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WO2004003364A1 - Verfahren zur bestimmung der abgasrückführmenge - Google Patents

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Publication number
WO2004003364A1
WO2004003364A1 PCT/EP2003/005095 EP0305095W WO2004003364A1 WO 2004003364 A1 WO2004003364 A1 WO 2004003364A1 EP 0305095 W EP0305095 W EP 0305095W WO 2004003364 A1 WO2004003364 A1 WO 2004003364A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust gas
temperature
engine
current
gas mixture
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/005095
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Barba
Martin Dietz
Günter Moll
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Priority to EP03732383A priority Critical patent/EP1518046A1/de
Priority to US10/519,960 priority patent/US7191052B2/en
Publication of WO2004003364A1 publication Critical patent/WO2004003364A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/187—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow using a hot wire flow sensor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the exhaust gas recirculation quantity for an internal combustion engine with exhaust gas recirculation.
  • Such motors are used, for example, as drive motors for motor vehicles.
  • Exhaust gas recirculation is known to have advantages in terms of fuel consumption and exhaust emissions.
  • Quantity is used extensively here for the sake of simplicity to refer to any quantity-indicative physical quantity, such as e.g. for the mass or the quantity or mass rate of recirculated exhaust gas or gas mixture fed into the engine.
  • the quantity of fresh gas fed into the combustion chamber (s) of the engine can e.g. measured using a hot film air mass meter (HFM) in an associated intake manifold.
  • HFM hot film air mass meter
  • the exhaust gas recirculation quantity cannot be determined in this way and is therefore without further measures at most for a very specific design state, e.g. a normal state of the engine, indirectly determined and known.
  • a changed exhaust gas recirculation rate should be set in order to e.g. To be able to exactly comply with emission limit values. It is therefore desirable to know the exhaust gas recirculation rate as precisely as possible at all times in order to be able to adjust it to a suitable value.
  • the published patent application DE 199 34 508 AI describes a method for exhaust gas recirculation control in which a target Exhaust gas recirculation quantity is recorded on the basis of engine load, engine torque and air pressure, an actual exhaust gas recirculation quantity and the opening and closing movement of a throttle valve are recorded by sensors, and an exhaust gas recirculation control valve as a function of the difference between the actual and target exhaust gas recirculation quantity and a throttle valve opening signal and a throttle valve closing signal and the respective associated air pressure is actuated.
  • the sensory detection of the exhaust gas recirculation quantity is carried out by measuring the differential pressure by means of a differential pressure sensor at a throttle opening which is provided in an associated exhaust gas recirculation line.
  • the invention is based on the technical problem of providing a method of the type mentioned by which the exhaust gas recirculation quantity in various engine operating states and in particular also with varying pressure and temperature conditions of the gas mixture supplied to the engine can always be determined relatively precisely and reliably with relatively little effort.
  • the invention solves this problem by providing a method for determining the exhaust gas recirculation quantity with the features of claim 1.
  • a base quantity of gas mixture which is fed into the engine combustion chamber (s) is initially provided for at least one predeterminable base state of the internal combustion engine deactivated exhaust gas recirculation determined.
  • a base pressure and / or a base temperature for the respective base state is determined beforehand.
  • the pressure and / or the temperature of the gas mixture fed in is then determined for the current engine state with activated exhaust gas recirculation, and from this the current gas mixture quantity fed in is determined.
  • the latter is determined here as the previously determined basic quantity of the associated basic state, corrected at least by the ratio of the currently determined pressure to the basic pressure and / or by the ratio of the base temperature to the currently determined temperature.
  • a fresh gas portion of the gas mixture fed in is determined.
  • the current exhaust gas recirculation quantity is then determined from the difference between the ascertained, currently injected gas mixture quantity and the ascertained current fresh gas quantity.
  • the determination of the exhaust gas recirculation quantity according to the invention consequently does not require any sensors for measuring the exhaust gas recirculation quantity.
  • the quantity of recirculated exhaust gas can be determined very precisely and reliably, and that mathematically based on previously determined basic values for the quantity and the pressure and / or the temperature of the gas mixture in an engine basic state and the currently determined values of pressure and temperature of the gas mixture.
  • the base values of the respective base state are updated from time to time while the engine is running. This allows the basic values to be automatically adapted to changes that occur during the service life of the engine. As a white In this case, it may be sufficient to determine the basic values only in relation to the type and not in advance for each individual motor in order to then adapt them to the individual motor during its operation.
  • the loss of density of the gas mixture is automatically taken into account, which results for the fresh gas portion through the addition of recirculated, hot exhaust gas.
  • the mixing temperature is measured by a temperature sensor which responds sufficiently quickly downstream of the admixing point or is determined mathematically on the basis of a mixing temperature model, this temperature model being based on a basic exhaust gas temperature previously determined in an engine basic state.
  • the actual, respectively current exhaust gas temperature is then measured directly by means of a suitable sensor, or the respective current exhaust gas temperature is derived as a function of influencing parameters relevant for this.
  • the cooling rate of the recirculated exhaust gas until the admixing point is reached is additionally taken into account.
  • the temperature of the exhaust gas recirculation gas directly in front of the admixing point is either measured directly using a suitable sensor, or the cooling of the recirculated exhaust gas between the point at which the above-mentioned exhaust gas temperature was measured or calculated, and the admixing point is dependent on a cooling model relevant influencing parameters are calculated.
  • the mixed temperature model is adapted from time to time with the measured values of a comparatively slowly reacting and therefore less complex mixed temperature sensor downstream of the admixing point during suitable, sufficiently stationary engine operating states to the current conditions.
  • the mixed temperature model can thus adapt to changes Adjust the engine's settings automatically over the course of its service life.
  • FIG. 1 shows a schematic flow chart of a method for determining the exhaust gas recirculation quantity for an exhaust gas recirculation quantity control
  • FIG. 2 shows a schematic flow chart for determining a mixed temperature determination optionally used in the method of FIG. 1 on the basis of a mixed temperature model.
  • the method illustrated in FIG. 1 with its essential steps in the sequence from left to right also serves to determine the exhaust gas recirculation quantity or, synonymous, the exhaust gas recirculation rate or exhaust gas recirculation mass for an internal combustion engine with exhaust gas recirculation based on a model-based determination of the total gas mixture quantity fed into or into the engine combustion chambers referred to as the cylinder mass or swallowing capacity of the engine, and a sensory detection of their fresh gas content in order to infer the desired exhaust gas recirculation quantity from the difference.
