DE10006127C2

DE10006127C2 - Verfahren und System zur Ermittlung der Luftladung im Zylinder für zukünftige Motorereignisse

Info

Publication number: DE10006127C2
Application number: DE10006127A
Authority: DE
Inventors: Donald J Lewis; Mrdjan J Jankovic; Stephen William Magner; Giuseppe D Suffredini
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: GB2347506B; GB0000833D0; US6170475B1; GB2347506A; DE10006127A1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Ermittlung der Luftladung im Zylinder für zukünftige Motorereignisse.

Der optimale Wirkungsgrad eines Dreiwegekatalysators wird er reicht, wenn ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor im stö chiometrischen Betrieb (d. h. mit einem idealen Kraft stoff/Luft-Verhältnis) läuft. Dazu muß der Luftladung im Zy linder (d. h. dem Luftmassenstrom in den Zylinder) eine geeig nete Menge Kraftstoff entsprechen. Bei jedem Motorereignis wird die Luftladung im Zylinder normalerweise anhand der Mes sungen von einem Drosselklappen-Luftmassensensor (MAF-Sensor) oder einem Ansaugkrümmerdrucksensor (MAP-Sensor) ermittelt.

Die derzeitige Ermittlung der Luftladung, die zu dem gerade im Ansaugtakt befindlichen Zylinder gehört, erfolgt für eine Entscheidung über die Kraftstoffzufuhr mehrere (normalerweise ein oder zwei) Motorereignisse zu spät. Dies ist darauf zu rückzuführen, daß der optimale Zeitpunkt für die Kraft stoffeinspritzung bei Motoren mit Einlaßkanaleinspritzung auf dem geschlossenen Ansaugventil liegt. Die Abgabe des Kraft stoffs erfordert jedoch eine endliche Menge Zeit, und größere Mengen bei höheren Motordrehzahlen können nicht in einem Ereignis oder weniger abgegeben werden. Somit wird die zum Zeitpunkt t beschlossene Menge Kraftstoff in den Einlaßkanal eines Zylinders abgegeben, der mit seinem Ansaugtakt mehrere Motorereignisse später beginnen wird. Eine Verbesserung in der Fähigkeit zur Steuerung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses wird erreicht, wenn zukünftige Werte der Luftladung im Zylin der anhand der gegenwärtigen und vergangenen Messung der Be triebsbedingungen des Motors vorhergesagt werden können. Weil sich das Rauschen bei der Messung nachteilig auf die Genauig keit der Vorhersage auswirkt, hat der Konstrukteur die schwierige Aufgabe, ein System bereitzustellen, das auf legi time Änderungen in den gemessenen Signalen rasch reagiert, aber dennoch unempfindlich ist gegenüber dem unvermeidlichen Rauschen.

Es wurden mehrere Verfahren entwickelt, die die Luftladung für zukünftige Zylinderereignisse vorhersagen. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 4,512,318 von Ito et al. ein Ver fahren zur Korrektur der Strömungsgeschwindigkeit des einge spritzten Kraftstoffs, um ein ideales Kraftstoff/Luft- Verhältnis zu erhalten. Ein "Korrekturkoeffizient" (ein Mul tiplikator für die zugrundeliegende Kraftstoffeinspritzzeit) wird ermittelt anhand der Änderungsgeschwindigkeit der der zeit gemessenen Ansaugkrümmerdruck- und Drosselklappenstel lungssignale.

Analog dazu betrifft ein zweites bekanntes Verfahren, das in dem US-Patent Nr. 5,497,329 von Tang offenbart wird, ein Ver fahren zur Vorhersage der in jeden Zylinder eingeleiteten Luftmasse anhand eines vorhergesagten Wertes für den Ansaug krümmerdruck. Der vorhergesagte Wert des Ansaugkrümmerdruckes basiert auf der Änderungsgeschwindigkeit des Ansaugkrümm erdrucksignals und der erfaßten Drosselklappenstellung. Bei diesen Verfahren handelt es sich um signalbezogene, nichtre kursive Prädiktoren. Bei diesen Verfahren wird das zur Verfü gung stehende Modell der Krümmerfüllungsdynamik nicht berücksichtigt, wodurch die Vorhersagen rauschempfindlich werden und zum Überschwingen neigen.

