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DE102009057394A1 - Method for operating internal combustion engine, involves returning exhaust gas of internal combustion engine from its flue gas side on its inlet side for decreasing emissions by exhaust gas recirculation device - Google Patents

Method for operating internal combustion engine, involves returning exhaust gas of internal combustion engine from its flue gas side on its inlet side for decreasing emissions by exhaust gas recirculation device Download PDF

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DE102009057394A1
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DE
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exhaust gas
internal combustion
combustion engine
oxygen concentration
gas recirculation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102009057394A
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German (de)
Inventor
Nicholas Dr. Fekete
Jürgen Kuckelsberg
Roger Dipl.-Ing. Marzolf
Michael Dipl.-Ing. Reusch
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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Abstract

The method involves returning the exhaust gas of an internal combustion engine (10) from its flue gas side (30) on its inlet side (22) for decreasing the emissions by an exhaust gas recirculation device. An oxygen concentration is determined in a working space in response to a transport time of the returned exhaust gas from the flue gas side on the inlet side.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine specified in the preamble of claim 1. Art.

Derartige Verfahren sind aus dem Serienbau von Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Bei einem solchen Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitsraum aufweisenden Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einer Abgasrückführeinrichtung wird zur Senkung von Emissionen mittels der Abgasrückführeinrichtung Abgas der Verbrennungskraftmaschine von ihrer Abgasseite auf ihre Ansaugseite rückgeführt. Dabei wirkt das rückgeführte Abgas als Inertgas in dem Arbeitsraum, wodurch die Entstehung lokal sehr heißer Stellen, so genannter Notspots, reduziert wird.Such methods are known from the mass production of internal combustion engines. In such a method for operating an internal combustion engine having at least one working chamber with at least one exhaust gas recirculation device exhaust gas of the internal combustion engine is recirculated from its exhaust side to its suction side to reduce emissions by means of the exhaust gas recirculation device. In this case, the recirculated exhaust gas acts as an inert gas in the working space, whereby the formation of locally very hot spots, so-called emergency spots, is reduced.

Diese Reduzierung der Notspots führt zu einer Absenkung insbesondere der Stickoxidemissionen (NOx-Emissionen).This reduction in emergency spots leads to a reduction in particular of nitrogen oxide emissions (NO x emissions).

Des Weiteren ist im Rahmen der bekannten Verfahren bekannt, eine Masse eines in den Arbeitsraum einzubringenden Kraftstoffes zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu begrenzen, um die Entstehung von Partikeln, insbesondere Rußpartikel, zu reduzieren.Furthermore, it is known in the context of the known method to limit a mass of a fuel to be introduced into the working space for operating the internal combustion engine, in order to reduce the formation of particles, in particular soot particles.

Die herkömmlichen, bekannten Verfahren weisen dabei weiteres Potential zur Senkung der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine auf.The conventional, known methods have further potential for reducing the emissions of the internal combustion engine.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welches eine Reduzierung von Emissionen der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a method for operating an internal combustion engine, which enables a reduction of emissions of the internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for operating an internal combustion engine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitsraum aufweisenden Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einer Abgasrückführeinrichtung, bei welchem zur Senkung von Emissionen mittels der Abgasrückführeinrichtung Abgas der Verbrennungskraftmaschine von ihrer Abgasseite zu ihre Ansaugseite rückgeführt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass eine Sauerstoffkonzentration in dem Arbeitsraum in Abhängigkeit von einer Transportzeit des rückzuführenden Abgases von der Abgasseite auf die Ansaugseite ermittelt wird.A method according to the invention for operating an internal combustion engine having at least one working space with at least one exhaust gas recirculation device, in which exhaust gas of the internal combustion engine is recirculated from its exhaust side to its intake side to reduce emissions by means of the exhaust gas recirculation system, is characterized in that an oxygen concentration in the working space is dependent is determined by a transport time of the recirculated exhaust gas from the exhaust side to the suction side.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt damit eine sehr genaue Berechnung der Sauerstoffkonzentration in dem Arbeitsraum, welcher beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist, vor der Verbrennung, und zwar insbesondere auch dann, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in einem dynamischen Betrieb befindet. Gerade in dem dynamischen Betrieb, in welchem schnelle und/oder häufige Änderungen eines Betriebeszustands der Verbrennungskraftmaschine vorkommen, können die Transportzeiten des Abgases von der Abgasseite zur Ansaugseite stark schwanken. Eine statische Vorgabe einer Menge des rückzuführenden Abgases würde diesen schnellen und/oder häufigen Änderungen des Betriebszustands nicht gerecht werden. Dies führt zu einer nicht optimalen Menge von rückzuführendem Abgas und/oder einer nicht optimalen Menge eines in den Arbeitsraum einzubringenden Kraftstoffs.The inventive method thus allows a very accurate calculation of the oxygen concentration in the working space, which is designed for example as a cylinder, prior to combustion, in particular even if the internal combustion engine is in a dynamic operation. Especially in the dynamic operation in which rapid and / or frequent changes of an operating state of the internal combustion engine occur, the transport times of the exhaust gas from the exhaust side to the suction side can vary greatly. A static specification of an amount of recirculated exhaust gas would not meet these fast and / or frequent changes in the operating condition. This leads to a non-optimal amount of recirculating exhaust gas and / or a non-optimal amount of a fuel to be introduced into the working space.

Erst die dynamische Berechnung der Sauerstoffkonzentration in dem Arbeitsraum in Abhängigkeit von der Transportseite des rückzuführenden Abgases ermöglicht eine genaue Bestimmung der Menge des rückzuführenden Abgases sowie des dem Arbeitsraum zuzuführenden Kraftstoffes, wobei der Kraftstoff beispielsweise direkt in den Arbeitsraum eingespritzt wird. Die direkte Einspritzung ist beispielsweise bei einem Ottomotor mit Direkteinspritzung oder bei einem Dieselmotor vorgesehen.Only the dynamic calculation of the oxygen concentration in the working space in dependence on the transport side of the exhaust gas to be recirculated allows an accurate determination of the amount of recirculated exhaust gas and the fuel to be supplied to the working space, the fuel is injected for example directly into the working space. The direct injection is provided for example in a gasoline engine with direct injection or in a diesel engine.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst somit das Problem der gleichzeitigen Minderung von Stickoxidemissionen (NOx-Emissionen) sowie von Partikelemissionen insbesondere während des dynamischen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine.The method according to the invention thus solves the problem of the simultaneous reduction of nitrogen oxide emissions (NO x emissions) and of particulate emissions, in particular during the dynamic operation of the internal combustion engine.

Besonders vorteilhaft ist das Verfahren einzusetzen bei einer Verbrennungskraftmaschine, welche einer Mehrwege-Abgasrückführung aufweist, wobei beispielsweise eine Hochdruck-Abgasrückführung vorgesehen ist, bei welcher das Abgas in einem Abgaskrümmer der Verbrennungskraftmaschine, also beispielsweise stromauf (vor) einer Turbine eines der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Abgasturboladers entnommen wird. Weiterhin kann beispielsweise eine Niederdruck-Abgasrückführung vorgesehen sein, bei welcher die Gasentnahme stromab (nach) der Turbine und beispielsweise sogar nach einer Abgasreinigungsanlage wie einem Oxidationskatalysator, insbesondere einem Dieseloxidationskatalysator, sowie einem Partikelfilter, entnommen wird. Die Entnahme nach einer entsprechenden Komponente bezieht sich dabei darauf, dass das Abgas in dessen Strömungsrichtung stromab der Komponente entnommen wird, während sich die Bezeichnung, dass das Abgas vor der Komponente entnommen wird, darauf bezieht, dass das Abgas in dessen Strömungsrichtung stromauf der Komponente entnommen wird.The method is particularly advantageous for use in an internal combustion engine which has a multi-path exhaust gas recirculation, for example, a high-pressure exhaust gas recirculation is provided, in which the exhaust gas in an exhaust manifold of the internal combustion engine, so for example taken upstream (before) a turbine of the internal combustion engine exhaust gas turbocharger becomes. Furthermore, for example, a low-pressure exhaust gas recirculation may be provided, in which the gas removal downstream (to) the turbine and, for example, even after an exhaust gas purification system such as an oxidation catalyst, in particular a diesel oxidation catalyst, and a particulate filter is removed. The extraction for a corresponding component refers to the fact that the exhaust gas is removed in the flow direction downstream of the component, while the designation that the exhaust gas is removed before the component refers to the fact that the exhaust gas taken in the flow direction upstream of the component becomes.