  • the model-based determination of the entire cylinder mass mentioned here is carried out either by a model-based correction of the basic cylinder mass determined and stored once in the basic state without exhaust gas recirculation under basic boundary conditions, in particular with regard to pressure and temperature, by the effect of the decisive influencing parameters, in particular pressure and, currently differing from the basic boundary conditions Temperature, or alternatively takes place on the basis of a model-based correction of the basic swallowing capacity, once determined in the basic state without exhaust gas recirculation under basic boundary conditions, by the effect of the influencing parameters that currently differ from the basic boundary conditions.
  • the swallowing capacity is understood as the ratio of the actual total cylinder mass to the theoretical cylinder mass, which is present when the cylinder is completely filled in accordance with the stroke volume with gas and the associated density according to pressure and temperature, for example the intake manifold volume.
  • the total cylinder mass is calculated directly, while in the latter case it can be determined from the calculated current swallowing capacity using the associated pressure and temperature, for example in the intake collection volume.
  • the base quantity i.e. the basic quantity, i.e. for a predefinable basic state of the engine with deactivated exhaust gas recirculation
  • the gas mixture quantity fed into the engine in this operating state i.e. Entire cylinder mass, as well as the associated pressure and temperature state of the gas mixture fed in, or the swallowing capacity present in this basic state, preferably on an engine test bench before installing the engine at its place of use, e.g. in a motor vehicle.
  • the basic quantity corresponds to the fresh gas quantity fed in in this basic state. This can be e.g. be detected by an HFM sensor in a suitable section of the associated intake section of the engine.
  • Suitable, conventional pressure and temperature sensors are used for pressure and temperature detection e.g. placed in the intake manifold volume.
  • the complete intake section and the position of the sensors for the base quantity, the base pressure and the base temperature should correspond as closely as possible to the condition of the engine in later use. If the engine is equipped with an exhaust gas turbocharger, the sensors are placed downstream of it, for engines with additional charge air cooling downstream of the charge air cooler.
  • the basic data obtained in this way are then stored as characteristic curves 1 in an engine control unit, ie it there are a base quantity characteristic curve la in the engine control unit which indicates the fresh gas quantity fed in depending on the engine operating point, an operating point dependent base pressure characteristic curve lb and an operating point dependent base temperature characteristic curve lc.
  • the previously determined base values can be stored in the engine control unit as base maps 2 as a function of the engine operating point instead of as base maps, ie in the form of a base quantity map 2a, a base pressure map 2b and a base temperature map 2c.
  • Characteristic group 1 or characteristic group 2 thus contain the information about the basic swallowing capacity of the engine under consideration together with the associated information about pressure and temperature of the fresh gas, usually fresh air, fed into the engine when exhaust gas recirculation is deactivated. Furthermore, instead of these base quantities, base pressures and base temperatures, characteristic curves or maps of the base swallowing capacity can be stored directly.
  • the basic values stored in the engine control unit before the actual engine operation are preferred during later operation of the engine in use, e.g. adapted from time to time in the motor vehicle to the current conditions.
  • the basic values for a particular engine type are only recorded on one or a few engine copies and then stored for all engines of this type in the control unit, where they can be adapted to the individual engine copy when the engine is in use.
  • the adaptation takes place during corresponding operating states of the engine, which correspond to the selected basic state (s), in particular operating states without activated exhaust gas recirculation.
  • the current values for quantity, pressure and temperature of the fresh air fed into the engine are sensed at an associated reference measuring point or in another manner during the corresponding operating states
  • the swallowing capacity is stored in the basic values instead of the total cylinder mass, the swallowing capacity must first be determined from the current values for quantity, ie total cylinder mass, pressure and temperature at the associated reference measuring point, in order to then update the corresponding basic value or adjust.
  • the respective engine-specific and lifespan-independent basic state represented by the characteristic group 1 or the characteristic group 2
  • the current cylinder mass is calculated either using the ideal gas equation, by calculating the basic quantity as a function of the current pressure and the current one
  • the temperature of the gas mixture currently fed in is compared with the base pressure and the base temperature at the associated reference measuring point, or the current cylinder mass is determined from the base absorption capacity by means of the current pressure and the current temperature at the associated reference measuring point.
  • the ideal gas equation it follows from the ideal gas equation that corrections are made accordingly. More precisely, it follows from the ideal gas equation that the current gas mixture quantity results from the base quantity multiplied by the ratio of current pressure to base pressure and the ratio of base temperature to current temperature, ie the relationship applies
  • a first sub-step 5 the base temperature value T base belonging to the selected basic state is first divided by a first current fresh gas temperature value T current, which is detected by an associated fresh gas temperature sensor 6.
  • T current is a temperature value obtained relatively delayed, as is supplied, for example, by a relatively slow responding temperature sensor.
  • the pressure-corrected base quantity is then multiplied by this temperature ratio in a second multiplication step M2.
  • the cylinder mass value m Zy ii nder i determined up to this stage does not yet take into account the heat-related loss of density, which is due to the addition of fresh gas returns hotter, recirculated exhaust gas compared to the fresh gas.
  • a second temperature correction stage 7 is therefore used to take this loss of density into account.
  • the quotient of a current temperature value T a k tU ei ⁇ 2 and a mixed temperature value T m i sch is formed, with which the gas mixture quantity value m Zy ii n d e ri does not yet take into account the density loss, is multiplied in a third multiplication step M3 in order to yield the corresponding quantity value m Zy ii er2 taking into account the density loss .
  • the second current temperature value T i ⁇ Summer t 2 If it is an opposite to the first temperature value T a do in low temperature delayed value by an associated further fresh gas temperature sensor is recovered.
  • the two current temperature values Tactuiii T a ktuei ⁇ 2 can be obtained by correspondingly different processing of the signal of a single, sufficiently quickly reacting temperature sensor.
  • the cylinder mass value m Z yii nder2 derived in this way from the base quantity m Bas i s on the basis of the various correction contributions then represents the currently fed-in gas mixture quantity mw otor , from which a fresh gas portion determined by an HFM sensor 26 is determined in a final exhaust gas recirculation quantity determination step 27 must be subtracted in order to obtain the current exhaust gas recirculation quantity sought.
  • Figure 1 shows the current vehicle exhaust jerk rate is hereby equivalent to the invention.
  • the determination of the mixing temperature T m i SCh can be carried out by sensors using an associated temperature sensor 9 with a sufficiently fast response behavior , which is placed downstream of the admixing point of the recirculated exhaust gas to the fresh air.
  • a temperature sensor placed there has to be protected against exposure to exhaust gas, as a result of which the response behavior is slowed down.
  • the mixing temperature T m i sch can alternatively be calculated by means of a mixing temperature model 10, which is shown in more detail in FIG. 2.
  • the mixed temperature model consists of an exhaust gas temperature model 11 and an exhaust gas recirculation cooling model 12.
