Nomenklatur - im ZESS

4.2 Ein adaptives Kalman-Filter zur Lastschätzung
$XVZDKO GHU ]X DGDSWLHUHQGHQ 3DUDPHWHU
Aus den Untersuchungen der Parametereinflüsse auf die Luftmassenbestimmung ergaben sich
die Frischgas- und die Restgastemperatur als die Parameter, die einen signifikanten Einfluß
auf die Schätzgenauigkeit haben.
Die Frischgastemperatur 7 �� ist die Temperatur des Luft-/Kraftstoffgemischs im Zylinder,
kurz nachdem das Einlaßventil geschlossen ist. Sie setzt sich aus der Ansauglufttemperatur
= +Δ ). Δ7 wird beeinflußt von:
7 ��� und einer Änderung Δ7 zusammen ( 7 7 7
�� ���
• dem Entspannen der angesaugten Frischluft an der Drosselklappe
• der Erwärmung im Saugrohr (an der Wand und durch das Restgas)
• der Verdampfungsenthalpie des Kraftstoffs 1
• der Umwandlung der kinetischen Energie des einströmenden Gases in den Zylinder
Eine Messung der Ansauglufttemperatur wird bei modernen Motorsteuerungssystemen nach
dem Luftfilter, aber vor der Drosselklappe vorgenommen. Diese Messung ist dynamisch sehr
träge. Die Zeitkonstanten bewegen sich im Sekundenbereich (5-7 Sekunden). Eine Messung
der Frischgastemperatur kurz vor dem Einlaßventil würde die ersten drei Punkte obiger Aufzählung
mit berücksichtigen. Jedoch führt eine Benetzung des Thermoelements, durch eingespritzten
Kraftstoff und der anschließende Verdampfungsvorgang, zu unbrauchbaren Temperaturwerten
(bis zu negativen Temperaturen beim betriebswarmen Motor). Eine Temperaturmessung
auf Ultraschallbasis würde dieses Problem umgehen, ist aber für einen Serieneinsatz
im Fahrzeug zu aufwendig. Somit ist die Frischgastemperatur die Größe, die im Algorithmus
adaptiert werden muß, da sie sich abhängig vom Betriebspunkt des Motors und den Umwelteinflüßen
erheblich ändern kann. Die Messung der Ansauglufttemperatur (falls vorhanden)
kann hierbei als Startwert dienen.
Die Restgastemperatur 7 �� ist die Temperatur, die das Restgas vom vorhergehenden Arbeitsspiel
kurz nach dem Schließen der Einlaßventile im Zylinder hat. Im Abgaskrümmer ist die
Restgastemperatur am Prüfstand mittels Thermoelemente meßbar. Diese stehen jedoch im
Fahrzeug ebenfalls nicht zur Verfügung. Zusätzlich kühlt sich die Restgastemperatur, von der
Messung im Ansaugkrümmer bis zum Zeitpunkt nach dem Schließen der Einlaßventile, an
den Zylinderwänden und eventuell der Saugrohrwand ab. Sie muß damit aus den Messungen
extrapoliert werden. In der Abbildung {4.19} sind die Meßwerte der Restgastemperatur im
Abgaskrümmer in Abhängigkeit von Last und Drehzahl dargestellt.
Es zeigt sich ein Verlauf, der mit einer Geradengleichung gut approximiert werden kann. Die
Steigung ist konstant, und es ergeben sich unterschiedliche Ordinatenabschnitte abhängig von
der Drehzahl. Somit kann die Temperatur im Abgaskrümmer über eine Geradengleichung gut
bestimmt werden. Sie muß dann auf den Zeitpunkt nach dem Schließen der Einlaßventile,
wiederum drehzahlabhängig, extrapoliert werden.
1
Dies gilt nur für die Kraftstofftropfen in der Luft, durch die beim Verdampfen die Luft gekühlt wird. Der verdampfende
Wandfilm kühlt die Saugrohrwand.
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