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Eine
zentrale Kenngröße zum verbrauchs- und vor allem
emissi onsoptimalen Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere
Ottomotors, stellt der Luftmassenstrom in dessen Saugrohr dar. Hieraus
ergeben sich hohe Anforderungen an die Genauigkeit bezüglich
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 Saugrohrdrucksensors – 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 Luftmassenstrommodell 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-Verhältnissen 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 Drosselklappe
ergeben, dass ein Abgleich des Luftmassenstrommodells mit Hilfe
des gemessenen Luftmassenstroms des Luftmassenmessers in der Praxis
mit Fehlern behaftet ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg aufzuzeigen, wie
im dynamischen Fall ein verbesserter Abgleich des Luftmassenstrommodells
ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird durch folgendes erfindungsgemäße
Verfahren gelöst:
Verfahren zum Ermitteln und Einregeln
des Luftmassenstroms im Saugrohr eines Verbrennungsmotors, indem
- – in einem Steuergerät über
ein Luftmassenstrommodell ein Modellluftmassenstrom durch die Drosselvorrichtung
des Saugrohrs modelliert wird,
- – der Luftmassenstrom von in den Luftansaugtrakt einströmender
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 Modeilluftmassenstrom
durch die Drosselvorrichtung verglichen wird.
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Mittels
des zusätzlichen Zwischenmodells als Vorsteuerung des Regelkreises
des Luftmassenstrommodells ist es speziell bei Dynamik der Frischluftmassenstrom-Verhältnisse
im Luftansaugtrakt ermöglicht, den Abgleich zwischen dem
Modellluftmassenstrom aus dem Luftmassenstrommodell und dem tatsächlich
gemessenen Luftmassenstrom genauer und robuster zu machen. Gleichzeitig
wird eine ausreichende Reaktionsfähigkeit des Gesamtsystems
zum Ermitteln und präzisen Einregeln eines gewünschten
Luftmassenstroms weitgehend sichergestellt.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Steuergerät 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 Modellluftmassenstroms im Saugrohr verwendet,
- – wobei für die Führungsgröße
dieses Regelkreises eine 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 Luftmassenstrom umrechnet,
- – 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
- – wobei im Regelkreis als Regler eine Adaptionseinheit
vorgesehen ist, der diese Regelabweichung als Eingangssignal zugeführt
wird.
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Sonstige
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
wiedergegeben.
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Die
Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von
Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung einen beispielhaften Luftansaugtrakt eines
Verbrennungsmotors, insbesondere Ottomotors, für den der
Luftmassenstrom nach einer vorteilhaften Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt und
eingeregelt wird,
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2 in
schematischer Darstellung ein vorteilhaftes Regelungssystem für
ein Luftmassenstrommodell in der Auswerte-/Recheneinheit des Motorsteuergeräts
des Verbrennungsmotors von 1, wobei
der Regelkreis dieses Regelungssystems mit einer Vorsteuerung beaufschlagt
ist, die ein Ermitteln und Einregeln des Luftmassenstroms im Saugrohr
nach einer Ausführungsvariante des erfindungemäßen
Verfahrens ermöglicht, und
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3 in
schematischer Darstellung verschiedene Messkurven von Luftmassenströmen
im Luftansaugtrakt des Verbrennungsmotors von 1 am
Luftmassenmesser des Luftansaugtrakts von 1 gemessen,
und zwar real an dessen Drosselklappe gemessen, ohne Zwischenmodellabgleich,
und bei einer Luftmassenadaption mit Zwischenmodell gemäß dem
Regelungssystem von 2.
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Elemente
mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 mit 3 jeweils
mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung einen beispielhaften 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 stromabwärtsseitigen, motornahen Endabschnitt
ein Saugrohr 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 Eingangskrümmer 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 lässt. Die Drosselvor richtung kann insbesondere
durch einen sogenannten Impulslader ersetzt sein. Der Verbrennungsvorgang
eines in den jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors eingebrachten
Kraftstoff-/Luftgemisches sowie die Emissionszusammensetzung des
Abgasstroms EG im Abgastrakt ES des Verbrennungsmotors COE werden
dabei mittels eines Motorsteuergeräts ECU kontrolliert
und eingestellt. Eine vorgebbare Kraftstoffmenge kann über
das Saugrohr IM durch Kanaleinspritzung und/oder durch Direkteinspritzung
dem Verbrennungsraum des jeweiligen Zylinders zugemessen bzw. zugeteilt
werden. Dabei dient der im 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 Emissionszusammensetzung 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.