  • the exhaust gas temperature model 11 includes the preliminary determination of a basic exhaust gas temperature map 13, which is a basic exhaust gas temperature for a predeterminable basic or standard state depending on the engine operating point, representing the engine speed nMot and the lambda value ⁇ / ME, which are explicitly specified, describe when exhaust gas recirculation is deactivated and stored in the engine control unit.
  • the most important parameters influencing the exhaust gas temperature are then continuously recorded, and the current exhaust gas temperature is estimated by updating the basic exhaust gas temperature on the basis of correction values based on Kennfeid-based correction values which result from a respective comparison of a currently determined influencing parameter value with that of the stored basic state Influence parameter value result.
  • the relative position of the injection i.e. the center of combustion, the exhaust gas recirculation rate, the ambient air temperature and the engine cooling water temperature are selected.
  • a current combustion focus is continuously determined during engine operation in a combustion focus correction step 14 and from a base combustion focus subtracted, which is taken from a stored, associated characteristic map 15, which contains engine combustion point-dependent values of the center of combustion previously determined for the relevant basic state.
  • a corresponding first exhaust gas temperature correction value dTl is assigned to the determined combustion center point difference from a corresponding further stored characteristic map 16, with which the basic exhaust gas temperature value associated with the relevant engine state is corrected additively.
  • an exhaust gas recirculation rate correction step 17 the difference between an exhaust gas recirculation rate setpoint, as it results from an associated, stored basic map, and a e.g. Corrected setpoint value, possibly corrected from the point of view of emissions or the environment, and this difference is assigned a second exhaust gas temperature correction value dT2 on the basis of an associated characteristic map 18, which in turn represents an additive correction contribution to the base exhaust gas temperature.
  • an air temperature correction step 19 the currently detected ambient air temperature is subtracted from a predefined basic air temperature, and this difference is in turn assigned to a corresponding third exhaust gas temperature correction value dT3, based on an associated, stored characteristic diagram 20, with which the basic exhaust gas temperature is again corrected additively becomes.
  • an engine cooling water correction step 21 the difference between a predetermined basic engine cooling water temperature and the currently recorded engine cooling water temperature is formed, and this difference is assigned to a fourth exhaust gas temperature correction value dT4, which forms a further additive correction contribution, based on an associated stored map 22 depending on the engine operating point derive the current exhaust gas temperature from the base exhaust gas temperature.
  • dT4 exhaust gas temperature correction value
  • the exhaust gas temperature for any other engine operating states can be estimated using the exhaust gas temperature model 11.
  • the exhaust gas temperature value obtained in this way must then also be taken into account by the cooling rate of the recirculated exhaust gas on its way from the engine to the admixing point.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the exhaust gas flow characteristic map 23 indicates the cooling rate or the efficiency of the EGR cooler as a function of the exhaust gas flow through the EGR cooler, this exhaust gas flow being estimated on the basis of a target exhaust gas recirculation rate and the total cylinder mass.
  • the coolant map 24 indicates the influence of the coolant on the cooling rate or the efficiency, depending on the temperature and flow of the coolant or cooling water. Both maps 23, 24 each provide a further additive correction contribution for determining the current temperature of the recirculated exhaust gas.
  • the desired mixing temperature T m i SCh is then determined on the basis of the model-based temperature of the recirculated exhaust gas upstream of the admixing point, this temperature corresponding, for example, to that of the recirculated exhaust gas upstream of an EGR valve in an EGR line, and determined on the basis of the temperature of the fresh gas supplied before the admixing point.
  • an adaptation of the entire mixed temperature model 10 over the engine operating time can be provided in order to adapt the model to any changes in the engine system.
  • a mixed temperature sensor of the type mentioned sensor 9 downstream of the admixing point can be used for this, but for which a relatively slow response behavior is sufficient. It then senses the mixed temperature in sufficiently stationary engine operating states, and the mixed temperature model 10 is compared with the mixed temperature measured value thus obtained.
  • the invention enables a comparatively exact determination of the current exhaust gas recirculation rate practically in the entire engine operating range without complex additional constructive and sensory measures, i.e. a conventional range of engine sensors and a conventional design of an exhaust gas recirculation system are sufficient.
  • This enables low-emission engine operation with activated exhaust gas recirculation practically in the entire engine map area.
  • the method according to the invention is particularly suitable for internal combustion engines with auto-ignition and preferably for those with a common rail fuel injection device.
  • exact control or regulation of the exhaust gas recirculation can also be maintained when driving at different heights and at different outside temperatures.
  • the knowledge of the exhaust gas recirculation rate which is present at any time relatively precisely according to the invention, can be used to improve other engine functionalities, such as full load limitation, smoke map, engine protection functions and exhaust gas turbocharger control, as required.

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Abgasrückführmenge. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Abgasrückführmenge für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung. Erfindungsgemäss werden vorab eine Basismenge an in den oder die Motorbrennräume eingespeistem Gasgemisch sowie ein Basisdruck und/oder eine Basistemperatur des Gasgemischs für wenigstens einen vorgebbaren Basiszustand des Verbrennungsmotors bei deaktivierter Abgasrückführung ermittelt. Im laufenden Motorbetrieb werden dann Druck und/oder Temperatur des eingespeisten Gasgemischs für den aktuellen Motorzustand mit aktivierter Abgasrückführung ermittelt. Die aktuelle eingespeiste Gasgemischmenge wird dann als die Basismenge korrigiert durch wenigstens das Verhältnis von aktuellem Druck zu Basisdruck des Gasgemischs und/oder das Verhältnis von Basistemperatur zu aktueller Temperatur des Gasgemischs ermittelt. Des weiteren wird ein Frischgasanteil am eingespeisten Gasgemisch für den aktuellen Motorzustand ermittelt, wonach die aktuelle Abgasrückführmenge anhand der Differenz zwischen der ermittelten aktuellen Gasgemischmenge und dem ermittelten Frischgasanteil bestimmt wird. Verwendung z.B. für Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Abgasruckfuhrmenge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Abgasruckfuhrmenge für einen Verbrennungsmotor mit Abgas- rückführung. Solche Motoren sind beispielsweise als Antriebs- motoren von Kraftfahrzeugen in Gebrauch. Die Abgasrückführung hat bekanntermaßen Vorteile hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen. Der Begriff "Menge" wird vorliegend der Einfachheit halber umfassend zur Bezeichnung irgendeiner men- genindikativen physikalischen Größe gebraucht, wie z.B. für die Masse oder die Mengen- oder Massenrate an rückgeführtem Abgas bzw. in den Motor eingespeistem Gasgemisch.
