DE10224213C1 - Verfahren zur Füllungsregelung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren beschrieben zur Füllungsregelung einer Brennkraftmaschine (1), der durch einen Ansaugtrakt (2) Verbrennungs-Luft zugeführt wird, bei dem zwei Stellglieder (8, 9) hinsichtlich ihrer Lage angesteuert werden, die im Ansaugtrakt (2) hintereinander geschaltet sind und jeweils den Luftmengenstrom durch den Ansaugtrakt (2) steuert, ein in den Ansaugtrakt (2) einströmender Luftmengenstrom (MF) sowie ein zwischen den Stellgliedern (8, 9) im Ansaugtrakt herrschender Ansaugrohrdruck (P) gemessen und dabei Messwerte gebildet werden, die Ist-Lage beider Stellglieder (8, 9) und die Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) erfasst werden und daraus in einem invertierbaren numerischen Modell Modellwerte für Luftmengenstrom (MF) und Ansaugrohrdruck (P) bestimmt werden und mittels der Mess- und Modellwerte ein Abgleich des Modells erfolgt und aus Soll-Werten für den Luftmengenstrom (MF) und den Ansaugrohrdruck (P) unter Verwendung eines zum abgeglichenen Modell invertierten Modells Soll-Lagen für die beiden Stellglieder (8, 9) ermittelt werden und die Stellglieder (8, 9) in die Soll-Lagen gestellt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Füllungsre­ gelung einer Brennkraftmaschine, der durch einen Ansaugtrakt Verbrennungs-Luft zugeführt wird, bei dem zwei Stellglieder hinsichtlich ihrer Lage angesteuert werden, die im Ansaug­ trakt hintereinandergeschaltet sind und jeweils den Luftmen­ genstrom durch den Ansaugtrakt steuern, ein in den Ansaug­ trakt einströmender Luftmengenstrom (MF) sowie ein zwischen den Stellgliedern im Ansaugtrakt herrschender Ansaugrohrdruck gemessen und dabei Meßwerte gebildet werden, die Ist-Lage beider Stellglieder und die Ist-Drehzahl der Brennkraftma­ schine erfaßt werden und daraus in einem invertierbaren nume­ rischen Modell Modellwerte für Luftmengenstrom und Ansaug­ rohrdruck bestimmt werden, und aus Soll-Werten für den Luft­ mengenstrom und den Ansaugrohrdruck Soll-Lagen für die beiden Stellglieder ermittelt werden und die Stellglieder in die Soll-Lagen gestellt werden.

Ein solches Verfahren ist aus Liebl J., Munk F., Hohenner H., Ludwig B.: Die Steuerung der neuen BMW Valvetronic-Motoren, MTZ Motortechnische Zeitschrift 62 (2001) 7/8, S. 516-527, bekannt. Die Veröffentlichung Konrad H., Krämer G., Die Ent­ wicklung der Steuerfunktion für die BMW Valvetronic-Motoren, VDI-Berichte Nr. 1672, AUTOREG 2002 15.-16. April 2002 Mann­ heim, S. 245-256, offenbart ebenfalls ein modellbasiertes Verfahren zur Füllungsregelung in einem Ansaugtrakt.

Insbesondere bei Brennkraftmaschine mit äußerer Gemischbil­ dung ist es bekannt, über ein im Ansaugtrakt vorgesehenes Stellglied, den Verbrennungs-Luftmassenstrom und damit die Füllung in den Brennkammern der Brennkraftmaschine zu steu­ ern. Üblicherweise wird dieses Stellglied als Drosselklappe ausgebildet, mit der der Querschnitt des Ansaugtraktes abge­ sperrt werden kann. Die Stellung der Drosselklappe wirkt sich dann direkt auf die Füllung aus. Ist die Drosselklappe nicht vollständig geöffnet, so wird die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luft gedrosselt und damit das von der Brennkraft­ maschine abgegebene Drehmoment reduziert. Diese Drosselwir­ kung hängt von der Stellung und damit vom Öffnungsquerschnitt der Drosselklappe ab. Bei vollgeöffneter Drosselklappe wird von der Brennkraftmaschine das maximale Moment abgegeben.