Die Rückführung des Abgases auf die Ansaugseite der Verbrennungskraftmaschine erfolgt beispielsweise derart, dass das Abgas nach, also stromab, eines Luftfilters der Verbrennungskraftmaschine einem Frischluftstrom zudosiert wird. The recirculation of the exhaust gas to the intake side of the internal combustion engine, for example, takes place in such a way that the exhaust gas, ie downstream, of an air filter of the internal combustion engine is added to a fresh air stream.

Die bereits erwähnten Stickoxidemissionen korrelieren dabei mit der Sauerstoffkonzentration in dem Arbeitsraum vor einer Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Arbeitsraum, während die Partikelemissionen mit der Sauerstoffkonzentration in dem Arbeitsraum nach der besagten Verbrennung korrelieren. Die Sauerstoffkonzentration im Arbeitsraum nach der Verbrennung kann wiederum aus dem Verhältnis einer sich in dem Arbeitsraum befindlichen und angesaugten Luftmasse zu einer in den Arbeitsraum eingebrachten Kraftstoffmasse berechnet werden.The nitrogen oxide emissions already mentioned correlate with the oxygen concentration in the working space before combustion of a fuel-air mixture in the working space, while the particle emissions correlate with the oxygen concentration in the working space after said combustion. The oxygen concentration in the working space after combustion can in turn be calculated from the ratio of an air mass located and drawn in the working space to a mass of fuel introduced into the working space.

Da das erfindungsgemäße Verfahren nun eine sehr genau Berechnung der Sauerstoffkonzentration in dem Arbeitsraum insbesondere in dynamischen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht, ist eine genaue Einregelung einer Abgasrückführ-Sollwertvorgabe geschaffen, und das auch bei Beschleunigungsvorgängen, wodurch insbesondere die Stickoxidemissionen in einem geringen Rahmen gehalten werden können.Since the inventive method now allows a very accurate calculation of the oxygen concentration in the working space, especially in dynamic operating conditions of the internal combustion engine, an accurate Einregelung an exhaust gas recirculation setpoint specification is created, and also during acceleration processes, which in particular the nitrogen oxide emissions can be kept in a small frame.

Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass eine effektive Luftmasse in dem Arbeitsraum in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffkonzentration ermittelt, beispielsweise berechnet, wird, und zwar unter Berücksichtigung, das heißt in Abhängigkeit von einer in dem rückzuführenden Abgas enthaltenen Luftmasse.Furthermore, it is advantageously provided that an effective air mass in the working space is determined as a function of the determined oxygen concentration, for example calculated, taking into account, that is to say as a function of an air mass contained in the exhaust gas to be recirculated.

Anhand dieser effektiven Luftmasse in dem Arbeitsraum ist vorteilhafterweise ein Grenzwert für die in den Arbeitsraum einzubringende Menge des Kraftstoffs der Verbrennungskraftmaschine vorgegeben, wodurch also diese Vorgabe in Abhängigkeit von der ermittelnden Sauerstoffkonzentration erfolgt.On the basis of this effective air mass in the working space, a limit value for the amount of fuel of the internal combustion engine to be introduced into the working space is advantageously predetermined, so that this specification takes place as a function of the ascertaining oxygen concentration.

Dieser Grenzwert stellt die so genannte Rauchbegrenzung der Verbrennungskraftmaschine dar, wodurch eine erhöhte Partikelemission vermieden wird bei gleichzeitiger Darstellung eines geforderten und erwünschten Motormoments.This limit represents the so-called smoke limitation of the internal combustion engine, whereby an increased particle emission is avoided while displaying a required and desired engine torque.

Vor diesem Hintergrund ist es ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren sogar nicht nur eine Reduzierung der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht, sondern gleichzeitig eine bedarfsgerecht und sehr dynamische Darstellung des geforderten bzw. gewünschten Motormoments erlaubt.Against this background, it can be seen that the method according to the invention not only makes it possible to reduce the emissions of the internal combustion engine, but at the same time permits a demand-driven and very dynamic representation of the required or desired engine torque.

Eine insbesondere im dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu langsame Freigabe der Menge des in den Arbeitsraum einzubringenden Kraftstoffes und damit eine Verzögerung des Aufbaus des Motormoments bei gleichen Partikelemissionen bzw. erhöhte Partikelemissionen bei gleichem Aufbau des Motormoments sind dadurch vermieden.A too slow release of the amount of fuel to be introduced into the working space, in particular during dynamic operation of the internal combustion engine, and thus a delay in engine torque formation for the same particle emissions or increased particle emissions with the same engine torque are thereby avoided.

Insbesondere vorteilhaft ist das Verfahren, da es auch lange Abgasrückführstrecken, wie es insbesondere bei einer Niederdruck-Abgasrückführung der Fall ist, und die entsprechenden Transportzeiten berücksichtigt.The method is particularly advantageous since it also takes into account long exhaust gas recirculation distances, as is the case in particular with low-pressure exhaust gas recirculation, and the corresponding transport times.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Grenzwert für eine Menge des rückzuführenden Abgases in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffkonzentration vorgegeben wird. Mit anderen Worten wird also die beschriebene Vorgabe des Sollwerts für die Menge des rückzuführenden Abgases in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in dem Arbeitsraum begrenzt, wodurch eine sehr genau Grenzführung der Verbrennungskraftmaschine entlang der so genannten Rauchgrenze im dynamischen Betrieb möglich ist. Dabei werden unter allen Bedingungen die Menge des in den Arbeitsraum einzubringenden Kraftstoffes sowie die Menge des rückzuführenden Abgases genau einer für die Verbrennung im Arbeitsraum zur Verfügung stehenden Sauerstoffmengen in dem Arbeitsraum angepasst. Insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen führt dies zu einer Minimierung von so genannten Rauchstößen, das heißt zu einer Minimierung von Partikelemissionen. Die besagte Rauchgrenze stellt dabei eine Grenze dar, ab welcher es zu unerwünscht hohen Partikelemissionen kommt. Dementsprechend bezeichnet die so genannte Rauchbegrenzung das Verfahren, um die Rauchgrenze nicht zu überschreiten, was bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Fall ist, jedoch bei gleichzeitiger Darstellung eines sehr dynamischen Motormomentenaufbaus.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a limit value for an amount of the exhaust gas to be recirculated is predetermined as a function of the determined oxygen concentration. In other words, therefore, the described specification of the setpoint for the amount of exhaust gas to be recirculated is limited as a function of the oxygen concentration in the working space, whereby a very precise border management of the internal combustion engine along the so-called smoke threshold in dynamic operation is possible. In this case, under all conditions, the amount of fuel to be introduced into the working space and the amount of exhaust gas to be recirculated are adapted to exactly one of the amounts of oxygen available in the working space for combustion in the working space. In particular, during acceleration processes, this leads to a minimization of so-called smoke bursts, that is, to a minimization of particulate emissions. The said smoke limit represents a limit from which it comes to undesirably high particle emissions. Accordingly, the so-called smoke limitation refers to the method of not exceeding the smoke limit, which is the case with the method according to the invention, but with simultaneous presentation of a very dynamic engine torque structure.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine gleichzeitige Minimierung insbesondere von Stickoxidemissionen sowie Partikelemissionen der Verbrennungskraftmaschine während des dynamischen Betriebs derselbigen ermöglicht, insbesondere bei einem Einsatz einer Niederdruck-Abgasrückführung mit einer langen Abgasrückführstrecke, bei gleichzeitiger Darstellung eines sehr guten dynamischen Verhaltens der Verbrennungskraftmaschine mit einem sehr schnellen Motormomentenaufbau.In summary, it can be said that the inventive method allows a simultaneous minimization of particular nitrogen oxide emissions and particulate emissions of the internal combustion engine during dynamic operation derselbigen, especially when using a low-pressure exhaust gas recirculation with a long exhaust gas recirculation path, while displaying a very good dynamic behavior of the internal combustion engine with a very fast engine torque setup.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorliegend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings. The presently mentioned in the description features and feature combinations and the following mentioned in the description of the figures and / or shown alone in the figures features and combinations of features can be used not only in the combination given but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the invention.

