DE60205732T2

DE60205732T2 - Verfahren zur berechnung der einer brennkraftmaschine zugeführten luftmasse und rechner für kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE60205732T2
Application number: DE60205732T
Authority: DE
Inventors: Christophe Cazali; Edouard Valanciennes
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: EP1377734B1; ES2243696T3; EP1377734A1; JP2004528504A; FR2821388B1; WO2002068806A1; DE60205732D1; FR2821388A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung der Luftmenge, welche in den Zylinder eines Verbrennungmotors eingelassen wird, der ein Kraftfahrzeug ausstattet, und einen Einspritzrechner, der das Verfahren umsetzt.
Im Stand der Technik hat man schon ein solches Berechnungsverfahren beschrieben, welches hauptsächlich auf einen Einspritzrechner für einen thermischen Motor angewendet wird, der dafür bestimmt ist, ein Kraftfahrzeug anzutreiben. Insbesondere wird man sich auf das Patent FR-A-2 709 151 beziehen, das im Namen der gleichen Anmelderin angemeldet ist.
In diesem Stand der Technik hat man angegeben, wie die für die Verbrennung notwendige Luftmenge am besten in einem Zylinder vorgesehen wird. Hierfür wurde definiert, dass die Einklass-Luftmenge ausgehend von der Messung des Drucks im Krümmer P_col im Zeitpunkt t über eine Vorhersage-Zeitdauer von Δt vorausgesagt werden muss, gemäß der Gleichung:
Bei dem im Patent FR-A-2 709 151 definierten Verfahren verwendet man zum Berechnen von
im Schritt i den dargestellten Wert von P_col in dem vorangegangenen Berechnungsschritt (i–1).
Daraus ergibt sich, dass, wenn bei starker Last (P_col ist nahe dem Wert des Drucks stromaufwärts) der Druck im Krümmer, welcher im Berechnungsschritt i–1 darge stellt ist, von demjenigen unterschiedlich ist, welcher das Modell für den Schritt i berechnen wird, das Modell somit schwanken wird, ja sogar abweichen wird.
In anderen Worten ist das Verfahren, welches in dem Patent FR-A-2 709 151 definiert ist, korrekt, wenn der thermische Motor in einer Drehzahl mit geringer Last betrieben wird, und es erfordert in Echtzeit mehr und mehr schwierige Korrekturmaßnahmen, wenn der thermische Motor in der Nähe von Volllast betrieben wird.
Um diesem Nachteil des Standes der Technik zu begegnen, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Berechnung der Luftmenge, welche in einen Zylinder des Verbrennungsmotors eingelassen wird, um die Menge an Kraftstoff zu bestimmen, welche in den Zylinder eingespritzt werden muss, wobei der Motor von der Art ist, welcher einen Einspritzrechner aufweist, der den Betrieb von Kraftstoffeinspritzdüsen ausgehend von Werten steuert, die durch einen Drucksensor geliefert werden, der in dem Einlasskrümmer angeordnet ist, der die Luft zu den verschiedenen Zylindern leitet, wobei die eingelassene Luftmenge ausgehend vom gemessenen Druck im Krümmer Pcoll berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es bei jeder Iteration besteht aus:

– Messen oder Schätzen von Parametern (alpha_pap, N, Tcoll, Pamont, PresMes), welche für den tatsächlichen Betrieb des Motors im Moment der Berechnung beschreibend sind, wobei gewisse Parameter eine Messverzögerung im Verhältnis zur gemessenen Größe einschließen; sodann
– Berechnen eines Verhaltensmodells des Krümmers, derart, dass der Luftdurchsatz am Einlassventil und der Luftdurchsatz bei der Motoransaugung im Moment der in Betracht gezogenen Berechnung gefunden wird; sodann
– daraus Ableiten einer Vorhersage des Drucks im Krümmer für den Moment des Schließens des Einlassventils,

Gemäß einem anderen Aspekt besteht das Verfahren der Erfindung darin, während dem Zyklus i die Voraussage von Werten des Luftdurchsatzes am Motor und am Ventil auf der Basis einer Zustandsvariablen zu realisieren, die repräsentativ ist für das Verhältnis des Drucks im Krümmer bezogen auf den Druck stromaufwärts des Krümmers, abgeleitet aus einem Betriebsmodell des Krümmers in der Form:
in welcher:
τ_i eine Funktion der Motordrehzahl N, der Geometrie des Krümmers und der Zylinder, des geometrischen Wirkungsgrades remp des Motors und der Rekursion der Berechnung der Einspritzung ist;
Ki eine Funktion der Motordrehzahl N, des volumetrischen Wirkungsgrades remp und der Geometrie des Motors, der Temperatur des Krümmers und des Abschnitts des Ventils ist, und
f_bsv eine Funktion ist, die durch einen Funktionserzeuger vordefiniert ist, um den Durchsatzkoeffizienten im Ventil zu definieren.