Um eine optimale Steuerung der Drosselklappe zu erreichen, wird diese von einem Stellantrieb mit Lagerückmeldung betä­ tigt. Dabei ist ein Steuergerät vorgesehen, das die erforder­ liche Öffnung der Drosselklappe unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine errechnet und den Drosselklappenstellantrieb ansteuert. Dazu wird eine Farbpedalstellung über einen Pedalwertgeber ausgewertet.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine kommt der Bestimmung der in die Zylinder der Brennkraftmaschine einströmenden Luftmas­ se entscheidende Bedeutung zu. Die EP 0 820 559 B1 schlägt diesbezüglich ein modellgestütztes Verfahren vor, bei dem ei­ ne für die Füllung charakteristische Größe, nämlich Luftmas­ senstrom oder Ansaugrohrdruck gemessen und in einer Modell­ bildung zur genaueren Bestimmung der Füllung verwendet wird. Dadurch ist es möglich, eine Soll-Füllung, die z. B. aus einem angeforderten Drehmoment errechnet wurde, durch entsprechende Drosselklappeneinstellung exakt zu realisieren.

Um die an der Drosselklappe auftretenden Verluste so gering wie möglich zu halten, ist es bekannt, Einlaßventile einer Brennkraftmaschine mit variablem Ventilhub betreiben zu kön­ nen. Die Einlaßventile öffnen dann mit einem einstellbaren Hubverlauf, so daß zumindest in einigen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine auf die Betätigung der Drosselklappe ver­ zichtet werden kann. Die Füllung der Brennkraftmaschine wird dann ausschließlich über die Einstellung des Ventilhubes ge­ steuert.

Sowohl um einen möglichst geringen Verbrauch zu erreichen, als auch um einen möglichst unmerklichen und damit komfortab­ len Übergang zwischen voll ungedrosseltem Betrieb, d. h. Be­ trieb der Brennkraftmaschine mit Füllungsregelung ausschließ­ lich über die Ventilhubverstellung, und konventionellem ge­ drosseltem Betrieb zu erreichen, wird ein möglichst gleiten­ der Übergang mit ineinandergreifender Wirkung von Ventil­ hubsteuerung und Drosselklappensteuerung angestrebt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zur Füllungsregelung in einer Brennkraftmaschine an­ zugeben, bei dem zwei im Ansaugtrakt hintereinandergeschalte­ te und jeweils den Luftmengenstrom durch den Ansaugtrakt steuernde Stellglieder aufeinander abgestimmt zur Füllungsre­ gelung eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem mittels der Meß- und Modellwerte ein Abgleich des Modells erfolgt und die Soll- Lagen für die beiden Stellglieder unter Verwendung eines zum abgeglichenen Modell invertierten Modells ermittelt werden, ein Modell verwendet wird, das zwei Teilmodelle aufweist, wo­ bei ein erstes Teilmodell vorgesehen ist, in dem aus dem Meßwert des Ansaug­ rohrdrucks und der Ist-Lage des ersten Stellgliedes der Mo­ dellwert für den Luftmengenstrom berechnet wird, und ein zweites Modell vorgesehen ist, in dem aus dem Meßwert des Luftmengenstroms und der Ist-Lage des zweiten Stellgliedes der Modellwert für den Ansaugrohrdruck berechnet wird, und vor der Berechnung im zweiten Teilmodell das erste Teilmodell abgeglichen wird, wobei ein Abgleichparameter ermittelt wird, der im zweiten Teilmodell berücksichtigt wird.

Erfindungsgemäß wird also das Füllungsverhalten der Brenn­ kraftmaschine d. h. Luftmengenstrom und Ansaugrohrdruck in ei­ nem Modell abgebildet. Dieses Modell wird dann durch Adaption auf die gemessenen Größen Luftmengenstrom und Ansaugrohrdruck abgeglichen. Es findet also ein Vorwärtspfad statt, in dem eine genaue Berechnung der Füllung durch das Modell erreicht wird. Insbesondere bei hoher Dynamik der Brennkraftmaschine gewährleistet das Modell eine sehr gute Wiedergabe der tat­ sächlichen Werte. Der Abgleich des Modells, z. B. anhand eines Vergleiches der gemessenen und der modellierten Werte, ge­ währleistet dabei auch eine hohe stationäre Genauigkeit der Füllungsregelung.

