DE10206767A1

DE10206767A1 - Verfharen zur Ermittlung des Atmosphärendruckes auf der Basis des Druckes in der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10206767A1
Application number: DE10206767A
Authority: DE
Inventors: Werner Aschner; Ulrich Engel; Hans Fausten; Juergen Muenzenmaier
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Aschner Werner 89073 Ulm De; ENGEL, ULRICH, 73207 PLOCHINGEN, DE; Fausten Hans 73278 Schlierbach De; Muenzenmaier Juergen 70329 Stuttgart De
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-09-11
Also published as: US20030221480A1; US6834542B2; JP2003247449A; JP3959038B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Atmosphärendruckes auf der Basis des in einer Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine stromab eines Luftfilters gemessenen Ansaugdruckes, des stromab des Luftfilters gemessenen Luftmassenstromes und optional der Ansauglufttemperatur. Erfindungsgemäß wird die Berechnung des Atmosphärendruckes und eines Luftfilterverschmutzungsgrades durch eine Normierung der gemessenen Luftmassenströme bei zwei vorgegebenen Werten entkoppelt. Weiterhin wird bei der Berechnung eine Kennlinie für den Luftfilterverschmutzungsgrad in Abhängigkeit von der ermittelten Druckdifferenz bei den vorgegebenen Luftmassenströmen und ein Kennfeld für den Luftfilterverschmutzungsgrad in Abhängigkeit vom normierten Luftmassenstrom und von der ermittelten Druckdifferenz verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Atmosphärendruckes auf der Basis des in einer Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine stromab eines Luftfilters gemessenen Ansaugdruckes, des stromab des Luftfilters gemessenen Luftmassenstromes und der Ansauglufttemperatur.
Die steigende Anforderung an Leistung, Abgasemissionen und Komfort bei modernen Verbrennungsmotoren ist nur durch den Einsatz einer elektronischen Motorsteuerung zu bewältigen. Sie erfasst die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, wie zum Beispiel Drehzahl, Temperaturen, Drücke und ermittelt daraus optimale Einstellwerte für die Motorstellgrößen, wie zum Beispiel Einspritzbeginn, Einspritzdauer, Ladedruck und die Abgasrückführrate. Zur Messung der Betriebsparameter setzt man Sensoren ein, wie zum Beispiel Atmosphärendrucksensor, Ansaugdrucksensor, Ansauglufttemperatursensor oder Luftmassenmesser. Manchmal ist es auch möglich Betriebsparameter aus anderen Messgrößen abzuleiten und dadurch die Kosten für Sensoren zu sparen.
Aus der DE 197 10 981 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters bekannt. Es sind dort zwei Alternativen offenbart. Zum einen wird vorgeschlagen, im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine stromab des Luftfilters mittels eines Sensors den dort herrschenden Druck zu messen. Außerdem soll mittels eines außerhalb des Ansaugtraktes angeordneten Sensors, beispielsweise für die Klimaanlage, der Umgebungsdruck erfasst und anschließend aus der Druckdifferenz der Verschmutzungsgrad des Luftfilters ermittelt werden. Von Nachteil ist hierbei, dass zwei Drucksensoren notwendig sind. Als weitere Alternative ist offenbart, dass aus den Messgrößen Luftmassenstrom, Lufttemperatur und Saugrohrdruck bei einem vorgegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Atmosphärendruck vor dem Luftfilter berechnet werden soll. Der so berechnete Atmosphärendruck soll dann wiederum zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades des Luftfilters mittels Differenzdruckbildung herangezogen werden. Wie die Berechnung des Atmosphärendruckes erfolgen soll ist nicht offenbart.
Hierbei stellt sich allerdings das Problem, dass für die Berechnung des Atmosphärendruckes die Verschmutzung des Luftfilters eine wichtige Eingangsgröße ist, die auf keinen Fall vernachlässigt werden darf. Dieser soll gemäß dem Stand der Technik jedoch in einem zweiten Schritt erst aus dem vorher berechneten Atmosphärendruck berechnet werden.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf der Basis des gemessenen Druckes im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine sowohl der Atmosphärendruck als auch der Verschmutzungsgrad eines Luftfilters zuverlässig und ausreichend genau berechnet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, den Atmosphärendruck auf der Basis des Ansaugdruckes, der Ansauglufttemperatur und des Luftmassenstromes zu ermitteln, so dass ein separater Atmosphärendrucksensor entfallen kann. Dies ist vorteilhaft in Bezug auf die Kosten und den benötigten Bauraum im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine.