Die Zeichnungen zeigen in:The drawings show in:

1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Hochdruck-Abgasrückführung, einer Niederdruck-Abgasrückführung sowie einem Abgasturbolader, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird; 1 a schematic representation of an internal combustion engine with a high-pressure exhaust gas recirculation, a low-pressure exhaust gas recirculation and an exhaust gas turbocharger, in which the inventive method is used;

2 Transportzeiten für ein rückzuführendes Abgas der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1; 2 Transport times for a recirculating exhaust gas of the internal combustion engine according to 1 ;

3 eine Funktionsstruktur-Übersicht zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 3 a functional structure overview to illustrate the method according to the invention;

4 ein Zwei-Wege-Abgasrückführ-Luftpfadmodell zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 4 a two-way exhaust gas recirculation air path model for illustrating the method according to the invention; and

5 eine Funktionsstruktur-Übersicht zur Darstellung einer Begrenzung einer Menge eines in einen Arbeitsraum der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1 einzubringenden Kraftstoffes sowie für eine Sollwerteingabe für eine Menge eines rückzuführenden Abgases zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 5 a functional structure overview to represent a limitation of a quantity of a in a working space of the internal combustion engine according to 1 to be introduced fuel and for a setpoint input for a quantity of recirculating exhaust gas to illustrate the method according to the invention.

Die 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 welche vier Arbeitsräume in Form von Zylindern 12, 14, 16, 18 aufweist.The 1 shows an internal combustion engine 10 which four working spaces in the form of cylinders 12 . 14 . 16 . 18 having.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst einen Abgasturbolader 20 mit einer auf einer Ansaugseite 22 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordneten Verdichter 24, welcher von der Verbrennungskraftmaschine 10 angesaugte Luft verdichtet. Dazu strömt die angesaugte Luft zunächst durch einen Luftfilter 26, wird anschließend von dem Verdichter 24 verdichtet und in Folge der Verdichtung erwärmt. Anschließend strömt die Luft durch einen Ladeluftkühler 26, mittels welchem die Luft wieder gekühlt wird. Auf der Ansaugseite 22 ist zudem eine Drosselklappe 28 vorgesehen, über welche bei Bedarf ein bestimmtes Druckgefälle zwischen der Ansaugseite 22 beziehungsweise einem dieser zugeordneten Saugrohr und einer Abgasseite 30 der Verbrennungskraftmaschine 10 beziehungsweise einem dieser zugeordneten Auslasskrümmer zu erhöhen, um so einen Massenstrom von rückzuführendem Abgas zu erhöhen.The internal combustion engine 10 includes an exhaust gas turbocharger 20 with one on a suction side 22 the internal combustion engine 10 arranged compressor 24 , which of the internal combustion engine 10 compressed air sucked. For this purpose, the sucked air first flows through an air filter 26 , is then removed from the compressor 24 compacted and heated as a result of compaction. Subsequently, the air flows through a charge air cooler 26 , by means of which the air is cooled again. On the suction side 22 is also a throttle 28 provided, over which, if necessary, a certain pressure gradient between the suction side 22 or one of these associated intake manifold and an exhaust gas side 30 the internal combustion engine 10 or one of these associated exhaust manifold, so as to increase a mass flow of recirculating exhaust gas.

Auf einer Abgasseite 30 der Verbrennungskraftmaschine 10 ist eine Turbine 32 des Abgasturboladers 20 angeordnet, die mit heißen Abgasen der Verbrennungskraftmaschine 10 beaufschlagbar ist und über eine Welle 34 den Verdichter 24 antreibt. Nach der Beaufschlagung der Turbine 32 strömt das heiße Abgas durch eine Abgasreinigungsanlage 36, die einen Oxidationskatalysator sowie einen Partikelfilter umfasst.On an exhaust side 30 the internal combustion engine 10 is a turbine 32 the exhaust gas turbocharger 20 arranged with hot exhaust gases of the internal combustion engine 10 can be acted upon and over a wave 34 the compressor 24 drives. After applying the turbine 32 the hot exhaust gas flows through an emission control system 36 comprising an oxidation catalyst and a particulate filter.

Ebenfalls ist auf der Abgasseite 30 eine Abgasklappe 37 vorgesehen, mittels welcher ein Abgasgegendruck einstellbar ist zur Darstellung einer effizienten Abgasrückführung.Also on the exhaust side 30 an exhaust flap 37 provided by means of which an exhaust gas back pressure is adjustable to represent an efficient exhaust gas recirculation.

Zur Darstellung dieser Abgasrückführung ist eine Hochdruck-Abgasrückführeinrichtung 38 vorgesehen, mittels welcher Abgas stromauf der Turbine 32 entnommen wird, über einen Abgasrückführkühler gemäß einem Richtungspfeil 40 gekühlt und über einen Abgasrückführventil 42 der verdichteten Luft zugeführt wird. Die Hochdruck-Abgasrückführeinrichtung 38 umfasst dabei einen Abgasrückführkühler 41, mittels welchem das rückzuführende Abgas gekühlt wird.To illustrate this exhaust gas recirculation is a high-pressure exhaust gas recirculation device 38 provided by means of which exhaust gas upstream of the turbine 32 is removed via an exhaust gas recirculation cooler according to a directional arrow 40 cooled and via an exhaust gas recirculation valve 42 the compressed air is supplied. The high pressure exhaust gas recirculation device 38 includes an exhaust gas recirculation cooler 41 , by means of which the recirculated exhaust gas is cooled.

Des Weiteren ist eine Niederdruck-Abgasrückführeinrichtung 44 vorgesehen, mittels welche Abgas stromab der Abgasreinigungseinrichtung 36 entnommen, gemäß einem Richtungspfeil 46 über einen Abgasrückführkühler 48 geführt und von diesem gekühlt und über ein weiteres Abgasrückführventil 50 auf die Ansaugseite 52 rückgeführt wird.Furthermore, a low-pressure exhaust gas recirculation device 44 provided by means of which exhaust gas downstream of the exhaust gas purification device 36 taken, according to a directional arrow 46 via an exhaust gas recirculation cooler 48 led and cooled by this and another exhaust gas recirculation valve 50 on the suction side 52 is returned.

Zur Darstellung besonders niedriger Emissionen, insbesondere niedriger Stickoxidemissionen sowie niedriger Partikelemissionen der Verbrennungskraftmaschine 10, wird nun eine Sauerstoffkonzentration in den jeweiligen Zylindern 12, 14, 16, 18 in Abhängigkeit von einer Transportzeit des rückzuführenden Abgases von der Abgasseite 30 auf die Ansaugseite 22 ermittelt. Dies wird anhand den folgenden Figuren erläutert.To display particularly low emissions, in particular low nitrogen oxide emissions and low particle emissions of the internal combustion engine 10 , now becomes an oxygen concentration in the respective cylinders 12 . 14 . 16 . 18 as a function of a transport time of the recirculated exhaust gas from the exhaust side 30 on the suction side 22 determined. This will be explained with reference to the following figures.

Der 2 sind zunächst Transportzeiten für das von der Abgasseite 30 auf die Ansaugseite 22 rückzuführende Abgas zu entnehmen. Dabei wird beispielsweise während eines Niederdruck-Abgasrückführbetriebs der Verbrennungskraftmaschine 10, bei welchem also eine Abgasrückführung mittels der Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 44 erfolgt, die Abgasklappe 37 schlagartig angestellt und dann wieder geöffnet. Die dadurch hervorgerufene Änderung der Sauerstoffkonzentration, welche auf der Ordinate 52 eines in der 2 dargestellten Diagramms 54 in Prozent (CO2-Konzentration [%]) dargestellt ist, auf dessen Abszisse 56 die Zeit [sec] aufgetragen ist, in Strömungsrichtung der Luft stromauf des Verdichters 24 (Schritt 1) macht sich zeitlich verzögert im ersten Zylinder 12 (Schritt 2), in einem Abgaskrümmer (Schritt 3) der Verbrennungskraftmaschine 10, stromauf (vor) des Abgasrückführventils 50 der Niederdruck-Abgasrückführeinrichtung 44 (Schritt 4) und wieder stromauf (vor) des Verdichters 24 (Schritt 5) bemerkbar.Of the 2 are initially transport times for that of the exhaust side 30 on the suction side 22 to remove recirculated exhaust gas. In this case, for example, during a low-pressure exhaust gas recirculation operation of the internal combustion engine 10 , in which therefore an exhaust gas recirculation by means of the low-pressure exhaust gas recirculation device 44 done, the exhaust flap 37 abruptly turned on and then opened again. The resulting change in oxygen concentration, which is on the ordinate 52 one in the 2 represented diagram 54 in percent (CO 2 concentration [%]) is plotted on the abscissa 56 the time [sec] is plotted, in the flow direction of the air upstream of the compressor 24 (Step 1) is delayed in the first cylinder 12 (Step 2), in an exhaust manifold (Step 3) of the internal combustion engine 10 , upstream (before) of Exhaust gas recirculation valve 50 the low pressure exhaust gas recirculation device 44 (Step 4) and again upstream (before) of the compressor 24 (Step 5) noticeable.