Ein auf der Theorie von Kalman Filtering basierendes Vorher sageverfahren wurde in den US-Patenten Nr. 5,270,935 und 5,273,019 von Dudek et al. bzw. Matthews et al. offenbart. Kalman-Filter sind für linearisierte Modelle ausgelegt, die nach der herkömmlichen Fehlerquadratmethode erhalten wurden. Die darin offenbarten Algorithmen sind "absolute" Prädikto ren, bei denen die Modellbildungsfehler die Vorhersagen auf Dauer beeinträchtigen.

Aus der WO 97/35106 A2 ist ein Verfahren zum modellgestützten Bestimmen der in die Zylinder einer Brennkraftmaschine einströmenden Frischluftmasse bei externer Abgasrückführung bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Öffnungsgrad der Dros selklappe durch eine Sensoreinrichtung erfaßt. Die Verhältnisse im Saugrohr wer den mittels eines Saugrohrfüllungsmodells nachgebildet, wobei als Eingangsgrößen des Modells zumindest der Öffnungsgrad der Drosselklappe, der Öffnungsgrad des Abgasrückführungsventils, der Umgebungsdruck, die Abgastemperatur, die Tempe ratur im Saugrohr und die Ventilstellung repräsentierende Parameter herangezogen werden. Es wird jeweils eine Modellgröße für den Luftmassenstrom an der Drossel klappe und für den Restgasmassenstrom am Abgasrückführventil gebildet. Ferner wird jeweils eine Modellgröße für den Luftmassenstrom in den Zylinder bzw. für den Restgasmassenstrom in den Zylinder als Funktion des Saugrohrdruckes bzw. des Restgaspartialdruckes gebildet. Aus den Modellgrößen Luftmassenstrom an der Drosselklappe, Restgasmassenstrom am Abgasrückführventil und Luftmassen strom in den Zylinder wird der Saugrohrdruck als bestimmende Größe zur Ermitt lung der tatsächlichen Last der Brennkraftmaschine berechnet. Aus den Modellgrö ßen Restgasmassenstrom am Abgasrückführventil und Restgasmassenstrom in den Zylinder wird der Restgaspartialdruck im Saugrohr berechnet. Aus dem Saug rohrdruck und dem Restgaspartialdruck wird der Frischgaspartialdruck bestimmt. Aus dem Zusammenhang zwischen Frischgaspartialdruck und Frischluftmassen strom in den Zylinder wird durch Integration die in den Zylinder einströmende Luft masse erhalten. Bei dem vorbekannten Verfahren basiert die Modellbeschreibung auf einer nichtlinearen Differentialgleichung. Die zukünftige Stellung der - Drossel klappe wird jedoch nicht ermittelt. Ferner wird die zukünftige Luftladung im Zylinder nicht anhand der - gar nicht ermittelten - zukünftigen Stellung der Drosselklappe ermittelt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und ein System zur Ermittlung der Luftladung im Zylinder einer Brennkraftmaschine anzugeben, die in hohem Maße genau und zuverlässig sind.

In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 und in systemmäßiger Hinsicht durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.

Die von diesen Ansprüchen abhängigen Ansprüche 2 bis 9 und 11 bis 18 bilden das Verfahren bzw. das System in vorteilhafter und zweckmäßiger Weise weiter.

In weiterer Nebenordnung wird ein sogenannter Fertigungsgegenstand nach Anspruch 19 (noch weitergebildet nach Anspruch 20) beansprucht, der ebenfalls die gestellte Erfindungsaufgabe löst und noch dazu dient, den praktischen Bedürfnissen unter Anwendung eines Computers mit einem Computerprogramm gerecht zu werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungs motors und eines elektronischen Motorsteuergeräts, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der all gemeinen Folge von Schritten in Verbindung mit der Ermittlung einer zukünftigen Stellung der Drosselklappe;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der all gemeinen Folge von Schritten in Verbindung mit der Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder, wenn es keine Abgas rückführung außerhalb des Motors gibt; und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der all gemeinen Folge von Schritten in Verbindung mit der Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder eines Motors mit einer Abgasrückführung außerhalb des Motors.