Das Problem, dass der Luftfilterverschmutzungsgrad bei der Ermittlung des Atmosphärendruckes nicht zu vernachlässigen ist wird dadurch umgangen, dass die Berechnung des Luftfilterverschmutzungsgrades von der Berechnung des Atmosphärendruckes entkoppelt ist. Zuerst wird die Luftfilterverschmutzung berechnet, ohne dabei den aktuellen Atmosphärendruck zu benötigen. Erst im zweiten Schritt wird dann der Luftverschmutzungsgrad eingesetzt, um den Atmosphärendruck zu berechnen.
Dies wird ermöglicht durch eine Normierung des Luftmassenstromes auf eine vorgegebene Referenztemperatur und einen vorgegebenen Referenzdruck. Durch diese Normierung wird erreicht, dass eine Differenzdruckänderung am Luftfilter, die durch eine Höhenänderung oder eine Lufttemperaturänderung verursacht ist, auf die Normbedingungen während der Entwicklung umgerechnet wird. Mit dieser Normierung hängt dann der Differenzdruck nur noch vom normierten Luftmassenstrom und vom Luftfilterverschmutzungsgrad ab.
Durch die Einbeziehung der Ansauglufttemperatur in die Berechnung des normierten Luftmassenstromes kann die Genauigkeit des Verfahrens verbessert werden.
Je nach Motorbetrieb kann es außerdem vorkommen, dass einer der beiden normierten Luftmassenströme, bei denen die Messungen vorgenommen werden, über eine längere Zeitdauer nicht auftreten. Daher könnte es vorkommen, dass das Fahrzeug zwischen der Erfassung der entsprechenden Atmosphärendrücke eine größere Höhendifferenz zurücklegt. In diesem Fall würde das Verfahren einen falschen Luftfilterverschmutzungsgrad ermitteln. Um dies zu verhindern können entweder direkt die Atmosphärendrücke überwacht werden. Alternativ kann aber auch überwacht werden, dass zwischen den Messungen bei den beiden normierten Luftmassenströmen eine vorgegebene Zeitdauer oder eine vorgegebene Fahrstrecke nicht überschritten wird.
Im Instationärbetrieb der Brennkraftmaschine kann zwischen dem normierten Luftmassenstrom und dem Ansaugdruck eine Phasenverschiebung auftreten, was zu einem Fehler bei der Berechnung des Atmosphärendruckes führt. Um dies zu verhindern kann laufend die zeitliche Änderung des normierten Luftmassenstromes überwacht und die Ermittlung des Atmosphärendruckes während des Instationärbetriebes ausgesetzt werden.
Da es sich sowohl beim Atmosphärendruck als auch beim Luftfilterverschmutzungsgrad um sehr langsam veränderliche Größen handelt kann jeweils am Ausgang der Auswerteeinheit für den Atmosphärendruck beziehungsweise für den Luftfilterverschmutzungsgrad ein PT1-Filter zum Ausfiltern kleinerer Störungen vorgesehen werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung hervor.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Strukturbild einer Luftansauganlage einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Differenzdruckkennfeldes als Kennlinienschar in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Differenzdruckkennfeldes als Kennlinienschar in Abhängigkeit vom normierten Luftmassenstrom,
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines Differenzdruckkennfeldes mit Kennlinien konstanter Luftfilterverschmutzung zur Gradientenbestimmung,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer sogenannten Verschmutzungskennlinie, wobei der Luftfilterverschmutzungsgrad über der Druckdifferenz aufgetragen ist,
Fig. 6 eine Übersichtsdarstellung für den Aufbau des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 7 eine Detaildarstellung von Block 14 aus Fig. 6 und
Fig. 8 eine Detaildarstellung von Block 15 aus Fig. 6.
Das in Fig. 1 dargestellte Strukturbild zeigt den Ansaugtrakt 1 einer Brennkraftmaschine 2. In einer Ansaugleitung 3 ist in Strömungsrichtung nacheinander ein Luftfilter 4, ein Luftmassenmesser 5 und ein Ansaugdrucksensor 6 angeordnet. Mit Hilfe des Luftmassenmessers 5 wird vorzugsweise über einen integrierten Temperatursensor gleichzeitig auch die Temperatur T1 der Ansaugluft ermittelt. Alternativ kann hierfür natürlich ein weiterer separater Sensor vorgesehen werden. Vor dem Luftfilter 4 ist der Druck der Ansaugluft P1 gleich dem Atmosphärendruck Patm. Die Ansaugluft durchströmt den Luftfilter und den Luftmassenmesser 5. Der Luftmassenmesser 5 misst den Luftmassenstrom LM' der Ansaugluft und über den integrierten Temperatursensor die Temperatur T1 der Ansaugluft nach dem Luftfilter 4. Der Ansaugdrucksensor 6 erfasst den Druck P1 der Ansaugluft nach dem Luftfilter 4.
Auf Grund des Strömungswiderstandes baut sich zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Luftfilters 4 folgender Differenzdruck dP auf:

dP = P_atm - P1 (1)
Nach den Gesetzen der Strömungsphysik und auf Grund der allgemeinen Gasgleichung hängt der Differenzdruck dP von folgenden vier Parametern ab:

- Luftmassenstrom LM'
- Luftfilterverschmutzungsgrad V
- Ansaugdruck nach Luftfilter P1
- Ansauglufttemperatur T1

dP = f(LM', V, P1, T1) (2)

Die graphische Darstellung eines Differenzdruckkennfeldes als Kennlinienschar zeigt in Fig. 2 qualitativ wie der Differenzdruck dP am Luftfilter 4 von den anderen Parametern abhängt. Die Pfeile verdeutlichen, dass der Differenzdruck dP steigt, wenn sich ein Parameter in Richtung des nachgestellten Pfeils ändert.
Die Beschreibung der physikalischen Zusammenhänge am Luftfilter 4 nach Gleichung (2) ist komplex, da vier Eingangsparameter zu berücksichtigen sind. Sie lässt sich vereinfachen, wenn man eine geeignete Normierungsvorschrift einführt und den Luftmassenstrom LM' durch den normierten Luftmassenstrom LM'norm ersetzt.
Eine solche Normierungsvorschrift LM'norm = f(LM') wird im folgenden hergeleitet. Wenn man sie anwendet, hängt der Differenzdruck dP nur noch von zwei Parametern ab, nämlich:

- dem normierter Luftmassenstrom LM'norm und
- dem Luftfilterverschmutzungsgrad V

Nach den Gesetzen der Strömungsphysik gilt für den Druckabfall und die Strömungsgeschwindigkeit in einer durchströmten Röhre: Druckabfall

mit
α = Durchflussbeiwert
ρ = Gasdichte
c = Strömungsgeschwindigkeit Strömungsgeschwindigkeit

mit
≙ = Luftmassenstrom
A = Strömungsquerschnitt
ρ = Gasdichte
Die allgemeine Gasgleichung lautet:

mit
ρ = Gasdichte
p = Druck
T = Temperatur
R = spezifische Gaskonstante
Gleichung (4) in Gleichung (3) eingesetzt ergibt:
Gleichung (5) in Gleichung (6) eingesetzt ergibt:
Wendet man dieses Ergebnis auf den durchströmten Luftfilter 4 an und setzt die Bezeichnungen aus den Gleichungen (1) und (2) in Gleichung (7) ein, so ergibt sich für den Differenzdruck dP:
Zur Normierung des Luftmassenstromes LM' definiert man für die Ansauglufttemperatur T1 eine konstante Referenztemperatur T1ref und für den Ansaugdruck nach Luftfilter P1 einen konstanten Referenzdruck P1ref. Bei diesen Normbedingungen bezeichnet man den Differenzdruck mit dPnorm und den Luftmassenstrom mit LM'norm. Setzt man diese Werte in Gleichung (8) ein, so ergibt sich:

mit
T1_ref = Referenztemperatur der Ansaugluft
P1_ref = Referenzdruck für den Ansaugdruck
LM'_norm = Luftmassenstrom unter Normbedingung
dP_norm = Differenzdruck unter Normbedingung
Durch die Normierung kann erreicht werden, dass der Differenzdruck unter gemessenen Bedingungen und unter Normbedingungen gleich ist. Das bedeutet Gleichung (8) und Gleichung (9) ist gleichzusetzen.
Aufgelöst nach LM'norm erhält man die Normierungsvorschrift für den Luftmassenstrom:
Mit dieser Normierung hängt der Differenzdruck dP nun nur noch von den beiden Parametern normierter Luftmassenstrom LM'norm und Luftfilterverschmutzungsgrad (V) ab.

dP = f(LM'norm, V) (11)
Dies verdeutlicht die Darstellung eines Differenzdruckkennfeldes durch eine Kennlinienschar in Fig. 3. Der Differenzdruck dP am Luftfilter 4 nimmt mit steigendem Luftfilterverschmutzungsgrad V zu. Jeder Kennlinie ist eindeutig ein Luftfilterverschmutzungsgrad Vi zugeordnet.
Verwendet man einen Luftmassenmesser in der Ausführungsform ohne integrierten Lufttemperatursensor, so steht die Ansauglufttemperatur T1 nicht als Messwert zur Verfügung. Setzt man die Näherung T1 = T1_ref in Gleichung (10) ein, ergibt sich für den normierten Luftmassenstrom (LM'norm):
Dadurch verursacht man einen Normierungsfehler der Größe
Angenommen die Ansauglufttemperatur (T1) weicht maximal +/-30 Kelvin von der Referenztemperatur (T1ref) ab, dann beträgt der maximale Fehler bei der Berechnung von LMnorm +/-5%. Die Berechnungsgenauigkeit für den Atmosphärendruck (Patm) und den Luftfilterverschmutzungsgrad V vermindert sich dadurch nur unwesentlich.
Das Differenzdruckkennfeld dP = f(LM'norm, V) lässt sich am Motorprüfstand ermitteln. Dazu variiert man den Luftfilterverschmutzungsgrad V und den normierten Luftmassenstrom LM'norm und misst die zugehörigen Differenzdrücke dP. Stellt man die Messwerte graphisch durch Kennlinien für konstante Luftfilterverschmutzungsgrade wie in Fig. 4 gezeigt dar, dann erkennt man:

- der Gradient jeder Kennlinie wächst mit steigendem LM'norm
- der mittlere Gradient jeder Kennlinie wächst mit steigendem Luftfilterverschmutzungsgrad V

Auf Basis dieser qualitativen Aussagen wurde ein quantifizierbares, rechnerorientiertes Verfahren abgeleitet, das es ermöglicht den Luftfilterverschmutzungsgrad V aus dem normierten Luftmassenstrom LM'norm und dem Ansaugdruck nach Luftfilter P1 zu bestimmen, wenn das Differenzdruckkennfeld des Luftfilters gegeben ist.
Zunächst bestimmt man zu jeder Kennlinie des Differenzdruckkennfeldes einen mittleren Gradienten. Dazu wählt man auf der LM'norm-Achse zwei feste Stützstellen LM'1 und LM'2 und ermittelt für jeden Verschmutzungsgrad V_i die zugehörigen Differenzdrücke dP1_i und dP2_i aus dem Differenzdruckkennfeld.
Die Druckdifferenz

