WO2008110422A1 - Method for determining and adjusting the air mass flow in an intake manifold of an internal combustion engine and associated control unit - Google Patents

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

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WO2008110422A1
WO2008110422A1 PCT/EP2008/051710 EP2008051710W WO2008110422A1 WO 2008110422 A1 WO2008110422 A1 WO 2008110422A1 EP 2008051710 W EP2008051710 W EP 2008051710W WO 2008110422 A1 WO2008110422 A1 WO 2008110422A1
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mass flow
air mass
air
intake manifold
ami
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PCT/EP2008/051710
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Johannes Beer
Rainer Hannbeck Von Hanwehr
Markus Teiner
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated

Definitions

  • the currently flowing in the intake manifold air mass flow is calculated in the engine control of the respective internal combustion engine by means of a Heilmassenstrommodells and determined model air mass flow via appropriate sensors in or on the intake manifold - such as with the aid of a H explicatfiluuftmassenmessers or Saugrohrbuchsen- sensor - with the reality, that is in particular with a measured by measurement in the air intake upstream of the intake manifold at a predetermined distance or distance to the throttle device, in particular throttle, detected air mass value or a corresponding thereto Heilansaug Cosmetic parameter.
  • the stored in the engine control of the respective internal combustion engine air mass flow model usually calculates the air mass flow through the throttle device, in particular throttle, the air intake tract.
  • the air intake tract between mass air flow sensor and throttle has a relatively large volume.
  • the mass flow at the air mass sensor with the mass flow through the throttle valve is substantially identical.
  • the air mass flow model of the throttle valve can be directly compared with the measured mass flow of the air mass meter.
  • the invention is based on the object to show a way, as in the dynamic case, an improved balance of the air mass flow model is possible. This object is achieved by the following process according to the invention:
  • a model air mass flow through the throttle device of the intake manifold is modeled in a control unit via an air mass flow model, the mass air flow of fresh air entering the air intake tract is measured by means of a sensor at a measuring position at a distance in front of the throttle device, the air mass flow measured there in the air intake tract upstream of the intake manifold is transformed via an intermediate model in a fictitious measured at the location of the throttle device air mass flow, and this converted air mass flow is compared with the model air mass flow through the throttle device.
  • the invention also relates to a control unit having at least one evaluation / arithmetic unit for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine, wherein the evaluation / arithmetic unit uses a control circuit for an air mass flow model for modeling a model air mass flow in the intake manifold, - wherein for the Fuhrungsgroße this loop one
  • Intermodal pilot control which converts the air mass flow measured in the entry region of the air intake tract in front of the intake manifold into an air mass flow fictitiously measured at the location of the throttle device of the intake manifold,
  • control deviation determination unit is provided at the input of the control loop, which forms a control deviation from the difference or the ratio between the converted, notionally measured air mass flow and the model air mass flow, and
  • an adaptation unit is provided in the control loop as a controller, which is supplied to this control deviation as an input signal.
  • FIG. 1 in a schematic representation of an exemplary
  • Air intake tract of an internal combustion engine in particular a gasoline engine, for which the air mass flow is determined and regulated according to an advantageous embodiment variant of the method according to the invention
  • 2 shows a schematic representation of an advantageous control system for an air mass flow model in the evaluation / arithmetic unit of the engine control unit of the internal combustion engine of Figure 1, wherein the control loop of this control system is acted upon by a pilot control, the determination of a determination of the air mass flow in the intake manifold according to an embodiment of the erfindungestein Procedure allows, and
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary air intake tract IS of an internal combustion engine COE, in particular a gasoline engine.
  • the internal combustion engine COE is for the sake of clarity only indicated by one of its cylinders CY.
  • the air intake tract IS has a suction tube IM behind its throttle valve TH as the downstream end section close to the engine.
  • the tubular section of the air intake tract IS between the throttle valve TH and the finger-shaped intake manifold of each cylinder CY is understood as the intake manifold IM.
  • another throttle device may be provided with which the air supply in the intake manifold IM can be variably regulated as a function of load application and / or rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the throttle direction can be replaced in particular by a so-called impulse charger.
  • the combustion process of a fuel / air mixture introduced into the respective cylinder of the internal combustion engine and the emission composition of the exhaust gas flow EG in the exhaust gas tract ES of the internal combustion engine COE are controlled and adjusted by means of an engine control unit ECU.
  • a predeterminable amount of fuel can be metered or allocated via the intake manifold IM by channel injection and / or by direct injection to the combustion chamber of the respective cylinder. It serves in the
  • Intake manifold IM of the air intake tract IS respectively provided air mass flow for adjusting the combustion behavior of the introduced into the respective cylinder CY of the internal combustion engine COE amount of fuel and the Emissionszusammenset- tion of the exhaust stream EG, which is ejected from the respective cylinder in the exhaust tract ES after the respective combustion process. For this reason, the most accurate knowledge of the air mass flow is desired, which is provided in the intake manifold IM at a given time for filling the respective cylinder.
  • the throttle valve TH is used in the entrance area of the tubular intake manifold IM.
  • the position of the throttle valve TH is preferably regulated by means of an electric actuator AC via a control line L6 by the engine control unit ECU in accordance with a desired torque or load requirement.
  • the engine control unit ECU can optionally control at least one cylinder inlet device for filling the combustion chamber of the respective cylinder CY with air and / or at least one cylinder inlet device for metering fuel into the combustion chamber of this cylinder via a control line not shown in FIG.
  • the engine control unit ECU may possibly also control a cylinder outlet device for emptying the combustion chamber of this cylinder via a control line.
  • the intake manifold IM is assigned an injector IN for port injection of a fuel quantity suitable for the respective torque request in order to prepare a cylinder filling with fuel.
  • the intake valve IV of the respective cylinder CY is turned on during its intake stroke, e.g. Opened via a camshaft, the premixed air / fuel mixture from the intake manifold IM flows through the open intake valve IV into the respective cylinder CY of the internal combustion engine COE, which is in the intake stroke.
  • these camshaft and associated control lines for any camshaft phasing have been omitted by the engine control unit of the drawing simplicity.
  • a fresh air stream is drawn in via an air filter AF.
  • the throttle valve TH serves to throttle or regulation. Possibly. It may be appropriate, downstream of the throttle valve TH to provide a compressor.
  • This is additionally drawn here in the present exemplary embodiment and designated CH. It can be designed in particular as a turbocharger or compressor. With the help of the compressor CH, it is possible to compress or compress the incoming fresh air. It may be advantageous to the Compressor CH in air intake section IS downstream of a CAC intercooler unit.
  • the control of the compressor CH by the engine control unit ECU is indicated in FIG. 1 by an action arrow L2 and the activation of the charge air cooling unit CAC by the engine control unit ECU by an action arrow L3.
  • an air mass flow model MO based on the so-called St. Venant equation has hitherto been used. It describes the flow of a gas through a throttle point of a pipe.
  • the throttle valve TH forms this throttle point. It may possibly be replaced in its function by at least one other, equally effective throttle element.
  • This air mass flow model MO is stored or implemented in the evaluation / computation unit PU of the engine control unit ECU. It acts as a kind of controlled system in a control system CL for determining and adjusting a desired air mass flow in the intake manifold IM.
  • the overall control system CL for the air mass flow model MO is shown schematically in FIG.
  • the air mass flow model MO as the input parameter IP in particular the gas temperature T3 of the fresh air flow in the throttle valve TH, the Adiabatenexponent K of the incoming fresh air, the pressure P a in the intake manifold IM after the throttle TH, and the pressure P b in the air intake tract IS before the throttle TH fed.
  • a pressure sensor PS b is preferably provided there, which supplies corresponding pressure measurement signals SP b to the engine control unit ECU via a measuring line L41.
  • a pressure sensor PS a is provided downstream of the throttle valve TH, in the intake manifold IM which transmits pressure-measuring signals SP a via the pressure P a to the throttle valve TH via a measuring line L42 to the engine control unit ECU.
  • the temperature ST3 in the region of the throttle valve TH is preferably measured with the aid of a temperature sensor TS mounted there and correspondingly corrected.
  • ponding temperature measuring signals TS3 sent via a measuring line L5 to the engine control unit ECU for processing in the air mass model MO.
  • the mass flow model MO then calculates according to the equation of St.Venant the model air mass flow AMF, which flows through the throttle valve TH in the intake manifold IM to
  • AMF A red -P b - ⁇ -C x
  • Ci is a temperature-dependent constant
  • ⁇ is a Psi function, where the following applies to the temperature-dependent constant Ci:
  • T 3 is the temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve TH of the intake manifold IM
  • Rg is the general gas constant of the fresh air AMI flowing into the air intake tract IS
  • K is the adiabatic exponent of the air mass in the intake manifold IM.
  • ⁇ function is defined as follows: Itnisse
  • P a is the pressure of the air mass flow after the throttle valve (TH) of the intake manifold (IM).
  • This Gutmodellberechung for the air mass flow in the intake manifold is preferably made because a direct measurement of the air mass flow in the intake manifold with available air mass sensors is difficult or impossible.