Anhand von Fig. 1 ist nun ein Verbrennungsmotor dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 umfaßt eine Vielzahl von Brennräumen oder Zylindern, von denen einer in Fig. 1 dargestellt ist. Der Motor 10 wird von einem elektronischen Steuergerät 12 mit einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 11, einer Zentraleinheit (CPU) 13 und einem Direktzugriffsspeicher (RAM) 15 gesteuert. Das elektronische Steuergerät 12 kann von einem elektronisch pro grammierbaren Mikroprozessor, einem Mikrocontroller, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung oder einer ähn lichen Vorrichtung verkörpert werden, um die vorbestimmte Steuerlogik bereitzustellen. Das elektronische Steuergerät 12 erhält eine Vielzahl von Signalen von dem Motor 10 über einen Ein-/Ausgabeport (E/A-Port) 17, wie zum Beispiel unter ande rem ein Kühlmitteltemperatursignal 14 von einem Kühlmittel temperatursensor 16, der mit einem durch den Kühlwassermantel 18 zirkulierenden Kühlwasser in Kontakt steht, ein Zylinder identifikationssignal 20 von einem Zylinderidentifikations sensor 22, ein von einem Drosselklappenstellungsgeber 26 er zeugtes Drosselklappenstellungssignal 24, das die Stellung einer von einem Fahrer betätigten Drosselklappe 27 anzeigt, ein von einem Profilzündungsgebersensor 30 erzeugtes Profil zündungsgebersignal 28, ein HEGO-Signal 32 von einer beheiz ten Lambdasonde 34, ein Luftansaugtemperatursignal 36 von ei nem Lufttemperatursensor 38, ein Ansaugkrümmertemperatursi gnal 40 und ein Ansaugkrümmerdrucksignal 42 von dem Ansaug krümmerdrucksensor 43.

Das elektronische Steuergerät 12 verarbeitet diese Signale und erzeugt entsprechende Signale wie zum Beispiel ein Signal für die Impulsform der Kraftstoffeinspritzdüse, das auf der Signalleitung 46 an die Kraftstoffeinspritzdüse 44 übertragen wird, um die Menge des der Kraftstoffeinspritzdüse 44 zuge führten Kraftstoffes zu steuern. Das elektronische Steuerge rät 12 erzeugt ein Abgasrückführungssignal (AGR-Signal) 45, um den Öffnungsgrad einer AGR-Düse 47 zu steuern. Mit Hilfe der AGR-Düse 47 wird die Emission von Stickoxiden durch Ab kühlung des Verbrennungsvorgangs reduziert.

Das Ansaugventil 48 dient zum Öffnen und Schließen des An saugkanals 50, um den Eintritt des Kraftstoff/Luft-Gemisches in den Brennraum 52 zu steuern.

Anhand von Fig. 2 ist nun ein Ablaufdiagramm zur Veranschau lichung der allgemeinen Folge von Schritten in Verbindung mit der Ermittlung einer zukünftigen Stellung der Drosselklappe 27 dargestellt. Ein einfaches Verfahren zur Verwendung der Drosselklappeninformationen ist die Ermittlung des Unter schiedes zwischen der gegenwärtigen Stellung der Drosselklap pe und der Drosselklappenstellung des letzten Motorereignis ses. Angenommen der zeitliche Unterschied zwischen dem näch sten Motorereignis und dem gegenwärtigen Motorereignis ist derselbe Unterschied wie der Unterschied zwischen dem gegen wärtigen und dem letzten Ereignis, wird die zukünftige Dros selklappenstellung als die Summe der gegenwärtigen Drossel klappenstellung plus dem Unterschied zwischen der gegenwärti gen und der letzten Drosselklappenstellung angenommen. Dieses Schema funktioniert gut, wenn das Drosselklappenstellungssi gnal absolut rauschfrei ist. Der erste Schritt besteht also darin, die momentane Stellung der Drosselklappe zu erfassen bzw. zu messen, wie in Block 100 gezeigt. Die zukünftige Drosselklappenstellung kann dann wie folgt vorhergesagt wer den:

θ⁺¹(k) = θ(k) + [θ(k) - θ(k - 1)]

θ⁺¹(k) = 2 × θ(k) - θ(k - 1)

wobei:
θ⁺¹(k) die voraussichtliche Drosselklappenstellung bei dem nächsten Motorereignis ist;
θ(k) die gemessene Drosselklappenstellung bei dem gegen wärtigen Motorereignis ist; und
q(k - 1) die gemessene Drosselklappenstellung bei dem vorhe rigen Motorereignis ist.