dP_i = dP2_i - dP1_i (12)

ist ein Maß für den Gradienten der Differenzdruckkennlinie, die zum Verschmutzungsgrad V_i gehört. Für die weitere Herleitung genügt es mit der Druckdifferenz dP_i zu rechnen. Es ist nicht notwendig den Kennliniengradienten dP_i/(LM'2 - LM'1) zu verwenden, da das Intervall [LM'1, LM'2] konstant ist.
Wenn man nach dem obigen Verfahren zu jedem Verschmutzungsgrad V_i die zugehörige Druckdifferenz dP_i ermittelt, erhält man i Wertepaare [V_i, dP_i]. In der Kennlinie gemäß Fig. 5 sind diese Wertepaare graphisch dargestellt in der Form V über dP. Da die Kennlinie jeder Druckdifferenz einen bestimmten Verschmutzungsgrad zuordnet, wird sie mit Verschmutzungskennlinie bezeichnet.
Gleichung (1) in Gleichung (12) eingesetzt ergibt:

dP_i = dP2_i - dP1_i = (P_atm_2_i - P1_2_i) - (P_atm_1_i - P1_1_i) = (P_atm_2_i - P_atm_1_i) + (P1_1_i) + (P1_1_i - P1_2_i) (13)
Setzt man voraus, dass der erste Term in Gleichung (13) gleich Null ist, da sich der Atmosphärendruck während der Messwerterfassung an den Stützstellen LM'1 und LM'2 nicht ändert, so ergibt sich:

dP = P1_1_i - P1_2_i (14)
Der Luftfilterverschmutzungsgrad V lässt sich somit in den folgenden 4 Schritten bestimmen:

- Messen des Ansaugdruckes nach Luftfilter P1_1 bei dem normierten Luftmassenstrom LM'1
- Messen des Ansaugdruckes nach Luftfilter P1_2 bei dem normierten Luftmassenstrom LM'2
- Berechnen der Druckdifferenz dP_i entsprechend Gleichung (14)
- Aus der Verschmutzungskennlinie den Luftfilterverschmutzungsgrad V ablesen, die zur Druckdifferenz dP_i gehört

Dieses Verfahren eignet sich zur Umsetzung in einer Motorelektronik. Bei der praktischen Anwendung im Fahrzeug ist darauf zu achten, dass die Voraussetzung für den Übergang von Gleichung (13) auf Gleichung (14) erfüllt ist. Je nach Motorbetrieb kann es vorkommen, dass der normierte Luftmassenstrom LM'1 oder LM'2 über eine längere Zeitspanne nicht auftritt und das Fahrzeug zwischen der Erfassung von P1_1 und P1_2 eine größere Höhendifferenz zurücklegt. In diesem Fall würde das obige Verfahren einen falschen Luftfilterverschmutzungsgrad V ermitteln.
Deshalb sollte die Motorelektronik vorzugsweise die Höhenänderung zwischen der Erfassung von P1_1 und P1_2 überwachen. Falls die Höhenänderung einen festgelegten Grenzwert überschreitet darf die Motorelektronik den Wert für die Luftfilterverschmutzung nicht aktualisieren.
Um eine nicht erlaubte Höhenänderung zu erkennen, kann man zum Beispiel den berechneten Atmosphärendruck Patm als Überwachungsgröße verwenden. Die Motorelektronik aktualisiert den Wert für die Luftfilterverschmutzung V nur dann, wenn der Betrag des ersten Termes in Gleichung (13) kleiner als ein Grenzwert Patmgrenz ist.