Durch die Verwendung des invertierten Modells werden in einem Rückwärtspfad Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Werten bei Luftmengenstrom und Ansaugrohrdruck automatisch ausgeregelt, indem der Ausgleich aus dem Vorwärtspfad berücksichtigt wird.

Das erfindungsgemäße Konzept verknüpft damit auf Basis eines Modellansatzes durch Berücksichtigung der gemessenen Werte für Luftmengenstrom und Ansaugrohrdruck beim Abgleich des Mo­ dells die Berechnung der Ist-Werte mit den Soll-Werten. Da durch die Verbindung über den Modellabgleich eine Stabilität des an und für sich schwingungsfähigen Systems gewährleistet ist, können die Regelungen für die zwei Stellglieder ansons­ ten eigenständig in entsprechenden Regelkreisen erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf jede Brennkraftma­ schine angewendet werden, die zwei Stellglieder im Ansaug­ trakt aufweist, die hintereinandergeschaltet jeweils den Luftmengenstrom durch den Ansaugtrakt beeinflussen. In der Regel wird es sich dabei um eine Drosselklappe sowie eine Ventilhubverstellung, mit der das Verhalten der Einlaßventile während des Öffnens beeinflußt werden kann, handeln. Dabei ist eine Verstellung der Einlaßventilsteuerzeiten ebenso denkbar, wie eine Verstellung des maximalen Hubes, den die Einlaßventile während der Öffnung ausführen können. Dabei sind auch nur diskontinuierlich verstellbare Einlaßventile für das erfindungsgemäße Verfahren tauglich, beispielsweise Einlaßventile, die zwischen zwei unterschiedlichen Maximalhü­ ben verstellt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft die Grundlage für ei­ genständige Regelungen der beiden Stellglieder, z. B. einer Drosselklappe und einer Ventilhubverstellung. Damit kann so­ wohl bei ungedrosseltem Betrieb, in dem z. B. der Luftmengen­ strom der Verbrennungs-Luft nur über die Ventilhubverstellung erfolgt bis hin zu herkömmlichen, gedrosseltem Betrieb, in dem z. B. Einlaßventile mit maximalem Ventilhub betrieben wer­ den und die Füllung über eine Drosselklappe geregelt wird, ein gleitender Übergang erreicht werden.

Für die Bestimmung der Soll-Lagen der beiden Stellglieder wird ein invertiertes Modell verwendet, also ein Modell, das aus einer Invertierung desjenigen Modells gewonnen wurde, mit dem die Modellwerte für Luftmengenstrom und Ansaugrohrdruck bestimmt wurden. Um sicherzustellen, daß beim invertierten Modell der zuvor durchgeführte Modellabgleich berücksichtigt wurde, kommen prinzipiell zwei unterschiedliche Vorgehenswei­ sen in Betracht:
Zum einen kann das Modell nach dem Abgleich einer Invertie­ rung unterzogen werden. Damit läßt sich eine sehr hohe nume­ rische Genauigkeit erreichen.

Zum anderen können beim Abgleich des Modells Abgleichparame­ ter ermittelt werden, die auf geeignete Weise in das Modell einfließen und einen Abgleich sicherstellen. Zum Beispiel kann es sich um multiplikative oder additive Korrekturfakto­ ren handeln. Diese Abgleichparameter werden dann bei einem zuvor bereits invertierten Modell ebenfalls in geeigneter Weise berücksichtigt. Wie sie dabei in das invertierte Modell eingehen, hängt im wesentlichen von der Modellstruktur ab. So wird z. B. ein multiplikativer Korrekturfaktor in der Regel ebenfalls multiplikativ oder in Form einer Division beim in­ vertierten Modell einzubeziehen sein. Es ist aber auch mög­ lich, aus den Abgleichparametern mittels einer weiteren ma­ thematischen Verknüpfung, beispielsweise mittels eines Kenn­ feldes, einen neuen Abgleichparameter für das invertierte Mo­ dell zu gewinnen.