Gemäß einem anderen Aspekt besteht das Verfahren der Erfindung darin, die Funktion f_bsv zu verwenden, um den Durchsatzkoeffizienten am Ventil zu definieren, welcher graphisch in Abhängigkeit von der Zustandsvariablen Xi dargestellt ist: durch einen ersten horizontalen Abschnitt für die geringen Werte von Xi, durch einen dritten Abschnitt, im Wesentlichen vertikal zu den stärkeren Werten von Xi und durch einen zweiten, monoton abnehmenden Abschnitt zu den Zwischenwerten von Xi.
Gemäß einem anderen Aspekt besteht das Verfahren der Erfindung darin, den Wert der Zustandsvariablen zu verwenden, welche im vorherigen Zyklus bestimmt ist, um eine gleichgerichtete Funktion f_red zu erzeugen, welche den Durchsatzkoeffizienten am Ventil auf angenäherte Art und Weise definiert, unter Bestimmen der Steigung (Steigung) und der Ordinate im Ursprung (Y0) eines Abschnitts einer Geraden, welche die Kurve annähert, welche repräsentativ für die reelle Funktion f_bsv derart ist, dass man den Wert der Zustandsvariablen Xi mit Hilfe der Gleichung feststellen kann:
Gemäß einem anderen Aspekt besteht das Verfahren gemäß der Erfindung darin, für die reelle Funktion f_bsv den wahren Wert der Zustandsvariablen (Xi vrai) zu suchen, welcher dem Wert Xi entspricht, welcher durch die gleichgerichtete Funktion f_red berechnet ist, gemäß der Beziehung, die den Punkt (X_i, f_red(X_i)) mit dem Punkt (X_i,vrai f_bsv(X_i,vrai)) Verbindet.
Gemäß einem anderen Aspekt wird durch das Verfahren der Erfindung der Krümmer durch die Parameter modellisiert bzw. dargestellt, welche für den Betrieb des Motors jeweils beschreibend sind:

– Öffnungswinkel des Einlassventils alpha_pap, der mittels eines Winkelsensors des Ventils gemessen wird;
– die Motordrehzahl N oder Drehgeschwindigkeit des Motors, die durch einen Geschwindigkeitssensor oder Motordrehzahlsensor gemessen wird;
– die Lufttemperatur im Krümmer Tcoll, die mittels eines Temperatursensors gemessen wird, der an dem Luft-Krümmer angeordnet ist;
– den Luftdruck stromaufwärts vom Ventil Pamont, der durch einen Drucksensor gemessen wird oder geschätzt wird;
– den am Krümmer durch einen Drucksensor gemessenen Druck (Pres Mes).

Gemäß einem anderen Aspekt weist das Verfahren der Erfindung auch einen Schritt einer Voraussage der Luftmenge auf, die aus der Voraussage des Drucks im Krümmer abgeleitet wird.
Die Erfindung betrifft auch einen Einspritzrechner, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er das Verfahren gemäß der Erfindung umsetzt.