Um die Auswirkung des Rauschens auf die Vorhersage der Dros selklappenstellung einzuschränken, wird ein Tiefpaßfilter in der Geschwindigkeit der Motorereignisse verwendet, wie in Block 110 gezeigt. Wenn man den Unterschied zwischen dem ge genwärtigen und dem letzten Ausgang des Filters heranzieht, ergibt dies eine genauere Änderungsgeschwindigkeit der Dros selklappenstellung als bei Durchführung dieses Vorgangs ohne das Filter. Das Filter führt jedoch zu einem Nacheilen sowohl am Beginn als auch am Ende der Änderung der Drosselklappen stellung. Je mehr Betonung auf alte Informationen gelegt wird, umso besser ist das Signal gefiltert, aber umso mehr eilt das Signal dem wirklichen Wert nach.

Eine diskrete Annäherung des Filters erster Ordnung lautet wie folgt:

θ_LPF(k) = [FC]θ(k) + [1 - FC]θ_LPF(k - 1)

wobei:
θ_LPF(k) der gegenwärtige gefilterte Wert der gemessenen Drosselklappenstellung ist;
FC die Filterkonstante des Filters mit rollendem Durchschnitt ist, die Werte von 1 (kein Filtern) bis 0 (Wert niemals aktualisiert) annehmen kann. Eine Zeitkonstante TC kann mit FC wie folgt in Zu sammenhang gebracht werden:

was anzeigt, daß diese Art von ereignisbezogenem Filter eine Zeitkonstante besitzt, die sich mit der Motorereignisrate Δt ändert. Eine zusätzliche Kor rektor ist möglich, um eine feste Zeitkonstante zu erhalten, wird hier aber im Interesse der Minimie rung des Rechenaufwandes nicht eingeführt. Außerdem kann ein Algorithmus mit fester Rate verwendet wer den, um die Änderungsgeschwindigkeit der Drossel klappenstellung zu ermitteln, wobei die Ergebnisse skaliert und auf die Operation der Ereignisrate an gewandt werden; und
θ_LPF(k - 1) der gefilterte Wert der Drosselklappenstellung bei dem letzten Motorereignis ist.

Die Ermittlung der nächsten zukünftigen Drosselklappenstel lung erfolgt gemäß Block 112 mit Hilfe des gegenwärtigen und des letzten Wertes des gefilterten Ausgangs in folgender Wei se:

θ⁺¹(k) = θ(k) + [θ_LPF(k) - θ_LPF(k - 1)].

Schließlich wird der gefilterte Wert der Drosselklappenstel lung für eine anschließende Ermittlung gespeichert, wie in Block 114 gezeigt.

Anhand von Fig. 3 wird nun ein Ablaufdiagramm gezeigt, wel ches die allgemeine Folge von Schritten in Verbindung mit der Vorhersage der Luftladung im Zylinder für zukünftige Motorer eignisse veranschaulicht, wenn kein Abgas in den Ansaugkrüm mer 53 zurückgeführt wird. Das heißt, das Gas in dem Ansaug krümmer 53 ist Frischluft, und der Druck im Ansaugkrümmer 53 steht in direktem Zusammenhang mit der Luftladung im Zylin der.

Die in einem Drehzahldichtesystem normalerweise gemessenen Signale umfassen die Drosselklappenstellung, den Ansaugkrümm erdruck, die Ansaugkrümmertemperatur und die Motordrehzahl.

Außerdem werden der Umgebungsdruck und die Umgebungstempera tur entweder direkt gemessen oder geschätzt. Dieses Verfahren geht davon aus, daß diese Signale zur Verfügung stehen.

Zur Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder müssen wir zunächst den zukünftigen Ansaugkrümmerdruck ermitteln, wie in Verbindung mit Block 116-124 näher beschrieben wird. Der Ausgangspunkt ist ein herkömmliches dynamisches Modell für die Änderung im Ansaugkrümmerdruck:

wobei T die durch den Ansaugkrümmertemperatursensor 41 gemes sene Temperatur im Ansaugkrümmer ist, V das Volumen des An saugkrümmers ist, R die spezifische Gaskonstante ist, MAF der Massenstrom in den Ansaugkrümmer 53 ist, und M_cyl die Strö mungsgeschwindigkeit in den Zylinder ist. Der Massenstrom in die Zylinder (M_cyl) wird dargestellt als lineare Funktion des Ansaugkrümmerdruckes, wobei Anstieg und Versatz in fol gender Weise von der Motordrehzahl und den Umgebungsbedingun gen abhängen:

wobei P_amb und P_{amb_nom} der momentane Umgebungsdruck und der Nennwert des Umgebungsdruckes (z. B. 101 kPa) sind. Die Pumpparameter α₁(N) und α₂(N) des Motors werden aus stati schen Motorabbildungsdaten abgeleitet, die man bei nominellen Umgebungsbedingungen erhält. Nach der Substitution dieses Ausdrucks in der dynamischen Gleichung für den Ansaugkrümm erdruck und nach dem Differenzieren beider Seiten, um die Än derungsgeschwindigkeit des Ansaugkrümmerdruckes zu erhalten, ergibt sich folgendes:

Es sei darauf hingewiesen, daß:

Die die Änderung der Motordrehzahl regelnde Dynamik ist lang samer als die Dynamik des Ansaugkrümmers. Ein guter Kompromiß zwischen Leistungsfähigkeit und Einfachheit besteht in der Beibehaltung von ₁ (Anstieg) und der Vernachlässung von ₂ (Versatz). Mit dieser Vereinfachung erhält man die zweite Ab leitung von P_m durch:

Damit die obige Gleichung diskret wird, wird dP_m(k) defi niert als diskrete Version der Zeitableitung von P_m, das heißt dP_m(k) = (P_m(k + 1) - P_m(k))/Δt, um folgendes zu erhalten:

Somit haben wir nun eine Gleichung, die in Block 122 die vor hergesagte Änderungsgeschwindigkeit des Ansaugkrümmerdruckes ein Motorereignis in die Zukunft hinein definiert, anhand de rer in Block 124 die zukünftigen Werte des Ansaugkrümmerdruc kes ermittelt werden. Zum Zeitpunkt k stehen jedoch die Si gnale von dem nächsten Zeitpunkt (k + 1) nicht zur Verfügung. Um die rechte Seite zu implementieren, benutzen wir in Block 120 statt des Wertes zum Zeitpunkt k + 1 den ein Ereignis wei ter vorhergesagten Wert des MAF-Signals zum Zeitpunkt k, den man mit Hilfe der ein Ereignis weiter vorhergesagten Drossel klappenstellung wie folgt erhält:

wobei P_amb und P_{amb_nom} der momentane und der nominelle (d. h. 101 kPa) absolute Umgebungsdruck sind, T_amb und T_{amb_nom} die momentane und die nominelle (d. h. 300 K) abso lute Umgebungstemperatur sind, und C(θ) die aus den stati schen Motordaten erhaltene Schallströmungscharakteristik der Drosselklappe ist. Fn_subsonic ist der herkömmliche Unter schallströmungskorrekturfaktor:

wobei P_m(k) der momentan gemessene Ansaugkrümmerdruck ist, wie in Block 116 gezeigt. Zur Implementierung im Fahrzeug kann die Funktion Fn_subsonic als tabellarische Nachschlage funktion des Druckverhältnisses implementiert werden. In die sem Fall sollte die Größe des Anstiegs begrenzt werden, um ein Schwingungsverhalten unter Vollastbedingungen zu verhin dern, indem man unter Umständen den Nulldurchgang der Funktion auf einen Wert des Druckverhältnisses knapp über 1 aus dehnt.

Es stehen mehrere verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, um in Block 120 die Menge MAF(k) zu erhalten, die bei der Er mittlung der zukünftigen Änderungsgeschwindigkeit des Ansaug krümmerdruckes verwendet wird. Die nachstehende Formel, die den vorherigen Wert der vorhergesagten Drosselklappenstellung und den momentanen Wert des Ansaugkrümmerdruckes verwendet, ist dafür im Hinblick auf das Überschwingen und die Stabili tät bei Vollast am besten geeignet:

Um die Vorhersage der Motordrehzahl anstelle der Subtraktion des gegenwärtigen Wertes von α₁ von dem einen Schritt weiter vorhergesagten Wert zu vermeiden, nähern wir α₁ durch Sub traktion des ein Ereignis alten Wertes von dem gegenwärtigen Wert. Die obigen Änderungen führen dazu, daß das dP_m-Signal dem ein Ereignis weiter vorhergesagten Wert der Zeitableitung von P_m entspricht, d. h. der Änderungsgeschwindigkeit des zu künftigen Ansaugkrümmerdruckes:

Es sei darauf hingewiesen, daß der Wert von dP_m ⁺¹(k) nur von den zum Zeitpunkt k zur Verfügung stehenden Signalen abhängt.