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Zur
Einstellung des Luftmassenstroms im Saugrohr IM dient die Drosselklappe
TH im Eingangsbereich des röhrenförmigen Saugrohrs
IM. Durch Veränderung der Winkelstellung der Drosselklappe
TH lässt sich für den angesaugten Frischluftstrom
die Durchflussfläche 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 Motorsteuergerät ECU entsprechend einer gewünschten
Drehmoment- bzw. Lastanforderung reguliert. Das Motorsteuergerät
ECU kann über eine in 1 nicht
eingezeichnete Steuerleitung ggf. mindestens eine Zylindereinlassvorrichtung
zum Befüllen des Brennraums des jeweiligen Zylinders CY
mit Luft und/oder mindestens eine Zylindereinlassvorrichtung 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/Kraftstoffgemisch vorgesehen sein.
In analoger Weise kann das Motorsteuergerät ECU ggf. auch
eine Zylinderauslassvorrichtung zum Entleeren des Brennraums dieses
Zylinders über eine Steuerleitung ansteuern.
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Hier
im Ausführungsbeispiel von 1 ist dem
Saugrohr IM ein Injektor IN zur Kanaleinspritzung einer zur jeweiligen
Drehmomentanforderung passenden Kraftstoffmenge zugeordnet, um eine
Zylinderfüllung mit Kraftstoff vorzubereiten. Wird das
Einlassventil IV des jeweiligen Zylinders CY während 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
Ansaugtakt befindet, ein. In der 1 sind diese
Nockenwelle sowie zugehörige Steuerleitungen zur etwaigen
Nockenwellenphasenstellung durch das Motorsteuergerät der
zeichnerischen Einfachheit halber weggelassen worden. Nach der Durchführung
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. Zusätzlich oder unabhängig
zur Kanaleinspritzung ist es auch möglich, durch Direkteinspritzung
mit einem Injektor dem Brennraum des jeweiligen Zylinders eine passende
Kraftstoffmenge zuzuteilen.
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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 Ausführungsbeispiel
zusätzlich 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 Ladeluftkühleinheit
CAC nachzuordnen. Die Ansteuerung des Verdichters CH durch das Motorsteuergerät ECU
ist in der 1 durch einen Wirkpfeil L2 sowie
die Ansteuerung der Ladeluftkühleinheit CAC durch das Motorsteuergerät
ECU durch einen Wirkpfeil L3 angedeutet.
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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 Röhre. 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 Motorsteuergeräts ECU hinterlegt bzw. implementiert.
Es fungiert als eine Art Regelstrecke in einem Regelungssystem CL
zum Ermitteln und Einregeln eines gewünschten Luftmassenstroms
im Saugrohr IM. Das Gesamtregelungssystem CL für das Luftmassenstrommodell
MO ist in der 2 schematisch dargestellt. Dem
Luftmassenstrommodell MO werden als Eingangsparameter IP insbesondere die
Gastemperatur T3 des Frischluftstroms im Bereich der Drosselklappe
TH, der Adiabatenexponent κ 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 Strömungsrichtung
vor der Drosselklappe TH betrachtet ist dort vorzugsweise ein Drucksensor
PSb vorgesehen, der zugehörige
Druckmesssignale SPb über eine
Messleitung L41 an das Motorsteuergerät 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 Motorsteuergerät 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 Motorsteuergerät ECU zur Verarbeitung
im Luftmassenmodell MO gesendet. Das Massenstrommodell MO berechnet
dann nach der Gleichung von St. Venant den Modellluftmassenstrom
AMF, der durch die Drosselklappe TH in das Saugrohr IM strömt,
zu AMF = Ared·Pb·ψ·C1
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Dabei
ist der Parameter
- – AMF der Modellluftmassenstrom
durch die Drosselklappe TH,
- – Ared der sogenannte reduzierte
Drosselklappenquerschnitt der Drosselklappe TH als Funktion deren
Drosselklappenstellung,
- – Pb der Druck des Luftmassenstroms
vor der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM,
- – C1 eine temperaturabhängige
Konstante,
- – Ψ eine Psi-Funktion ist,
wobei
für
die temperaturabhängige Konstante C1 gilt: wobei - – T3 die Temperatur des Luftmassenstrom im Bereich
der Drosselklappe TH des Saugrohrs IM,
- – Rg die allgemeine Gaskonstante
der in den Luftansaugtrakt IS einströmenden Frischluft
AMI, und
- – κ der Adiabatenxponent der Luftmasse im
Saugrohr IM ist.