Die Verwendung eines zuvor invertierten Modells, bei dem Ab­ gleichparameter einfließen, die aus dem Abgleich des ur­ sprünglichen, d. h. des nicht invertierten Modelles stammen, hat den Vorteil, daß der Rechenaufwand deutlich sinkt. Dar­ über hinaus ermöglicht es eine Weiterbildung dahingehend, daß neue Abgleichparameter im invertierten Modell nur dann ver­ wendet werden, wenn die Brennkraftmaschine sich innerhalb ei­ nes bestimmten Betriebsparameterbereiches befindet.

Für diese Ausführungsform ist es zu bevorzugen, daß Abgleich­ parameter gespeichert werden und neue Werte für Abgleichpara­ meter nur abgelegt werden, wenn die Brennkraftmaschine sich innerhalb eines bestimmten Betriebsparameterbereiches befin­ det. Mit dieser Ausgestaltung kann erreicht werden, daß in Betriebsphasen mit starker Dynamik der Brennkraftmaschine die Berechnung der Soll-Lagen für die beiden Stellglieder ohne erneuten Abgleich erfolgt. Damit kann eine Genauigkeitsstei­ gerung erreicht werden, da bei stark dynamischen Betriebspha­ sen der Brennkraftmaschine mitunter die Meßwerte für Luftmen­ genstrom und Ansaugrohrdruck mitunter nicht den tatsächlichen Werten entsprechen.

Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung kann die ansonsten in solchen Fällen unumgängliche Korrektur der Meßwerte bei hochdynamischen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine voll­ ständig entfallen, da solche Meßwerte überhaupt nicht mehr in die Füllungsregelung eingehen.

Sobald die Brennkraftmaschine sich dann außerhalb des be­ stimmten Betriebsparameterbereiches befindet, z. B. ein Dyna­ mikbereich vorliegt, in dem die Meßwerte sehr genau die tat­ sächlichen Werte wiedergeben, setzt die Abspeicherung von Ab­ gleichparametern und damit der Abgleich wieder ein.

Um eine möglichst eigenständige Regelung der zwei Stellglie­ der zu erreichen und um den Rechenaufwand zu minimieren, ist es vorgesehen, das Modell in zwei Teilmodelle aufzuspalten. Es wird deshalb ein erstes Teilmodell verwendet, in dem aus dem Meßwert des Ansaugrohrdrucks und der Ist-Lage des ersten Stellgliedes der Modellwert für den Luftmengenstrom berechnet wird, und ein zweites Teilmodell verwendet, in dem aus dem Meßwert des Luftmengenstroms und der Ist-Lage des zweiten Stellgliedes der Modellwert für den Ansaugrohrdruck berechnet wird.

Die Separation in zwei Teilmodelle ist besonders dann güns­ tig, wenn ein Stellglied auf den Ausaugrohrdruck und das an­ dere Stellglied auf den Luftmengenstrom wirkt. Bei der Ver­ wendung einer Drosselklappe sowie eines Ventilhubstellers ist dies der Fall. Die zwei Teilmodelle wirken dann jeweils auf die individuellen Regelkreise der Stellglieder, so daß eine Verbindung der Regelungen nur noch über den Abgleich erfolgt.

Bei den zwei Teilmodellen wird der Abgleich ebenfalls zweiteilig durchgeführt, wobei das Ergebnis des Abgleichs ei­ nes Teilmodells beim anderen Teilmodell gleich berücksichti­ gen wird, wodurch die Genauigkeit gesteigert ist. Es ist des­ halb vorgesehen, daß vor der Berechnung im zweiten Teilmodell das erste Teilmodell abgeglichen wird, wobei ein Abgleichpa­ rameter ermittelt wird, der im zweiten Teilmodell Berücksich­ tigung findet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. In den Zeich­ nungen zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Ansaugtraktes einer Otto-Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine Regelungsstruktur für eine erste Ausführungs­ form eines Verfahrens zur Füllungsregelung bei ei­ ner Otto-Brennkraftmaschine und

Fig. 3 eine Struktur einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Füllungsregelung.