Somit kann er bei der Vorhersage des Ansaugkrümmerdruckes in Block 124 wie folgt verwendet werden:

P_m ⁺¹(k) = P_m(k) + ΔtdP_m ⁺¹(k - 1)

P_m ⁺²(k) = P_m(k) + ΔtdP_m ⁺¹(k - 1) + ΔtdP_m ⁺¹(k)

wobei P_m ⁺¹(k) und P_m ⁺²(k) die einen bzw. zwei Schritte wei ter vorhergesagten Werte des Ansaugkrümmerdruckes sind. Die vorhergesagten Werte sollten begrenzt werden, damit sie den Umgebungsdruck nicht übersteigen.

Die Vorhersage der Luftladung im Zylinder gemäß Block 126 er gibt sich dann wie folgt:

Bei jedem Motorereignis k wird der Wert von θ⁺¹(k) im Spei cher gespeichert, um im nächsten Schritt bei der Berechnung von MAF(k) in den Blöcken 128 und 130 als θ⁺¹(k - 1) verwendet zu werden. Was ebenfalls gespeichert werden muß, sind die Werte dP_m ⁺¹(k) und α₁(N(k)), die für die Berechnung bei dem nächsten Ereignis herangezogen werden.

Der obige Algorithmus gilt in dem Fall, wo kein Abgas in den Ansaugkrümmer zurückgeführt wird. Wenn es innerhalb des Mo tors über eine Zeitsteuerung mit variablem Nockenhub eine Abgasrückführung gibt, bleibt der oben beschriebene Algorithmus der gleiche, außer daß die Pumpkoeffizienten α₁ und α₂ des Motors auch für den momentanen (gemessenen) Wert des Nocken steuersignals eingestellt werden müssen, das heißt wir ver wenden α₁(k) = α₁(N(k), CAM(k)) und α₂(k) = α₂(N(k), CAM(k)).

Fig. 4 veranschaulicht die allgemeine Folge von Schritten in Verbindung mit der Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder, wenn das Abgas in den Ansaugkrümmer zurückgeführt wird. In diesem Fall sollte nur ein Teil des in den Zylinder einströmenden Gases gleich der Kraftstoffmenge sein. Daher muß der Algorithmus zur Vorhersage der Luftladung modifiziert werden. Wir gehen davon aus, daß ein zusätzliches Signal zur Verfügung steht: der Partialdruck der Luft in dem Ansaugkrüm mer P_air. Ein bekanntes Verfahren zur Ermittlung des Parti aldruckes der Luft wird beschrieben in der US-Patentanmeldung mit dem Titel "Method and System For Estimating Cylinder Air Flow", eingereicht am 12. Januar 1998, mit dem Aktenzeichen Nr. 09/005,927. Es werden also zunächst der momentane Ansaug krümmerdruck, der momentane Partialdruck der Luft, die momen tane Drosselklappenstellung und die vorhergesagte zukünftige Drosselklappenstellung ermittelt, wie in Block 132 und 134 gezeigt.

Der einen Schritt weiter vorhergesagte Wert des Massenstromes MAF⁺¹(k) durch die Drosselklappe in Block 136 verwendet den einen Schritt weiter vorhergesagten Wert des Drosselklappen winkels θ⁺¹(k) und den momentanen Wert des Ansaugkrümmerd ruckes, der durch den vorherigen, einen Schritt weiter vor hergesagten Wert modifiziert wurde, als Ableitung des Parti aldruckes der Luft:

Wie bei der vorherigen Ausführungsform, wo es keine Abgas rückführung gibt, wird in Block 136 der Wert MAF(k) mit Hilfe des alten vorhergesagten Wertes der Drosselklappenstellung und des momentanen Wertes des Ansaugkrümmerdruckes wie folgt berechnet:

Die Änderungsgeschwindigkeit des Partialdruckes der Luft ge mäß Block 138 wird dann wie folgt mit Hilfe einer rekursiven Formel berechnet:

Die einen und zwei Schritte weiter gemäß Block 140 vorherge sagten Werte des Partialdruckes der Luft lauten wie folgt:

P_air ⁺¹(k) = P_air(k) + ΔtdP_air ⁺¹(k - 1)

P_air ⁺²(k) = P_air(k) + ΔtdP_air ⁺¹(k - 1) + ΔtP_air ⁺¹(k)

Die Vorhersage der Luftladung im Zylinder gemäß Block 142 er gibt sich dann wie folgt:

Bei jedem Motorereignis k werden die Werte θ⁺¹(k), dP_air ⁺¹(k) und α₁(N(k)) wieder im Speicher gespeichert, um zur Berechnung bei dem nächsten Ereignis herangezogen zu wer den, wie in Block 144 und 146 gezeigt.