  • Gangy air mass sensors are in fact too sensitive to pressure and under the high pressure conditions in the intake manifold would not function properly or not at all.
  • the model air mass flow AMF is compared in the evaluation processing unit PU of the engine control unit ECU with the measured air mass flow AMI in the air intake tract upstream of the throttle valve TH.
  • an air mass sensor AMS is provided which measures the incoming fresh air mass AMI in the inlet area of the air intake tract and transmits corresponding measurement signals SAMS to the engine control unit ECU via a line L1.
  • Air mass sensor AMS in this case has a distance DI to the position of the downstream in the air intake tract positioned, downstream throttle TH (see Figure 1).
  • the rotational speed of the supercharger of any turbocharger, such as CH is spontaneously increased, first of all the air mass flow AMI at the air mass meter increases, while the mass flow through the throttle valve changes only slightly , Such a loader speed increase is triggered, for example, at a desired vehicle acceleration by passing the accelerator pedal.
  • FIG. 3 illustrates this dynamic case with regard to the incoming fresh air mass flow on the basis of a schematic air mass flow / time diagram.
  • the abscissa is the time t in seconds
  • the air mass AM is given in kg / h. If it comes, for example, by an acceleration process for further opening of the throttle valve TH, fresh air is increasingly sucked through the air filter AF in the air intake tract IS. Then, an overshoot of the mass air flow, which is measured by the air mass sensor AMS, by the Befulungsvorgang the volume of the
  • FIG. 3 illustrates the curve for the modeled air mass flow AMF for this case with the aid of the curve MW. It deviates from the actual course MR of the air mass flow through the throttle valve TH.
  • an intermediate model pilot control ZM is advantageously provided for the control system of the control circuit CL, which predetermines the one in the inlet region of the air intake system IS the air mass flow AMI measured by the air mass sensor AMS in the intake manifold IM into a fictitious air mass flow AMI * at the location of the throttle valve TH of the intake manifold IM.
  • This intermediate model feedforward control ZM thus transforms the air mass flow AMI measured at the location of the air mass sensor AMS into a corrected air mass flow AMI * measured fictitiously at the location of the throttle valve TH, using further parameters of the air intake tract IS.
  • the input of the intermediate model pilot control ZM as further parameters, the pressure Pb of the fresh air mass flow upstream of the throttle valve TH, which is measured by means of the air pressure sensor PS b , and the measured air temperature T3 in the region of the throttle valve TH supplied. Due to a mass flow balance in the volume between the measuring location of the air mass sensor AMS and the spatial position of the throttle valve TH, it is possible from the mass difference
  • T3 is the gas temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve TH
  • K is the adiabatic exponent of the air mass flow through the intake manifold IM
  • R a is the general gas constant of the fresh air mass flow through the air intake tract IS, and f represents a function as a function of the parameters T3, R a , K.
  • the intermediate model pilot control ZM generates an air mass flow AMI * which is measured fictitiously at the location of the throttle valve TH, in which dynamic changes in the air mass flow conditions in the input-side section of the air intake tract IS are better taken into account.
  • the intermediate model ZM thus provides measurement information about conditional variables. conditions with respect to the intake fresh air mass at the entrance of Beereingangansaug Consumers IS transported to the location of the throttle valve TH by means of a transfer function in the intermediate model ZM or transformed, ie transmitted.
  • dynamic changes in the mass air flow in the inlet section of the air intake tract can be better adapted when comparing the model air mass flow AMF to the actual conditions in the intake manifold IM.
  • the subtractor DIF as a control deviation determination unit at the input of the control loop CL
  • the difference between the corrected fictitious measured at the location of the throttle TH air mass flow AMI * and the currently modeled air mass flow AMF is formed and this difference as a control deviation signal to the adaptation controller AD of the control loop CL fed.
  • This receives as another input size the respective engine operating point OP for further settings of its adaptation mechanism. He then generates a manipulated variable signal CV for adjusting or regulating the mass flow model MO. This is fed back to the subtractor DIF via the feedback branch RK.
  • a ratio generator or divider as a control deviation determination unit which forms the ratio or quotient between the fictitious measured air mass flow AMI * and the modeled air mass flow AMI and uses it as the control deviation signal CE.
  • the flow conditions in the air intake tract can be determined dynamically modeled air mass flow AMF with the actual conditions in the intake manifold faster and with higher accuracy than without intermediate model or adjusted. So it is a quick adaptation possible, which is positive for a reduced emissions setting of the engine and also improves the Fahrlesgefuhl for the driver of the motor vehicle with this engine in an advantageous manner. Because changes in the Stromungsverhaltnisse in the air intake tract due to load requirements of the driver can be determined and adjusted more precisely directly the air mass flow in the intake manifold. In other words, it is possible to better emulate the actual course of the air mass flow in the intake manifold.

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Abstract

The invention relates to a method for determining and adjusting the air mass flow in an intake manifold of an internal combustion engine, and an associated control unit. In order to determine and adjust the air mass flow in the intake manifold (IM) of an internal combustion engine (COE), a model air mass flow (AMF) is modeled via the throttle device (TH) of the intake manifold in a control unit (ECU) by means of an air mass flow model (MO), the air mass flow (AMF) of fresh air flowing into the air intake tract (IS) is measured at a measuring position at a distance (DI) upstream of the throttle device (TH) by means of a sensor (AMS), the air mass flow (AMI) measured at that position in the air intake tract (IS) is transformed upstream of the intake manifold (IM) into an air mass flow (AMI*) that is fictitiously measured at the location of the throttle device (TH) via an intermediate model (ZM), and this converted air mass flow (AMI*) is compared to the model air mass flow (AMI) by the throttle device (TH).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr eines Verbrennungsmotors sowie zugehöriges SteuergeratMethod for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine and associated control unit
Eine zentrale Kenngroße zum Verbrauchs- und vor allem emissionsoptimalen Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere Ottomotors, stellt der Luftmassenstrom in dessen Saugrohr dar. Hieraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Genauigkeit bezuglich der Berechnung bzw. Erfassungdieses Luftmassenstroms . In der Praxis wird der aktuell im Saugrohr fließende Luftmassenstrom in der Motorsteuerung des jeweiligen Verbrennungsmotors mittels eines Luftmassenstrommodells errechnet und der derart ermittelte Modellluftmassenstrom über entsprechende Sensorik in oder am Saugrohr - wie z.B. mit Hilfe eines Heißfilmluftmassenmessers oder Saugrohrdrucksen- sors - mit der Realität, das heißt insbesondere mit einem durch Messung im Luftansaugtrakt stromaufwärts vor dem Saugrohr in einer vorgegebenen Entfernung bzw. Distanz zu dessen Drosselvorrichtung, insbesondere Drosselklappe, erfassten Luftmassenwert oder einem damit korrespondierenden Luftansaugtrakt-Parameter abgeglichen. Das in der Motorsteuerung des jeweiligen Verbrennungsmotors hinterlegte Luftmassen- strommodell berechnet üblicherweise den Luftmassenstrom durch die Drosselvorrichtung, insbesondere Drosselklappe, des Luftansaugtrakts. Speziell bei aufgeladenen Motoren hat der Luftansaugtrakt zwischen Luftmassenmesser und Drosselklappe ein relativ großes Volumen. Im stationären Fall, d.h. bei weitgehend eingeschwungenem, insbesondere im Wesentlichen konstantem Frischluftmassenstrom-Verhaltnissen im Luftansaugtrakt - wie zum Beispiel bei konstanter Motordrehzahl oder konstanter Motorlast - ist der Massenstrom am Luftmassensensor mit dem Massenstrom durch die Drosselklappe im Wesentlichen identisch. In diesem Fall kann das Luftmassenstrommodell der Drosselklappe direkt mit dem gemessenen Massenstrom des Luftmassenmessers abgeglichen werden. Demgegenüber zeigt sich im dynamischen Fall, wenn zum Beispiel die Laderdrehzahl eines etwaig im Luftansaugtrakt vor der Drosselklappe vorhandenen Turboladers erhöht wird, d.h. wenn sich Änderungen des Frischluftmassenstroms im Luftansaugtrakt vor der Drossel- klappe ergeben, dass ein Abgleich des Luftmassenstrommodells mit Hilfe des gemessenen Luftmassenstroms des Luftmassenmessers in der Praxis mit Fehlern behaftet ist.A central parameter for consumption and above all emission-optimized operation of an internal combustion engine, in particular gasoline engine, represents the air mass flow in the intake manifold. This results in high accuracy requirements for the calculation or detection of this air mass flow. In practice, the currently flowing in the intake manifold air mass flow is calculated in the engine control of the respective internal combustion engine by means of a Luftmassenstrommodells and determined model air mass flow via appropriate sensors in or on the intake manifold - such as with the aid of a Heißfiluuftmassenmessers or Saugrohrdrucksen- sensor - with the reality, that is in particular with a measured by measurement in the air intake upstream of the intake manifold at a predetermined distance or distance to the throttle device, in particular throttle, detected air mass value or a corresponding thereto Luftansaugtrakt parameter. The stored in the engine control of the respective internal combustion engine air mass flow model usually calculates the air mass flow through the throttle device, in particular throttle, the air intake tract. Especially in turbocharged engines, the air intake tract between mass air flow sensor and throttle has a relatively large volume. In steady state, ie at largely steady, in particular substantially constant fresh air mass flow ratios in the air intake tract - such as at constant engine speed or constant engine load - the mass flow at the air mass sensor with the mass flow through the throttle valve is substantially identical. In this case, the air mass flow model of the throttle valve can be directly compared with the measured mass flow of the air mass meter. In contrast, shows in the dynamic case when, for example, the supercharger speed of a turbocharger possibly present in the air intake tract upstream of the throttle valve is increased, ie when changes in the fresh air mass flow in the air intake tract upstream of the throttle valve occur, an adjustment of the air mass flow model using the measured air mass flow of the air mass meter in practice is flawed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg aufzu- zeigen, wie im dynamischen Fall ein verbesserter Abgleich des Luftmassenstrommodells ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird durch folgendes erfindungsgemaße Verfahren gelost:The invention is based on the object to show a way, as in the dynamic case, an improved balance of the air mass flow model is possible. This object is achieved by the following process according to the invention:
Verfahren zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr eines Verbrennungsmotors, indemMethod for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine, by
- in einem Steuergerat über ein Luftmassenstrommodell ein Modellluftmassenstrom durch die Drosselvorrichtung des Saugrohrs modelliert wird, der Luftmassenstrom von in den Luftansaugtrakt einstro- mender Frischluft mittels eines Sensors an einer Messposition mit Abstand vor der Drosselvorrichtung gemessen wird, der dort im Luftansaugtrakt vor dem Saugrohr gemessene Luftmassenstrom über ein Zwischenmodell in einen fiktiv am Ort der Drosselvorrichtung gemessenen Luftmassenstrom transformiert wird, und dieser umgerechnete Luftmassenstrom mit dem Modellluft- massenstrom durch die Drosselvorrichtung verglichen wird .a model air mass flow through the throttle device of the intake manifold is modeled in a control unit via an air mass flow model, the mass air flow of fresh air entering the air intake tract is measured by means of a sensor at a measuring position at a distance in front of the throttle device, the air mass flow measured there in the air intake tract upstream of the intake manifold is transformed via an intermediate model in a fictitious measured at the location of the throttle device air mass flow, and this converted air mass flow is compared with the model air mass flow through the throttle device.