Die Brennkraftmaschine 1 ist hinsichtlich ihrer Ansaugseite in Fig. 1 schematisch dargestellt. Sie weist einen Ansaug­ trakt 2 auf, über den Verbrennungsluft in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1 gelangt. In Fig. 1 ist schematisch ein Brennraum 3 dargestellt. Abgase der Verbrennung strömen in einen Abgastrakt 4. Der Brennraum 3 wird zum Ansaugtrakt 2 über ein Einlaßventil 5 sowie zum Abgastrakt 4 über ein Aus­ laßventil 6 abgeschlossen. In den Brennraum ragt weiter eine Zündkerze 7, die angesaugtes und verdichtetes Gemisch ent­ flammt.

Der Hub des Einlaßventils 5 ist über eine Ventilhubverstell­ einheit 8, die in Fig. 1 schematisch durch einen Doppelpfeil angedeutet ist, verstellbar. Dabei vollführt das Einlaßventil 5, das über einen (nicht dargestellten) Nockenwellenantrieb betätigt wird, je nach Einstellung der Ventilhubverstellein­ heit 8 einen unterschiedlich großen Maximalhub, der zwischen einem minimalen und einem maximalen Ventilhubwert liegt. Es wird der Einfachheit halber hier lediglich von dem "Ventil­ hub" gesprochen, womit die maximale Erhebung des Einlaßven­ tils 5 während eines Öffnungsvorgangs gemeint ist. Der Ven­ tilhub wird von einem (in Fig. 1 nicht dargestellten) Ventil­ hubsensor abgefühlt.

Im Ansaugtrakt 2 befindet sich weiter eine Drosselklappe 9, die von einem Stellantrieb mit Lagerückmeldung betätigt wird. Zur Lagerückmeldung ist ein (in Fig. 1 nicht eingezeichneter) Drosselklappensensor vorgesehen, der einen Meßwert über den Öffnungswinkel der Drosselklappe liefert.

Der Drosselklappe 9 ist in Strömungsrichtung ein Luftmassen­ messer 10 in der Nähe des Einlasses des Ansaugtraktes 2 vor­ geordnet, der den durch den Ansaugtrakt 2 strömenden Luftmas­ senstroms MF erfaßt. Ein solcher Luftmassenflußsensor 10 ist für luftmassengeführten Steuerungssystem für Brennkraftma­ schinen bekannt.

Weiter befindet sich zwischen der Drosselklappe 9 und dem Einlaßventil 5 ein Drucksensor 11, der dort den Druck im An­ saugtrakt 2 mißt. Eine solche Messung des Ansaugrohrdruckes P ist bei saugrohrdruckgeführten Steuerungskonzepten ebenfalls bekannt.

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild die einzelnen bei der Durchführung eines Verfahrens zur Füllungsregelung ablaufen­ den Funktionen. Dabei sind einzelne Sensoren und Berechnungs­ blöcke sowie die zwischen ihnen transmittierten Größen darge­ stellt. Soll-Größen ist ein "s" vorangestellt, modellierten Größen ein "m" und Ist-Größen ein "i", um die entsprechende Unterscheidung zu erleichtern.

Das Verfahren wird dabei von einem Steuergerät 12 ausgeführt, dem Meßwerte über Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 zugeführt werden.

An der schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 1 wird über den Luftmassenflußsensor 10 der Ist-Wert des Massenflus­ ses MF erfaßt. Der Drucksensor 11 mißt den Ist-Wert des An­ saugrohrdruckes P. Der Ventilhubsensor 13 erfaßt den Ist-Wert des Ventilhubes V, ein Drehzahlsensor 14 mißt die Drehzahl N und der Drosselklappensensor liefert an seinem Ausgang den Ist-Wert der Drosselstellung D. Die Ist-Werte für Ventilhub V und Drosselstellung D sowie die Drehzahl N werden vom Steuer­ gerät 12 eingelesen.

Das Steuergerät 12 weist einen Vorwärtsblock 16 sowie einen Rückwärtsblock 17 auf. Im Vorwärtsblock 16 werden modellierte Werte für Luftmassenfluß MF und Ansaugrohrdruck P bestimmt. Der Vorwärtsblock 16 verfügt dazu über eine Modelleinheit 18 sowie ein Abgleichmodul 19, dessen Funktion später noch er­ läutert werden wird.