Gemäß einem anderen Aspekt umfasst der Einspritzrechner:

– ein Modul, welches ein Krümmermodell implementiert, das eine Zustandsvariable (Xi) erzeugt, die repräsentativ ist für das Verhältnis vom modellisierten Druck im Krümmer zu dem Druck stromaufwärts, der im Moment der Berechnung gemessen wird,
– ein Korrekturmodul der Zustandsvariablen (Xi), welche Korrektur aus einer Beziehung zwischen der gleichgerichteten Funktion (f_red) und der reellen Funktion (f_bsv) des Durchsatzkoeffizienten am Einlassventil abgeleitet wird;
– ein Berechnungsmodul der Luftdurchsätze am Einlass (Dpap) und am Motor (Dmot);
– ein Voraussagemodul des Wertes (Pres pred) des Drucks am Krümmer im Moment des Schließens des Einlassventils des in Betracht gezogenen Zylinders.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der detaillierten, nachfolgenden Beschreibung offenbar, für deren Verständnis man sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, in welchen:
1 eine Graphik ist, welche das Prinzip erläutert, auf welchem die Erfindung begründet ist;
2 ein Blockschema einer Vorrichtung ist, welche das Verfahren der Erfindung umsetzt;
3 eine Graphik ist, welche eine Verbesserung erläutert, die durch das Verfahren der Erfindung erbracht wird.
In 1 hat man eine Graphik dargestellt, welche das Prinzip erläutert, auf welchem die Erfindung beruht. Man wird sich auf die Beschreibung des Patents FR 2 709 151 beziehen, welches im Namen der gleichen Anmelderin erteilt wurde, für jede zusätzliche Erläuterung über diesen Stand der Technik Bei der Einspritztechnik von Kraftstoff, die zum Steuern der Explosionsmotoren benutzt wird, betrachtet man den Betrieb eines Zylinders und seiner Ventile. Die Schätzung des Luftdrucks im Moment des Schließens des oder der Einlassventile des Zylinders unter Steuerung erlaubt es, den Wert der in den Zylinder eingeleiteten Luftmenge zu erkennen und daraus die einzuspritzende Benzinmenge für eine optimierte Verbrennung abzuleiten. Jedoch muss bei indirekter Einspritzung aufgrund der Physik der Verdampfung diese Benzinmenge vor dem Öffnen des Einlassventils eingebracht werden, und bei jeder Art von Einspritzung kennt man die letzte Messung des Drucks im Krümmer nur mit einer beträchtlichen Verzögerung, was es nicht erlaubt, sich mit der Messung zu begnügen.
In 1 hat man die Entwicklung zwischen zwei Zeitpunkten t1 und t3 des Drucks im Krümmer P_coll dargestellt. Im Zeitpunkt t1 hat man mit Hilfe eines passenden Mittels, wie einem Drucksensor, der an dem Einlasskrümmer angeordnet ist, die Messung des Krümmerdrucks P_coll(t1) ausgeführt.
Im Zeitpunkt t2, welches der Zeitpunkt der Berechnung der Einspritzung ist, realisiert man eine Schätzung der augenblicklichen Veränderung des Drucks im Krümmer dank einem physischen Modell des Krümmers, welches es erlaubt, im Zeitpunkt t3 eines Schließens des Einlasses den Druck im Krümmer mit einem Zeitabstand Δt = t3 – t1 durch die Gleichung vorherzusagen:
Pcollpred = Pcol(t3) = Pcol(t1) + ΔPcollwelche einer Voraussage von P_coll ausgehend von einer vorherigen Messung von P_coll entspricht.
Unter Bezugnahme auf die Graphik der 1 stellt man fest, dass der Druck Pcoll pred, welcher der Summe von gemessenen Werten im Zeitpunkt t1 P_coll des Drucks im Krümmer mit einem Inkrement oder einem Dekrement ΔP_coll entspricht, nicht einem Punkt der reellen Kurve der augenblicklichen Entwicklung des Drucks im Krümmer entsprechen kann.