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Die Ψ-Funktion
ist hierbei insbesondere folgendermaßen festgelegt:
wobei
- – Pa der Druck
des Luftmassenstroms nach der Drosselklappe (TH) des Saugrohrs (IM)
ist.
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Nähere
Einzelheiten hierzu finden sich insbesondere im Kapitel 16.8.1 des
Fachbuchs „Handbuch Verbrennungsmotor van Basshuysen/Schäfer,
Viehweg Verlag, 3 Auflage, 2005.
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Diese
Luftmodellberechung für den Luftmassenstrom im Saugrohr
wird vorzugsweise deshalb gemacht, weil eine Direktmessung des Luftmassenstroms
im Saugrohr mit zur Verfügung stehenden Luftmassensensoren
nur schwierig oder gar nicht möglich ist. Gängige
Luftmassensensoren sind nämlich zu druckempfindlich und
würden unter den hohen Druckverhältnissen im Saugrohr
nicht richtig oder gar nicht funktionieren.
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Der
Modellluftmassenstrom AMF wird in der Auswerte-Recheneinheit PU
des Motorsteuergeräts 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 L1 an das Motorsteuergerät
ECU übergibt. Der Luftmassensensor AMS weist dabei einen
Abstand DI zur Ortsposition der im Luftansaugtrakt stromabwärts
positionierten, nachgeordneten Drosselklappe TH auf (siehe 1).
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Bei
Dynamik bezüglich der Luftmassenverhältnisse 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 Luftmassenmesser
an, während sich der Massestrom durch die Drosselklappe
nur wenig ändert. Ein solcher Laderdrehzahlanstieg wird
beispielsweise bei einer gewünschten Fahrzeugbeschleunigung
durch Durchtreten des Gaspedals ausgelöst. Dabei kommt
es zu einem Überschwinger des Luftmassenstroms, der am
Luftmassenmesser AMS gemessen wird, da zunächst das Volumen
im röhrenförmigen Luftansaugtrakt zwischen der
Messposition des Luftmassenmessers AMS und der im Abstand DI nachgeordneten
Drosselklappe TH befüllt wird. Folglich wäre ein
Abgleich des Luftmassenstrommodells MO mit Hilfe des durch den Luftmassenmesser
AMS gemessenen Luftmassenstroms AMI im dynamischen Fall mit Fehlern
behaftet. Denn es kann sich im Dynamikfall eine unzulässig
hohe Abweichung zwischen dem am Ort der Drosselklappe durch deren
jeweiligen Öffnungsquerschnitt tatsächlich fließenden
Frischluftmassenstrom und dem am Ort des Luftmassensensors AMS gemessenen
Luftmassenstrom AMI ergeben. Die 3 veranschaulicht diesen
Dynamikfall bezüglich des zuströmenden Frischluftmassenstroms
anhand eines schematischen Luftmassenstrom-/Zeitdiagramms. Entlang
der Abszisse ist die Zeit t in Sekunden, entlang der Ordinaten die
Luftmasse AM im Kg/h angegeben. Kommt es z. B. durch einen Beschleunigungsvorgang
zum weiteren Öffnen der Drosselklappe TH, so wird vermehrt
Frischluft durch das Luftfilter AF in den Luftansaugtrakt IS angesaugt. Dann
resultiert ein Überschwinger des Luftmassenstroms, der
vom Luftmassensensor AMS gemessen wird, durch den Befüllungsvorgang
des Volumens des 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 Luftmassenstrom AMI. Dieser Kurvenverlauf
ist in der 3 mit KAMS bezeichnet und durch
eine durchgezogene Linie dargestellt.
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Diese
Zunahme der angesaugten Frischluftmasse AMI kommt stark abgedämpft
und zeitverzögert 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 tatsächlich hindurchströmenden
Frischluftmasse ist in der 3 als strichpunktierte
Kurve eingezeichnet und mit MR bezeichnet.
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Würde
lediglich der gemessene Luftmassenstrom AMI mit dem Modellluftmassenstrom
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 das Luftmassenstrommodell MO eingespeist werden
würde, so käme es folglich zu Fehlanpassungen
an die realen Verhältnisse des sich tatsächlich
einstellenden Luftmassenstroms durch die Drosselklappe TH. In der 3 ist
der Kurvenverlauf für den modellierten Luftmassenstrom
AMF für diesen Fall mit Hilfe der Kurve MW veranschaulicht.
Sie weicht von dem tatsächlichen Verlauf MR des Luftmassenstroms
durch die Drosselklappe TH ab.