Die in dem Diagramm 54 dargestellten Zahlen „1” bis „9” in dem linken Teil des Diagramms 54 bezeichnen dabei ein Anstellen der Abgasklappe 37, während die Zahlen „1” bis „7” in dem rechten Teil des Diagramms 54 ein Öffnen der Abgasklappe 37 bezeichnen.The in the diagram 54 represented numbers "1" to "9" in the left part of the diagram 54 denote a hiring of the exhaust flap 37 while the numbers "1" to "7" in the right part of the diagram 54 an opening of the exhaust flap 37 describe.

Ein erster Verlauf 58 bezieht sich dabei auf die Sauerstoffkonzentration vor (stromauf) einer Niederdruck-Abgasrückführeinleitung, während sich ein weiterer Verlauf 60 auf die Sauerstoffkonzentration nach (stromab) einer Hochdruck-Abgasrückführeinleitung vor, also stromauf, des Ladeluftkühlers 26 bezieht. Ein weiterer Verlauf 62 bezieht sich auf den Verlauf der Sauerstoffkonzentration des ersten Zylinders 12, und ein weiterer Verlauf 64 bezieht sich auf die Sauerstoffkonzentration nach einer Niederdruck-Abgasrückführeinleitung vor dem Verdichter 24. Ein weiterer Verlauf 66 bezieht sich auf den Verlauf der Sauerstoffkonzentration am Austritt der Abgasklappe 37, während sich ein weiterer Verlauf 68 auf den Verlauf der Sauerstoffkonzentration vor dem Abgasrückführventil 50 der Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 44.A first course 58 refers to the oxygen concentration before (upstream) a low-pressure exhaust gas recirculation, while another course 60 on the oxygen concentration after (downstream) a high-pressure exhaust gas recirculation introduction before, ie upstream of the intercooler 26 refers. Another course 62 refers to the course of the oxygen concentration of the first cylinder 12 , and another course 64 refers to the oxygen concentration after a low-pressure exhaust gas recirculation return upstream of the compressor 24 , Another course 66 refers to the course of the oxygen concentration at the outlet of the exhaust valve 37 while another course 68 on the course of the oxygen concentration in front of the exhaust gas recirculation valve 50 the low pressure exhaust gas recirculation device 44 ,

Ein weiterer Verlauf 70 bezieht sich auf den Verlauf der Sauerstoffkonzentration vor dem Abgasrückführventil 42 der Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung 38.Another course 70 refers to the course of the oxygen concentration before the exhaust gas recirculation valve 42 the high-pressure exhaust gas recirculation device 38 ,

Die 3 zeigt eine Funktionsstruktur-Übersicht für die Zwei-Wege-Abgasrückführung durch die Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung 38 und die Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 44 der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß 1, wobei ein Luftpfadmodell 72 vorgesehen ist, das als Eingangsgrößen, die durch einen Richtungspfeil 73 angedeutet sind, eine durch die Verbrennungskraftmaschine 10 angesaugte Luftmasse erhält, die beispielsweise mittels eines Heißfilmluftmassenmessers ermittelt wird.The 3 shows a functional structure overview for the two-way exhaust gas recirculation through the high-pressure exhaust gas recirculation device 38 and the low pressure exhaust gas recirculation device 44 the internal combustion engine 10 according to 1 , being an air path model 72 is provided as input, by a directional arrow 73 are indicated, one by the internal combustion engine 10 receives sucked air mass, which is determined for example by means of a Heißfileinuftmassenmessers.

Als weitere Eingangsgrößen sind ein Umgebungsdruck sowie eine Umgebungstemperatur vorgesehen. Innerhalb des Luftpfadmodells 72 erfolgt eine Berechnung 74 eines Niederdruck-Abgasrückführmassenstroms, dessen Ergebnisse in ein Füll-Entleermodell 76 einfließen. Die Ergebnisse des Füll-/Entleermodells 76 fließen in eine Gesamtfüllungsberechnung 78 ein, welche durch ein Liefergradmodell dargestellt wird. Die Ergebnisse der Gesamtfüllungsberechnung 78 sowie der Berechnung 74 des Niederdruck-Abgasrückmassenstrom sowie eine Masse des beispielsweise in den Zylinder 12 einzubringenden Kraftstoffes fließt in eine dynamische Berechnung 80 der Sauerstoffkonzentration in dem Zylinder 12 ein.As further input variables, an ambient pressure and an ambient temperature are provided. Within the air path model 72 a calculation is made 74 a low-pressure exhaust gas recirculation mass flow, the results in a filling-emptying model 76 incorporated. The results of the filling / emptying model 76 flow into a total filling calculation 78 which is represented by a delivery degree model. The results of the total filling calculation 78 as well as the calculation 74 the low pressure exhaust gas mass flow and a mass of the example in the cylinder 12 to be introduced into a dynamic calculation 80 the oxygen concentration in the cylinder 12 one.

Dies geschieht anhand eines Totzeitmodells, wobei auch eine Hochdruck-Abgasrückführmasse, eine Niederdruck-Abgasrückführmasse und die Kraftstoffmasse berücksichtigt werden.This is done on the basis of a dead time model, wherein also a high-pressure exhaust gas recirculation mass, a low-pressure exhaust gas recirculation mass and the fuel mass are taken into account.

Ein Ergebnis der dynamischen Berechnung 80 ist dabei die Sauerstoffkonzentration beispielsweise im Zylinder 12 vor einer Verbrennung eines entsprechenden Kraftstoff-Luft-Gemisches, wobei diese Sauerstoffkonzentration im Zylinder 12 vor der Verbrennung in ein Modell 82 zur Rauchbegrenzung einfließt. Ebenso fließt in das Modell 82 zur Rauchbegrenzung eine Gesamtmasse im Zylinder 12 ein, welche der Gesamtfüllungsberechnung 78 entspringt. Das Modell 82 zur Rauchbegrenzung ist dabei unterteilbar in eine Rauchbegrenzung 84 bzgl. eines Motormoments der Verbrennungskraftmaschine 10 sowie in eine Rauchbegrenzung 86 bzgl. der Abgasrückführung.A result of the dynamic calculation 80 is the oxygen concentration, for example in the cylinder 12 before combustion of a corresponding fuel-air mixture, said oxygen concentration in the cylinder 12 before burning into a model 82 for the smoke limitation flows. Likewise flows into the model 82 for smoke limitation a total mass in the cylinder 12 which one of the total filling calculation 78 arises. The model 82 for smoke limitation is subdivided into a smoke limitation 84 with respect to an engine torque of the internal combustion engine 10 as well as in a smoke limitation 86 regarding exhaust gas recirculation.

Das Ergebnis der Rauchbegrenzung 84 fließt dabei ebenso wie ein Wunschmoment für das Motormoment der Verbrennungskraftmaschine 10, was durch einen Richtungspfeil 88 angedeutet ist, in einen Funktionsblock 90 ein, in dem ein Vergleich des Wunschmomentes sowie des Moments als Ergebnis der Rauchbegrenzung 84 stattfindet, wobei das kleinere der beiden Momente ausgewählt und als Soll-Moment weiter verarbeitet wird, was durch einen Richtungspfeil 92 angedeutet ist.The result of the smoke limitation 84 flows as well as a desired torque for the engine torque of the internal combustion engine 10 what a directional arrow 88 is indicated in a function block 90 in which a comparison of the desired torque and the moment as a result of the smoke limitation 84 takes place, wherein the smaller of the two moments is selected and further processed as a target moment, which by a directional arrow 92 is indicated.