In 2 hat man ein Blockschema dargestellt, welches die verschiednen Komponenten eines Einspritzrechners darstellt, die das Verfahren der Erfindung umsetzen. In dem Verfahren der Erfindung wird die Voraussage des Werts des Drucks im Krümmer Pres pred in dem Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils realisiert, um die nachfolgende Einspritzung ausgehend von den gemessenen, im Moment der Berechnung verfügbaren Daten vorzubereiten. Diese Parameter (alpha_pap, N, Tcoll, Pamont, PresMes) sind beschreibend für den reellen Betrieb des Motors im Moment der Berechnung, und es sind:

– der Öffnungswinkel des Einlassventils alpha pap, welcher mittels einem Winkelsensor 1 des Ventils gemessen wird;
– die Motordrehzahl N oder Drehgeschwindigkeit des Motors, welche durch einen Geschwindigkeitssensor 2 oder Motordrehzahlsensor gemessen wird;
– die Lufttemperatur im Krümmer Tcoll, die mittels einem Temperatursensor 3 gemessen wird, der an dem Luft-Krümmer angeordnet ist;
– der Luftdruck stromaufwärts vom Ventil Pamont, der durch einen Drucksensor 5 gemessen wird oder auf Basis eines anderen Modells des Luftdrucks stromaufwärts geschätzt wird;
– der im Krümmer gemessene Druck, hier bezeichnet als PresMes, durch einen Drucksensor 6. Diese Messung ist, da sie eine nicht vernachlässigbare Erfassungszeitkonstante aufweist, repräsentativ für den Betrieb des Motors eine gewisse Zeit zuvor.

Die vier ersten Daten werden einem Modul 7 geliefert, welches aus einem Rechner gebildet ist, in welchem das physische Modell des Krümmers programmiert ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung definiert ist, und welches an den gesteuerten Motor angepasst ist. Das Krürmmermodell, welches in der Erfindung verwendet wird, basiert auf dem Prinzip eines Volumens, das repräsentativ für den Krümmer ist, welcher mit einem Luftdurchsatz gefüllt wird, der von stromaufwärts mit einem Durchsatz im Ventil Dpap eintritt, und welcher über einen Luftdurchsatz entleert wird, der stromabwärts mit einem Durchsatz zu den Zylindern Dmot austritt.
In einer Ausführungsform umfasst das Modul 7 ein Mittel zum Erzeugen einer Funktion, die repräsentativ für den Luftdurchsatz im Ventil Dpap ist, definiert durch:
eine Funktion, welche im Wesentlichen für das betrachtete Modell von P_coll abhängt, und in welcher g eine Funktion ist, die das lufttechnische Verhalten des Ventils darstellt, und f_bsv eine Funktion ist, die in dem Modul 7 durch einen Funktionserzeuger definiert ist, welche gemäß der Kurve definiert ist, die in 3 dar gestellt ist, welche später erläutert werden wird. Die Funktion g hängt von den Parametern S_pap, welcher den Querschnitt des Ventils angibt, P_amont und T_amont ab, welche jeweils den Druck und die Temperatur stromaufwärts des Ventils darstellen. Diese Daten werden jeweils in dem Modul 7 gespeichert oder von einem der Erfassungsmodule der Eingangsparameter 1 bis 5 empfangen.
Auf allgemeine Art und Weise, wie man dies in 3 sieht, hängt die Funktion f_bsv zum Definieren des Durchsatzkoeffizienten des Einlassventils von der Zustandsvariablen X_i ab, welche repräsentativ ist für das Verhältnis Pcol/Pamont des Drucks im Krümmer bezogen auf den Druck stromaufwärts. Die graphische Darstellung der Gleichrichtungsfunktion f_bsv weist einen ersten, horizontalen Abschnitt für die geringen Werte von X_i, einen dritten, im Wesentlichen vertikalen Abschnitt bei stärkeren Werten von X_i und einen zweiten, monoton abnehmenden Abschnitt bei Zwischenwerten von X_i auf.