Mittels des zusatzlichen Zwischenmodells als Vorsteuerung des Regelkreises des Luftmassenstrommodells ist es speziell bei Dynamik der Frischluftmassenstrom-Verhaltnisse im Luftansaugtrakt ermöglicht, den Abgleich zwischen dem Modellluftmassen- ström aus dem Luftmassenstrommodell und dem tatsachlich gemessenen Luftmassenstrom genauer und robuster zu machen. Gleichzeitig wird eine ausreichende Reaktionsfähigkeit des Gesamtsystems zum Ermitteln und präzisen Einregeln eines gewünschten Luftmassenstroms weitgehend sichergestellt.By means of the additional intermediate model as feedforward control of the control loop of the air mass flow model, it is possible to make the comparison between the model air mass flow from the air mass flow model and the actually measured air mass flow more accurate and robust, especially with dynamics of the fresh air mass flow conditions in the air intake tract. At the same time, sufficient responsiveness of the Overall system for determining and precise regulation of a desired air mass flow largely ensured.
Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerat mit mindestens einer Auswerte-/Recheneinheit zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr eines Verbrennungsmotors, wobei die Auswerte-/Recheneinheit einen Regelkreis für ein Luftmassenstrommodell zur Modellierung eines Modell- luftmassenstroms im Saugrohr verwendet, - wobei für die Fuhrungsgroße dieses Regelkreises eineThe invention also relates to a control unit having at least one evaluation / arithmetic unit for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold of an internal combustion engine, wherein the evaluation / arithmetic unit uses a control circuit for an air mass flow model for modeling a model air mass flow in the intake manifold, - wherein for the Fuhrungsgroße this loop one
Zwischenmodell-Vorsteuerung vorgesehen ist, die den im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts vor dem Saugrohr gemessenen Luftmassenstrom in einen am Ort der Drosselvorrichtung des Saugrohrs fiktiv gemessenen Luftmassen- ström umrechnet,Intermodal pilot control is provided, which converts the air mass flow measured in the entry region of the air intake tract in front of the intake manifold into an air mass flow fictitiously measured at the location of the throttle device of the intake manifold,
- wobei am Eingang des Regelkreises eine Regelabweichungs- Ermittlungseinheit vorgesehen ist, die eine Regelabweichung aus der Differenz oder dem Verhältnis zwischen dem umgerechneten, fiktiv gemessenen Luftmassenstrom und dem Modellluftmassenstrom bildet, und- Wherein a control deviation determination unit is provided at the input of the control loop, which forms a control deviation from the difference or the ratio between the converted, notionally measured air mass flow and the model air mass flow, and
- wobei im Regelkreis als Regler eine Adaptionseinheit vorgesehen ist, der diese Regelabweichung als Eingangssignal zugeführt wird.- In which an adaptation unit is provided in the control loop as a controller, which is supplied to this control deviation as an input signal.
Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran- spruchen wiedergegeben.Other developments of the invention are given in the subclaims.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen naher erläutert.The invention and its developments are explained below with reference to drawings.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 in schematischer Darstellung einen beispielhaftenFigure 1 in a schematic representation of an exemplary
Luftansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, insbeson- dere Ottomotors, für den der Luftmassenstrom nach einer vorteilhaften Ausfuhrungsvariante des erfin- dungsgemaßen Verfahrens ermittelt und eingeregelt wird, Figur 2 in schematischer Darstellung ein vorteilhaftes Regelungssystem für ein Luftmassenstrommodell in der Auswerte-/Recheneinheit des Motorsteuergerats des Verbrennungsmotors von Figur 1, wobei der Regelkreis dieses Regelungssystems mit einer Vorsteuerung beaufschlagt ist, die ein Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr nach einer Ausfuhrungsvariante des erfindungemaßen Verfahrens ermöglicht, undAir intake tract of an internal combustion engine, in particular a gasoline engine, for which the air mass flow is determined and regulated according to an advantageous embodiment variant of the method according to the invention, 2 shows a schematic representation of an advantageous control system for an air mass flow model in the evaluation / arithmetic unit of the engine control unit of the internal combustion engine of Figure 1, wherein the control loop of this control system is acted upon by a pilot control, the determination of a determination of the air mass flow in the intake manifold according to an embodiment of the erfindungemaßen Procedure allows, and
Figur 3 in schematischer Darstellung verschiedeneFigure 3 in schematic representation different
Messkurven von Luftmassenstromen im Luftansaugtrakt des Verbrennungsmotors von Figur 1 am Luftmassen- messer des Luftansaugtrakts von Figur 1 gemessen, und zwar real an dessen Drosselklappe gemessen, ohne Zwischenmodellabgleich, und bei einer Luftmassenadaption mit Zwischenmodell gemäß dem Regelungssystem von Figur 2.Measurement curves of air mass flow in the air intake tract of the internal combustion engine of Figure 1 measured at the air mass meter of the air intake tract of Figure 1, in fact measured at the throttle valve, without intermediate model adjustment, and in an air mass adaptation with intermediate model according to the control system of Figure 2.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 mit 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference numerals in FIGS.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen beispielhaf- ten Luftansaugtrakt IS eines Verbrennungsmotors COE, insbesondere Ottomotors . Der Verbrennungsmotor COE ist dabei der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber lediglich mit einem seiner Zylinder CY angedeutet. Der Luftansaugtrakt IS weist als stromabwartsseitigen, motornahen Endabschnitt ein Saug- röhr IM hinter seiner Drosselklappe TH auf. Im Rahmen der Erfindung wird also unter dem Saugrohr IM insbesondere der röhrenförmige Abschnitt des Luftansaugtrakts IS zwischen der Drosselklappe TH und dem fingerförmigen Eingangskrummer jedes Zylinders CY verstanden. Anstelle einer Drosselklappe kann auch eine sonstige Drosselvorrichtung vorgesehen sein, mit der sich die Luftzufuhr in das Saugrohr IM in Abhängigkeit von Lastbeaufschlagung und/oder Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors variabel regulieren lasst. Die Drosselvor- richtung kann insbesondere durch einen sogenannten Impulslader ersetzt sein. Der Verbrennungsvorgang eines in den jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors eingebrachten Kraft- stoff-/Luftgemisches sowie die Emissionszusammensetzung des Abgasstroms EG im Abgastrakt ES des Verbrennungsmotors COE werden dabei mittels eines Motorsteuergerats ECU kontrolliert und eingestellt. Eine vorgebbare Kraftstoffmenge kann über das Saugrohr IM durch Kanaleinspritzung und/oder durch Direkteinspritzung dem Verbrennungsraum des jeweiligen Zylin- ders zugemessen bzw. zugeteilt werden. Dabei dient der im1 shows a schematic illustration of an exemplary air intake tract IS of an internal combustion engine COE, in particular a gasoline engine. The internal combustion engine COE is for the sake of clarity only indicated by one of its cylinders CY. The air intake tract IS has a suction tube IM behind its throttle valve TH as the downstream end section close to the engine. In the context of the invention, in particular the tubular section of the air intake tract IS between the throttle valve TH and the finger-shaped intake manifold of each cylinder CY is understood as the intake manifold IM. Instead of a throttle valve, another throttle device may be provided with which the air supply in the intake manifold IM can be variably regulated as a function of load application and / or rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine. The throttle direction can be replaced in particular by a so-called impulse charger. The combustion process of a fuel / air mixture introduced into the respective cylinder of the internal combustion engine and the emission composition of the exhaust gas flow EG in the exhaust gas tract ES of the internal combustion engine COE are controlled and adjusted by means of an engine control unit ECU. A predeterminable amount of fuel can be metered or allocated via the intake manifold IM by channel injection and / or by direct injection to the combustion chamber of the respective cylinder. It serves in the
Saugrohr IM des Luftansaugtrakts IS jeweilig bereitgestellte Luftmassenstrom zur Einstellung des Verbrennungsverhaltens der in den jeweiligen Zylinder CY des Verbrennungsmotors COE eingebrachten Kraftstoffmenge sowie der Emissionszusammenset- zung des Abgasstroms EG, der vom jeweiligen Zylinder in den Abgastrakt ES nach dem jeweiligen Verbrennungsvorgang ausgestoßen wird. Aus diesem Grund wird eine möglichst genaue Kenntnis des Luftmassenstroms gewünscht, der im Saugrohr IM zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Befüllung des jeweiligen Zylinders bereitgestellt wird.Intake manifold IM of the air intake tract IS respectively provided air mass flow for adjusting the combustion behavior of the introduced into the respective cylinder CY of the internal combustion engine COE amount of fuel and the Emissionszusammenset- tion of the exhaust stream EG, which is ejected from the respective cylinder in the exhaust tract ES after the respective combustion process. For this reason, the most accurate knowledge of the air mass flow is desired, which is provided in the intake manifold IM at a given time for filling the respective cylinder.