Die in den oder die Brennräume des Motors eingespeiste Frischgasmenge kann z.B. über einen Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) in einem zugehörigen Saugrohr gemessen werden. Die Abgasruckfuhrmenge kann auf diese Weise nicht bestimmt werden und ist daher ohne weitere Maßnahmen höchstens für einen ganz bestimmten Auslegungszustand, z.B. einen Normzustand des Motors, indirekt festgelegt und bekannt. Für andere Motorbetriebszustän- de und insbesondere bei sich ändernder Temperatur und sich änderndem Luftdruck der Umgebung, welcher das Frischgas bzw. die Frischluft für den Motor entnommen wird, sollte eine gegenüber dem Auslegungszustand veränderte Abgasruckfuhrrate eingestellt werden, um z.B. Emissionsgrenzwerte genau einhalten zu können. Daher ist es wünschenswert, zu jedem Zeitpunkt die Abgasruckfuhrrate möglichst genau zu kennen, um sie auf einen geeigneten Wert einregeln zu können.
In der Offenlegungsschrift DE 199 34 508 AI ist ein Verfahren zur Abgasrückführsteuerung beschrieben, bei dem eine Soll- Abgasruckfuhrmenge auf der Basis von Motorlast, Motordrehmoment und Luftdruck erfasst wird, eine Ist-Abgasruckfuhrmenge sowie die Öffnungs- und die Schließbewegung einer Drosselklappe sensorisch erfasst werden und ein Abgasrückführsteuerventil in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist- und Soll -Abgasruckfuhrmenge und einem Drosselklappenöffnungssignal sowie einem Drosselklappenschließsignal und dem jeweils zugehörigen Luftdruck betätigt wird. Die sensorische Erfassung der Abgasruckfuhrmenge erfolgt durch Differenzdruckmessung mittels eines Differenzdrucksensors an einer Drosselöffnung, die in einer zugehörigen Abgasrückführleitung vorgesehen ist.
In der Patentschrift DE 198 30 300 C2 wird vorgeschlagen, die Abgasruckfuhrmenge im Fall einer externen Abgasrückführung abhängig von der Stellung eines Abgasruckfuhrventils und im Fall einer internen Abgasrückführung abhängig von dem Brennraum- Totvolumen und gegebenenfalls einer Einlassventilsteuerung zu ermitteln.
Aus der Patentschrift DE 199 17 708 Cl ist ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Luft/Kraftstoff-Gemisches im Brennraum eines Verbrennungsmotors mittels Ionenstrommessung bekannt, bei dem aus einem Vergleich der Amplituden eines ersten lokalen Maximums und eines zweiten lokalen Maximums des Ionenstromsignalverlaufs auf einen durch Abgasrückführung bedingten Restgasanteil in Luft/Kraftstoff-Gemisch geschlossen wird.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, durch das sich mit relativ geringem Aufwand die Abgasruckfuhrmenge in verschiedenen Motorbetriebszuständen und insbesondere auch bei variierenden Druck- und Temperaturverhältnissen des dem Motor zugeführten Gasgemischs stets relativ präzise und zuverlässig bestimmen lässt. Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Abgasruckfuhrmenge mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verfahren wird zunächst ' vorab eine Basismenge an Gasgemisch, das in den oder die Motorbrennräume eingespeist wird, für wenigstens einen vorgebbaren Basiszustand des Verbrennungsmotors bei deaktivierter Abgasrückführung ermittelt. Zugehörig erfolgt eine Vorab-Ermitt- lung eines Basisdrucks und/oder einer Basistemperatur für den jeweiligen Basiszustand. Im laufenden Motorbetrieb wird dann der Druck und/oder die Temperatur des eingespeisten Gasgemischs für den jeweils aktuellen Motorzustand mit aktivierter Abgasrückführung und daraus die aktuell eingespeiste Gasgemischmenge ermittelt. Letztere bestimmt sich hierbei als die vorab ermittelte Basismenge des zugehörigen Basiszustands korrigiert wenigstens durch das Verhältnis von aktuell ermitteltem Druck zu Basisdruck und/oder durch das Verhältnis von Basistemperatur zu aktuell ermittelter Temperatur. Parallel dazu wird ein Frischgasanteil am eingespeisten Gasgemisch ermittelt. Aus der Differenz zwischen der ermittelten, aktuell eingespeisten Gasgemischmenge und der ermittelten aktuellen Frischgasmenge wird dann die aktuelle Abgasruckfuhrmenge bestimmt .
Die erfindungsgemäße Bestimmung der Abgasruckfuhrmenge benötigt folglich keinerlei Sensorik zur Messung der Abgasruckfuhrmenge . Auch ohne Abgasrückführmengensensorik kann die Menge an rückgeführtem Abgas sehr präzise und zuverlässig ermittelt werden, und zwar rechnerisch anhand vorab ermittelter Basiswerte für die Menge sowie den Druck und/oder die Temperatur des Gasgemischs in einem Motor-Basiszustand und der aktuell ermittelten Werte von Druck und Temperatur des Gasgemischs.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 erfolgt von Zeit zu Zeit eine Aktualisierung der Basiswerte des jeweiligen Basiszustands im laufenden Motorbetrieb. Dadurch können die Basiswerte an sich während der Gebrauchsdauer des Motors ergebende Veränderungen automatisch angepasst werden. Als wei- terer Vorteil kann es in diesem Fall genügen, die Basiswerte nur typbezogen und nicht für jeden einzelnen Motor vorab zu ermitteln, um sie dann auf den einzelnen Motor während dessen Betrieb zu adaptieren.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 wird automatisch der Dichteverlust des Gasgemischs berücksichtigt, der sich für den Frischgasanteil durch die Zumischung von rückgeführtem, heißem Abgas ergibt. In Ausgestaltung dieser Maßnahme wird gemäß Anspruch 4 die Mischtemperatur durch einen genügend schnell ansprechenden Temperatursensor stromabwärts der Zumischstelle gemessen oder rechnerisch anhand eines Mischtemperaturmodells ermittelt, wobei dieses Temperaturmodell auf einer vorab in einem Motorbasiszustand ermittelten Basis-Abgastemperatur beruht. Alternativ wird dann die tatsächliche, jeweils aktuelle Abgastemperatur mittels geeigneten Sensors direkt gemessen, oder die jeweils aktuelle Abgastemperatur wird in Abhängigkeit von hierfür relevanten Einflussparametern abgeleitet. In einer weiteren Ausgestaltung wird gemäß Anspruch 5 zusätzlich die Abkühlrate des rückgeführten Abgases bis zum Erreichen der Zumischstelle berücksichtigt. Hierzu wird die Temperatur des Abgasrückführgases unmittelbar vor der Zumischstelle alternativ entweder mittels geeigneten Sensors direkt gemessen, oder aber die Abkühlung des rückgeführten Abgases zwischen der Stelle, an der die oben erwähnte Abgastemperatur gemessen oder errechnet wurde, und der Zumischstelle wird mit Hilfe eines Abkühlungsmodells abhängig von hierfür relevanten Einflussparametern errechnet .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 wird das Mischtemperaturmodell von Zeit zu Zeit mit den Messwerten eines vergleichsweise langsam reagierenden und daher wenig aufwendigen Mischtemperatursensors stromabwärts der Zumischstelle während geeigneter, hinreichend stationärer Motorbetriebszustände an die aktuellen Gegebenheiten adaptiert. Das Mischtemperaturmodell kann sich somit an Verände- rungen des Motors im Laufe seiner Gebrauchsdauer automatisch anpassen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Abgasruckfuhrmenge für eine Abgasrück- führmengenregelung und
Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm für die Bestimmung einer im Verfahren von Fig. 1 optional verwendeten Mischtemperaturbestimmung anhand eines Mischtemperaturmodells .