In einer Ausführungsform umfasst das Modul 7 ein Mittel zum Erzeugen einer Funktion, die repräsentativ für den Luftdurchsatz im Zylinder des Motors Dmot ist, definiert durch: Dmot = h(N, Tcoll, remp) × (Pcol – P0) (3)eine Funktion, welche im Wesentlichen für das betrachtete Modell von P_coll abhängt und in welcher h eine Funktion ist, welche das lufttechnische Verhalten des Zylinders am Einlass darstellt, welche durch einen Funktionserzeuger h (nicht dargestellt) erzeugt wird und welche am Eingang die Parameter N, T_coll der Module der Erfassung der Eingangsparameter 2 und 3 empfängt und bei welcher PO der minimale Druck im Krümmer ist, welcher einen Luftdurchsatz zum betrachteten Zylinder des Motors sicherstellt. Die Funktion h hängt ebenso vom charakteristischen Koeffizienten remp des volumetrischen Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors ab, auf welchem der Einspritzrechner arbeitet.
Das Modell des Krümmers wird in dem Modul 7 durch eine Differentialgleichung implementiert, die aus dem Modell entnommen wird, und die genannten Funktionen f g und h, und welche für den betrachteten Zylinder während dem Zyklus Nummer i im Laufe der Voraussage definiert wird durch:
eine Gleichung, in welcher:
Xi das Verhältnis des Drucks im dargestellten Krümmer, im Zyklus Nummer i, zum gemessenen oder geschätzten Druck stromaufwärts ist;
τ_i eine Funktion der Motordrehzahl N, der Geometrie des Krümmers und der Zylinder, der Durchlässigkeit remp des Motors und der Rekursion der Einspritzberechnung ist;
Ki eine Funktion der Motordrehzahl N, der Durchlässigkeit remp und der Geometrie des Motors, der Krümmertemperatur und des Querschnitts des Ventils ist.
Aufgrund der besonderen Form der Funktion f_bsv ermöglicht es diese Beziehung nicht, Xi in Abhängigkeit von Xi–1 auf analytische Art und Weise in Echtzeit herauszuziehen, da man diese Funktion nicht invertieren kann.
Um dieses Problem zu lösen, ersetzt man gemäß dem Verfahren der Erfindung die Funktion f_bsv durch eine Funktion f_red, welche sich der Funktion f_bsv durch eine Aufeinanderfolge von vordefinierten, geraden Segmenten annähert. Bei diesem Schritt des Verfahrens realisiert man somit eine Linearisierung durch Stücke der Funktion f_bsv. Jedes Segment der Funktion f_red, welche in 3 dargestellt ist, hat als Gleichung: fred(Xi) = pente × Xi + Y0 (5), in welcher „pente" die Steigung des Segments von f_red ist, welche dank dem Punkt der Abszisse (Xi–1) identifiziert ist, der während der vorangegangenen Voraussage erhalten wird, und Y0 die Ordinate im Ursprung der Geraden ist, welche dieses Segment trägt. Diese Werte können in einem Erzeugermittel (nicht gezeigt) der gleichgerichteten Funktion f_red tabelliert werden. Es ist somit möglich, das Modell in Xi in der Form aufzulösen:
in welcher pente und Y0 die Charakteristiken der gleichgerichteten Funktion f_red sind, welche in der Annäherung der Erfindung die Funktion f_bsv ersetzt.
Aus diesem Grund erzeugt in einer Ausführungsform das Modul 7 der Modellierung des Krümmers eine Zustandsvariable Xi während dem Moment der Voraussage t2 aus 1, welcher zum Modul 8 der Rechnermittel des im Krümmer vorausgesagten Drucks im Zeitpunkt t3 übertragen wird.
