosselventil abweicht. Dennoch erfüllt die Anpassung ihren Zweck, die Drosselventil-gestützte Luftmassenstromberechnung an die Luftmassenstromberechnung, die auf den Heißfilm-Luft­ massensensor gestützt ist, anzupassen.
Die Größe pvdkds kann bei einem Saugmotor von einem Umgebungsdrucksensor abgeleitet werden und kann bei einem aufgeladenen Motor von einem Ladedrucksensor vor dem Drosselventil abgeleitet werden. Bei einem Saugmotor mit einem Heißfilm-Luftmassensensor und einem Drucksensor im Saugrohr kann über eine Höhenadaption der Druck pvdkds aus dem Saugrohrdruck gelernt werden. Wenn kein Drucksensor vorhanden ist, wird der Wert pvdkds zu 1 gesetzt und fkmsdk wird gleich pvdk gesetzt, und beim Saugmotor ist die Umgebungsdruckinformation in fkmsdk enthalten mit den Ungenauigkeiten der Toleranzen im Drosselventil und HFM-System.
Die Fig. 2 zeigt ein Strukturbild für die Bestimmung des Gasmassenstroms msdk über das Drosselventil entsprechend der Berechnungseinheit 115 aus der Fig. 1. Als Eingangssignal steht zunächst der Soll-Winkel wdkba einer Drosselklappe des Drosselventils zur Verfügung. Der Soll­ winkel wdkba ist vorzugsweise bezogen auf den Anschlag der Drosselklappe. Unter Verwendung einer an einem Luftprüfstand ermittelten Übertragungsfunktion MSNWDK 201 wird der Massenstrom msndk nach dem Drosselventil berechnet. Zu dem Massenstrom msndk wird die additive Korrekturgröße msndko addiert 202, die vorzugsweise die Leckluft über das Drosselventil bei Normbedingungen erfaßt. Der aus dieser Addition 202 entstandene Wert wird mit einem Ansaugluft-Temperaturkorrekturfaktor ftvdk zur Umrechnung des Norm-Luftmassenstroms auf einen Luftmassenstrom bei aktueller Temperatur multipliziert 203. Parallel dazu wird aus einem Druckwert pvdk vor der Drosselklappe des Drosselventils mittels Division 204 durch den Druck-Nennwert 1013 hPa ein Korrekturfaktor fpvdk zur Anpassung des Luftmassenstroms bei Normdruck vor dem Drosselventil auf aktuelle Bedingungen ermittelt. Der Wert pvdk setzt sich dabei multiplikativ aus einem über einen Drucksensor gemessenen Umgebungsdruck pvdkds und dem multiplikativen Korrekturfaktor fkmsdk zusammen, wie in der Fig. 1 dargestellt. Weiterhin wird parallel dazu durch Quotientenbildung 205 aus dem Saugrohrdruck ps und dem Druck vor der Drosselklappe des Drosselventils pvdk und einer anschließenden Übertragungsfunktion 206, die auch als Ausflußkennlinie bezeichnet wird und die einer Anpassung des bei überkritischer Strömungsgeschwindigkeit vermessenen Normdurchflusses des Drosselventils auf unterkritische Strömungsgeschwindigkeiten dient, ein Korrekturfaktor KLAF (ps/pvdk) ermittelt. Die beiden ermittelten Korrekturfaktoren fpvdk und KLAF (ps/pvdk) werden jeweils durch eine Multiplikation 207, 208 mit dem Massenstrom berücksichtigt. Zusammengefaßt berechnet sich der Luftmassenstrom msdk wie folgt:
msdk = msndk × ftvdk × fpvdk × KLAF (ps/pvdk).