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Um
nun eine Fehlerminimierung bei der Ermittlung und Einregelung des
Modellluftmassenstroms AMF herbeizuführen, wird im Unterschied
zum bisherigen Regelungsprinzip in vorteilhafter Weise eine Zwischenmodell-Vorsteuerung
ZM für die Führungsgröße des
Regelkreises CL vorgesehen, die den im Eingangsbereich 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 gemessenen
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 Massenstrombilanz
im Volumen zwischen dem Messort des Luftmassensensors AMS und der
Ortsposition der Drosselklappe TH ist es möglich, aus der
Massendifferenz AMI . – AMI .* = p .b·f(T3,
Ra, κ)den fiktiv am Ort der
Drosselklappe TH gemessenen Luftmassenstrom AMI .*
= AMI . – p .b·f(T3, Ra, κ)zu
ermitteln, ohne das am Ort der Drosselklappe und/oder im nachfolgenden
Saugrohr ein Luftmassensensor vorhanden ist. In dieser Gleichung
ist der 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,
- – T3 die Gastemperatur des Luftmassenstroms im Bereich
der Drosselklappe TH,
- – κ der Adiabatenexponent des Luftmassenstroms
durch das Saugrohr IM,
- – Ra die allgemeine Gaskonstante
des Frischluftmassenstroms durch den Luftansaugtrakt IS ist, und
- – f eine Funktion in Abhängigkeit der Parameter
T3, Ra, κ repräsentiert.
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Auf
diese Weise erzeugt die Zwischenmodell-Vorsteuerung ZM einen fiktiv
am Ort der Drosselklappe TH gemessenen Luftmassenstrom AMI*, bei
dem dynamische Änderungen der Luftmassenstrom-Verhältnisse im
eingangsseitigen Abschnitt des Luftansaugtrakts IS besser berücksichtigt
sind. Durch das Zwischenmodell ZM werden also Messinformationen über
Zustandsänderun gen hinsichtlich der angesaugten Frischluftmasse am
Eingang des Lufteingangansaugtrakts IS an den Ort der Drosselklappe
TH mittels einer Übertragungsfunktion 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 tatsächlichen Verhältnisse 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 erhält
als weitere Eingangsgröße den jeweiligen Motorbetriebspunkt
OP für weitere Einstellungen seines Adaptionsmechanismus.
Er erzeugt daraufhin ein Stellgrößensignal CV
zur Einstellung bzw. Regelung des Massenstromsmodells MO. Diese
wird über den Rückkoppelzweig RK an den Subtrahierer
DIF zurückgekoppelt. Durch das dem einen Eingang des Subtrahierers
DIF vorgeschaltete Zwischenmodell ZM wird eine etwaige Befüllungsverzögerung
beim Befüllen 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 tatsächlich durch die Drosselklappe TH fließenden
und ins Saugrohr IM gelangenden Luftmassenstrom. Für das
Beispiel des sprunghaften Anstiegs KAMS (siehe 3)
des Luftmassenstroms beim Luftmassenmesser AMS im Eingangsbereich
des Luftansaugtrakts IS resultiert bei Verwendung des zusätzlichen Zwischenmodells
ZM als Vorsteuerung für die Führungsgröße
des Regelkreises CL ein Verlauf MM für den modellierten
Luftmassenstrom AMF, der besser an den tatsächlichen Verlauf
MR des Luftmassenstroms durch die Drosselklappe TH angepasst ist,
als dies im Fall ohne das zusätzliche Zwischenmodell ZM
wäre.
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Der
Kurvenverlauf MM ist dabei in der 3 gestrichelt
eingezeichnet.
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Ggf.
kann es zweckmäßig sein, anstelle eines Subtrahierers
einen Verhältnisbildner 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.
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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
tatsächlich ein Messsensor für eine Luftmassenmessung
vorhanden wäre –, kann bei dynamischen Vorgängen
der Strömungsverhältnisse im Luftansaugtrakt der
modellierte Luftmassenstrom AMF mit den tatsächlichen 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 Fahrbarkeitsgefühl für den Fahrer des Kraftfahrzeugs
mit diesem Verbrennungsmotor in vorteilhafter Weise verbessert.
Denn auf Änderungen der Strömungsverhältnisse
im Luftansaugtrakt aufgrund von Lastanforderungen des Fahrers kann
direkt der Luftmassenstrom im Saugrohr präziser ermittelt
und eingeregelt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt
ist es also ermöglicht, den realen Verlauf des Luftmassenstroms
im Saugrohr besser nachzubilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Handbuch
Verbrennungsmotor van Basshuysen/Schäfer, Viehweg Verlag,
3 Auflage, 2005 [0019]