|P_atm_2_i - P_atm_1_i| < p_atmgrenz (15)
Die Grenze Patmgrenz ist auf einen Wert zu setzen, der sehr viel kleiner ist, als real auftretende Druckdifferenzen dPi in Gleichung (14). Dann ist der Fehler bei der Ermittelung des Luftfilterverschmutzungsgrades V klein und man darf ihn vernachlässigen.
Es ist aber auch möglich anstelle des Atmosphärendruckes Patm als Überwachungsgröße die Zeit oder die Fahrstrecke heranzuziehen. In diesem Fall müsste die Motorelektronik überwachen, dass die Erfassung von P1_1 und P1_2 innerhalb eines festgesetzten Zeitintervalls liegt, bzw. dass die zwischenzeitlich zurückgelegte Fahrstrecke nicht zu groß ist.
Löst man Gleichung (1) nach dem Atmosphärendruck Patm auf und berücksichtigt Gleichung (11), dann erhält man:

P_atm = P1 + dP(LM'_norm, V) (16)
Alle Parameter auf der rechten Seite der Gleichung sind gegeben, denn

- der Ansaugdruck nach Luftfilter (P1) ist eine Messgröße
- das Differenzdruckkennfeld dP kann am Motorprüfstand ermittelt werden
- der normierte Luftmassenstrom (LM'norm) wird aus den Messgrößen Luftmassenstrom (LM'), Ansaugdruck nach Luftfilter (P1) und Ansauglufttemperatur (T1) berechnet
- der Luftfilterverschmutzungsgrad (V) wird wie oben beschrieben bestimmt

Somit lässt sich der Atmosphärendruck Patm mit Gleichung (16) ermitteln.
Um die Berechnung des Atmosphärendruckes Patm und des Luftfilterverschmutzungsgrades V zu erproben, wurde zu dem oben beschriebenen Verfahren ein Simulationsmodell entwickelt. Dieses Simulationsmodell wurde mit Daten getestet, die im realen Fahrbetrieb aufgenommen wurden. Die Messung erstreckte sich über eine Länge von ca. 50 km und eine Höhendifferenz von ca. 1000 m. Um den Luftfilterverschmutzungsgrad zu variieren, kamen präparierte Luftfilter zum Einsatz, die während der Datenerfassung gewechselt wurden. Bei allen Messungen wurde mit einem zusätzlichen Sensor auch der Atmosphärendruck aufgezeichnet. Der gemessene Atmosphärendruck bildet die Referenz bei der Fehlerabschätzung für den berechneten Atmosphärendruck.
Im folgenden wir anhand der Fig. 5 bis 7 das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben. Die mit Hilfe von Sensoren 10 bis 12 gemessenen Betriebsparameter Ansaugdruck nach Luftfilter P1, Ansauglufttemperatur T1 und Luftmassenstrom LM' werden als Eingangsgrößen verwendet. Als Ausgangsgrößen werden daraus der Atmosphärendruck Patm und der Luftfilterverschmutzungsgrad V berechnet.
In Block 13 wird der normierte Luftmassenstrom LM'norm aus den Eingangsgrößen Ansaugdruck nach Luftfilter. P1, Ansauglufttemperatur T1 und Luftmassenstrom LM' entsprechend Gleichung (10) berechnet. In Block 14 wird der Luftfilterverschmutzungsgrad V aus dem Ansaugdruck nach Luftfilter P1, dem normierten Luftmassenstrom LM'norm und dem berechneten Atmosphärendruck Patm berechnet. In Block 15 wird schließlich der Atmosphärendruck Patm aus dem Ansaugdruck nach Luftfilter P1, dem normierten Luftmassenstrom LM'norm und dem Luftfilterverschmutzungsgrad V ermittelt.
Der Inhalt von Block 13 wird nun anhand von Fig. 6 näher beschrieben. In den beiden ersten Verfahrensschritten sind bei den fest vorgegebenen normierten Luftmassenströmen LM'1 und LM'2 die zugehörigen Ansaugdrücke P1_1 und P1_2 zu erfassen. Für die Anwendung im Motorbetrieb heißt das, im Signalverlauf des normierten Luftmassenstromes LM'norm die Zeitpunkte zu erkennen, für die gilt:

a) LM'norm = LM'1
b) LM'norm = LM'2

Im Fall a) übernimmt diese Aufgabe der Block 16, im Fall b) der Block 17. Auf Grund der beschränkten Auflösung von LM'norm, ersetzt man vorzugsweise die Festwerte LM'1 und LM'2 durch zwei schmale Luftmassenstrombänder, die symmetrisch um LM'1 und LM'2 gelegt sind. Der Ausgang LMB1 des Blockes 16 ist eine boolsche Größe, die den Wert 1 hat, wenn der normierte Luftmassenstrom LM'norm innerhalb des schmalen Luftmassenstrombandes um LM'1 liegt, andernfalls hat LMB1 den Wert 0. Analog bildet der Block 17 das Signal LMB2 für das Luftmassenstromband um LM'2.
In Block 18 wird anschließend die Druckdifferenz (dP) entsprechend Gleichung (14) in folgenden Schritten berechnet:

1. Das Signal LMB1 wird überwacht und die P1-Werte werden nur dann erfasst, wenn LMB1 den Wert 1 hat.
2. Der erste Summand P1_1 von Gleichung (14) wird ermittelt indem vorzugsweise eine vorgegebene Mindestanzahl von P1- Werten gemittelt werden. Die Mittelwertbildung verhindert Fehler bei der Bestimmung der Luftfilterverschmutzung im Instationärbetrieb des Motors.
3. Nachdem P1_1 berechnet ist, wird der Atmosphärendruck Patm im Arbeitsspeicher gesichert.
4. Die Schritte 1-3 werden analog durch Überwachung des Signals LMB2 für den zweiten Summanden P1_2 von Gleichung (14) ausgeführt.
5. Der Modellblock prüft jeweils dann, wenn ein Summand P1_1 oder P1_2 berechnet ist, ob die Atmosphärendruckänderung zwischen der Berechnung von P1_1 und P1_2 zu groß ist (Gleichung 15).
6. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Druckdifferenz dP nach Gleichung (14) berechnet.