Die Modelleinheit 18 empfängt die Ist-Werte für Ventilhub V und Drosselstellung D sowie den Meßwert der Drehzahl N und berechnet in Abhängigkeit von diesen Eingangsgrößen Modell­ werte für den Ansaugrohrdruck mP und den Luftmassenstrom mMF. Dabei können noch weitere Einflußgrößen, wie Temperatur im Ansaugtrakt 2 usw. berücksichtigt werden. Dabei wird im Mo­ dell folgende Gleichung 1 zugrundegelegt

mMF = C × Q × LD × PSI, (Gleichung 1)

in der C eine temperaturabhängige Konstante, Q eine Quer­ schnittsfunktion der Drosselklappe, LD den Umgebungsluftdruck und PSI eine Psifunktion bedeuten. Die Konstante C gibt die Temperatureinflüsse auf die Gasströmung wieder und kann ent­ weder einem geeigneten Kennfeld entnommen werden oder durch folgende Gleichung 2 aus der Gaskonstante G, der Lufttempera­ tur T und einem dem Isotropenexponent K des Gases (bei Luft 1,4) berechnet werden:

Die Querschnittsfunktion Q definiert den von der Drosselklap­ pe 9 in Abhängigkeit der Drosselklappenstellung D freigegebe­ nen Strömungsquerschnitt und wird durch Rückgriff auf eine geeignete Kennlinie bestimmt.

Die Psifunktion PSI gibt abhängig vom Druckgradienten über die Drosselklappe, d. h. vom Quotienten aus Ansaugrohrdruck P und Luftdruck LD einen Wert wieder; sie ist in der Technik dem Fachmann bekannt.

Der derart berechnete modellierte Luftmassenfluß mMF wird von der Modelleinheit 18 unter anderem an das Abgleichmodul 19 ausgegeben.

Zur Berechnung des modellierten Ansaugrohrdruckes mP stellt die Modelleinheit 18 eine Bilanzierung der Massenströme im Ansaugtrakt nach folgender Gleichung 3 auf

in der V das Ansaugtraktvolumen zwischen Drosselklappe und Einlaßventil und MZ den Luftmassenfluß in den Zylinder be­ zeichnen. Der Luftmassenfluß in den Zylinder kann dabei durch folgende Gleichung 4 berechnet werden

in der VF eine Ventilhubfunktion wiedergibt, d. h. den Einfluß des Ventilhubs V auf den in den Zylinder strömenden Luftmas­ senfluß MZ bezeichnet. Die Faktoren F1 und F2 sind drehzahl- und betriebsparameterabhängige Volumenwirkungsgrade, wobei F1 die Steigung einer Wirkungsgradkurve und F2 deren Nullwert (Offset) bezeichnet.

Die beiden Gleichungen 3 und 4 ergeben eine Differentialglei­ chung aus der der modellierte Ansaugrohrdruck mP als Funktion des Luftmassenflusses MF sowie der Parameter, die in die Ven­ tilhubfunktion VF und die Faktoren F1 und F2 eingehen, be­ rechnet werden kann.

Durch Lösen dieser Differentialgleichung, wie es beispiels­ weise in der eingangs erwähnten EP 0 820 559 B1 beschrieben ist, bestimmt die Modelleinheit 18 den modellierten Ansaug­ rohrdruck mP und gibt diesen am Ausgang an das Abgleichmodul 19 aus.

Das Abgleichmodul 19 berechnet nun aus der Differenz zwischen modellierten und Ist-Größen für Ansaugrohrdruck P und Luft­ massendruck MF Abgleichparameter A und beaufschlagt damit so­ wohl die Modelleinheit 18 als auch eine im Rückwärtsblock 17 vorgesehene Inversmodelleinheit 20. Dadurch ist zwischen Ab­ gleicheinheit 19 und Modelleinheit 18 ein Regelkreis ge­ schlossen, der Abweichungen zwischen modelliertem Luftmassen­ strom mMF sowie Ist-Luftmassenstrom iMF über Eingriffe auf die Querschnittsfunktion Q sowie den Umgebungsluftdruck LD, d. h. den Luftdruck vor der Drossel, ausregelt. Ähnliches gilt für die Lösung der Differentialgleichung, in der dann bereits der verbesserte modellierte Massenfluß mMF eingeht. Das Ab­ gleichmodell 19 zieht dazu die vom Luftmassenflußsensor 10 und dem Drucksensor 11 gelieferten Ist-Werte über Ansaugvor­ druck iP und Luftmassenfluß iMF heran.