Das in Fig. 1 mit seinen wesentlichen Schritten im Ablauf von links nach rechts veranschaulichte Verfahren dient der Bestimmung der Abgasruckfuhrmenge bzw. gleichbedeutend der Abgasruckfuhrrate oder Abgasrückführmasse für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung anhand einer modellbasierten Ermittlung der gesamten, in den oder die Motorbrennräume eingespeisten Gasgemischmenge, auch als Zylindermasse oder Schluckvermögen des Motors bezeichnet, und einer sensorischen Erfassung von deren Frischgasanteil, um aus der Differenz auf die gesuchte Abgasruckfuhrmenge zu schließen. Hierbei erfolgt die angesprochene modellbasierte Ermittlung der gesamten Zylindermasse entweder durch eine modellgestützte Korrektur der einmal im Basiszustand ohne Abgasrückführung bei Basisrandbedingungen, insbesondere bezüglich Druck und Temperatur, ermittelten und abgespeicherten Basiszylindermasse um die Wirkung der dabei entscheidenden, aktuell gegenüber den Basisrandbedingungen abweichenden Einflussparameter, insbesondere Druck und Temperatur, oder aber sie erfolgt alternativ anhand einer modellgestützten Korrektur des einmal im Basiszustand ohne Abgasrückführung bei Basisrandbedingungen ermittelten und abgespeicherten Basisschluckvermögens um die Wirkung der dabei entschei- denden, aktuell gegenüber den Basisrandbedingungen abweichenden Einflussparameter. Hierbei versteht sich das Schluckvermögen als Verhältnis der tatsächlichen Gesamtzylindermasse zur theoretischen Zylindermasse, die bei vollständiger Füllung des Zylinders entsprechend dem Hubvolumen mit Gas der zugehörigen Dichte gemäß Druck und Temperatur beispielsweise des Ansaug- sammelvolumens vorliegt. Im ersteren Fall wird die Gesamtzylindermasse direkt berechnet, während sie im letzteren Fall mittels zugehörigem Druck und zugehöriger Temperatur z.B. im Ansaugsammelvolumen aus dem errechneten aktuellen Schluckvermögen ermittelt werden kann.
In einem ersten Vorab-Schritt werden hierzu also entweder für einen vorgebbaren Basiszustand des Motors bei deaktivierter Abgasrückführung die Basismenge, d.h. die in diesem Betriebs- zustand in den Motor eingespeiste Gasgemischmenge, d.h. gesamte Zylindermasse, sowie der zugehörige Druck- und Temperaturzustand des eingespeisten Gasgemischs oder aber daraus das bei diesem Basiszustand vorliegende Schluckvermögen ermittelt, vorzugsweise auf einem Motorprüfstand vor Einbau des Motors an seinem Gebrauchsort z.B. in einem Kraftfahrzeug. Da die Abgasrückführung deaktiviert ist, entspricht die Basismenge der in diesem Basiszustand eingespeisten Frischgasmenge. Diese kann in üblicher Weise z.B. durch einen HFM-Sensor in einem geeigneten Abschnitt der zugehörigen Ansaugstrecke des Motors erfasst werden. Zur Druck- und Temperaturerfassung werden geeignete, herkömmliche Druck- und Temperatursensoren z.B. im Ansaugsammelvolumen platziert. Dabei sollten die komplette Ansaugstrecke und die Lage der Sensoren für die Basismenge, den Basisdruck und die Basistemperatur möglichst gut dem Aufbauzustand des Motors im späteren Gebrauch entsprechen. Wenn der Motor mit einem Abgasturbolader ausgerüstet ist, werden die Sensoren stromabwärts desselben platziert, bei Motoren mit zusätzlicher Ladeluftkühlung stromabwärts des Ladeluftkühlers.
Die auf diese Weise vorab gewonnenen Basisdaten werden dann als Kennlinien 1 in einem Motorsteuergerät abgelegt, d.h. es liegen im Motorsteuergerät eine Basismengen-Kennlinie la, welche die im jeweils gewählten Basiszustand motorbetriebspunkt- abhängig eingespeiste Frischgasmenge angibt, eine betriebspunktabhängige Basisdruck-Kennlinie lb und eine betriebspunkt- abhängige Basistemperatur-Kennlinie lc vor. Alternativ dazu können, wie in Fig. 1 angedeutet, die vorab ermittelten Basiswerte statt als Basiskennlinien als Basiskennfelder 2 motorbe- triebspunktabhängig im Motorsteuergerät abgelegt werden, d.h. in Form eines Basismengen-Kennfeldes 2a, eines Basisdruck- Kennfeldes 2b und eines Basistemperatur-Kennfeldes 2c.
Die Kennliniengruppe 1 bzw. Kennfeldgruppe 2 beinhalten somit die Information über das Basis-Schluckvermögen des betrachteten Motors zusammen mit den zugehörigen Informationen über Druck und Temperatur des in den Motor bei deaktivierter Abgasrückführung eingespeisten Frischgases, üblicherweise Frischluft. Weiterhin können anstelle dieser Basismengen, Basisdrücke und Basistemperaturen auch direkt Kennlinien oder Kennfelder des Basisschluckvermögens abgelegt werden.
Bevorzugt werden die dergestalt vor dem eigentlichen Motorbetrieb im Motorsteuergerät abgelegten Basiswerte während des späteren Betriebs des Motors im Gebrauch z.B. im Kraftfahrzeug von Zeit zu Zeit an die aktuellen Gegebenheiten adaptiert. So kann beispielsweise vorgesehen sein, für einen jeweiligen Motortyp die Basiswerte nur an einem oder einigen wenigen Motorexemplaren aufzunehmen und dann für alle Motoren dieses Typs im Steuergerät abzuspeichern, wo sie im Gebrauch des Motors an das einzelne Motorexemplar adaptiert werden können.
