DE102007030233A1 - Verfahren zur Bestimmung des Luftmassenstromes einer mit einem Abgasturbolader ausgestatteten Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung des Luftmassenstromes einer mit einem Abgasturbolader ausgestatteten Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Ladeluftmassenstromes dm/<SUB>Frischluft</SUB>/dt in einer Ansaugleitung (2) einer mit einer Motorsteuerung ausgestatteten Brennkraftmaschine, wobei in der Ansaugleitung (2) mindestens ein Abgasturbolader, umfassend eine Turbine und einen Verdichter (1), angeordnet ist und die Ansaugleitung (2) zur Versorgung von j Zylindern der Brennkraftmaschine mit Frischluft bzw. Frischgemisch dient. Es soll ein Verfahren zur Bestimmung des Ladeluftmassenstromes dm/<SUB>Frischluft</SUB>/dt aufgezeigt werden, mit dem der Ladeluftmassenstrom im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren genauer bestimmt werden kann. Erreicht wird dies durch ein Verfahren der oben genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß - in einem ersten Verfahrensschritt die Drehzahl n<SUB>T</SUB> der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers mittels eines Drehzahlsensors meßtechnisch erfaßt wird, - in einem zweiten Verfahrensschritt das Druckverhältnis p<SUB>3</SUB>/p<SUB>2</SUB> über den Verdichter (1) bestimmt wird, wobei p<SUB>2</SUB> den Druck am Eintritt des Verdichters (1) und p<SUB>3</SUB> den Druck am Austritt des Verdichters (1) bezeichnet, und - in einem dritten Verfahrensschritt der tatsächliche Ladeluftmassenstrom dm<SUB>Frischluft</SUB>/dt mittels der meßtechnisch erfaßten Drehzahl n<SUB>T</SUB> und des ermittelten Druckverhältnisses p<SUB>3</SUB>/p<SUB>2</SUB> bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Ladeluftmassenstromes dmFrischluft/dt in einer Ansaugleitung einer mit einer Motorsteuerung ausgestatteten Brennkraftmaschine, wobei in der Ansaugleitung mindestens ein Abgasturbolader umfassend eine Turbine und einen Verdichter angeordnet ist und die Ansaugleitung zur Versorgung von j Zylindern der Brennkraftmaschine mit Frischluft bzw. Frischgemisch dient.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine sowohl Dieselmotoren als auch Ottomotoren, insbesondere auch Hybrid-Brennkraftmaschinen.
  • Brennkraftmaschinen, die beispielsweise in unterschiedlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine unterschiedliche Brennverfahren einsetzen, werden als Hybrid-Brennkraftmaschinen bezeichnet. Alternative Antriebskonzepte, beispielsweise Brennstoffzellen- oder Elektroantriebe, aber auch Konzepte, bei denen alternative Treibstoffe, insbesondere Erdgas oder Wasserstoff, zum Einsatz kommen, werden häufig in Kombination mit einer Brennkraftmaschine d. h. einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Diese Antriebskonzepte werden ebenfalls unter den Begriff "Hybrid-Brennkraftmaschine" subsumiert.
  • In den letzten Jahren hat sich eine Entwicklung hin zu aufgeladenen Motoren vollzogen, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozeß benötigte Luft verdichtet wird. Die wirtschaftliche Bedeutung dieser Motoren für die Automobilbauindustrie nimmt weiter ständig zu.
  • In der Regel wird für die Aufladung ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind, wobei ein heißer Abgasmassenstrom mT der Turbine mittels einer Abgasleitung, welche zum Abführen des Abgases der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, zugeführt wird, der sich unter Energieabgabe in dieser Turbine entspannt, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasmassenstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter, der in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine angeordnet ist, fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft mFrischluft, wodurch eine Aufladung der j Zylinder der Brennkraftmaschine erreicht wird. Dabei steigt der Druck p des Ladeluftmassenstromes dmFrischluft/dt und zwar von einem niedrigeren Druck p2 stromaufwärts des Verdichters auf einen höheren Druck p3 stromabwärts der Verdichters.