Zur Einstellung des Luftmassenstroms im Saugrohr IM dient die Drosselklappe TH im Eingangsbereich des röhrenförmigen Saugrohrs IM. Durch Veränderung der Winkelstellung der Drossel- klappe TH lasst sich für den angesaugten Frischluftstrom die Durchflussflache im Eingangsbereich des Saugrohrs IM einstellen. Die Stellung der Drosselklappe TH wird vorzugsweise mit Hilfe eines elektrischen Aktuators AC über eine Steuerleitung L6 durch das Motorsteuergerat ECU entsprechend einer ge- wünschten Drehmoment- bzw. Lastanforderung reguliert. Das Motorsteuergerat ECU kann über eine in Figur 1 nicht eingezeichnete Steuerleitung ggf. mindestens eine Zylindereinlassvorrichtung zum Befullen des Brennraums des jeweiligen Zylinders CY mit Luft und/oder mindestens eine Zylindereinlassvor- richtung zur Zumessung von Kraftstoff in den Brennraum dieses Zylinders ansteuern. Ggf. kann dabei auch nur eine einzige Zylindereinlassvorrichtung zur Befüllung des Brennraums des jeweiligen Zylinders mit einem bereits vorgemischten Luft/Kraftstoffgemischt vorgesehen sein. In analoger Weise kann das Motorsteuergerat ECU ggf. auch eine Zylinderauslassvorrichtung zum Entleeren des Brennraums dieses Zylinders u- ber eine Steuerleitung ansteuern.For adjusting the air mass flow in the intake manifold IM, the throttle valve TH is used in the entrance area of the tubular intake manifold IM. By changing the angular position of the throttle valve TH, the flow area in the inlet area of the intake manifold IM can be set for the intake fresh air flow. The position of the throttle valve TH is preferably regulated by means of an electric actuator AC via a control line L6 by the engine control unit ECU in accordance with a desired torque or load requirement. The engine control unit ECU can optionally control at least one cylinder inlet device for filling the combustion chamber of the respective cylinder CY with air and / or at least one cylinder inlet device for metering fuel into the combustion chamber of this cylinder via a control line not shown in FIG. Possibly. can also only a single cylinder inlet device for filling the combustion chamber of the respective cylinder with an already premixed Air / fuel mixed be provided. In an analogous manner, the engine control unit ECU may possibly also control a cylinder outlet device for emptying the combustion chamber of this cylinder via a control line.
Hier im Ausfuhrungsbeispiel von Figur 1 ist dem Saugrohr IM ein Injektor IN zur Kanaleinspritzung einer zur jeweiligen Drehmomentanforderung passenden Kraftstoffmenge zugeordnet, um eine Zylinderfullung mit Kraftstoff vorzubereiten. Wird das Einlassventil IV des jeweiligen Zylinders CY wahrend dessen Ansaugtakts z.B. über eine Nockenwelle geöffnet, so strömt das vorgemischte Luft-/Kraftstoffgemisch aus dem Saugrohr IM durch das geöffnete Einlassventil IV in den jeweiligen Zylinder CY des Verbrennungsmotors COE, der sich im An- saugtakt befindet, ein. In der Figur 1 sind diese Nockenwelle sowie zugehörige Steuerleitungen zur etwaigen Nockenwellen- phasenstellung durch das Motorsteuergerat der zeichnerischen Einfachheit halber weggelassen worden. Nach der Durchfuhrung des Verdichtungs- und Arbeitstaktes des jeweiligen Zylinders CY wird dessen Auslassventil EV im Ausstoßtakt geöffnet, so dass aus dem Brennraum des jeweiligen Zylinders CY das dort durch den Verbrennungsvorgang erzeugte Abgasgemisch in den Abgastrakt ES als Abgasstrom EG entweichen kann. Zusatzlich oder unabhängig zur Kanaleinspritzung ist es auch möglich, durch Direkteinspritzung mit einem Injektor dem Brennraum des jeweiligen Zylinders eine passende Kraftstoffmenge zuzuteilen .Here, in the exemplary embodiment of FIG. 1, the intake manifold IM is assigned an injector IN for port injection of a fuel quantity suitable for the respective torque request in order to prepare a cylinder filling with fuel. When the intake valve IV of the respective cylinder CY is turned on during its intake stroke, e.g. Opened via a camshaft, the premixed air / fuel mixture from the intake manifold IM flows through the open intake valve IV into the respective cylinder CY of the internal combustion engine COE, which is in the intake stroke. In the figure, 1, these camshaft and associated control lines for any camshaft phasing have been omitted by the engine control unit of the drawing simplicity. After the completion of the compression and power stroke of the respective cylinder CY whose exhaust valve EV is opened in the exhaust stroke, so that from the combustion chamber of the respective cylinder CY the exhaust gas mixture produced there by the combustion process can escape into the exhaust system ES as the exhaust gas EG. In addition or independently of the port injection, it is also possible to allocate a suitable amount of fuel to the combustion chamber of the respective cylinder by direct injection with an injector.
Im Eingangsbereich des Luftansaugtraktes IS wird über ein Luftfilter AF ein Frischluftstrom angesaugt. Dabei dient die Drosselklappe TH zu dessen Drosselung bzw. Regulierung. Ggf. kann es zweckmäßig sein, stromabwärts betrachtet vor der Drosselklappe TH einen Verdichter vorzusehen. Dieser ist hier im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel zusatzlich eingezeichnet und mit CH bezeichnet. Er kann insbesondere als Turbolader oder Kompressor ausgebildet sein. Mit Hilfe des Verdichters CH ist es möglich, die einströmende Frischluft zu verdichten bzw. zu komprimieren. Dabei kann es vorteilhaft sein, dem Verdichter CH im Luftansaugtrakt IS eine Ladeluftkuhleinheit CAC nachzuordnen. Die Ansteuerung des Verdichters CH durch das Motorsteuergerat ECU ist in der Figur 1 durch einen Wirkpfeil L2 sowie die Ansteuerung der Ladeluftkuhleinheit CAC durch das Motorsteuergerat ECU durch einen Wirkpfeil L3 angedeutet .In the entrance area of the air intake tract IS, a fresh air stream is drawn in via an air filter AF. In this case, the throttle valve TH serves to throttle or regulation. Possibly. It may be appropriate, downstream of the throttle valve TH to provide a compressor. This is additionally drawn here in the present exemplary embodiment and designated CH. It can be designed in particular as a turbocharger or compressor. With the help of the compressor CH, it is possible to compress or compress the incoming fresh air. It may be advantageous to the Compressor CH in air intake section IS downstream of a CAC intercooler unit. The control of the compressor CH by the engine control unit ECU is indicated in FIG. 1 by an action arrow L2 and the activation of the charge air cooling unit CAC by the engine control unit ECU by an action arrow L3.