Die Adaption erfolgt während entsprechenden Betriebszuständen des Motors, die dem bzw. den gewählten Basiszuständen entsprechen, insbesondere Betriebszustände ohne aktivierte Abgasrückführung. Für die Adaption werden während der entsprechenden Betriebszustände die aktuellen Werte für Menge, Druck und Temperatur der in den Motor eingespeisten Frischluft sensorisch an einer zugehörigen Bezugsmessstelle oder in anderer Weise beispielsweise über geeignete Rechenmodelle ermittelt, wonach die abgespeicherten Basiswerte mit diesen aktuell ermittelten Werten verglichen und bei Bedarf geeignet aktualisiert bzw. angepasst werden. Im Falle, dass in den Basiswerten das Schluckvermögen statt der Gesamtzylindermasse abgelegt wird, muss dazu aus den aktuellen Werten für Menge, d.h. Gesamtzylindermasse, Druck und Temperatur an der zugehörigen Bezugs- messstelle zunächst das Schluckvermögen ermittelt werden, um damit dann den entsprechenden Basiswert zu aktualisieren bzw. anzupassen.
Mit diesem Adaptionsvorgang lassen sich nicht nur Schwankungen der Basiswerte zwischen einzelnen Motoren kompensieren, sondern es wird für jeden einzelnen Motor eine Anpassung dieser Basiswerte an seinen momentanen Gebrauchzustand über seine Lebensdauer hinweg erzielt. So wird z.B. durch diese Adaption im Fall eines sich allmählich zusetzenden Partikelfilters bei einem Dieselmotor die Basismenge an eingespeistem Gasgemisch automatisch entsprechend verringert. Genauso wird ein sich über der Laufzeit änderndes Schluckvermögen etwa durch zuwachsende Luftführungsorgane oder durch sich verstellende Ventilsteuerzeiten durch die Adaption erkannt und entsprechend eingelernt.
Im Gebrauchsbetrieb des Motors wird dann vom jeweiligen, durch die Kennliniengruppe 1 bzw. die Kennfeldgruppe 2 repräsentierten, motorindividuellen und lebensdauerunabhängigen Basiszustand ausgegangen und die jeweils aktuelle Zylindermasse entweder unter Verwendung der idealen Gasgleichung rechnerisch ermittelt, indem die Basismenge in Abhängigkeit vom aktuellen Druck und der aktuellen Temperatur des momentan eingespeisten Gasgemischs verglichen mit dem Basisdruck und der Basistemperatur an der zugehörigen Bezugsmessstelle entsprechend korrigiert wird, oder aber die aktuelle Zylindermasse aus dem Ba- sisschluckvermögen mittels des aktuellen Drucks und der aktuellen Temperatur an der zugehörigen Bezugsmessstelle rechnerisch ermittelt wird. Im ersten Fall folgt hierbei aus der idealen Gasgleichung, dass entsprechend korrigiert wird. Genauer gesagt folgt aus der idealen Gasgleichung, dass sich die aktuelle Gasgemischmenge aus der Basismenge multipliziert mit dem Verhältnis von aktuellem Druck zu Basisdruck und dem Verhältnis von Basistemperatur zu aktueller Temperatur ergibt, d.h. es gilt die Beziehung
Figure imgf000011_0001
• (Paktuell/PBasis) ■ (TBasis/Taktuell) /
mit der aktuellen Gasgemischmenge maktueii der Basismenge mBasj.s, dem aktuellen Druck paktueii/ dem Basisdruck pBasis der aktuellen Temperatur Taktueiι und der Basistemperatur TBasis •
Dementsprechend wird, wie in Fig. 1 veranschaulicht, in einem Druckkorrekturschritt 3 der aktuelle Druck paktueiι von einem Drucksensor 4 gemessen und durch den zugehörigen, abgelegten Basisdruck pBasis dividiert. Mit diesem Druckverhältnis wird die abgelegte, zugehörige Basismenge mBasis in einem ersten Multiplikationsschritt Ml multipliziert.
In einem anschließenden, zweistufigen Temperaturkorrekturschritt wird zunächst in einem ersten Teilschritt 5 der zum gewählten Basiszustand gehörige Basistemperaturwert TBasis durch einen ersten aktuellen Frischgastemperaturwert Taktueiιι dividiert, der von einem zugehörigen Frischgas-Temperatursensor 6 erfasst wird. Bei diesem Temperaturwert Taktueiιι handelt es sich ebenso wie bei dem Basistemperaturwert TBasis um einen relativ stark verzögert gewonnenen Temperaturwert, wie er z.B. von einem relativ träge ansprechenden Temperatursensor geliefert wird. Mit diesem Temperaturverhältnis wird dann die druckkorrigierte Basismenge in einem zweiten Multiplikationsschritt M2 multipliziert .
Der bis zu dieser Stufe ermittelte Zylindermassenwert mZyiinderi berücksichtigt noch nicht den erwärmungsbedingten Dichteverlust, der sich für den Frischgasanteil durch das Zumischen von gegenüber dem Frischgas heißerem, rückgeführtem Abgas ergibt. Eine zweite Temperaturkorrekturstufe 7 dient daher zur Berücksichtigung dieses Dichteverlustes. Dazu wird der Quotient eines aktuellen Temperaturwertes TaktUeiι2 und eines Mischtemperaturwertes Tmisch auf dessen Bestimmung unten näher eingegangen wird, gebildet, mit dem der Gasgemisch-Mengenwert mZyiinderi der den Dichteverlust noch nicht berücksichtigt, in einem dritten Multiplikationsschritt M3 multipliziert wird, um den entsprechenden, den Dichteverlust berücksichtigenden Mengenwert mZyiin er2 zu ergeben. Bei dem zweiten aktuellen Temperaturwert Taktueiι2 handelt es sich um einen gegenüber dem ersten Temperaturwert Ta tuein geringer verzögerten Temperaturwert, der von einem zugehörigen weiteren Frischgas-Temperatursensor 8 gewonnen wird. Alternativ können die beiden aktuellen Temperaturwerte Taktueiii Taktueiι2 durch entsprechend unterschiedliche Verarbeitung des Signals eines einzelnen, ausreichend rasch reagierenden Temperatursensors gewonnen werden. Der solchermaßen aus der Basismenge mBasis anhand der verschiedenen Korrekturbeiträge abgeleitete Zylindermassenwert mZyiinder2 stellt dann die ermittelte aktuell eingespeiste Gasgemischmenge mwotor dar, von der in einem abschließenden Abgasrückführmen- gen-Bestimmungsschritt 27 ein von einem HFM-Sensor 26 ermittelter Frischgasanteil muft abgezogen wird, um die gesuchte aktuelle Abgasruckfuhrmenge zu erhalten. Gleichbedeutend hiermit wird gemäß Fig. 1 die aktuelle Abgasruckfuhrrate als Verhältnis der Differenz von Gesamtmenge rriMotor und Frischgasanteil zur Gesamtmenge motor ermittelt. Dieser Istwert wird ebenso wie ein anhand eines zugehörigen Kennfeldes 28 ermittelter Abgasrückführraten-Sollwert einer herkömmlichen AGR-Regelung 29 zugeführt, welche die Abgasruckfuhrrate bzw. Abgasruckfuhrmenge entsprechend regelt.