Die Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Füllungssteuerung mittels Berechnung des Soll-Winkels der Drosselklappe des Drosselventils wdks aus dem Sollwert für den Luftmassenstrom mssol. Dabei wird der Sollwert für den Luftmassenstrom mssol zunächst entsprechend verschiedener Korrekturgrößen verändert. Die erfindungsgemäße Füllungssteuerung ist dabei in weiten Teilen invers zu der in der Fig. 1 dargestellten Füllungserfassung aufgebaut. Insbesondere werden bei der erfindungsgemäßen Füllungssteuerung die im Zuge der Füllungserfassung ermittelten Korrekturgrößen msndko und fkmsdk verwendet. Zunächst erfolgt, analog zu Fig. 1, eine Multiplikation 112 der Parameter Motordrehzahl nmot und KUMSRL. Der Sollwert mssol wird durch das entstehende Produkt dividiert, woraus sich eine Sollfüllung rlsol im Brennraum ergibt. Nach einer weiteren Division 302 durch einen Umrechnungsfaktor fupsrl "Saugrohrdruck in relative Füllung" und einer anschließenden Addition 303 mit einem Korrekturfaktor pirg, der den Partialdruck der internen Abgasrückführung berücksichtigt, erhält man den Soll-Druck pssol im Saugrohr. Dieser Wert pssol wird mittels einer Division 304 durch einen Druck pvdk vor der Drosselklappe des Drosselventils verändert und einer Übertragungsfunktion 305 übergeben, die auch als "Ausflußkennlinie" bezeichnet wird und die der Anpassung des bei überkritischer Strömungsgeschwindigkeit vermessenen Normdurchflusses des Drosselventils auf unterkritische Strömungsgeschwindigkeiten dient. Der Wert pvdk wird durch Multiplikation 306 aus dem von einem Drucksensor gemessenen Umgebungsdruck pvdkds und dem multiplikativen Korrekturfaktor fkmsdk berechnet, analog zu der Berechnung aus der Fig. 1. Der aus der Ausflußkennlinie 305 ermittelte Wert wird anschließend noch durch Multiplikation 307 mit einem Ansaugluft-Temperaturkorrekturfaktor ftvdk zur Umrechnung des Norm-Luftmassenstroms auf einen Luftmassenstrom bei aktueller Temperatur und anschließend durch eine Multiplikation 308 mit einem Korrekturfaktor fpvdk zur Anpassung des Luftmassenstroms bei Normdruck vor dem Drosselventil auf aktuelle Bedingungen an die momentan geltenden Temperatur- und Druckverhältnisse angepaßt. Der Korrekturfaktor fpvdk wird dabei durch Division 309 aus dem Druck pvdk vor der Drosselklappe des Drosselventils durch einen Nenndruck von 1013 hPa ermittelt. Der aus den vorstehend beschriebenen Berechnungen resultierende Wert wird zusammen mit dem Sollwert mssol für den Luftmassenstrom einer Divison 310 unterzogen. Von dem aus der Division 310 hervorgehenden Wert wird anschließend der additive Korrekturwert msndko, der die Leckluft über das Drosselventil bei Normbedingungen berücksichtigt, subtrahiert. Der somit erhaltene Wert msnwdks wird einer Übertragungsfunktion WDKMSN 311 übergeben, welche die invertierte Kennlinie der Übertragungsfunktion MSNWDK aus der Fig. 2 darstellt und somit aus dem korrigierten und angepaßten Sollwert für den Luftmassenstrom msnwdks einen Sollwinkel wdks der Drosselklappe des Drosselventils ergibt.
Die Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil. Aus der Stellung eines Gaspedals 401 wird der Sollwert mssol für den Luftmassenstrom bestimmt. Die Füllungssteuerung 402 ermittelt daraus wie in der Fig. 3 dargestellt einen Soll-Winkel wdks einer Drosselklappe 403. Der Ist-Winkel wdkba der Drosselklappe wird ermittelt und dient als Eingangsgröße für die Füllungserfassung 404. Die Füllungserfassung 404 ermittelt aus dem Wert wdkba, wie in der Fig. 1 dargestellt, den Massenstrom msdk über das Drosselventil. Ein in dem Saugrohr 400 nachgeschalteter Heißfilm-Luftmassensensor 405 ermittelt den Luftmassenstrom mshfm. Aus den Werten msdk und mshfm wird, wie in der Fig. 1 dargestellt, in einer Vergleicher- und Integratorstufe 406 ein additiver Korrekturwert msndko und ein multiplikativer Korrekturwert fkmsdk ermittelt. Die beiden Korrekturwerte werden sowohl an die Füllungssteuerung 402 als auch an die Füllungserfassung 404 ausgegeben und dienen dort als Eingangsgrößen. Vorteilhaft ist bei dieser erfinderischen Vorrichtung nicht nur, daß die Füllungssteuerung 402 ohne Nachkorrektur durch einen relativ langsamen Regler einen Drosselklappenwinkel einstellen kann, bei dem der Sollwert und der vom Heißfilm-Luft­ massensensor gemessene Wert übereinstimmt, sondern auch, daß bei einer Einspritzung mit Vorlagerung vor dem Einlaßventil, bei der der Luftmassenstrom zum Zeitpunkt, zu dem das Einlaßventil schließt, bekannt sein muß, der sich zu diesem späteren Zeitpunkt einstellende Drosselklappenwinkel leichter zu schätzen ist als ein zukünftiger Luftmassenstrom auf der Grundlage des Heißfilm-Luft­ massensensorsignals. Gestützt auf diesen zukünftigen Drosselklappenwinkel läßt sich der zukünftige Luftmassenstrom berechnen und damit vorteilhaft die aktuelle Einspritzdauer korrigieren, wobei diese Prädiktion aufgrund der Korrekturfaktoren die Genauigkeit des Heißfilm-Luftmassensensors aufweist.