  • Bei der Abgasturboaufladung wird somit die Abgasenergie zur Verdichtung der Ladeluft mFrischluft genutzt. In der Regel wird zusätzlich eine Ladeluftkühlung vorgesehen, mit der die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird. Die Kühlung erhöht nochmals die Dichte der Ladeluft, so daß die Ladeluftkühlung die Verdichtung der Ladeluft unterstützt bzw. zur Verdichtung beiträgt.
  • Der Vorteil eines Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, daß keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht, somit die verfügbare Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflußt, nutzt der Abgasturbolader – wie erwähnt – die Abgasenergie der heißen Abgase.
  • Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozeß benötigte Luft wird dabei verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck pme gesteigert werden.
  • Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen läßt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, wo der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Letzteres wird auch als Downsizing bezeichnet.
  • Zur Steuerung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine ist die Kenntnis der Größe des Ladeluftmassenstromes dmFrischluft/dt erforderlich. Der Parameter bzw. die Betriebsgröße dmFrischluft/dt wird zum einen zur Bemessung der der Ladeluft zuzuführenden Kraftstoffmenge mFuel benötigt, zum anderen dient der Ladeluftmassenstrom zur Steuerung einer gegebenenfalls vorgesehenen Abgasrückführung.
  • Dabei ist die Abgasrückführung (AGR) d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen aus der Abgasleitung in die Ansaugleitung insbesondere bei der Reduzierung der Schadstoffemissionen, insbesondere der Stickoxidemissionen, zielführend, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei wie folgt: xAGR = mAGR/(mAGR + mFrischluft)wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die der Brennkraftmaschine zugeführte und mittels Verdichter komprimierte Frischluft d. h. Ladeluft bezeichnet.
  • Die Abgasrückführung eignet sich auch zur Reduzierung der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Teillastbereich.
  • Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von xAGR ≈ 60% bis 70% liegen können.
  • Nach dem Stand der Technik wird der Ladeluftmassenstrom dmFrischluft/dt meßtechnisch mittels eines Luftmassensensors erfaßt bzw. bestimmt. Als Luftmassensensor wird dabei beispielsweise ein in der Ansaugleitung angeordneter beheizbarer Widerstandsdraht verwendet. Die Temperatur des Widerstandsdrahtes ändert sich durch die vorbeiströmende Ladeluft, wodurch sich auch der Widerstand des Drahtes ändert. Die Widerstandsänderung wird dabei zur Bestimmung des Luftmassenstromes genutzt.
  • Diese Vorgehensweise liefert aber einen Wert für den meßtechnisch erfaßten Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)mess, der von dem tatsächlich der Brennkraftmaschine zugeführten Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)tat stark abweichen kann.
  • Ein Grund hierfür ist insbesondere darin zu sehen, daß der Sensor mit zunehmender Betriebsdauer verschmutzt, wobei sich auf dem Sensor Ablagerungen bilden. Verursacht werden diese Ablagerungen insbesondere durch die Kurbelgehäuseentlüftung, die aufgrund des Blow-by erforderlich wird und mit der auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Öl in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine zurückgeführt und damit dem in der Ansaugleitung angeordneten Sensor zugeführt werden. Diese Verschmutzungen haben maßgeblichen Einfluß auf die Meßgenauigkeit des Sensors.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung des Ladeluftmassenstromes dmFrischluft/dt aufzuzeigen, mit dem der Ladeluftmassenstrom im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren genauer bestimmt werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung des Ladeluftmassenstromes dmFrischluft/dt in einer Ansaugleitung einer mit einer Motorsteuerung ausgestatteten Brennkraftmaschine, wobei in der Ansaugleitung mindestens ein Abgasturbolader umfassend eine Turbine und einen Verdichter angeordnet ist und die Ansaugleitung zur Versorgung von j Zylindern der Brennkraftmaschine mit Frischluft bzw. Frischgemisch dient, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
    • • in einem ersten Verfahrensschritt die Drehzahl nT der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers mittels eines Drehzahlsensors meßtechnisch erfaßt wird,
    • • in einem zweiten Verfahrensschritt das Druckverhältnis p3/p2 über den Verdichter bestimmt wird, wobei p2 den Druck am Eintritt des Verdichters und p3 den Druck am Austritt des Verdichters bezeichnet, und
    • • in einem dritten Verfahrensschritt der tatsächliche Ladeluftmassenstrom dmFrischluft/dt mittels der meßtechnisch erfaßten Drehzahl nT und des ermittelten Druckverhältnisses p3/p2 bestimmt wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Drehzahl nT der Turbine mittels Sensor meßtechnisch erfaßt d. h. bestimmt. Sensoren zur Erfassung der Turbinendrehzahl sind verfügbar. Die Kenntnis der Turbinendrehzahl gestattet die Bestimmung des Ladeluftmassenstromes, ohne daß ein Widerstandsdraht oder ein gleichartiger Sensor, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in der Ansaugleitung zur Bestimmung des Ladeluftmassenstromes angeordnet werden muß. Mit dem Wegfall dieses Sensors entfällt auch die Problematik hinsichtlich der Verschmutzung dieses – nicht mehr erforderlichen – Sensors.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren liefert – infolge der obsoleten d. h. nicht mehr relevanten Problematik der Verschmutzung – genauere Werte für den Ladeluftmassenstrom und erweist sich darüber hinaus auch als kostenneutral, denn die zusätzlichen Kosten für den Drehzahlsensor werden zumindest teilweise durch den Wegfall des herkömmlichen Sensors kompensiert.
  • Dadurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren zur Bestimmung des Ladeluftmassenstromes dmFrischluft/dt aufzuzeigen, mit dem der Ladeluftmassenstrom im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren genauer bestimmt werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Verfahrensvarianten werden im Zusammenhang mit den Ausführungsformen gemäß den Unteransprüchen erörtert.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • • der tatsächliche Ladeluftmassenstrom dmFrischluft/dt aus einem vorbereiteten, in der Motorsteuerung gespeicherten Kennfeld unter Verwendung des Druckverhältnisses p3/p2 und der Drehzahl nT der Turbine als Eingangsgrößen ausgelesen wird.
  • Das Kennfeld beinhaltet und liefert als Ausgangsgröße den zu ermittelnden Ladeluftmassenstrom dmFrischluft/dt, wobei zwei Betriebsparameter des Abgasturboladers bzw. Verdichters, nämlich das Druckverhältnis p3/p2 über den Verdichter und die Turbinendrehzahl nT als Eingangsgrößen verwendet werden. Dabei ist zu beachten, daß die Verdichterdrehzahl nv der Drehzahl nT der Turbine entspricht, weil die Turbine und der Verdichter – wie eingangs beschrieben – auf derselben Welle angeordnet sind.
  • Ein derartiges Kennfeld kann auch als Verdichterkennfeld bezeichnet werden und ist beispielhaft in 2 dargestellt, wobei das Kennfeld – dem besseren Verständnis wegen und um die maßgeblichen Zusammenhänge deutlich sichtbar zu machen – nicht als look-up table oder in einer anderen tabellarischen Form wiedergegeben ist, sondern in graphischer Form als Diagramm gezeigt wird. In der Praxis wird das Kennfeld aber als dreidimensionales look-up table in der Motorsteuerung abgelegt.
  • Der Ladeluftmassenstrom wird gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform einem vorbereiteten, in der Motorsteuerung abgelegten Kennfeld entnommen. Dieses Kennfeld wird auf einem Prüfstand – im Rahmen der Kalibrierung der Brennkraftmaschine bzw. des Abgasturboladers – erstellt, wobei die Drehzahl nv bzw. nT und das Druckverhältnis p3/p2 variiert werden und der sich einstellende Luftmassenstrom meßtechnisch erfaßt wird. Auf diese Weise wird der Ladeluftmassenstrom für eine Vielzahl von Betriebspunkten d. h. Betriebszuständen des Verdichters bzw. Abgasturboladers meßtechnisch erfaßt und diesen Betriebspunkten zugeordnet, beispielsweise in Form eines Kennfelds.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen im Rahmen des zweiten Verfahrensschrittes zur Bestimmung des Druckverhältnisses p3/p2
    • • in einem vierten Verfahrensschritt ein Näherungswert für den Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)estimated festgelegt wird,
    • • in einem fünften Verfahrensschritt der Umgebungsdruck p1 ermittelt wird,
    • • in einem sechsten Verfahrensschritt der Druck p4 in der Ansaugleitung stromaufwärts der j Zylinder ermittelt wird,
    • • in einem siebten Verfahrensschritt der Druckverlust Δp1 = p1 – p2 und der Druckverlust Δp2 = p3 – p4 in der Ansaugleitung unter Verwendung des Näherungswertes für den Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)estimated ermittelt wird, und
    • • in einem achten Verfahrensschritt das Druckverhältnis p3/p2 unter Verwendung der Druckverluste Δp1 und Δp2 und der Drücke p1 und p4 berechnet wird.