Das Modul 8 umfasst ein Korrekturmittel, welches es erlaubt, die Zustandsvariable Xi zu korrigieren, wenn der Abszissenpunkt X_i sich sehr nahe am Maximalwert von X = 1.0 befindet (siehe 3). Tatsächlich entfernt sich die gleichgerichtete Funktion f_red deutlich von der reellen Funktion f_bsv in der Nähe der theoretisch maximalen Abszisse (X = 1) in einer Weise, um zu verhindern, das Model auf ein oder mehrere quasi vertikale Segmente einschließen zu lassen. Das letzte Segment von f_red weist somit eine nicht-unendliche Steigung auf. Die Abriegelung des Modells auf dieses letzte Segment führt somit zu ungenauen Werten von Xi und f_red(Xi), die man korrigieren muss.
Bei dem Verfahren der Erfindung wählt man während dem Schritt (E1) das betroffene Segment der gleichgerichteten Funktion f_red (und somit die Werte „pente" und Y0 der gleichgerichteten Funktion f_red) ausgehend vom Wert der Variablen X_i-1.
Sodann erzeugt während einem Schritt (E2) das Modul 7, welches das oben beschriebene Modell des Krümmers ausführt, einen Wert X_i ausgehend vom Wert X_i-1, der zuvor erhalten wurde, und welcher dem Punkt M_i auf der repräsentativen Geraden f_red der gleichgerichteten Funktion entspricht. Sodann erhält man außerhalb der Schlaufe des Modells des Krümmers (Modul 7) den Punkt Mi', welcher auf der repräsentativen Kurve f_bsv der reellen Funktion entspricht, welche die vorangegangene Gerade annähert. Hierfür erlaubt das Korrekturmodul 8 (2) es, während einem Schritt (E3) (3), die wahren Werte der Zustandsvariablen X_i und des Werts der reellen Funktion f_bsv(Xi) zu erzeugen, unter Verwenden einer tabellierten Funktion, welche den Punkt [X_i, f_red(X_i)] auf der Kurve mit dem entsprechenden Punkt [X_i,vrai, f_bsv(X_i,vrai)] auf der echten Kurve f_bsv verbindet.
Diese richtigen Werte X_i,vrai und f_bsv(X_i,vrai) werden dann an ein Berechnungsmodul 9 des Luftdurchsatzes am Motor Dmot und am Ventil Dpap übertragen, welches jeweils einen Funktionserzeuger Dmot und einen Funktionserzeuger Dpap aufweist, welche die vor-aufgezeichneten Funktionen g und h, die oben beschrieben sind, ausführen. Die zwei Erzeuger empfangen am Eingang die berechneten, richtigen Werte X_i und f_bsv(X_i,vrai) sowie den Wert Pamont des Drucks stromaufwärts vom Ventil, der durch den Sensor 5 gemessen ist oder geschätzt ist, wobei dieser Wert derjenige ist, der im Moment t2 der Voraussage des Drucks im Krümmer verfügbar ist.
Die Voraussagewerte Dmot und Dpap des Luftdurchsatzes am Motor und des Luftdurchsatzes am Ventil, die durch das Berechnungsmodul 9 erzeugt sind, werden dann an den Eingang eines letzten Berechnungsmoduls 10 des vorausgesagten Werts des Drucks im Krümmer übertragen, welcher eine Funktion GP (Dmot, Dpap, PresMes) durch einen Funktionserzeuger ausführen wird. Der Wert Pres-Mes entspricht dem letzten gemessenen Wert, der vom Druck im Krümmer ver fügbar ist, welche Messung im Zeitpunkt t2 der Graphik aus 1 ausgeführt wird und entsprechend einem Wert im Zeitpunkt t1.
In einer Ausführungsform wird die Funktion GP in der Form GP = PresMes + gp (Dmot, Dpap) geschrieben, wobei die Funktion gp( ) eine vorbestimmte Funktion von Voraussagewerten Dmot und Dpap des Luftdurchsatzes im Motor und des Luftdurchsatzes im Ventil ist, die durch das Berechnungsmodul 9 erzeugt werden. In einer Ausführungsform wird die Funktion gp( ) ausgedrückt durch:
in welcher r ein Multiplikator-Koeffizient ist, T_col und V_col die Temperatur- und Volumenbedingungen im Krümmer sind und Δt die Integrationszeit oder Modellierungszeit ist.