Um den Luftmassenstrom AMF im Saugrohr IM hinter der Drosselklappe TH möglichst exakt ermitteln und einregeln zu können, wird bisher ein Luftmassenstrom-Modell MO auf Basis der sogenannten St. Venant-Gleichung verwendet. Sie beschreibt den Durchfluss eines Gases durch eine Drosselstelle einer Rohre. Dabei bildet hier die Drosselklappe TH diese Drosselstelle. Sie kann in ihrer Funktion ggf. durch mindestens ein anderes, gleichwirkendes Drosselelement ersetzt sein. Dieses Luftmassenstrom-Modell MO ist in der Auswerte-/Recheneinheit PU des Motorsteuergerats ECU hinterlegt bzw. implementiert. Es fungiert als eine Art Regelstrecke in einem Regelungssystem CL zum Ermitteln und Einregeln eines gewünschten Luftmassen- Stroms im Saugrohr IM. Das Gesamtregelungssystem CL für das Luftmassenstrommodell MO ist in der Figur 2 schematisch dargestellt. Dem Luftmassenstrommodell MO werden als Eingangsparameter IP insbesondere die Gastemperatur T3 des Frischluftstroms im Bereich der Drosselklappe TH, der Adiabatenexponent K der einströmenden Frischluft, der Druck Pa im Saugrohr IM nach der Drosselklappe TH, und der Druck Pb im Luftansaugtrakt IS vor der Drosselklappe TH zugeführt. Zur Bestimmung des Drucks Pb im Luftansaugtrakt IS in Stromungsrichtung vor der Drosselklappe TH betrachtet ist dort vorzugsweise ein Drucksensor PSb vorgesehen, der zugehörige Druckmesssignale SPb über eine Messleitung L41 an das Motorsteuergerat ECU liefert. In entsprechender Weise ist nach der Drosselklappe TH stromabwärts betrachtet im Saugrohr IM ein Drucksensor PSa vorgesehen, der Druckmesssignale SPa über den Druck Pa nach der Drosselklappe TH über eine Messleitung L42 an das Motorsteuergerat ECU übermittelt. Die Temperatur ST3 im Bereich der Drosselklappe TH wird vorzugsweise mit Hilfe eines dort angebrachten Temperatursensors TS gemessen und dazu korres- pondierende Temperaturmesssignale TS3 über eine Messleitung L5 an das Motorsteuergerat ECU zur Verarbeitung im Luftmassenmodell MO gesendet. Das Massenstrommodell MO berechnet dann nach der Gleichung von St.Venant den Modellluftmassen- ström AMF, der durch die Drosselklappe TH in das Saugrohr IM strömt, zuIn order to be able to determine and adjust the air mass flow AMF in the intake manifold IM behind the throttle valve TH as precisely as possible, an air mass flow model MO based on the so-called St. Venant equation has hitherto been used. It describes the flow of a gas through a throttle point of a pipe. Here, the throttle valve TH forms this throttle point. It may possibly be replaced in its function by at least one other, equally effective throttle element. This air mass flow model MO is stored or implemented in the evaluation / computation unit PU of the engine control unit ECU. It acts as a kind of controlled system in a control system CL for determining and adjusting a desired air mass flow in the intake manifold IM. The overall control system CL for the air mass flow model MO is shown schematically in FIG. The air mass flow model MO as the input parameter IP in particular the gas temperature T3 of the fresh air flow in the throttle valve TH, the Adiabatenexponent K of the incoming fresh air, the pressure P a in the intake manifold IM after the throttle TH, and the pressure P b in the air intake tract IS before the throttle TH fed. In order to determine the pressure P b in the air intake tract IS in the flow direction in front of the throttle valve TH, a pressure sensor PS b is preferably provided there, which supplies corresponding pressure measurement signals SP b to the engine control unit ECU via a measuring line L41. Correspondingly, downstream of the throttle valve TH, in the intake manifold IM, a pressure sensor PS a is provided which transmits pressure-measuring signals SP a via the pressure P a to the throttle valve TH via a measuring line L42 to the engine control unit ECU. The temperature ST3 in the region of the throttle valve TH is preferably measured with the aid of a temperature sensor TS mounted there and correspondingly corrected. ponding temperature measuring signals TS3 sent via a measuring line L5 to the engine control unit ECU for processing in the air mass model MO. The mass flow model MO then calculates according to the equation of St.Venant the model air mass flow AMF, which flows through the throttle valve TH in the intake manifold IM to
AMF = Ared-Pb-ψ-Cx AMF = A red -P b -ψ-C x
Dabei ist der ParameterHere is the parameter
AMF der Modellluftmassenstrom durch die DrosselklappeAMF the model air mass flow through the throttle
TH,TH
ArΘd der sogenannte reduzierte Drosselklappenquerschnitt der Drosselklappe TH als Funktion deren Drosselklappen- Stellung,A rΘd the so-called reduced throttle valve cross section of the throttle TH as a function of its throttle position,
- Pb der Druck des Luftmassenstroms vor der Drosselklappe- P b is the pressure of the air mass flow in front of the throttle valve
TH des Saugrohrs IM,TH of the intake manifold IM,
Ci eine temperaturabhangige Konstante,Ci is a temperature-dependent constant,
Ψ eine Psi-Funktion ist, wobei für die temperaturabhangige Konstante Ci gilt:Ψ is a Psi function, where the following applies to the temperature-dependent constant Ci:
Figure imgf000010_0001
wobei - T3 die Temperatur des Luftmassenstrom im Bereich der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM,
Figure imgf000010_0001
where T 3 is the temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve TH of the intake manifold IM,
Rg die allgemeine Gaskonstante der in den Luftansaugtrakt IS einströmenden Frischluft AMI, und K der Adiabatenxponent der Luftmasse im Saugrohr IM ist.Rg is the general gas constant of the fresh air AMI flowing into the air intake tract IS, and K is the adiabatic exponent of the air mass in the intake manifold IM.
Die Ψ-Funktion ist hierbei insbesondere folgendermaßen festgelegt : ItnisseIn particular, the Ψ function is defined as follows: Itnisse
Itnisse
Figure imgf000011_0001
wobeiItnisse
Figure imgf000011_0001
in which
Pa der Druck des Luftmassenstroms nach der Drosselklappe (TH) des Saugrohrs (IM) ist.P a is the pressure of the air mass flow after the throttle valve (TH) of the intake manifold (IM).
Nähere Einzelheiten hierzu finden sich insbesondere im Kapitel 16.8.1 des Fachbuchs „Handbuch Verbrennungsmotor van Basshuysen/Schafer, Viehweg Verlag, 3 Auflage, 2005.Further details can be found in particular in Chapter 16.8.1 of the textbook "Manual combustion engine van Basshuysen / Schafer, Viehweg Verlag, 3 edition, 2005.
Diese Luftmodellberechung für den Luftmassenstrom im Saugrohr wird vorzugsweise deshalb gemacht, weil eine Direktmessung des Luftmassenstroms im Saugrohr mit zur Verfugung stehenden Luftmassensensoren nur schwierig oder gar nicht möglich ist. Gangige Luftmassensensoren sind nämlich zu druckempfindlich und wurden unter den hohen Druckverhaltnissen im Saugrohr nicht richtig oder gar nicht funktionieren.This Luftmodellberechung for the air mass flow in the intake manifold is preferably made because a direct measurement of the air mass flow in the intake manifold with available air mass sensors is difficult or impossible. Gangy air mass sensors are in fact too sensitive to pressure and under the high pressure conditions in the intake manifold would not function properly or not at all.