  • Die Drücke p2 bzw. p3 am Eintritt bzw. Austritt des Verdichters können, falls diese nicht meßtechnisch erfaßt werden, mittels an anderer Stelle in der Ansaugleitung vorliegender Drücke und den sich in der Ansaugleitung einstellenden Druckverlusten Δp berechnet werden.
  • Der Umgebungsdruck pi und der Ladedruck p4 werden im Rahmen der Steuerung der Brennkraftmaschine in der Regel ermittelt und sind bekannt. Die Druckverluste Δp, die sich in der Ladeluftströmung entlang der Ansaugleitung einstellen, hängen nahezu ausschließlich von der Größe des momentanen Ladeluftmassenstromes ab. Je größer der Ladeluftmassenstrom ist desto größer ist auch der Druckabfall und umgekehrt. Der funktionale Zusammenhang zwischen Ladeluftmassenstrom und Druckabfall kann empirisch ermittelt werden und – wieder in Form einer look-up table – in der Motorsteuerung gespeichert werden.
  • Um aus diesen look-up tables Werte für die Druckverluste auslesen zu können, wird aber der Ladeluftmassenstrom, der im weiteren d. h. im dritten Verfahrensschritt erst bestimmt werden soll, als Eingangsgröße benötigt, weshalb zunächst ein Näherungswert für den Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)estimated festgelegt werden muß. Die Güte dieses Näherungswertes ist nicht entscheidend für die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zudem besteht die Möglichkeit der Iteration, wie weiter unten noch zu sehen sein wird.
  • Es gilt: p3/p2 = (Δp2 + p4)/(p1 – Δp1)mit Δp1 = p1 – p2 und Δp2 = p3 – p4 Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • – der Druckverlust Δp1 und/oder der Druckverlust Δp2 aus vorbereiteten, in der Motorsteuerung gespeicherten Kennfeldern unter Verwendung des Näherungswertes für den Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)estimated als Eingangsgröße ausgelesen wird.
  • Vorteilhaft sind dabei auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • – die acht Verfahrenschritte n-mal wiederholt werden mit n ≥ 1, wobei der im n-ten Verfahrensdurchlauf im Rahmen des dritten Verfahrensschrittes bestimmte Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)n im (n + 1)-ten Verfahrensdurchlauf als Näherungswert für den Ladeluftmassenstrom verwendet wird: (dmFrischluft/dt)estimated,n+1 = (dmFrischluft/dt)n.
  • Gemäß dieser Verfahrensvariante wird eine Iteration durchgeführt, wobei ab dem zweiten Verfahrensdurchlauf (n = 2) aufwärts für den im vierten Verfahrenschritt festzulegenden Näherungswert der im vorherigen Verfahrensdurchlauf im dritten Verfahrensschritt bestimmte Ladeluftmassenstrom verwendet wird.
  • Vorteilhaft sind des weiteren Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • – der im Rahmen des vierten Verfahrensschrittes festgelegte Näherungswert für den Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)estimated erstmalig (n = 1) auf Null initialisiert wird.
  • Grundsätzlich besteht die Möglichkeit den Näherungswert für den Ladeluftmassenstrom zu Null zu setzen. Dann gilt: (dmFrischluft/dt)estimated = 0. Bei dieser Vorgehensweise ist es besonders vorteilhaft eine – wie oben beschriebene – Iteration durchzuführen.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Umgebungsdruck p1 mittels Sensor meßtechnisch erfaßt wird.
  • Der Umgebungsdruck p1 d. h. der Atmosphärendruck patm wird im Rahmen der Motorsteuerung und der Steuerung der Nebenaggregate grundsätzlich ermittelt.