Abkürzungen
B_ehfm Fehlersignal, Umschaltsignal
fkmsdk multiplikative Korrekturgröße
fpvdk Korrekturfaktor zur Anpassung des Luftmassenstroms bei Normdruck vor dem Drosselventil auf aktuelle Bedingungen = pvdk / 1013 hPa
ftvdk Ansaugluft-Temperaturkorrekturfaktor zur Umrechnung des Norm-Luftmassenstroms auf einen Luftmassenstrom bei aktueller Temperatur
fupsrl Umrechnungsfaktor Saugrohrdruck in relative Füllung
KLAF Ausflußkennlinie zur Anpassung des bei überkritischer Strömungsgeschwindigkeit vermessenen Normdurchflusses auf unterkritische Strömungsgeschwindigkeiten
KUMSPL Parameter zur Bestimmung der relativen Zylinderfüllung aus dem Luftmassenstrom und der Drehzahl des Motors, Zylinderhubvolumen
msdif Differenz zwischen berechnetem und gemessenem Gasmassenstrom = mshfm - msdk
msdk berechneter Luftmassenstrom über das Drosselventil
mshfm vom HFM gemessener Luftmassenstrom
msndk Massenstrom nach dem Drosselventil
msndko additive Korrekturgröße, Leckluft über das Drosselventil bei Normbedingungen
msndks Sollwert für Luftmassenstrom unter Normbedingungen
MSNWDK (wdkba) normierter Luftmassenstrom über das Drosselventil, vermessen an einem Luftprüfstand
msnwdks angepaßter Soll-Gasfluß über das Drosselventil
mssol Sollwert für Luftmassenstrom unter aktuellen Bedingungen
nmoot Motordrehzahl
pirg Korrektur des Saugrohrdrucks um die Abgasrückführung, Partialdruck der internen Abgasrückführung
ps Druck im Saugrohr
pssol Soll-Druck im Saugrohr
pvdk Druck vor einer Drosselklappe des Drosselventils = pvdkds × fkmsdk
pvdkds über Drucksensor gemessener Umgebungsdruck
rlroh in das Saugrohr einströmende Luftmasse, unkorrigierte relative Füllung eines Zylinders
rl aus dem Saugrohr abströmende Luftmasse, korrigierte relative Füllung eines Zylinders
wdkba Ist-Winkel eines Drosselklappe des Drosselventils, bezogen auf Anschlag
wdks Soll-Winkel einer Drosselklappe des Drosselventils, bezogen auf Anschlag = WDKMSN (msnwdk)
WDKMSN inverse Kennlinie zu MSNWDK

Claims (13)

1. Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors, mit den Schritten:
Berechnen eines Drossel-Soll-Stellwerts (wdks) aus einem Soll-Gasfluß (mssol),
Ansteuern des Drosselventils mit dem Drossel-Soll-Stell­ wert (wdks), und
Bestimmen eines Ist-Gasflusses (mshfm), gekennzeichnet durch die Schritte:
Berechnen eines Gasflusses über das Drosselventil (msdk) auf der Grundlage eines Drossel- Ist-Stellwerts (wdkba),
Ermitteln einer Differenz (msdif) zwischen dem berechneten Gasfluß über das Drosselventil (msdk) und dem Ist-Gasfluß (mshfm), und
Berücksichtigen der ermittelten Differenz (msdif) beim Berechnen des Drossel-Soll-Stellwerts (wdks).
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bestimmen von mindestens zwei Korrekturgrößen (msndko, fkmsdk) beim Berücksichtigen der Differenz (msdif)
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch additives Berücksichtigen von mindestens einer ersten Korrekturgröße (msndko), und multiplikatives Berücksichtigen von mindestens einer zweiten Korrekturgröße (fkmsdk).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Korrekturgröße (msndko) einen durch Leckluft über das Drosselventil verursachten Fehler korrigiert, und daß die zweite Korrekturgröße (fkmsdk) einen durch eine fehlerbehaftete Ermittlung eines Drucks vor dem Drosselventil verursachten Fehler korrigiert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Beendigung des Betriebes des Verbrennungsmotors mindestens eine der Korrekturgrößen (msndko, fkmsdk) gespeichert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Aufnahme des Betriebes des Verbrennungsmotors für mindestens eine der Korrekturgrößen (msndko, fkmsdk) ein vorbestimmter Wert als ein Startwert verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Gasfluß (mssol) auf der Grundlage mindestens einer Anforderung an das Drehmoment des Verbrennungsmotors ermittelt wird.
8. Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses über ein Drosselventil (403) in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors mit
einer Drosselventil-Steuerung (402) mit einem Eingangssignal für einen Soll-Gasfluß (mssol) und einem Ausgangssignal für eine Ventilstellung (wdks), und
einem Meßwertaufnehmer (404) zur Bestimmung eines Ist-Gas­ flusses (mshfm),
dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselventil-Steuerung Rechenmittel (403, 404) aufweist, die einen Gasfluß über das Drosselventil (msdk) auf der Grundlage des Drossel-Stellwerts (wdks, wdkba) berechnen (403), die weiterhin eine Differenz (msdif) zwischen dem berechneten Gasfluß über das Drosselventil (msdk) und dem Ist-Gasfluß (mshfm) ermitteln (404), wobei diese Differenz (msdif) bei der Berechnung des Ausgangssignals (wdks) berücksichtigt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenmittel (404) mindestens zwei Korrekturgrößen (msndko, fkmsdk) beim Ermitteln der Differenz (msdif) bestimmen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt.
11. Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10.
12. Datenträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenträger ein Steuerprogramm zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 beinhaltet.
13. Datenträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenträger Parameter beinhaltet, die zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erforderlich oder vorteilhaft sind.
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