Der Modellluftmassenstrom AMF wird in der Auswerte- Recheneinheit PU des Motorsteuergerats ECU mit dem gemessenen Luftmassenstrom AMI im Luftansaugtrakt vor der Drosselklappe TH verglichen. Dazu ist nach dem Luftfilter AF und vor dem Verdichter CH ein Luftmassensensor AMS vorgesehen, der die einströmende Frischluftmasse AMI im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts misst und entsprechende Messsignale SAMS über eine Leitung Ll an das Motorsteuergerat ECU übergibt. DerThe model air mass flow AMF is compared in the evaluation processing unit PU of the engine control unit ECU with the measured air mass flow AMI in the air intake tract upstream of the throttle valve TH. For this purpose, after the air filter AF and in front of the compressor CH, an air mass sensor AMS is provided which measures the incoming fresh air mass AMI in the inlet area of the air intake tract and transmits corresponding measurement signals SAMS to the engine control unit ECU via a line L1. Of the
Luftmassensensor AMS weist dabei einen Abstand DI zur Ortsposition der im Luftansaugtrakt stromabwärts positionierten, nachgeordneten Drosselklappe TH auf (siehe Figur 1) . Bei Dynamik bezuglich der Luftmassenverhaltnisse im Luftansaugtrakt IS, wenn z.B. die Drehzahl des Laders eines etwaig vorhandenen Turboladers - wie zum Beispiel CH - spontan erhöht wird, steigt zuerst der Luftmassenstrom AMI am Luftmas- senmesser an, wahrend sich der Massestrom durch die Drosselklappe nur wenig ändert. Ein solcher Laderdrehzahlanstieg wird beispielsweise bei einer gewünschten Fahrzeugbeschleunigung durch Durchtreten des Gaspedals ausgelost. Dabei kommt es zu einem Uberschwinger des Luftmassenstroms, der am Luft- massenmesser AMS gemessen wird, da zunächst das Volumen im röhrenförmigen Luftansaugtrakt zwischen der Messposition des Luftmassenmessers AMS und der im Abstand DI nachgeordneten Drosselklappe TH befullt wird. Folglich wäre ein Abgleich des Luftmassenstrommodells MO mit Hilfe des durch den Luftmassen- messer AMS gemessenen Luftmassenstroms AMI im dynamischenAir mass sensor AMS in this case has a distance DI to the position of the downstream in the air intake tract positioned, downstream throttle TH (see Figure 1). With dynamics relating to the air mass ratios in the air intake tract IS, if, for example, the rotational speed of the supercharger of any turbocharger, such as CH, is spontaneously increased, first of all the air mass flow AMI at the air mass meter increases, while the mass flow through the throttle valve changes only slightly , Such a loader speed increase is triggered, for example, at a desired vehicle acceleration by passing the accelerator pedal. This results in an overshoot of the air mass flow, which is measured at the air mass meter AMS, since initially the volume in the tubular air intake tract between the measuring position of the air mass meter AMS and the distance DI downstream throttle TH is filled. Consequently, an adjustment of the air mass flow model MO using the mass air flow AMI measured by the air mass meter AMS would be dynamic
Fall mit Fehlern behaftet. Denn es kann sich im Dynamikfall eine unzulässig hohe Abweichung zwischen dem am Ort der Drosselklappe durch deren jeweiligen Offnungsquerschnitt tatsachlich fließenden Frischluftmassenstrom und dem am Ort des Luftmassensensors AMS gemessenen Luftmassenstrom AMI ergeben. Die Figur 3 veranschaulicht diesen Dynamikfall bezuglich des zustromenden Frischluftmassenstroms anhand eines schematischen Luftmassenstrom-/Zeitdiagramms . Entlang der Abszisse ist die Zeit t in Sekunden, entlang der Ordinaten die Luft- masse AM im Kg/h angegeben. Kommt es z.B. durch einen Beschleunigungsvorgang zum weiteren Offnen der Drosselklappe TH, so wird vermehrt Frischluft durch das Luftfilter AF in den Luftansaugtrakt IS angesaugt. Dann resultiert ein Uberschwinger des Luftmassenstroms, der vom Luftmassensensor AMS gemessen wird, durch den Befullungsvorgang des Volumens desCase with errors. Because it can result in the dynamic case, an impermissibly high deviation between the fresh air mass flow actually flowing at the location of the throttle valve through the respective opening cross section and the air mass flow AMI measured at the location of the air mass sensor AMS. FIG. 3 illustrates this dynamic case with regard to the incoming fresh air mass flow on the basis of a schematic air mass flow / time diagram. Along the abscissa is the time t in seconds, along the ordinates the air mass AM is given in kg / h. If it comes, for example, by an acceleration process for further opening of the throttle valve TH, fresh air is increasingly sucked through the air filter AF in the air intake tract IS. Then, an overshoot of the mass air flow, which is measured by the air mass sensor AMS, by the Befulungsvorgang the volume of the
Luftansaugtrakts IS zwischen der Ortsposition des Luftmassensensors AMS und der Ortsposition der nachgeordneten Drosselklappe. Es kommt also zum steilen Anstieg des Luftmassenstroms und nachfolgendem Abklingen des gemessenen Luftmassen- ström AMI. Dieser Kurvenverlauf ist in der Figur 3 mit KAMS bezeichnet und durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Diese Zunahme der angesaugten Frischluftmasse AMI kommt stark abgedampft und zeitverzogert bei der Drosselklappe TH an, da ja erst das Volumen zwischen dem Luftmassenmesser AMS und der Drosselklappe TH gefüllt wird, bevor vermehrt Frischluft durch die verbliebene Öffnung zwischen der Drosselklappe TH und der Innenwandung des Saugrohrs IM hindurchfließen kann. Der reale Verlauf der durch die Drosselklappe TH tatsachlich hindurchstromenden Frischluftmasse ist in der Figur 3 als strichpunktierte Kurve eingezeichnet und mit MR bezeichnet.Air intake IS between the location of the air mass sensor AMS and the position of the downstream throttle. So there is a steep increase in the air mass flow and subsequent decay of the measured air mass flow AMI. This curve is designated in FIG. 3 with KAMS and represented by a solid line. This increase in the intake fresh air mass AMI comes heavily evaporated and time-delayed at the throttle TH, since only the volume between the air mass meter AMS and the throttle TH is filled before increasing fresh air through the remaining opening between the throttle valve TH and the inner wall of the suction pipe IM can flow through it. The actual course of the fresh air mass actually flowing through the throttle valve TH is shown in FIG. 3 as a dash-dotted curve and designated MR.
Wurde lediglich der gemessene Luftmassenstrom AMI mit dem Mo- dellluftmassenstrom AMF verglichen werden, indem z.B. einfach deren Differenz voneinander mit Hilfe eines Subtrahierers DIF gebildet, und diese Differenz als Regelabweichungssignal CE in den Adaptionsregler AD des Regelungssystems CL für dasIf only the measured air mass flow AMI was compared with the model air mass flow AMF, e.g. simply their difference from each other with the aid of a subtractor DIF formed, and this difference as a control deviation signal CE in the adaptation controller AD of the control system CL for the
Luftmassenstrommodell MO eingespeist werden wurde, so käme es folglich zu Fehlanpassungen an die realen Verhaltnisse des sich tatsachlich einstellenden Luftmassenstroms durch die Drosselklappe TH. In der Figur 3 ist der Kurvenverlauf für den modellierten Luftmassenstrom AMF für diesen Fall mit Hilfe der Kurve MW veranschaulicht. Sie weicht von dem tatsachlichen Verlauf MR des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe TH ab.Air mass flow model MO was fed, it would thus lead to mismatches with the real conditions of the actually adjusting air mass flow through the throttle valve TH. FIG. 3 illustrates the curve for the modeled air mass flow AMF for this case with the aid of the curve MW. It deviates from the actual course MR of the air mass flow through the throttle valve TH.
Um nun eine Fehlerminimierung bei der Ermittlung und Einrege- lung des Modellluftmassenstroms AMF herbeizufuhren, wird im Unterschied zum bisherigen Regelungsprinzip in vorteilhafter Weise eine Zwischenmodell-Vorsteuerung ZM für die Fuhrungs- große des Regelkreises CL vorgesehen, die den im Eingangsbe- reich des Luftansaugtrakts IS vor dem Saugrohr IM mittels des Luftmassensensors AMS gemessenen Luftmassenstrom AMI in einen fiktiven Luftmassenstrom AMI* am Ort der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM umrechnet. Diese Zwischenmodell-Vorsteuerung ZM transformiert also den am Ort des Luftmassensensors AMS ge- messenen Luftmassenstrom AMI unter Verwendung weiterer Parameter des Luftansaugtrakts IS in einen korrigierten, am Ort der Drosselklappe TH fiktiv gemessenen Luftmassenstrom AMI*. Dazu werden dem Eingang der Zwischenmodell-Vorsteuerung ZM als weitere Parameter der Druck Pb des Frischluftmassestroms vor der Drosselklappe TH, der mittels des Luftdrucksensors PSb gemessen wird, sowie die gemessene Lufttemperatur T3 im Bereich der Drosselklappe TH zugeführt. Durch eine Massen- strombilanz im Volumen zwischen dem Messort des Luftmassensensors AMS und der Ortsposition der Drosselklappe TH ist es möglich, aus der Massendifferenz
Figure imgf000014_0001
In order to bring about an error minimization in the determination and regulation of the model air mass flow AMF, in contrast to the previous control principle, an intermediate model pilot control ZM is advantageously provided for the control system of the control circuit CL, which predetermines the one in the inlet region of the air intake system IS the air mass flow AMI measured by the air mass sensor AMS in the intake manifold IM into a fictitious air mass flow AMI * at the location of the throttle valve TH of the intake manifold IM. This intermediate model feedforward control ZM thus transforms the air mass flow AMI measured at the location of the air mass sensor AMS into a corrected air mass flow AMI * measured fictitiously at the location of the throttle valve TH, using further parameters of the air intake tract IS. For this purpose, the input of the intermediate model pilot control ZM as further parameters, the pressure Pb of the fresh air mass flow upstream of the throttle valve TH, which is measured by means of the air pressure sensor PS b , and the measured air temperature T3 in the region of the throttle valve TH supplied. Due to a mass flow balance in the volume between the measuring location of the air mass sensor AMS and the spatial position of the throttle valve TH, it is possible from the mass difference
Figure imgf000014_0001
den fiktiv am Ort der Drosselklappe TH gemessenen Luftmassenstrom
Figure imgf000014_0002
zu ermitteln, ohne das am Ort der Drosselklappe und/oder im nachfolgenden Saugrohr ein Luftmassensensor vorhanden ist. In dieser Gleichung ist der Parameterthe air mass flow measured fictively at the location of the throttle valve TH
Figure imgf000014_0002
to determine without the presence of an air mass sensor at the location of the throttle and / or in the subsequent intake manifold. In this equation is the parameter
AMI derjenige Luftmassenstrom, der im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts IS mit einem Luftmassensensor AMS gemessen wird, - AMI* der mit Hilfe des Zwischenmodells ZM umgerechnete, fiktive Luftmassenstrom durch die Drosselklappe TH,AMI that air mass flow which is measured in the entrance area of the air intake tract IS with an air mass sensor AMS, - AMI * the converted with the aid of the intermediate model ZM, fictitious air mass flow through the throttle TH,
- T3 die Gastemperatur des Luftmassenstroms im Bereich der Drosselklappe TH,T3 is the gas temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve TH,
K der Adiabatenexponent des Luftmassenstroms durch das Saugrohr IM,K is the adiabatic exponent of the air mass flow through the intake manifold IM,
- Ra die allgemeine Gaskonstante des Frischluftmassenstroms durch den Luftansaugtrakt IS ist, und f eine Funktion in Abhängigkeit der Parameter T3, Ra, K repräsentiert .- R a is the general gas constant of the fresh air mass flow through the air intake tract IS, and f represents a function as a function of the parameters T3, R a , K.