  • Beispielsweise werden nach dem Stand der Technik verschiedene Abgasnachbehandlungssysteme in der Abgasleitung stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers angeordnet, insbesondere Oxidationskatalysatoren, Partikelfilter, Stickoxidspeicherkatalysatoren (LNT) oder SCR-Katalysatoren. Zur Überwachung und Steuerung dieser Systeme ist die Kenntnis des Umgebungsdrucks erforderlich. Der Umgebungsdruck wird zur Bestimmung des Druckverlustes verwendet, der sich über ein solches System einstellt, wobei der Druckverlust dazu dient, die Beladung des Partikelfilters bzw. die Schwefelkontamination des LNT zu überwachen oder um die Regeneration des Filters bzw. die Entschwefelung des LNT zu steuern bzw. einzuleiten. Insofern ist keine zusätzliche Sensorik erforderlich.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Druck p4 in der Ansaugleitung mittels Sensor meßtechnisch erfaßt wird.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und gemäß den 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
  • 1 schematisch die Anordnung des Verdichters in der Ansaugleitung zusammen mit den Druckmeßstellen, und
  • 2 ein Verdichter-Kennfeld eines Abgasturboladers in Form eines Diagramms.
  • 1 zeigt schematisch die Anordnung eines Verdichters 1 in der Ansaugleitung 2 einer Brennkraftmaschine, wobei die Stellen, an denen Drücke ermittelt werden, kenntlich gemacht sind. Die Strömungsrichtung der Ladeluft ist mit Pfeilen gekennzeichnet.
  • Dabei bezeichnet p1 den Umgebungsdruck, p2 den Druck am Eintritt des Verdichters, p3 den Druck am Austritt des Verdichters und p4 den Druck stromaufwärts der j Zylinder.
  • 2 zeigt schematisch ein Verdichter-Kennfeld eines Abgasturboladers in Form eines Diagramms.
  • Auf der Ordinate ist das Ladedruckverhältnis p3/p2 und auf der Abszisse die Turbinendrehzahl nT d. h. die Verdichterdrehzahl nv aufgetragen.
  • Das Kennfeld umfaßt des weiteren vierzehn Hyperbeln, wobei jede Hyperbel für einen konkreten Wert des Ladeluftmassenstroms steht, der links vom Diagramm aufgetragen ist.
  • Mit den zwei Betriebsparametern des Abgasturboladers bzw. Verdichters, nämlich dem Druckverhältnis p3/p2 und der Turbinendrehzahl nT, ergibt sich ein konkreter Wert für den zu ermittelnden Ladeluftmassenstrom dmFrischluft/dt.
  • Ein Kennfeld – wie in 2 – wird auf einem Prüfstand ermittelt bzw. erstellt, wobei dem Kennfeld eine bestimmte Temperatur, die Referenztemperatur Tref, und ein bestimmter Druck, der Referenzdruck pref, zugrunde liegt. Um den tatsächlich vorliegenden Zustandgrößen p und T Rechnung zu tragen, ist es vorteilhaft eine Korrektur vorzunehmen.
  • Dies kann über einen korrigierten Wert nT,korr für die Turbinendrehzahl erfolgen mit: nT,korr = nT/(T2/Tref)1/2
    • 1
    Verdichter
    2
    Ansaugleitung
    AGR
    Abgasrückführung
    j
    Anzahl der Zylinder
    mAGR
    Masse an zurückgeführtem Abgas
    mFrischluft
    Ladeluft
    dmFrischluft/dt
    Ladeluftmassenstrom
    (dmFrischluft/dt)estimated
    Näherungswert für den Ladeluftmassenstrom
    (dmFrischluft/dt)mess
    meßtechnisch erfaßter Ladeluftmassenstrom
    (dmFrischluft/dt)tat
    tatsächlicher Ladeluftmassenstrom
    mFuel
    für die j Zylinder bereitgestellte Kraftstoffmasse
    mT
    Abgasmassenstrom durch die Turbine
    n
    Anzahl der Verfahrensdurchläufe
    nT
    Drehzahl der Turbine
    nT,korr
    korrigierter Wert für die Turbinendrehzahl
    nv
    Verdichterdrehzahl
    pl
    Umgebungsdruck
    p2
    Druck am Eintritt des Verdichters
    p3
    Druck am Austritt des Verdichters
    p4
    Druck stromaufwärts der j Zylinder
    pme
    Mitteldruck
    pref
    Referenzdruck des Verdichters
    Δp1
    Druckabfall entlang der Ansaugleitung bis zum Eintritt Verdichter
    Δp2
    Druckabfall entlang der Ansaugleitung vom Austritt des Verdichters bis zu den Zylindern
    p3/p2
    Ladedruckverhältnis
    T2
    Temperatur am Eintritt des Verdichters
    Tref
    Referenztemperatur des Verdichters
    TUmgeb.