Im Rückwärtsblock 17, der die Inversmodelleinheit 20 auf­ weist, wird nun das in der Modelleinheit 18 ausgeführte Mo­ dell in entgegengesetzter Richtung durchlaufen, wobei Soll- Werte für Ansaugrohrdruck sP und Luftmassendruck sMF einge­ hen, um Soll-Werte für Drosselstellung D und Ventilhub V zu bestimmen. Die Abgleichparameter hinsichtlich Querschnitts­ funktion Q bzw. Druck vor der Drossel werden dabei ebenfalls berücksichtigt. Mittels der Gleichung 1 wird nun der Wert für die Querschnittsfunktion Q bestimmt, wobei anstelle des mo­ dellierten Wertes nun der Sollwert für den Luftmassenfluß sMF eingesetzt wird. Aus dem Wert für die Querschnittsfunktion Q wird über die Kennlinie die Soll-Drosselstellung sD bestimmt. Analog wird der Soll-Wert der Ventilhubstellung sV ermittelt. Diese Soll-Werte werden dann an der Brennkraftmaschine 1 ein­ gestellt.

Fig. 3 zeigt eine etwas abgewandelte Variante des in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbildes, bei der die Modelleinheit 18 in die Teil-Modelleinheiten 18a und 18b aufgespalten ist. Für jede Teil-Modelleinheit ist ein eigenständiges Abgleichmodul 19a bzw. 19b vorgesehen. Die Inversmodelleinheit ist ebenfalls in zwei Teil-Inversmodelleinheiten 20a und 20b unterteilt.

Die Modelleinheit 18a modelliert dabei den Luftmassenfluß MF, die Modelleinheit 18b den Ansaugrohrdruck P.

Die Inversmodelleinheit 20a bestimmt aus den Soll-Werten für Massenfluß sMF und Ansaugrohrdruck sP den Soll-Wert für den Ventilhub sV. Die Inversmodelleinheit 20b greift auf den Soll-Wert des Ansaugrohrdruckes sP zu und bestimmt den Soll- Wert für die Drosselstellung sD. Den Inversmodelleinheiten 20a und 20b werden dabei Abgleichparameter A1 und A2 zuge­ führt, die aus den Abgleichmodulen 19a bzw. 19b stammen.

Die Modelleinheiten 18a und 18b sind über die Tatsache hin­ aus, daß sie Eingangsgrößen teilen, nämlich Ist-Werte für An­ saugrohrdruck iP und Drosselstellung iD, dadurch gekoppelt, daß die Modelleinheit 18b die Abgleichparameter A1 verwertet, die das Abgleichmodul 19a für die Modelleinheit 18a ermittel­ te. Aus der Gleichung 1 berechnet die Modelleinheit 18a einen modellierten Wert für den Massenfluß. Dieser Wert mMF wird mit dem Ist-Wert iMF verglichen und daraus ein Korrekturfak­ tor für den Wert der Querschnittsfunktion Q ermittelt. Dieser Korrekturfaktor stellt den Abgleichparameter A1 dar.

Er wird von der Modelleinheit 18b bei Gleichung 3 berücksich­ tigt, in die der Luftmassenfluß MF eingeht. Zur Berechnung des Ist-Wertes, der analog Gleichung 1 erfolgt, wird der Kor­ rekturfaktor der Querschnittsfunktion Q berücksichtigt. Die Modelleinheit 18b liefert durch numerische Lösung der Diffe­ rentialgleichung, die sich aus Kombination der Gleichungen 3 und 4 ergibt, den modellierten Ansaugrohrdruck mP. Durch Ver­ gleich zwischen modelliertem Ansaugrohrdruck mP und Ist- Ansaugdruck iP wird vom Abgleichmodul 19b ein Korrekturfaktor für die Ventilhubfunktion VF gewonnen; er stellt den Ab­ gleichparameter A2 dar.