Die Ermittlung der Mischtemperatur TmiSCh kann sensorisch anhand eines zugehörigen Temperatursensors 9 mit ausreichend schnellem Ansprechverhalten vorgenommen werden, der stromabwärts der Zumischstelle des rückgeführten Abgases zur Frischluft platziert wird. In manchen Fällen, z.B. bei Dieselmotoren, kann hierbei das Problem auftreten, dass ein dort platzierter Temperatursensor vor Abgasbeaufschlagung geschützt werden muss, wodurch das Ansprechverhalten verlangsamt wird. Speziell auch in solchen Fällen kann die Mischtemperatur Tmisch alternativ rechnerisch anhand eines Mischtemperaturmodells 10 ermittelt werden, das in Fig. 2 näher dargestellt ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht das Mischtemperaturmodell aus einem Abgastemperaturmodell 11 und einem Abgasrückfüh- rungs-Abkühlungsmodell 12. Das Abgastemperaturmodell 11 beinhaltet die Vorab-Ermittlung eines Basisabgastemperatur- Kennfeldes 13, welches eine Basis-Abgastemperatur für einen vorgebbaren Basis- bzw. Normzustand abhängig vom Motorbetriebspunkt, stellvertretend durch die explizit angegebenen Größen Motordrehzahl nMot und Lambda-Wert λ/ME repräsentiert, bei deaktivierter Abgasrückführung beschreibt und im Motorsteuergerät abgespeichert wird. Im Gebrauchsbetrieb des Motors werden dann die wichtigsten Einflussparameter auf die Abgas- temperatur laufend erfasst, und die aktuelle Abgastemperatur wird durch Aktualisierung der Basis-Abgastemperatur anhand von kennfeidbasierten Korrekturwerten abgeschätzt, die sich aus einem jeweiligen Vergleich eines aktuell ermittelten Einflussparameterwertes mit dem zum abgespeicherten Basiszustand gehörigen Einflussparameterwert ergeben.
Speziell sind im Abgastemperaturmodell 11 von Fig. 2 als Einflussparameter die relative Lage der Einspritzung, d.h. der Verbrennungsschwerpunkt, die Abgasruckfuhrrate, die Umgebungs- lufttemperatur und die Motorkühlwassertemperatur gewählt . Je nach Anwendungsfall kann vorgesehen sein, nur einen Teil dieser Einflussparameter und/oder weitere Einflussparameter in das Abgastemperaturmodell 11 einzubinden.
Im Rahmen des Abgastemperaturmodells 11 von Fig. 2 wird während des Motorbetriebs in einem Verbrennungsschwerpunkt- Korrekturschritt 14 laufend ein aktueller Verbrennungsschwerpunkt ermittelt und von einem Basis-Verbrennungsschwerpunkt subtrahiert, der einem abgespeicherten, zugehörigen Kennfeld 15 entnommen wird, welches vorab für den betreffenden Basiszustand motorbetriebspunktabhängig ermittelte Werte des Verbrennungsschwerpunkts enthält . Aus einem entsprechenden weiteren abgelegten Kennfeld 16 wird der ermittelten Verbrennungs- schwerpunkt-Differenz ein zugehöriger erster Abgastemperatur- Korrekturwert dTl zugeordnet, mit dem der zum betreffenden Motorzustand gehörige Basis-Abgastemperaturwert additiv korrigiert wird.
In einem Abgasrückführraten-Korrekturschritt 17 wird die Differenz zwischen einem Abgasrückführraten-Sollwert , wie er sich aus einem zugehörigen, abgelegten Basiskennfeld ergibt, und einem z.B. unter Emissions- bzw. Umweltgesichtspunkten gegebenenfalls korrigierten Sollwert gebildet, und dieser Differenz wird anhand eines zugehörigen Kennfeldes 18 ein zweiter Abgastemperatur-Korrekturwert dT2 zugeordnet, der wiederum einen additiven Korrekturbeitrag zur Basis-Abgastemperatur darstellt.
In einem Lufttemperatur-Korrekturschritt 19 wird die aktuell erfasste Umgebungslufttemperatur von einer vorgegebenen Basis- Lufttemperatur subtrahiert, und dieser Differenz wird wiederum anhand eines zugehörigen, abgelegten Kennfeldes 20 motorbetriebspunktabhängig ein entsprechender dritter Abgastemperatur-Korrekturwert dT3 zugeordnet, mit dem die Basis-Abgastemperatur erneut additiv korrigiert wird.
In einem Motorkühlwasser-Korrekturschritt 21 wird die Differenz zwischen einer vorgegebenen Basis-Motorkühlwassertemperatur und der aktuell erfassten Motorkühlwassertemperatur gebildet, und dieser Differenz wird anhand eines zugehörigen abgelegten Kennfeldes 22 motorbetriebspunktabhängig ein vierter Abgastemperatur-Korrekturwert dT4 zugeordnet, der einen weiteren additiven Korrekturbeitrag bildet, um aus der Basis-Abgastemperatur die aktuelle Abgastemperatur abzuleiten. Auf diese Weise kann ausgehend von einem vorgebbaren Basiszustand die Abgastemperatur für beliebige andere Motorbetriebs- zustände anhand des Abgastemperaturmodells 11 abgeschätzt werden. Der dadurch erhaltene Abgastemperaturwert ist dann noch um die Abkühlrate des rückgeführten Abgases auf seinem Weg vom Motor bis zur Zumischstelle zu berücksichtigen. Für einen Motor mit Abgasrückführungs (AGR) -Kühler erfolgt dies im Beispiel von Fig. 2 durch das AGR-Abkühlungsmode11 12. In dieses Abkühlungsmodell 12 gehen ein Abgasdurchfluss-Kennfeld 23 und ein Kühlmittel-Kennfeld 24 ein. Das Abgasdurchfluss-Kennfeld 23 gibt die Abkühlrate bzw. den Wirkungsgrad des AGR-Kühlers in Abhängigkeit vom Abgasdurchfluss durch den AGR-Kühler an, wobei dieser Abgasdurchfluss anhand einer Soll-Abgasruckfuhrrate und der Gesamtzylindermasse abgeschätzt wird. Das Kühlmittel- Kennfeld 24 gibt den vom Kühlmittel bewirkten Einfluss auf die Abkühlrate bzw. den Wirkungsgrad an, und zwar in Abhängigkeit von Temperatur und Durchfluss des Kühlmittels bzw. Kühlwassers. Beide Kennfelder 23, 24 liefern je einen weiteren additiven Korrekturbeitrag zur Bestimmung der aktuellen Temperatur des rückgeführten Abgases.