Das Ergebnis der Rauchbegrenzung 86 bzgl. der Abgasrückführung, also die so ermittelte Menge des rückzuführenden Abgases, wird in einem Funktionsblock 94 verglichen mit einem Wunschinertgasanteil im Zylinder 12, wobei der Wunschinertgasanteil einer Sollwertbildung 98 entspringt. Die Sollwertbildung 98 sowie der Funktionsblock 94 sind dabei Bestandteile eines Modells 96 zur Abgasrückführsollwertbildung, welches als Eingangsgrößen gemäß Richtungspfeilen 100 und 102 ein indiziertes Motormoment bzw. eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 erhält.The result of the smoke limitation 86 With regard to the exhaust gas recirculation, that is, the thus determined amount of recirculated exhaust gas is in a function block 94 compared to a desired inert gas content in the cylinder 12 , wherein the Wunschinertgasanteil a setpoint formation 98 arises. The setpoint formation 98 as well as the function block 94 are part of a model 96 for exhaust gas recirculation setpoint formation, which as input variables according to directional arrows 100 and 102 an indexed engine torque or a rotational speed of the internal combustion engine 10 receives.

Durch den Vergleich des Funktionsblocks 94 wird der kleinere Wert der Menge bzw. der Masse des rückzuführenden Abgases, also entweder die Menge bzw. die Masse des rückzuführenden Abgases aus der Rauchbegrenzung 86 oder aus der Sollwertbildung 98 ausgewählt und gemäß einem Richtungspfeil 104 als Sollinertgasanteil im Zylinder 12 weitergeleitet. Der Sollinertgasanteil dient dabei als Eingangsgröße für eine modellbasierte Vorsteuerung und Regelung 106 der Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung 38, die Bestandteil eines gesamten Abgasrückführregelungsblocks 108 ist, der ebenso eine kennfeldbasierte Vorsteuerung und Regelung 110 der Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 44 umfasst.By comparing the function block 94 is the smaller value of the amount or the mass of the recirculated exhaust gas, so either the amount or the mass of recirculating exhaust gas from the smoke limitation 86 or from the setpoint formation 98 selected and according to a directional arrow 104 as Sollinertgasanteil in the cylinder 12 forwarded. The Sollinertgasanteil serves as input for a model-based feedforward control and regulation 106 the high-pressure exhaust gas recirculation device 38 , which is part of an entire exhaust gas recirculation control block 108 is, as well as a map-based feedforward control and regulation 110 the low pressure exhaust gas recirculation device 44 includes.

Neben der Eingangsgröße des Sollinertgasanteils gemäß dem Richtungspfeil 104 erhält die modellbasierte Vorsteuerung und Regelung 106 als Eingangsgröße die zuvor beschriebene Sauerstoffkonzentration im Zylinder 12 vor der Verbrennung, die durch einen Funktionsblock 112 von „1” subtrahiert wird als Istwert gemäß einem Richtungspfeil 114.In addition to the input variable of Sollinertgasanteils according to the directional arrow 104 receives the model-based feedforward control and regulation 106 as input, the previously described oxygen concentration in the cylinder 12 before combustion, by a functional block 112 is subtracted from "1" as the actual value according to a directional arrow 114 ,

Die kennfeldbasierte Vorsteuerung und Regelung 110 erhält als Eingangsgröße einerseits die Sauerstoffkonzentration vor dem Verdichter 24, die mittels eines Funktionsblock 116 von „1” subtrahiert ist als Istwert gemäß einem Richtungspfeil 118 sowie einen weiteren Sollwert, der dadurch gebildet ist, dass das Ergebnis des Funktionsblocks 94 in einen Aufteilungsblock 120 geleitet wird, in dem eine Aufteilung der rückzuführenden Menge bzw. Masse des Abgases auf die Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung 38 und auf die Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 44 erfolgt. Das Ergebnis des Aufteilungsblocks 120 wird dabei der kennfeldbasierten Vorsteuerung und Regelung 110 als Sollwert zugeführt und stellt den Inertgasanteil vor, also stromauf, des Verdichters 24 dar.The map-based feedforward control and regulation 110 receives as input on the one hand the oxygen concentration in front of the compressor 24 by means of a functional block 116 is subtracted from "1" as the actual value according to a directional arrow 118 and another setpoint, which is formed by the result of the function block 94 into a splitting block 120 in which a division of the recirculating amount or mass of the exhaust gas to the high-pressure exhaust gas recirculation device 38 and to the low pressure exhaust gas recirculation device 44 he follows. The result of the splitting block 120 is the map-based feedforward control and regulation 110 supplied as a setpoint and represents the Inertgasanteil before, ie upstream of the compressor 24 represents.

Die Ergebnisse des Abgasrückführregelungsblocks 108 werden dabei gemäß Richtungspfeil 122, 124 und 126 als entsprechende Stellsignale an das Abgasrückführventil 42 der Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung 38 bzw. als Stellsignal für das Abgasrückführventil 50 der Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 44 bzw. als Stellsignal für die Abgasklappe 37 an die jeweilige Komponente geleitet.The results of the exhaust gas recirculation control block 108 are doing according to the directional arrow 122 . 124 and 126 as appropriate actuating signals to the exhaust gas recirculation valve 42 the high-pressure exhaust gas recirculation device 38 or as a control signal for the exhaust gas recirculation valve 50 the low pressure exhaust gas recirculation device 44 or as a control signal for the exhaust flap 37 directed to the respective component.

Die 4 zeigt ein Berechnungsverfahren für die Verbrennungskraftmaschine 10 mit der Hochdruck-Abgasrückführeinrichtung 38 und der Niederdruck-Abgasrückführeinrichtung 44 für die Sauerstoffkonzentration (r-O2) beispielsweise im Zylinder 12 vor der Verbrennung. Dabei werden die Transportzeiten für das rückzuführende Abgas (schematisch dargestellt als z–x, wobei x als Platzhalter für den in der 4 entsprechenden gezeigten Kleinbuchstaben steht) aus dem Verhältnis eines Volumens, das das rückzuführende Abgas durchströmen muss, zum Volumenstrom des Abgases durch das jeweilige Volumen (z. B. Ladeluftkühler 26 inkl. entsprechender Zuleitungen) berechnet.The 4 shows a calculation method for the internal combustion engine 10 with the high-pressure exhaust gas recirculation device 38 and the low pressure exhaust gas recirculation device 44 for the oxygen concentration (rO 2 ), for example in the cylinder 12 before burning. The transport times for the recirculated exhaust gas (shown schematically as z -x , where x as a placeholder for in the 4 corresponding lower case letters shown) from the ratio of a volume, which must flow through the recirculated exhaust gas, to the volume flow of the exhaust gas through the respective volume (eg intercooler 26 including corresponding supply lines).

Bei Komponenten mit einer schaltbaren Umströmungseinrichtung, beispielsweise einem Bypass am Ladeluftkühler 26 oder an den Abgasrückführkühlern 41 bzw. 48, ändert sich das für die Berechnung der Transportzeiten zugrunde gelegte Volumen in Abhängigkeit von einer Stellung der jeweiligen Umströmungseinrichtung. So beträgt beispielsweise das Volumen des Ladeluftkühlers 26 gemäß der 4 bei deaktivierter Umströmungseinrichtung V = 9,2 l und bei aktivierter Umströmungseinrichtung (Bypass) V = 4,4 l.In the case of components with a switchable bypass device, for example a bypass on the intercooler 26 or at the exhaust gas recirculation coolers 41 respectively. 48 , the volume used for the calculation of the transport times changes as a function of a position of the respective bypass device. For example, the volume of the intercooler 26 according to the 4 with deactivated bypass V = 9,2 l and with activated bypass (bypass) V = 4,4 l.