Auf diese Weise erzeugt die Zwischenmodell-Vorsteuerung ZM einen fiktiv am Ort der Drosselklappe TH gemessenen Luftmassenstrom AMI*, bei dem dynamische Änderungen der Luftmassenstrom-Verhaltnisse im eingangsseitigen Abschnitt des Luftan- saugtrakts IS besser berücksichtigt sind. Durch das Zwischenmodell ZM werden also Messinformationen über Zustandsanderun- gen hinsichtlich der angesaugten Frischluftmasse am Eingang des Lufteingangansaugtrakts IS an den Ort der Drosselklappe TH mittels einer Ubertragungsfunktion im Zwischenmodell ZM transportiert bzw. transformiert, d.h. übertragen. Dadurch können dynamische Veränderungen des Luftmassenstroms im Eingangsabschnitt des Luftansaugtrakts besser beim Abgleich des Modellluftmassenstroms AMF an die tatsachlichen Verhaltnisse im Saugrohr IM angepasst werden. Mit Hilfe des Subtrahierers DIF als Regelabweichungs-Ermittlungseinheit am Eingang des Regelkreises CL wird die Differenz zwischen dem korrigierten fiktiv am Ort der Drosselklappe TH gemessenen Luftmassenstrom AMI* und dem jeweils aktuell modellierten Luftmassenstrom AMF gebildet und diese Differenz als Regelabweichungssignal CE dem Adaptionsregler AD des Regelkreises CL zugeführt. Dieser erhalt als weitere Eingangsgroße den jeweiligen Motorbetriebspunkt OP für weitere Einstellungen seines Adaptionsmechanismus. Er erzeugt daraufhin ein Stellgroßensignal CV zur Einstellung bzw. Regelung des Massenstromsmodells MO. Diese wird über den Ruckkoppelzweig RK an den Subtrahierer DIF zu- ruckgekoppelt. Durch das dem einen Eingang des Subtrahierers DIF vorgeschaltete Zwischenmodell ZM wird eine etwaige Beful- lungsverzogerung beim Befullen des Volumens zwischen den Sensor AMS und der Drosselklappe TH mit einem Frischluftstrom durch Berücksichtigung des Abstands DI zwischen dem Messort des Sensors AMS und der Ortsposition der Drosselklappe TH weitgehend kompensiert. Es resultiert daraus ein verbesserter Abgleich des modellierten Luftmassenstroms AMF an den tatsachlich durch die Drosselklappe TH fließenden und ins Saugrohr IM gelangenden Luftmassenstrom. Für das Beispiel des sprunghaften Anstiegs KAMS (siehe Figur 3) des Luftmassenstroms beim Luftmassenmesser AMS im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts IS resultiert bei Verwendung des zusatzlichen Zwischenmodells ZM als Vorsteuerung für die Fuhrungsgroße des Regelkreises CL ein Verlauf MM für den modellierten Luftmas- senstrom AMF, der besser an den tatsachlichen Verlauf MR des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe TH angepasst ist, als dies im Fall ohne das zusatzliche Zwischenmodell ZM wäre. Der Kurvenverlauf MM ist dabei in der Figur 3 gestrichelt eingezeichnet .In this way, the intermediate model pilot control ZM generates an air mass flow AMI * which is measured fictitiously at the location of the throttle valve TH, in which dynamic changes in the air mass flow conditions in the input-side section of the air intake tract IS are better taken into account. The intermediate model ZM thus provides measurement information about conditional variables. conditions with respect to the intake fresh air mass at the entrance of Lufteingangansaugtrakts IS transported to the location of the throttle valve TH by means of a transfer function in the intermediate model ZM or transformed, ie transmitted. As a result, dynamic changes in the mass air flow in the inlet section of the air intake tract can be better adapted when comparing the model air mass flow AMF to the actual conditions in the intake manifold IM. With the help of the subtractor DIF as a control deviation determination unit at the input of the control loop CL, the difference between the corrected fictitious measured at the location of the throttle TH air mass flow AMI * and the currently modeled air mass flow AMF is formed and this difference as a control deviation signal to the adaptation controller AD of the control loop CL fed. This receives as another input size the respective engine operating point OP for further settings of its adaptation mechanism. He then generates a manipulated variable signal CV for adjusting or regulating the mass flow model MO. This is fed back to the subtractor DIF via the feedback branch RK. By means of the intermediate model ZM connected upstream of the one input of the subtracter DIF, a possible delay in filling the volume between the sensor AMS and the throttle valve TH with a fresh air flow by taking into account the distance DI between the measuring location of the sensor AMS and the position of the throttle valve TH largely becomes compensated. This results in an improved balancing of the modeled air mass flow AMF at the air mass flow actually flowing through the throttle valve TH and reaching the intake manifold IM. For the example of the sudden increase KAMS (see FIG. 3) of the air mass flow at the air mass meter AMS in the inlet area of the air intake tract IS, when the additional intermediate model ZM is used as precontrol for the pilot size of the control circuit CL, a curve MM for the modeled air mass flow AMF results, which is better is adapted to the actual course MR of the air mass flow through the throttle valve TH, as would be the case without the additional intermediate model ZM. The curve MM is shown in dashed lines in Figure 3.
Ggf. kann es zweckmäßig sein, anstelle eines Subtrahierers einen Verhaltnisbildner bzw. Dividierer als Regelabweichungs- Ermittlungseinheit vorzusehen, der das Verhältnis bzw. den Quotienten zwischen dem fiktiv gemessenen Lufmassenstrom AMI* und dem modellierten Luftmassenstrom AMI bildet und als Regelabweichungssignals CE heranzieht.Possibly. For example, it may be expedient to provide, instead of a subtractor, a ratio generator or divider as a control deviation determination unit which forms the ratio or quotient between the fictitious measured air mass flow AMI * and the modeled air mass flow AMI and uses it as the control deviation signal CE.
Dadurch, dass der gemessene Luftmassenstrom AMI über ein Zwischenmodell ZM auf einen am Ort der Drosselklappe TH resultierenden Luftmassenstrom AMI* umgerechnet bzw. transformiert wird - ohne dass dort tatsachlich ein Messsensor für eine Luftmassenmessung vorhanden wäre - , kann bei dynamischen Vorgangen der Stromungsverhaltnisse im Luftansaugtrakt der modellierte Luftmassenstrom AMF mit den tatsachlichen Gegebenheiten im Saugrohr schneller und mit höherer Genauigkeit als ohne Zwischenmodell abgeglichen bzw. abgestimmt werden. Es ist also eine schnelle Adaption möglich, was positiv für eine emissionsreduzierte Einstellung des Verbrennungsmotors ist und auch das Fahrbarkeitsgefuhl für den Fahrer des Kraftfahrzeugs mit diesem Verbrennungsmotor in vorteilhafter Weise verbessert. Denn auf Änderungen der Stromungsverhaltnisse im Luftansaugtrakt aufgrund von Lastanforderungen des Fahrers kann direkt der Luftmassenstrom im Saugrohr präziser ermittelt und eingeregelt werden. Mit anderen Worten ausgedruckt ist es also ermöglicht, den realen Verlauf des Luftmassenstroms im Saugrohr besser nachzubilden. Due to the fact that the measured air mass flow AMI is converted or transformed via an intermediate model ZM to an air mass flow AMI * resulting at the location of the throttle TH - without there actually being a measuring sensor for an air mass measurement - the flow conditions in the air intake tract can be determined dynamically modeled air mass flow AMF with the actual conditions in the intake manifold faster and with higher accuracy than without intermediate model or adjusted. So it is a quick adaptation possible, which is positive for a reduced emissions setting of the engine and also improves the Fahrbarkeitsgefuhl for the driver of the motor vehicle with this engine in an advantageous manner. Because changes in the Stromungsverhaltnisse in the air intake tract due to load requirements of the driver can be determined and adjusted more precisely directly the air mass flow in the intake manifold. In other words, it is possible to better emulate the actual course of the air mass flow in the intake manifold.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassen- Stroms im Saugrohr (IM) eines Verbrennungsmotors (COE) , indem in einem Steuergerat (ECU) über ein Luftmas senstrommo- dell (MO) ein Modellluftmassenstrom (AMF) durch die Drosselvorrichtung (TH) des Saugrohrs modelliert wird, der Luftmassenstrom (AMI) von in den Luftansaugtrakt (IS) einströmender Frischluft mittels eines Sensors (AMS) an einer Messposition mit Abstand (DI) vor der Drosselvorrichtung (TH) gemessen wird, der dort im Luftansaugtrakt (IS) vor dem Saugrohr (IM) gemessene Luftmassenstrom (AMI) über ein Zwischenmodell (ZM) in einen fiktiv am Ort der Drosselvorrichtung (TH) gemessenen Luftmassenstrom (AMI*) transformiert wird, und dieser umgerechnete Luftmassenstrom (AMI*) mit dem Modellluftmassenstrom (AMI) durch die Drosselvorrichtung (TH) verglichen wird.1. A method for determining and adjusting the air mass flow in the intake manifold (IM) of an internal combustion engine (COE) by in a control unit (ECU) via a Luftmas senstrommo- dell (MO) a model air mass flow (AMF) through the throttle device (TH) of the Modeled intake manifold, the air mass flow (AMI) of fresh air flowing into the air intake tract (IS) by means of a sensor (AMS) at a measuring position with distance (DI) before the throttle device (TH), there in the air intake tract (IS) before the Intake manifold (IM) measured mass air flow (AMI) via an intermediate model (ZM) in a fictitious at the location of the throttle device (TH) measured air mass flow (AMI *) is transformed, and this converted air mass flow (AMI *) with the model air mass flow (AMI) through the Throttle device (TH) is compared.