Es versteht sich, dass je nach Anwendungsfall ein jeweiliger Korrekturbeitrag statt wie erwähnt additiv in anderer Weise, z.B. multiplikativ, in die modellbasierte Abschätzung der Abgastemperatur eingehen kann und statt der erwähnten Kennfelder alternativ entsprechende abgelegte Kennlinien verwendet werden können.
In einem abschließenden Mischtemperatur-Ermittlungsschritt 25 wird dann die gesuchte Mischtemperatur TmiSCh anhand der modell- basiert ermittelten Temperatur des rückgeführten Abgases vor der Zumischstelle, wobei diese Temperatur z.B. derjenigen des rückgeführten Abgases vor einem AGR-Ventil in einer AGR- Leitung entspricht, und anhand der Temperatur des zugeführten Frischgases vor der Zumischstelle bestimmt. Optional kann eine Adaption des gesamten Mischtemperaturmodells 10 über die Motorbetriebszeit hinweg vorgesehen sein, um das Modell an etwaige Veränderungen des Motorsystems anzupassen. Hierfür kann ein Mischtemperatursensor nach Art des erwähnten Sensors 9 stromabwärts der Zumischstelle dienen, für den jedoch ein relativ langsames Ansprechverhalten genügt. Mit ihm wird dann die Mischtemperatur in hinreichend stationären Motorbetriebszuständen sensorisch erfasst, und das Mischtemperaturmodell 10 wird mit dem so erhaltenen Mischtemperatur- Messwert abgeglichen.
Wie die obige Erläuterung des gezeigten Ausführungsbeispiels und von Varianten hiervon deutlich macht, ermöglicht die Erfindung eine vergleichsweise exakte Ermittlung der aktuellen Abgasruckfuhrrate praktisch im gesamten motorischen Betriebs- bereich ohne aufwendige konstruktive und sensorische Zusatz- maßnahmen, d.h. es genügt bereits ein herkömmlicher Umfang an Motorsensorik und ein herkömmlicher Aufbau eines Abgasrückführungssystems. Dies ermöglicht einen emissionsarmen Motorbetrieb mit aktivierter Abgasrückführung praktisch im gesamten Motorkennfeldbereich. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung und vorzugsweise für solche mit einer Common-Rail- Kraftstoffeinspritzvorrichtung . Beim Einsatz in Kraftfahrzeugen lässt sich eine exakte Steuerung bzw. Regelung der Abgas- rückführung auch bei Fahrten in unterschiedlicher Höhe und bei unterschiedlichen Außentemperaturen beibehalten. Durch die erfindungsgemäß jederzeit relativ genau vorhandene Kenntnis der Abgasruckfuhrrate lässt sich je nach Bedarf eine Verbesserung weiterer Motorfunktionalitäten, wie Vollastbegrenzung, Rauchkennfeld, Motorschutzfunktionen und Abgasturboladerregelung, erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Abgasruckfuhrmenge für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Schritte :
Vorab-Ermitteln einer Basismenge (mBasiS) an in den oder die Motorbrennräume eingespeistem Gasgemisch sowie eines Basisdrucks und/oder einer Basistemperatur des Gasgemischs für wenigstens einen vorgebbaren Basiszustand des Verbrennungsmotors bei deaktivierter Abgasrückführung,
Ermitteln von Druck und/oder Temperatur des eingespeisten Gasgemischs für einen jeweils aktuellen Motorzustand mit aktivierter Abgasrückführung und Ermitteln der aktuellen eingespeisten Gasgemischmenge (mMot0r) als die Basismenge korrigiert wenigstens durch das Verhältnis von aktuell ermitteltem Druck zu Basisdruck des Gasgemischs und/oder das Verhältnis von Basistemperatur zu aktuell ermittelter Temperatur des Gasgemischs und
Ermitteln eines Frischgasanteils (mLuft) am eingespeisten Gasgemisch für den jeweils aktuellen Motorzustand und Bestimmen der aktuellen Abgasruckfuhrmenge anhand der Differenz zwischen der ermittelten aktuellen eingespeisten Gasgemischmenge und dem ermittelten aktuellen Frischgasanteil.
2. Verfahren nach Anspruch 1 weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die vorab ermittelten Basisdaten im laufenden Motorbetrieb bei Vorliegen geeigneter, vorgebbarer Motorbetriebszustände anhand von ermittelten aktuellen Mengen- , Druck- und Temperaturwerten des eingespeisten Gasgemischs aktualisiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Ermittlung der aktuellen Temperatur des eingespeisten Gasgemischs die Bestimmung einer Mischtemperatur (Tmisch) beinhaltet, die sich durch Zumischung von rückgeführtem Abgas zum Frischgasanteil des eingespeisten Gasgemischs ergibt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Ermittlung der Mischtemperatur durch einen stromabwärts einer Zumischstelle von rückgeführtem Abgas zum Frischgasanteil platzierten Temperatursensor (9) mit genügend schnellem Ansprechverhalten oder durch ein Mischtemperaturmodell (10) erfolgt, das eine modellbasierte Bestimmung der Abgastemperatur anhand von vorab für einen Basiszustand ermittelten Basis- Abgastemperaturwerten und von Temperaturkorrekturbeiträgen (dTl, dT2, dT3, dT4) beinhaltet, die aus einer aktuellen Erfassung von abgastemperaturrelevanten Einflussparametern gewonnen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der über das Abgastemperaturmodell ermittelte Abgastemperatur- wert zur Ermittlung der Temperatur des rückgeführten Abgases zusätzlich um einen Abgasrückführungs-Abkühlratenbeitrag korrigiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiter d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Mischtemperaturmodell im laufenden Motorbetrieb während ausreichend stationären Motorbetriebszuständen anhand der Messwerte eines stromabwärts der Zumischstelle von rückgeführtem Abgas zum Frischgasanteil platzierten Temperatursensors aktualisiert wird.
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