    Umgebungstemperatur
    XAGR
    Abgasrückführrate

Claims (8)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Ladeluftmassenstromes dmFrischluft/dt in einer Ansaugleitung (2) einer mit einer Motorsteuerung ausgestatteten Brennkraftmaschine, wobei in der Ansaugleitung (2) mindestens ein Abgasturbolader umfassend eine Turbine und einen Verdichter (1) angeordnet ist und die Ansaugleitung (2) zur Versorgung von j Zylindern der Brennkraftmaschine mit Frischluft bzw. Frischgemisch dient, dadurch gekennzeichnet, daß – in einem ersten Verfahrensschritt die Drehzahl nT der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers mittels eines Drehzahlsensors meßtechnisch erfaßt wird, – in einem zweiten Verfahrensschritt das Druckverhältnis p3/p2 über den Verdichter (1) bestimmt wird, wobei p2 den Druck am Eintritt des Verdichters (1) und p3 den Druck am Austritt des Verdichters (1) bezeichnet, und – in einem dritten Verfahrensschritt der tatsächliche Ladeluftmassenstrom dmFrischluft/dt mittels der meßtechnisch erfaßten Drehzahl nT und des ermittelten Druckverhältnisses p3/p2 bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – der tatsächliche Ladeluftmassenstrom dmFrischluft/dt aus einem vorbereiteten, in der Motorsteuerung gespeicherten Kennfeld unter Verwendung des Druckverhältnisses p3/p2 und der Drehzahl nT der Turbine als Eingangsgrößen ausgelesen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen des zweiten Verfahrensschrittes zur Bestimmung des Druckverhältnisses p3/p2 – in einem vierten Verfahrensschritt ein Näherungswert für den Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)estimated festgelegt wird, – in einem fünften Verfahrensschritt der Umgebungsdruck p1 ermittelt wird, – in einem sechsten Verfahrensschritt der Druck p4 in der Ansaugleitung (2) stromaufwärts der j Zylinder ermittelt wird, – in einem siebten Verfahrensschritt der Druckverlust Δp1 = p1 – p2 und der Druckverlust Δp2 = p3 – p4 in der Ansaugleitung unter Verwendung des Näherungswertes für den Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)estimated ermittelt wird, und – in einem achten Verfahrensschritt das Druckverhältnis p3/p2 unter Verwendung der Druckverluste Δp1 und Δp2 und der Drücke p1 und p4 berechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß – die acht Verfahrenschritte n-mal wiederholt werden mit n ≥ 1, wobei der im n-ten Verfahrensdurchlauf im Rahmen des dritten Verfahrensschrittes bestimmte Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/Vdt)n im (n + 1)-ten Verfahrensdurchlauf als Näherungswert für den Ladeluftmassenstrom verwendet wird: (dmFrischluft/dt)estimated,n+1 = (dmFrischluft/dt)n.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß – der im Rahmen des vierten Verfahrensschrittes festgelegte Näherungswert für den Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)estimated erstmalig (n = 1) auf Null initialisiert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß – der Druckverlust Δp1 und/oder der Druckverlust Δp2 aus vorbereiteten, in der Motorsteuerung gespeicherten Kennfeldern unter Verwendung des Näherungswertes für den Ladeluftmassenstrom (dmFrischluft/dt)estimated als Eingangsgröße ausgelesen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß – der Umgebungsdruck p1 mittels Sensor meßtechnisch erfaßt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß – der Druck p4 in der Ansaugleitung (2) mittels Sensor meßtechnisch erfaßt wird.
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