Der Ausgangswert des Berechnungsmoduls 10 stellt die Voraussage des Werts des Drucks im Krümmer im Zeitpunkt t3 (1) derart dar, dass dieser Wert, welcher zum Rest (nicht dargestellt) des Einspritzrechners übertragen wird, die verbesserte Berechnung der Einspritz-Luftmenge für jeden Zylinder des Motors erlaubt.
Die Erfindung erlaubt es, eine bessere Dynamik auf den Modellen des Standes der Technik sicherzustellen, insbesondere weil kein Kompromiss mit der Stabilität des Modells gemacht werden muss, welches durch die lineare Eigenschaft der gleichgerichteten Funktion f_red erhalten wird.
Die Erfindung ermöglicht es, eine erleichterte Umsetzung des Einspritzrechners dank der Stabilität des Modells zu realisieren, wie auch immer die Last ist (Druck im Krümmer).
Die Erfindung ermöglicht es, bei den Lösungen des Standes der Technik die Phasenverschiebung des Modells des Krümmers zur gemessenen, physikalischen Realität zu reduzieren, was ein verbessertes Zutreffen der Voraussage des Drucks im Krümmer zum Zeitpunkt t3 sicherstellt.
Schließlich wird die Präzision der Voraussage des Drucks und somit der Einspritzung bei starken Lasten verbessert. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von Regelungsparametern, welche physikalischen Größen des Verbrennungsmotors entsprechen, die messbar oder berechenbar sind, und gemeinsam mit anderen Berechnungen, welche durch den Einspritzrechner ausgeführt werden, wohingegen in den Einspritzrechnern des Standes der Technik spezifische und nichtphysikalische Parameter eines Optimierungswerkzeuges die Stabilitätsbeschränkungen von alten Lösungen berücksichtigten.

Claims

Verfahren zur Berechnung der in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors eingelassenen Luftmenge, um die Kraftstoffmenge, welche in den Zylinder eingespritzt werden muss, zu bestimmen, wobei der Motor von der Art ist, welcher einen Einspritzrechner aufweist, der den Betrieb der Kraftstoff Einspritzdüsen ausgehend von Werten steuert, die durch einen Drucksensor geliefert werden, der in dem Einlasskrümmer, der die Luft zu den verschiedenen Zylindern leitet, angeordnet ist, wobei die eingelassene Luftmenge ausgehend vom Druck des Krümmers P_coll berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es bei jeder Iteration besteht aus: – Messen oder Schätzen von Parametern (alpha pap, N, Tcoll, Pamont, PresMes), welche beschreibend für die reelle Funktionsweise des Motors im Zeitpunkt der Berechnung sind; sodann – Berechnen eines Verhaltensmodells des Krümmers derart, dass der Luftdurchsatz im Einlassventil (Dpap) und der Luftdurchsatz bei der Ansaugung des Motors (Dmot) im Moment der Berechnung gefunden wird; sodann – daraus Ableiten einer Voraussage (Pres Pred) des Drucks im Krümmer für den Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils, derart, dass die voraussagende Berechnung der in den Zylinder eingelassenen Luftmenge im Zeitpunkt des Schließens (t3) des zum Zylinder gehörenden Einlassventils möglich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es besteht aus: Realisieren der Voraussage von Werten des Luftdurchsatzes am Motor (Dmot) und am Ventil (Dpap) während dem Zyklus i auf Basis einer Zustandsvariablen (Xi), die repräsentativ ist für das Verhältnis vom Druck im Krümmer (Pcoll) bezogen auf den Druck stromaufwärts des Krümmers (Pamont), abgeleitet von einem Betriebsmodell des Krümmers von der Form:
in welcher: τ_i eine Funktion der Motordrehzahl N, der Geometrie des Krümmers und der Zylinder, des volumetrischen Wirkungsgrads remp des Motors und der Rekursion der Einspritzberechnung ist; Ki eine Funktion der Motordrehzahl N, des volumetrischen Wirkungsgrads remp und der Geometrie des Motors, der Temperatur des Krümmers und des Ventilquerschnitts ist, und f_bsv eine Funktion ist, welche durch einen Funktionserzeuger vordefiniert ist, um den Koeffizienten des Luftdurchsatzes am Ventil zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, dass die Funktion f_bsv zum Definieren des Koeffizienten des Luftdurchsatzes am Ventil verwendet wird, die graphisch in Abhängigkeit der Zustandsvariablen X_i dargestellt ist: durch einen ersten horizontalen Abschnitt für schwache Werte von X_i durch einen dritten, im Wesentlichen vertikalen Abschnitt bei stärkeren Werten X_i und durch einen zweiten, monoton fallenden Abschnitt bei Zwischenwerten von X_i.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es besteht im Verwenden des Werts der Zustandsvariable (X_i-1), der im vorherigen Zyk lus bestimmt wird, zum Erzeugen einer gleichgerichteten Funktion f_red, welche den Durchsatzkoeffizienten am Einlassventil auf angenäherte Art und Weise definiert, unter Festlegen der Steigung (pente) und der Ordinate im Ursprung (Y0) eines Segments einer Geraden, welches sich der Kurve annähert, die repräsentativ für die reelle Funktion f_bsv derart ist, dass man den Wert der Zustandsvariablen (Xi) mit Hilfe der Beziehung bestimmen kann:
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, für die reelle Funktion f_bsv den richtigen Wert der Zustandsvariablen (X_i,vrai) zu suchen, welcher dem Wert Xi entspricht, der durch die gleichgerichtete Funktion f_red berechnet wird, gemäß der Beziehung, die den Punkt (X_i, f_red(X_i)) mit dem Punkt (X_i,vrai, f_bsv(X_i,vrai)) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell des Krümmers durch die den Betrieb des Motors jeweils beschreibenden Parameter beladen ist: – der Öffnungswinkel des Einlassventils alpha_pap, welcher mittels einem Winkelsensor (1) des Ventils gemessen ist; – die Motordrehzahl N oder Drehgeschwindigkeit des Motors, die durch einen Geschwindigkeitssensor (2) oder Motordrehzahlsensor gemessen ist; – die Lufttemperatur am Krümmer (Tcoll), die mittels eines Temperatursensors (3) gemessen ist, der an dem Luftkrümmer angeordnet ist; – der Luftdruck stromaufwärts vom Ventil Pamont, der durch einen Drucksensor (5) gemessen ist oder geschätzt ist; – der Druck, welcher im Krümmer gemessen ist (Pres Mes) durch einen Drucksensor (6).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ebenso einen Schritt einer Voraussage der Luftmenge umfasst, die aus der Voraussage des Drucks im Krümmer abgeleitet wird.
Einspritzrechner, welcher das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 umsetzt, zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors, welcher mindestens einen Zylinder und eine Kraftstoffeinspritzdüse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: – ein Modul (7), welches ein Modell des Krümmers zum in Betracht gezogenen Zylinder implementiert, welches eine Zustandsvariable (Xi) erzeugt, die repräsentativ für das Verhältnis des dargestellten Krümmerdrucks Pcol zum Druck stromaufwärts im Moment der Berechnung ist, – ein Korrekturmodul (8) der Zustandsvariablen (Xi), welche Korrektur aus einer Beziehung zwischen der gleichgerichteten Funktion (f_red) und der reellen Funktion (f_bsv) des Koeffizienten des Luftdurchsatzes am Einlassventil abgeleitet wird; – ein Berechnungsmodul (9) des Luftdurchsatzes am Einlass (Dpap) und am Krümmer (Dmot) für den in Betracht gezogenen Zylinder; – ein Voraussagemodul (10) des Werts (Pres pred) des Drucks im Krümmer im Moment des Schließens des Einlassventils des in Betracht gezogenen Zylinders.