Wenngleich die in Fig. 2-4 gezeigten Schritte sequentiell dargestellt sind, können sie mit Hilfe von interrupt gesteuerten Programmierstrategien, mit Hilfe einer objektori entierten Programmierung oder dergleichen implementiert wer den. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die in Fig. 2-4 gezeigten Schritte einen Teil einer größeren Rou tine, die weitere Motorsteuerfunktionen erfüllt.

Es wurden zwar Ausführungsformen der Erfindung veranschau licht und beschrieben, doch sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung veranschaulichen und beschreiben. Vielmehr sollen die nun folgenden Ansprüche alle Modifikationen und alternativen Bauformen und alle Äqui valente abbdecken, die in den Geist und Rahmen der vorliegen den Erfindung fallen.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder eines Verbrennungsmotors mit einer Drosselklappe (27) zur Steuerung der dem Motor zuzuführenden Luftmenge und einem Ansaugkrümmer (53) zur Auf nahme der durch die Drosselklappe (27) gesteuerten Luft und zum Befördern der Luft in den Zylinder, bei dem die momentane Stellung der Drosselklappe (27) erfaßt wird, ein Modell für eine Änderung im Ansaugkrümmerdruck (P_m) ermittelt wird und bei dem die zukünftige Luftladung im Zylinder ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zukünftige Stellung der Drosselklappe (27) anhand der erfaßten mo mentanen Stellung der Drosselklappe (27) ermittelt wird
und daß die zukünftige Luftladung im Zylinder anhand der zukünftigen Stel lung der Drosselklappe (27) und anhand des Modells ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor anhand der zukünftigen Luftladung im Zylinder gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Er mittlung der zukünftigen Stellung der Drosselklappe (27) eine vorige Stellung der Drosselklappe (27) und der Unterschied zwischen der vorigen und mo mentanen Stellung der Drosselklappe ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder ein momentaner Ansaugkrümmerdruck (P_m) ermittelt wird, die momentane Ände rungsgeschwindigkeit des Ansaugkrümmerdruckes (P_m) anhand des Modells ermittelt wird und der zukünftige Ansaugkrümmerdruck (P_m) anhand der mo mentanen Änderungsgeschwindigkeit ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der momentanen Änderungsgeschwindigkeit der momentane Massenstrom in den Ansaugkrümmer und der zukünftige Massenstrom in den Ansaugkrümmer ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung des zukünftigen Massenstromes in den Ansaugkrümmer die Umgebungstem peratur ermittelt wird, der Umgebungsdruck ermittelt wird, der momentane Ansaugkrümmerdruck erfaßt wird und die vorige Änderungsgeschwindigkeit des Ansaugkrümmerdruckes ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Motor einen Abgaskrümmer umfaßt, der vom Motor ver branntes Abgas ausleitet, und eine Abgasrückführungsdüse (AGR-Düse 47) zur Rückführung eines Teils des Abgases in den Ansaugkrümmer (53), wobei zur Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder ein zukünftiger Partial druck der Luft im Ansaugkrümmer (53) ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung des zukünftigen Partialdruckes der Luft im Ansaugkrümmer (53) der momen tane Partialdruck der Luft im Ansaugkrümmer und die momentane Ände rungsgeschwindigkeit des Partialdruckes der Luft im Ansaugkrümmer anhand des Modells ermittelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der momentanen Änderungsgeschwindigkeit des Partialdruckes der Luft der momentane Massenstrom in den Ansaugkrümmer ermittelt wird, die Umge bungstemperatur ermittelt wird, der Umgebungsdruck erfaßt wird und die vori ge Änderungsgeschwindigkeit im Partialdruck der Luft im Ansaugkrümmer ermittelt wird.

10. System zur Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder eines Verbren nungsmotors mit einer Drosselklappe (27) zur Steuerung der dem Motor zu zuführenden Menge Luft und mit einem Ansaugkrümmer (53) zur Aufnahme der durch die Drosselklappe (27) gesteuerten Luft und zur Beförderung der Luft in einen Zylinder, wobei das System einen Drosselklappenstellungsgeber (26) zur Erfassung der momentanen Stellung der Drosselklappe (27) und eine Steuerlogik (12) zur Ermittlung eines Modells für eine Änderung im Ansaug krümmerdruck (P_m) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (12) die zukünftige Stellung der Drosselklappe (27) an hand der erfaßten momentanen Stellung ermittelt und daß die Steuerlogik (12) die zukünftige Luftladung im Zylinder anhand der zukünftigen Stellung der Drosselklappe (27) und anhand des Modells ermittelt.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (12) des weiteren den Motor anhand der zukünftigen Luftladung im Zylinder steu ert.