Im Falle einer inneren Abgasrückführung der Verbrennungskraftmaschine 10 (Restgas) ergibt sich die Transportzeit des rückzuführenden Abgases aus der Zeit, die bei einer jeweiligen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Arbeitsspiel benötigt wird.In the case of an internal exhaust gas recirculation of the internal combustion engine 10 (Residual gas) results in the transport time of the recirculated exhaust gas from the time that at a respective speed of the internal combustion engine 10 needed for a working game.

Eine Durchmischung von Gaspaketen im Verdichter 24 wird dabei durch einen Tiefpassfilter erster Ordnung 128 (PT1) moduliert. Die Sauerstoffkonzentration wird bei jedem Knotenpunkt aus entsprechenden Massenströmen und Sauerstoffkonzentrationen von zusammengeführten Gasströmen berechnet. Schließlich wird die Sauerstoffkonzentration im Zylinder 12 nach der Verbrennung anhand der Sauerstoffkonzentration im Zylinder 12 vor der Verbrennung und der Masse des in den Zylinder 12 eingebrachten, beispielsweise direkt eingespritzten, Kraftstoffes berechnet.A mixing of gas packets in the compressor 24 is doing by a low-pass filter of the first order 128 (PT1) modulated. The oxygen concentration at each node is calculated from corresponding mass flows and oxygen concentrations of converged gas streams. Finally, the oxygen concentration in the cylinder 12 after combustion based on the oxygen concentration in the cylinder 12 before the combustion and the mass of the cylinder 12 introduced, for example, directly injected, calculated fuel.

Bei der Sauerstoffkonzentration (r-O2) handelt sich um eine normalisierte Sauerstoffmassenkonzentration, die dem Verhältnis der Sauerstoffmassenkonzentration zur Sauerstoffmassenkonzentration der angesaugten Luft und damit dem Verhältnis der effektiven Luftmasse zur Gesamtmasse im Zylinder und damit der Differenz 1-Inertgasanteil entspricht.The oxygen concentration (rO 2 ) is a normalized oxygen mass concentration, which corresponds to the ratio of the oxygen mass concentration to the oxygen mass concentration of the intake air and thus the ratio of the effective air mass to the total mass in the cylinder and thus the difference 1-Inertgasanteil.

Zur Berechnung der Sauerstoffkonzentration (r-O2) dient eine erfasste Luftmasse gemäß einem Richtungspfeil 130 als Eingangsgröße. An einem ersten Knotenpunkt 132 erfolgt eine Berechnung der Sauerstoffkonzentration vor dem Verdichter 26, wobei diese Berechnung bzw. das Ergebnis der Berechnung gemäß einem Richtungspfeil 134 weiter verarbeitet werden kann. An einem weiteren Knotenpunkt 136 erfolgt die Berechnung der Sauerstoffkonzentration nach dem Verdichter 26. Ein Funktionsblock 138 dient zur Berechnung der Transportzeit durch den entsprechenden Ladeluftkühler 26, wobei mittels des Funktionsblock 138, wie bereits erwähnt, das Volumen des Ladeluftkühlers 26 bei aktivierter oder deaktivierter Umströmungseinrichtung sowie die Volumina entsprechender Zuleitungen berücksichtigt wird. An einem weiteren Knotenpunkt 140 erfolgt die Berechnung der Sauerstoffkonzentration vor einem Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine 10, wobei die Transportzeit des rückzuführenden Abgases durch das Saugrohr und entsprechenden Zuleitungen durch einen Funktionsblock 174 berechnet wird. Das Volumen des Saugrohrs und entsprechender Zuleitungen beträgt im konkreten Beispiel 2,0 l.To calculate the oxygen concentration (rO 2 ) is a detected air mass according to a directional arrow 130 as input. At a first node 132 a calculation of the oxygen concentration takes place before the compressor 26 , wherein this calculation or the result of the calculation according to a directional arrow 134 can be further processed. At another node 136 the calculation of the oxygen concentration after the compressor takes place 26 , A functional block 138 serves to calculate the transport time through the corresponding intercooler 26 , wherein by means of the function block 138 , as already mentioned, the volume of the intercooler 26 is taken into account when activated or deactivated Umströmungseinrichtung and the volumes of corresponding supply lines. At another node 140 the calculation of the oxygen concentration takes place in front of a suction pipe of the internal combustion engine 10 , wherein the transport time of the exhaust gas to be recirculated through the intake manifold and corresponding supply lines through a functional block 174 is calculated. The volume of the suction pipe and corresponding supply lines is in the specific example 2.0 l.

An einem weiteren Knotenpunkt 144 erfolgt die Berechnung der Sauerstoffkonzentration vor der Verbrennung im Zylinder, beispielsweise im Zylinder 12, wobei das Ergebnis dieser Berechnung gemäß einem Richtungspfeil 147 weiterverarbeitet werden kann. At another node 144 the calculation of the oxygen concentration takes place before the combustion in the cylinder, for example in the cylinder 12 where the result of this calculation is according to a directional arrow 147 can be further processed.

An einem weiteren Knotenpunkt 146 erfolgt die Berechnung der Sauerstoffkonzentration im Zylinder 12 nach der Verbrennung, wobei als Eingangsgröße für diese Berechnung die Sauerstoffkonzentration im Zylinder 12 vor der Verbrennung sowie ein in den Zylinder 12 eingebrachte Menge bzw. Masse des Kraftstoffes berücksichtigt wird. Das Ergebnis der Berechnung der Sauerstoffkonzentration wird in einer Schleife 148 zurückgeführt und dem Knotenpunkt 144 zur Berechnung der Sauerstoffkonzentration vor der Verbrennung zugeführt, wobei durch einen Funktionsblock 150 die Transportzeit des durch die Verbrennung entstehenden Abgases durch innere Abgasrückführung berücksichtigt wird, wobei diese Transportzeit in Abhängigkeit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und damit der Dauer eines Arbeitsspiels erfolgt.At another node 146 the calculation of the oxygen concentration in the cylinder takes place 12 after combustion, the oxygen concentration in the cylinder being the input variable for this calculation 12 before burning as well as into the cylinder 12 introduced quantity or mass of the fuel is taken into account. The result of calculating the oxygen concentration is in a loop 148 returned and the node 144 for the calculation of the oxygen concentration before combustion supplied, wherein by a functional block 150 the transport time of the exhaust gas produced by the combustion is taken into account by internal exhaust gas recirculation, said transport time being dependent on the rotational speed of the internal combustion engine and thus the duration of a working cycle.

Ebenso wird die ermittelte Sauerstoffkonzentration nach der Verbrennung dem Knotenpunkt 140 zugeführt, was der Rückführung des Abgases mittels der Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung 38 entspricht, deren Volumina inkl. des Abgasrückführkühlers 41 bei deaktivierter Umströmungseinrichtung insgesamt 0,7 l betrifft. Die entsprechende Transportzeit des über die Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung 38 rückgeführten Abgases wird durch einen Funktionsblock 152 berechnet. Entsprechend wird dem Knotenpunkt 140 auch die Menge bzw. Masse des Mittels der Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung 38 rückgeführten Abgases zugeführt.Likewise, the determined oxygen concentration after combustion becomes the node 140 what the recirculation of the exhaust gas by means of the high-pressure exhaust gas recirculation device 38 whose volumes include the exhaust gas recirculation cooler 41 when the bypass device is deactivated, a total of 0.7 l is affected. The corresponding transport time of the high-pressure exhaust gas recirculation device 38 recirculated exhaust gas is passed through a functional block 152 calculated. Accordingly, the node becomes 140 also the amount or mass of the means of high-pressure exhaust gas recirculation device 38 recirculated exhaust gas supplied.

Des Weiteren wird das Ergebnis des Knotenpunktes 146 einem Funktionsblock 154 zugeführt, mittels welchem die Transportzeit des rückzuführenden Abgases unter Berücksichtigung der Volumina der Abgasreinigungseinrichtung 36 berechnet wird, wobei die Volumina der Abgasreinigungseinrichtung 36, beispielsweise mit Oxidationskatalysator und Partikelfilter, insgesamt 7,8 l betragen.Furthermore, the result of the node 146 a functional block 154 supplied, by means of which the transport time of the recirculated exhaust gas, taking into account the volumes of the exhaust gas purification device 36 is calculated, the volumes of the exhaust gas purification device 36 , For example, with oxidation catalyst and particulate filter, a total of 7.8 l.