2 . Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Modellluftmassenstrom (AMF) durch eine Drosselklappe als Drosselvorrichtung (TH) im Luftmassenstrommodell (MO) nach der Gleichung von St.-Venant ermittelt wird: AMF = Ared-Pb-ψ-Cx, wobei2. A method according to claim 1, characterized in that the model air mass flow (AMF) is determined by a throttle valve as throttle device (TH) in the air mass flow model (MO) according to the equation of St. Venant: AMF = A red -P b -ψ-C x , in which
AMF der Modellluftmassenstrom, - ArΘd der sogenannte reduzierte Drosselklappenquerschnitt der Drosselklappe (TH) als Funktion deren Drosselklappenstellung, - Pb der Druck des Luftmassenstroms vor der DrosselklappeAMF the model air mass flow, - A rΘd the so-called reduced throttle valve cross section of the throttle valve (TH) as a function of their throttle position, - P b the pressure of the air mass flow upstream of the throttle valve
(TH) des Saugrohrs (IM) , - Ci eine temperaturabhangige Konstante,(TH) of the suction pipe (IM), - Ci is a temperature-dependent constant,
Ψ eine Psi-Funktion ist, wobei für die temperaturabhangige Konstante Ci gilt:
Figure imgf000018_0001
wobeiΨ is a Psi function, where the following applies to the temperature-dependent constant Ci:
Figure imgf000018_0001
in which
T3 die Temperatur des Luftmassenstrom im Bereich der Drosselklappe (TH) des Saugrohrs (IM) , Rg die allgemeine Gaskonstante der in den Luftansaugtrakt (IS) einströmenden Frischluft, und K der Adiabatenxponent der Luftmasse im Saugrohr (IM) ist, wobei für die Ψ-Funktion gilt:T 3 is the temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve (TH) of the intake manifold (IM), Rg is the general gas constant of the fresh air flowing into the air intake tract (IS), and K is the adiabatic exponent of the air mass in the intake manifold (IM), where Ψ Function applies:
Itnisse
Figure imgf000018_0002
und wobeiItnisse
Figure imgf000018_0002
and where
Pa der Druck des Luftmassenstroms nach der Drosselklappe (TH) des Saugrohrs (IM) ist.P a is the pressure of the air mass flow after the throttle valve (TH) of the intake manifold (IM).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der transformierte Luftmassenstrom (AMI*) am Ort der Drosselvorrichtung (TH) nach dem Zwischenmodell (ZM) aufgrund einer Massenstrombilanz gemäß3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the transformed air mass flow (AMI *) at the location of the throttle device (TH) according to the intermediate model (ZM) due to a mass flow balance according to
AMI-AMf =pb*f{τ,Ra,κ)AMI AMf = p b * f {τ, R a, κ)
zu
Figure imgf000018_0003
to
Figure imgf000018_0003
ermittelt wird, wobei AMI derjenige Luftmassenstrom ist, der im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts (IS) mit einem Luftmassensensor (AMS) gemessen wird,is determined, where AMI is the mass air flow measured in the inlet area of the air intake tract (IS) with an air mass sensor (AMS),
AMI* der mit Hilfe des Zwischenmodells (ZM) umgerechne- te, fiktiv am Ort der Drosselvorrichtung (TH) gemessene Luftmassenstrom durch die Drosselvorrichtung (TH) , T3 die Gastemperatur des Luftmassenstroms im Bereich der Drosselklappe (TH) ,AMI * the air mass flow rate converted by the intermediate model (ZM), fictitiously measured at the location of the throttle device (TH), through the throttle device (TH), T3 the gas temperature of the air mass flow in the region of the throttle valve (TH),
K der Adiabatenexponent des Luftmassenstroms durch das Saugrohr (IM),K is the adiabatic exponent of the air mass flow through the intake manifold (IM),
Ra die allgemeine Gaskonstante des Frischluftmassenstroms durch den Luftansaugtrakt (IS) ,R a is the general gas constant of the fresh air mass flow through the air intake tract (IS),
- Pb der Druck des Luftmassenstroms vor der Drosselvorrichtung (TH) des Saugrohrs (IM) ist. und f eine Funktion in Abhängigkeit der Parameter T3, Ra, K repräsentiert .- P b is the pressure of the air mass flow upstream of the throttle device (TH) of the intake manifold (IM). and f represents a function as a function of the parameters T3, R a , K.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass durch das vorgeschaltete Zwischenmodell (ZM) eine etwaige Befullungsverzogerung und/oder Befullungsuberschwinger beim Befullen des Volumens zwischen dem Sensor (AMS) und der Drosselklappe (TH) mit einem Frischluftstrom durch Beruck- sichtigung des Abstands (DI) zwischen der Messposition des Sensors (AMS) und der Ortsposition der Drosselvorrichtung (TH) weitgehend kompensiert werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that by the upstream intermediate model (ZM) any Befullungsverzogerung and / or Befullungsuberschwinger when filling the volume between the sensor (AMS) and the throttle valve (TH) with a fresh air stream by taking into account Distance (DI) between the measuring position of the sensor (AMS) and the spatial position of the throttle device (TH) are largely compensated.
5. Steuergerat (ECU) mit mindestens einer Auswerte- /Recheneinheit (PU) zum Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms (AMF) im Saugrohr (IM) eines Verbrennungsmotors (CEO) ,5. control unit (ECU) with at least one evaluation / processing unit (PU) for determining and adjusting the air mass flow rate (AMF) in the intake manifold (IM) of an internal combustion engine (CEO),
- wobei die Auswerte-/Recheneinheit (PU) einen Regelkreis- Where the evaluation / processing unit (PU) a control loop
(CL) für ein Luftmassenstrommodell (MO) zur Modellierung eines Modellluftmassenstroms (AMF) im Saugrohr (IM) verwendet, wobei für die Fuhrungsgroße dieses Regelkreises (CL) eine Zwischenmodell-Vorsteuerung (ZM) vorgesehen ist, die den im Eingangsbereich des Luftansaugtrakts (IS) vor dem Saugrohr (IM) gemessenen Luftmassenstrom (AMI) in einen am Ort der Drosselvorrichtung (TH) des Saugrohrs (IM) fiktiv gemessenen Luftmassenstrom (AMI*) umrechnet, wobei am Eingang des Regelkreises (CL) eine Regelabwei- chungs-Ermittlungseinheit (DIF) vorgesehen ist, die eine Regelabweichung (CE) aus der Differenz oder dem Verhalt- nis zwischen dem umgerechneten, fiktiv gemessenen Luftmassenstrom (AMI*) und dem Modellluftmassenstrom (AMF) bildet, und wobei im Regelkreis (CL) als Regler eine Adaptionseinheit (AD) vorgesehen ist, der diese Regelabweichung (CE) als Eingangssignal zugeführt wird. (CL) for an air mass flow model (MO) used to model air mass flow (AMF) in the intake manifold (IM), wherein for the leadership size of this control loop (CL) an intermediate model pilot control (ZM) is provided, which measured in the entrance area of the air intake tract (IS) in front of the intake manifold (IM) air mass flow (AMI) in one of the location of the throttle device (TH) of the intake manifold (IM) fictitiously measured air mass flow (AMI *), wherein at the input of the control loop (CL), a control deviation determination unit (DIF) is provided, the one control deviation (CE) from the difference or the Behisnisis between the converted, fictitiously measured air mass flow (AMI *) and the model air mass flow (AMF) forms, and wherein in the control loop (CL) as a controller, an adaptation unit (AD) is provided to which this control deviation (CE) is supplied as an input signal.
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