12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer logik (12) bei der Ermittlung der zukünftigen Stellung der Drosselklappe (27) des weiteren eine vorige Stellung der Drosselklappe (27) ermittelt und den Unterschied zwischen der vorigen und der momentanen Stellung der Drossel klappe (27) ermittelt.

13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (12) bei der Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder des weiteren einen momentanen Ansaugkrümmerdruck (P_m) ermittelt, eine momentane Änderungsgeschwindigkeit des Ansaugkrümmerdruckes anhand des Modells ermittelt, und einen zukünftigen Ansaugkrümmerdruck anhand der momentanen Änderungsgeschwindigkeit ermittelt.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (12) bei der Ermittlung der momentanen Änderungsgeschwindigkeit des weiteren einen momentanen Massenstrom in den Ansaugkrümmer (53) ermittelt und einen zukünftigen Massenstrom in den Ansaugkrümmer ermittelt.

15. System nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (38) zur Ermittlung der Umgebungstemperatur;
eine Einrichtung zur Ermittlung des Umgebungsdruckes;
einen Drucksensor (43) zur Erfassung des momentanen Ansaugkrümmerdru ckes;
wobei die Steuerlogik (12) bei der Ermittlung des zukünftigen Massenstromes in den Ansaugkrümmer (53) des weiteren eine vorige Änderungsgeschwindig keit des Ansaugkrümmerdruckes anhand der Umgebungstemperatur (36), des Umgebungsdruckes und des momentanen Ansaugkrümmerdruckes (42) er mittelt.

16. System nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor des weiteren einen Abgaskrümmer umfaßt, der vom Motor ver branntes Abgas ausleitet, und eine Abgasrückführungsdüse (AGR-Düse 47), die einen Teil des Abgases in den Ansaugkrümmer (53) zurückführt, wobei die Steuerlogik (12) bei der Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder des weiteren einen zukünftigen Partialdruck der Luft im Ansaugkrümmer (53) er mittelt.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (12) bei der Ermittlung des zukünftigen Partialdruckes der Luft im Ansaugkrümmer (53) des weiteren einen momentanen Partialdruck der Luft im Ansaugkrüm mer (53) ermittelt und eine momentane Änderungsgeschwindigkeit des Parti aldruckes der Luft im Ansaugkrümmer (53) anhand des Modells ermittelt.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (12) bei der Ermittlung der momentanen Änderungsgeschwindigkeit des Partial druckes der Luft des weiteren den momentanen Massenstrom in den Ansaug krümmer (53) ermittelt, die Umgebungstemperatur ermittelt, den Umgebungs druck ermittelt, den momentanen Ansaugkrümmerdruck (53) ermittelt, und ei ne vorige Änderungsgeschwindigkeit des Partialdruckes der Luft im Ansaug krümmer (53) ermittelt.

19. Fertigungsgegenstand für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit einer Drosselklappe (27) zur Steuerung der dem Motor zuzuführenden Luft menge und mit einem Ansaugkrümmer (53) zur Aufnahme der durch die Drosselklappe (27) gesteuerten Luft und zur Beförderung der Luft in einen Zy linder,
gekennzeichnet durch ein System nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wo bei der Fertigungsgegenstand folgendes umfaßt:
ein Computerspeichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zur Ermittlung einer zukünftigen Stellung der Drosselklappe anhand der er faßten momentanen Stellung, zur Ermittlung eines Modells für eine Änderung im Ansaugkrümmerdruck, und zur Ermittlung der zukünftigen Luftladung im Zylinder anhand der zukünftigen Stellung der Drosselklappe und anhand des Modells.

20. Fertigungsgegenstand nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor des weiteren einen Abgaskrümmer umfaßt, der vom Motor verbranntes Abgas ausleitet, und eine Abgasrückführungsdüse (AGR-Düse 47), die einen Teil des Abgases in den Ansaugkrümmer (53) zurückführt, wobei das Com puterprogramm des weiteren darin codiert ist, um einen zukünftigen Partial druck der Luft in dem Ansaugkrümmer (53) zu ermitteln.