An einem Knotenpunkt 156 erfolgt dann die Berechnung der Sauerstoffkonzentration nach der Abgasreinigungseinrichtung 36 sowie die Ermittlung der Menge bzw. Masse der mittels der Niederdruck-Abgasrückführeinrichtung 44 rückzuführenden Abgases, wobei diese Ergebnisse wiederum einem weiteren Funktionsblock 158 zugeführt werden, der die Transportzeit des rückzuführenden Abgases über die Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 38 inkl. Abgasrückführungskühler 41 ermittelt. Die Volumina der Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 44 inkl. dem Abgasrückführkühler 48 betragen insgesamt beispielsweise 0,8 l. An einem weiteren Knotenpunkt 160 erfolgt schließlich die Berechnung der Sauerstoffkonzentration nach, das heißt stromab des Abgasrückführkühlers 48 der Niederdruck-Abgasrückführeinrichtung 44, welche gemäß einem Richtungspfeil 162 dem Knotenpunkt 132 zugeführt und gemäß einem Richtungspfeil 164 zur weiteren Verarbeitung abgezweigt wird.At a junction 156 the calculation of the oxygen concentration then takes place after the exhaust gas purification device 36 and the determination of the amount or mass of the means of the low-pressure exhaust gas recirculation device 44 recirculated exhaust gas, these results in turn another function block 158 are supplied, the transport time of the recirculated exhaust gas via the low-pressure exhaust gas recirculation device 38 incl. exhaust gas recirculation cooler 41 determined. The volumes of the low-pressure exhaust gas recirculation device 44 including the exhaust gas recirculation cooler 48 total, for example, 0.8 l. At another node 160 Finally, the calculation of the oxygen concentration follows, that is, downstream of the exhaust gas recirculation cooler 48 the low pressure exhaust gas recirculation device 44 , which according to a directional arrow 162 the node 132 fed and according to a directional arrow 164 for further processing is diverted.

Die 5 zeigt eine Funktionsstruktur-Übersicht einer Begrenzung der in Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren bereits genannten Menge bzw. Masse des in die Zylinder 12, 14, 16 und 18 bzw. in einen Zylinder, beispielsweise in Zylinder 12, einzubringenden, beispielsweise einzuspritzenden Kraftstoffs sowie für eine Sollwertvorgabe für eine Menge bzw. eine Masse des rückzuführenden Abgases, welche zur Minimierung von Rauchstößen, das heißt Partikelemissionen, insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgenommen wird.The 5 shows a functional structure overview of a limitation of the already mentioned in connection with the preceding figures amount or mass of the cylinder 12 . 14 . 16 and 18 or in a cylinder, for example in cylinders 12 , to be introduced, for example, fuel to be injected as well as for a target value for a quantity or a mass of recirculating exhaust gas, which for minimizing smoke surges, that is particle emissions, especially during acceleration processes of the internal combustion engine 10 is made.

Die nicht zu überschreitende Grenze zur Vermeidung erhöhter Partikelemissionen, die so genannte Rauchgrenze, wird dabei nicht anhand eines Luftverhältnisses (Verhältnis aus für die Verbrennung zur Verfügung stehender Luftmasse zur mindestens notwendigen stöchiometrischen Luftmasse) (Grenz-λ-Wert) definiert, sondern anhand eines effektiven Luftverhältnisses (Grenz-λ-O2), welches einen Luftanteil im rückgeführten Abgas berücksichtigt. Somit wird ein Grenzwert für die beispielweise in dem Zylinder 12 einzubringende Menge von Kraftstoff anhand der effektiven Luftmasse im Zylinder 12 berechnet, welche aus der Sauerstoffkonzentration im Zylinder 12 vor der Verbrennung (vgl. 3) und der Gesamtmasse im Zylinder (vgl. 3) ermittelt wird.The limit not to be exceeded for avoiding increased particulate emissions, the so-called smoke limit, is not defined on the basis of an air ratio (ratio of air mass available for combustion to the at least necessary stoichiometric air mass) (limit λ value), but on the basis of an effective Air ratio (limit λ-O 2 ), which takes into account an air content in the recirculated exhaust gas. Thus, a limit for the example in the cylinder 12 amount of fuel to be injected based on the effective mass of air in the cylinder 12 calculated, which from the oxygen concentration in the cylinder 12 before combustion (cf. 3 ) and the total mass in the cylinder (cf. 3 ) is determined.

Auf ähnliche Weise wird ein Grenzwert für eine Sollwertvorgabe für die Menge bzw. Masse des rückzuführenden Abgases (z. B. Soll-Inertgasanteil im Zylinder) anhand eines zweiten λ-O2-Grenzwertes berechnet. Die 5 zeigte dabei eine Möglichkeit, die λ-O2-Grenzwerte anhand von Kennfeldern, die über die Drehzahl und berechnete Sauerstoffkonzentration im Zylinder 12 bzw. in den Zylindern aufgespannt sind, zu ermitteln.In a similar manner, a limit value for a setpoint specification for the quantity or mass of the exhaust gas to be recirculated (for example, desired inert gas content in the cylinder) is calculated on the basis of a second λ O 2 limit value. The 5 showed one possibility, the λ-O 2 limit values based on maps, the speed and the calculated concentration of oxygen in the cylinder 12 or in the cylinders are clamped to determine.

Einem Funktionsblock 166 werden dabei die Sauerstoffkonzentration des Zylinders 12 vor der Verbrennung gemäß einem Richtungspfeil 168 sowie die Gesamtmasse im Zylinder 12 gemäß einem Richtungspfeil 170 zugeführt, welchem als Ergebnis eine effektive Luftmasse im Zylinder 12 gemäß einem Richtungspfeil 172 entspringt.A functional block 166 become the oxygen concentration of the cylinder 12 before burning according to a directional arrow 168 as well as the total mass in the cylinder 12 according to a directional arrow 170 supplied, which as a result an effective air mass in the cylinder 12 according to a directional arrow 172 arises.

Die ermittelte Sauerstoffkonzentration vor der Verbrennung wird einem Funktionsblock 174 zugeführt und mit der Konstanten 23,15 multipliziert, wobei sich diese Konstante auf den prozentualen Sauerstoffgehalt (O2) der von der Verbrennungskraftmaschine angesaugten Umgebungsluft bezieht. Das Ergebnis des Funktionsblocks 174 sowie die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 wird einem Funktionsblock 176 zur Rauchgrenzenberechnung zugeführt, dessen Ergebnis als variable „Grenz-λ-O2-Trq” einem Funktionsblock 178 zugeführt wird. Diesem Funktionsblock 178 wird zudem der konstante Wert 14,6 zugeführt, wobei sich der konstante Wert 14,6 auf den stöchiometrischen Luftbedarf bezieht, der nötig ist, um eine stöchiometrische Verbrennung der Menge bzw. der Masse des in dem Zylinder eingebrachten Kraftstoffes zu ermöglichen. Das Ergebnis des Funktionsblocks 178 wird einem Funktionsblock 180 zugeführt, dessen Ergebnis der besagte Grenzwert für die Menge bzw. die Masse des in den Zylinder einzubringenden Kraftstoffes ist und einem weiterem Funktionsblock 182 zugeführt, welcher eine Umrechnung der Menge bzw. der Masse des Kraftstoffes in ein Motormoment (Torque, Trq.) vollführt. Das berechnete Motormoment wird in einem weiteren Funktionsblock 184 mit einem Wunschmoment gemäß einem Richtungspfeil 186 verglichen, wobei der kleiner der beiden Werte als Sollmoment gemäß einem Richtungspfeil 186 ausgewählt und weitergeführt wird.The determined oxygen concentration before combustion becomes a functional block 174 supplied and multiplied by the constant 23.15, wherein this constant refers to the percentage oxygen content (O 2 ) of the sucked by the internal combustion engine ambient air. The result of the function block 174 and the speed of the internal combustion engine 10 becomes a functional block 176 supplied to the smoke boundary calculation, the result as a variable "limit λ-O 2 -Trq" a function block 178 is supplied. This functional block 178 In addition, the constant value 14.6 is supplied, wherein the constant value 14.6 refers to the stoichiometric air requirement, which is necessary to allow a stoichiometric combustion of the amount or mass of the introduced in the cylinder fuel. The result of the function block 178 becomes a functional block 180 the result of which is the said limit value for the quantity or mass of the fuel to be introduced into the cylinder and a further functional block 182 supplied, which performs a conversion of the amount or the mass of the fuel into an engine torque (Torque, Trq.). The calculated engine torque is in another function block 184 with a desired moment according to a directional arrow 186 compared, wherein the smaller of the two values as a target torque according to a directional arrow 186 is selected and continued.