Die Abgleichparameter A1 und A2, d. h. der Korrekturfaktor für die Querschnittsfunktion Q und der Korrekturfaktor für die Ventilhubfunktion VF, werden dann von den Inversmodelleinhei­ ten 20a und 20b berücksichtigt, wenn diese in Invertierung der Gleichung 1 bzw. der Gleichung 3, 4 aus den Sollwerten für Ansaugrohrdruck P und Luftmassenfluß MF die Sollwerte für Drosselstellung D und Ventilhub V berechnen.

Um die Stabilität des Systems zu fördern, werden die Ab­ gleichparameter A1 und A2 dabei zusätzlich einer Tiefpaßfil­ terung unterzogen. Diese wird im Ausführungsbeispiel von den Modelleinheiten 18a und 18b vorgenommen, um die zwischen den Abgleichmodulen 19a bzw. 19b und den Modelleinheiten 18a bzw. 18b geschlossene Regelschleife stabiler zu gestalten. Diese Tiefpaßfilterung kommt gleichzeitig den inversen Modellein­ heiten 20a und 20b zugute. Darüber hinaus kann in die Regel­ schleife noch eine besondere Regelstruktur, beispielsweise ein PI-Regler eingebunden werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Füllungsregelung einer Brennkraftmaschine (1), der durch einen Ansaugtrakt (2) Verbrennungs-Luft zuge­ führt wird, bei dem

• a) zwei Stellglieder (8, 9) hinsichtlich ihrer Lage angesteu­ ert werden, die im Ansaugtrakt (2) hintereinandergeschaltet sind und jeweils den Luftmengenstrom durch den Ansaugtrakt (2) steuern,
• b) ein in den Ansaugtrakt (2) einströmender Luftmengenstrom (MF) sowie ein zwischen den Stellgliedern (8, 9) im Ansaug­ trakt herrschender Ansaugrohrdruck (P) gemessen und dabei Meßwerte gebildet werden,
• c) die Ist-Lage beider Stellglieder (8, 9) und die Ist- Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) erfaßt werden und daraus in einem invertierbaren numerischen Modell Modellwerte für Luftmengenstrom (MF) und Ansaugrohrdruck (P) bestimmt werden, und
• d) aus Soll-Werten für den Luftmengenstrom (MF) und den An­ saugrohrdruck (P) Soll-Lagen für die beiden Stellglieder (8, 9) ermittelt werden und die Stellglieder (8, 9) in die Soll- Lagen gestellt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt c) mittels der Meß- und Modellwerte ein Abgleich des Modells erfolgt und in Schritt d) die Soll-Lagen für die beiden Stellglieder (8, 9) unter Verwendung eines zum abgegli­ chenen Modell invertierten Modells ermittelt werden,
ein Modell verwendet wird, das zwei Teilmodelle aufweist, wo­ bei ein erstes Teilmodell vorgesehen ist, in dem aus dem Meßwert des Ansaug­ rohrdrucks (P) und der Ist-Lage des ersten Stellgliedes (9) der Modellwert für den Luftmengenstrom (MF) berechnet wird, und ein zweites Modell vorgesehen ist, in dem aus dem Meßwert des Luftmengenstroms (MF) und der Ist-Lage des zweiten Stell­ gliedes (8) der Modellwert für den Ansaugrohrdruck (P) be­ rechnet wird, und
vor der Berechnung im zweiten Teilmodell das erste Teilmodell abgeglichen wird, wobei ein Abgleichparameter ermittelt wird, der im zweiten Teilmodell berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beim Abgleich in Schritt c) des Modells ein oder mehrere Abgleichparameter er­ mittelt werden und in Schritt d) ein inverses Modell verwen­ det wird, in dem die Abgleichparameter berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem Abgleichparameter ge­ speichert werden und neue Werte für Abgleichparameter nur ab­ gelegt werden, wenn die Brennkraftmaschine (1) sich innerhalb eines bestimmten Betriebsparameterbereiches befindet.

4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem als erstes Stellglied eine Drosselklappe (9) und als zweites Stellglied ein Ventilhubsteller (8) eines variablen Einlaß­ ventilhubantriebes verwendet werden.