Sobald die Druckdifferenz dP berechnet ist, liefert die in einem Speicher abgelegte Verschmutzungskennlinie in Block 21 die Luftfilterverschmutzung Vkl.
Zu Beginn eines Fahrzyklus hat die Variable dP_berechnet den Wert 0. Dieser Wert zeigt an, dass die Druckdifferenz dP noch nicht berechnet ist. In diesem Fall ist über einen Schalter 20 die Konstante V_Speicher durchgeschaltet. Die Konstante V_Speicher hat den Wert des Luftfilterverschmutzungsgrades, der am Ende des letzten Fahrzyklus gültig war. Dieser Wert wird jeweils beim Abstellen des Motors in einem EEPROM- Speicher 19 gesichert. Sobald die Druckdifferenz dP das erste mal berechnet ist, wechselt der Wert von dP_berechnet von 0 auf 1 und der Schalter 20 schaltet die neu berechnete Luftfilterverschmutzung Vkl auf den Ausgang.
Zusätzlich kann ein Block 22 vorgesehen werden, der das Signal für die Luftfilterverschmutzung Vkl glättet. Da die Verschmutzung des Luftfilters ein sehr langsamer Prozess ist, ist die Zeitkonstante dieses vorzugsweise als PT1-Filter ausgeführten Blockes 22 im Minutenbereich gewählt.
Der Inhalt von Block 15 wird nun anhand von Fig. 8 näher erläutert. In diesem Block 15 wird der Atmosphärendruck Patm nach Gleichung (16) berechnet. Dementsprechend berechnet ein Block 23 anhand eines in einem Speicher abgelegten Kennfeldes den Differenzdruck dP abhängig vom normierten Luftmassenstrom LM'norm und dem Luftfilterverschmutzungsgrad V. Die Summe aus dem Ansaugdruck nach Luftfilter P1 und dem Differenzdruck dP ergibt den Atmosphärendruck Patm_1.
Im Instationärbetrieb des Motors kann zwischen dem normierten Luftmassenstrom LM'norm und dem Ansaugdruck nach Luftfilter P1 eine Phasenverschiebung auftreten, die bei der Berechnung von Patm_1 einen Fehler verursacht. Um dies zu vermeiden überwacht ein Block 24 die Dynamik des normierten Luftmassenstroms LM'norm und zeigt Instationärvorgänge durch das Signal LMstat an. Wenn der Gradient von LM'norm einen festgesetzten Grenzwert unterschreitet, hat LMstat den Wert 1, andernfalls 0.
Solange LMstat den Wert 1 hat, schaltet der Block 25 den Eingang Patm_1 auf den Ausgang Patm_2. Wenn LMstat auf den Wert 0 umschaltet und dadurch einen Instationärbetrieb anzeigt, speichert block 25 den zuletzt gültigen Wert von Patm_2, bis LMstat wieder Stationärbetrieb meldet.
Durch das Umschalten der Haltefunktion können in Atmosphärendruck Patm_2 kleine Störungen auftreten, die durch einen zusätzlichen, vorzugsweise als PT1-Filter ausgebildeten Block 26 ausgefiltert werden.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung des Atmosphärendruckes (Patm) auf der Basis des in einer Ansaugleitung (3) einer Brennkraftmaschine (2) stromab eines Luftfilters (4) gemessenen Ansaugdruckes (P1) und des stromab des Luftfilters (4) gemessenen Luftmassenstromes (LM'),
wobei aus den Messwerten für den Luftmassenstrom (LM') und für den Ansaugdruck (P1) ein normierter Luftmassenstrom (LM'norm) ermittelt wird,
wobei der Ansaugdruck bei einem ersten und einem zweiten normierten Luftmassenstrom gemessen, daraus eine Druckdifferenz (dP_i) berechnet und aus dieser berechneten Druckdifferenz (dP_i) anhand einer in Abhängigkeit von der Druckdifferenz (dP_i) gespeicherten Kennlinie der Luftfilterverschmutzungsgrad (V) ermittelt wird,
wobei ein Differenzdruck (dP) aus einem in Abhängigkeit von dem normierten Luftmassenstrom (LM'norm) und dem Luftfilterverschmutzungsgrad (V) abgelegten Differenzdruckkennfeld ausgelesen wird, und
wobei aus der Summe des in der Ansaugleitung (3) gemessenen Ansaugdruckes (P1) und des am Luftfilter (4) auftretenden Druckverlustes (dP) der Atmosphärendruck (Patm) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Sensor zur Erfassung der Ansauglufttemperatur (T1) vorgesehen ist, wobei die gemessene Ansauglufttemperatur (T1) bei der Ermittlung des normierten Luftmassenstromes (LM'norm) berücksichtigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass überwacht wird, dass sich der Atmosphärendruck (Patm) zwischen den Messungen bei dem ersten und dem zweiten normierten Luftmassenstrom nicht wesentlich ändert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des Luftfilterverschmutzungsgrades (V) nur dann erkannt wird, wenn die betragsmäßige Differenz der berechneten Atmosphärendrücke (Patm_2i, Patm_1i) bei dem ersten und dem zweiten normierten Luftmassenstrom einen vorgegebenen Grenzwert (Patmgrenz) nicht übersteigt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des Luftfilterverschmutzungsgrades (V) nur dann erkannt wird, wenn zwischen der Messung des ersten und des zweiten normierten Luftmassenstromes eine vorgegebene Zeitdauer oder eine vorgegebene Fahrstrecke nicht überschritten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine der letzte gültige Wert für den Luftfilterverschmutzungsgrad (V) in einem nichtflüchtigen Speicher (19) abgelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass laufend die zeitliche Änderung des normierten Luftmassenstromes LM'norm ermittelt wird und dass dann, wenn diese Änderung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet die Ermittlung des Atmosphärendruckes (Patm) ausgesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Werte für den Atmosphärendruck (Patm) und/oder den Luftfilterverschmutzungsgrad (V) mittels eines PT1-Filters geglättet werden.