Außerdem wird das Ergebnis des Funktionsblocks 174 als variable Y-O2 ebenso wie die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine einem Funktionsblock 188 zur Berechnung eines Offset-Kennfeldes zugeführt, dessen Ergebnis als λ-O2-Offset einem weiteren Funktionsblock 190 zugeführt wird, der in Form eines Summationsblocks vorliegt. Dort geschieht eine Summierung mit dem Ergebnis des Funktionsblocks 176, woraus als Ergebnis die variable Grenz-λ-O2-AGR resultiert, wobei AGR für Abgasrückführung steht.In addition, the result of the function block 174 as variable YO 2 as well as the speed of the internal combustion engine a function block 188 supplied to the calculation of an offset map whose result as a λ-O 2 offset another function block 190 is supplied, which is in the form of a summation block. There is a summation with the result of the function block 176 as a result, the variable limit λ-O 2 -AGR results, where EGR stands for exhaust gas recirculation.

Einem Funktionsblock 194 wird die in den Zylinder 12, beispielsweise in den Zylinder 12 eingebrachte Menge bzw. Masse des Kraftstoffes zugeführt, ebenso wie die Konstante 14,6, wobei das Ergebnis des Funktionsblocks 194 einem weiteren Funktionsblock 196 ebenso wie die Gesamtmasse im Zylinder 12 zugeführt wird. Das Ergebnis des Funktionsblocks 196 sowie das Ergebnis des Funktionsblocks 190 werden einem weiteren Funktionsblock 192 zugeführt, welchem als Ergebnis der Grenzwert für die Sauerstoffkonzentration im Zylinder, beispielsweise im Zylinder 12, entspringt, wobei dieser Grenzwert einem weiteren Funktionsblock 198 in Form eines Summationsblocks zugeführt wird.A functional block 194 that gets into the cylinder 12 in the cylinder, for example 12 introduced quantity introduced or mass of the fuel, as well as the constant 14.6, wherein the result of the function block 194 another functional block 196 as well as the total mass in the cylinder 12 is supplied. The result of the function block 196 as well as the result of the function block 190 become another functional block 192 supplied as a result of the limit value for the oxygen concentration in the cylinder, for example in the cylinder 12 , springs, with this limit another function block 198 is supplied in the form of a summation block.

Mittels des Funktionsblocks 198 wird das Ergebnis des Funktionsblocks 192 von der Konstante 1 subtrahiert, was als Ergebnis einen Grenzwert für den Inertgasanteil in dem jeweiligen Zylinder darstellt. Einem weiteren Funktionsblock 200 werden als Eingangsgrößen gemäß Richtungspfeilen 202 und 204 ein indiziertes Motormoment der Verbrennungskraftmaschine 10 sowie eine Drehzahl derselbigen zugeführt, wobei in dem Funktionsblock 200 ein Kennfeld für den minimalen Inertgasanteil hinterlegt ist. Das Ergebnis des Funktionsblocks 200 ist ein Minimum-Inertgasanteil im entsprechenden Zylinder, wobei das Ergebnis des Funktionsblocks 200 sowie das Ergebnis des Funktionsblocks 198 einem weiteren Funktionsblock 206 zugeführt wird, der den größeren Wert der Ergebnisse auswählt und einem weiteren Funktionsblock 208 zuführt. Dem Funktionsblock 208 wird zudem ein Wunschinertgasanteil im Zylinder 12 als Eingangsgröße zugeführt, wobei der Funktionsblock 208 den kleineren der ihm zugeführten Werte auswählt und als Soll-Inertgasanteil im Zylinder 12 auswählt und gemäß einem Richtungspfeil 210 weiterleitet.By means of the function block 198 becomes the result of the function block 192 is subtracted from the constant 1, which as a result represents a limit value for the inert gas content in the respective cylinder. Another functional block 200 are used as input quantities according to directional arrows 202 and 204 an indexed engine torque of the internal combustion engine 10 and a speed derselbigen supplied, wherein in the functional block 200 a map for the minimum inert gas is deposited. The result of the function block 200 is a minimum inert gas content in the corresponding cylinder, the result of the function block 200 as well as the result of the function block 198 another functional block 206 which selects the larger value of the results and another function block 208 supplies. The function block 208 is also a Wunschinertgasanteil in the cylinder 12 supplied as input, wherein the function block 208 selects the smaller of the values supplied to it and as a target inert gas in the cylinder 12 selects and according to a directional arrow 210 forwards.

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitsraum (12, 14, 16, 18) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (10) mit zumindest einer Abgasrückführungseinrichtung (38, 44), bei welchem zur Senkung von Emissionen mittels der Abgasrückführeinrichtung (38, 44) Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) von ihrer Abgasseite (30) auf ihre Ansaugseite (22) rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoffkonzentration in dem Arbeitsraum (12, 14, 16, 18) in Abhängigkeit von einer Transportzeit des rückzuführenden Abgases von der Abgasseite (22) auf die Ansaugseite (30) ermittelt wird.Method for operating at least one working space ( 12 . 14 . 16 . 18 ) having internal combustion engine ( 10 ) with at least one exhaust gas recirculation device ( 38 . 44 ), in which for reducing emissions by means of the exhaust gas recirculation system ( 38 . 44 ) Exhaust gas of the internal combustion engine ( 10 ) from its exhaust side ( 30 ) on its suction side ( 22 ), characterized in that an oxygen concentration in the working space ( 12 . 14 . 16 . 18 ) depending on a transport time of the recirculated exhaust gas from the exhaust side ( 22 ) on the suction side ( 30 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert für eine Menge des rückzuführenden Abgases in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffkonzentration vorgegeben wird.A method according to claim 1, characterized in that a desired value for an amount of recirculating exhaust gas is predetermined in dependence on the determined oxygen concentration. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektive Luftmasse in dem Arbeitsraum (12, 14, 16, 18) in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffkonzentration ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an effective air mass in the working space ( 12 . 14 . 16 . 18 ) is determined as a function of the determined oxygen concentration. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Luftmasse in dem Arbeitsraum (12, 14, 16, 18) in Abhängigkeit einer in dem rückzuführenden Abgas enthaltenen Luftmasse ermittelt wird.Method according to claim 3, characterized in that the effective air mass in the working space ( 12 . 14 . 16 . 18 ) is determined as a function of an air mass contained in the recirculating exhaust gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grenzwert für eine in den Arbeitsraum (12, 14, 16, 18) einzubringende Menge eines Kraftstoffs der Verbrennungskraftmaschine (10) in Abhängigkeit der ermittelten Sauerstoffkonzentration vorgegeben wird.Method according to one of claims 3 or 4, characterized in that a limit value for a in the work space ( 12 . 14 . 16 . 18 ) to be introduced amount of a fuel of the internal combustion engine ( 10 ) is specified as a function of the determined oxygen concentration. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grenzwert für eine Menge des rückzuführenden Abgases in Abhängigkeit der ermittelten Sauerstoffkonzentration vorgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a Limit value for an amount of exhaust gas to be recirculated is specified as a function of the determined oxygen concentration. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastransportzeit in Abhängigkeit von dem Verhältnis aus von dem Abgas zu durchströmendem Volumen zu dessen Volumenstrom durch das jeweilige Volumen ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gas transport time is determined as a function of the ratio of volume to be flowed through by the exhaust gas to its volume flow through the respective volume. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastransportzeit in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (10) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gas transport time in dependence on a rotational speed of the internal combustion engine ( 10 ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffkonzentration vor einer Verbrennung im Arbeitsraum (12, 14, 16, 18) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen concentration before combustion in the working space ( 12 . 14 . 16 . 18 ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffkonzentration nach einer Verbrennung im Arbeitsraum (12, 14, 16, 18) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen concentration after combustion in the working space ( 12 . 14 . 16 . 18 ) is determined.
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