DE102012004556A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Verbrennungsluftmassenstroms - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines einer Brennkraftmaschine (1) zugeführten Verbrennungsluftmassenstroms, wobei die Brennkraftmaschine (1), insbesondere ein aufgeladener Direkteinspritzender Dieselmotor, einen Einlasstrakt (12) für den Verbrennungsluftmassenstrom, einen Auslasstrakt (13) für einen Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine sowie eine Abgasrückführung (14) aufweist, durch welche der durch den Auslasstrakt (13) strömende Abgasmassenstrom teilweise zu dem Einlasstrakt (12) zurückgeführt wird, um mit einem Frischluftmassenstrom zu dem Verbrennungsluftmassenstrom vermengt zu werden, wobei mittels einer Lambda-Sonde (20) im Auslasstrakt eine Sauerstoffkonzentration des Abgasmassenstroms der Brennkraftmaschine (1) bestimmt wird. Es ist vorgesehen, dass eine Sauerstoffkonzentration des Verbrennungsluftmassenstroms mittels einer weiteren Lambda-Sonde (19), insbesondere Breitband-Lambda-Sonde, im Einlasstrakt (12) erfasst wird und dass der Verbrennungsluftmassenstrom in Abhängigkeit von den erfassten Sauerstoffkonzentrationen bestimmt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Verbrennungsluftmassenstroms.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Verbrennungsluftmassenstroms, wobei die Brennkraftmaschine einen Einlasstrakt für einen Verbrennungsluftmassenstrom, einen Auslasstrakt für einen Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine sowie eine Abgasrückführung aufweist, durch welche der durch den Auslasstrakt strömende Abgasmassenstrom teilweise zu dem Einlasstrakt zurückgeführt wird, um mit einem Frischluftmassenstrom zu dem Verbrennungsluftmassenstrom vermengt zu werden, wobei mittels einer Lambda-Sonde im Auslasstrakt eine Sauerstoffkonzentration des Abgasmassenstroms der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum Bestimmen eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Verbrennungsluftmassenstroms.
  • Um den Anforderungen an Komfort, Emissionsvorschriften und Leistungsentfaltung von Brennkraftmaschinen zu genügen, ist es von Bedeutung, die Gaszusammensetzung und Gasmenge in den Zylindern der Brennkraftmaschine zu kennen oder gezielt beeinflussen zu können, um eine gewünschte Gaszusammensetzung zu erreichen. Problematisch hierbei ist insbesondere die Trägheit des Luftsystems, die insbesondere im dynamischen Betrieb einer Brennkraftmaschine Schwierigkeiten bei der Bestimmung der aktuellen Gaszusammensetzung bereitet. Es bestehen daher vielerlei Ansätze im Stand der Technik, die Trägheit des Luftsystems durch neue Steuerungs- und Regelsysteme zu reduzieren. So offenbart beispielsweise die US-Druckschrift 2007/0295067 A1 ein Verfahren, bei welchem ein Kompensationsluftstrom zur Beeinflussung der Gaszusammensetzung erzeugt beziehungsweise zur Verfügung gestellt wird.
  • Sehr viel direkter, weil im Wesentlichen unabhängig von der Trägheit des Luftsystems, wirken sich Eingriffe in den Kraftstoffpfad der Brennkraftmaschine aus, insbesondere wenn es sich bei der Brennkraftmaschine um eine direkt einspritzende und insbesondere aufgeladene Brennkraftmaschine handelt. So sieht beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 42 11 851 A1 vor, die Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit eines Zylinder-luftmassenflusses einzustellen. Auch aus der Patentschrift DE 10 2007 053 719 B3 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei welchem Steuergrößen für eine Einspritzstrategie unter Berücksichtigung von Zylinder-Kenngrößen, die die Qualität und die Quantität der im Zylinder befindlichen Gase beschreiben, festgelegt werden.
  • Insbesondere bei Brennkraftmaschinen, die eine Abgasrückführung aufweisen, bei welcher also das durch die Brennkraftmaschine erzeugte Abgas teilweise der Brennkraftmaschine zusammen mit einem Frischluftmassenstrom wieder zugeführt wird, ist eine Bestimmung des Verbrennungsluftmassenstroms, also dessen Quantität und Qualität schwierig, da insbesondere das Vorsehen von Sensoren direkt im Brennraum der Brennkraftmaschine in der Regel nicht möglich ist und darüber hinaus gegebenenfalls die Reaktionszeiten heutiger Sensoren den schnellen Verbrennungsvorgängen moderner Brennkraftmaschinen nicht genügen würden.
  • Um insbesondere den Sauerstoffgehalt des Verbrennungsluftmassenstroms zu bestimmen, ist es bekannt, den Sauerstoffgehalt des Abgasmassenstroms mittels einer im Abgastrakt angeordneten Lambda-Sonde beziehungsweise λ-Sonde zu ermitteln, wobei die durch die Lambda-Sonde erfasste Sauerstoffkonzentration des Abgasmassenstroms bei Kenntnis der Verbrennungsbedingungen der Brennkraftmaschine einen Rückschluss auf die Sauerstoffkonzentration des Gasgemischs vor der Verbrennung zulässt.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mittels derer der Verbrennungsluftmassenstrom und damit eine Zylinderfüllung schnell und zuverlässig ermittelt werden kann, um somit für ein Einspritzsystem verlässliche Daten zur Verfügung zu stellen, die das Bestimmen der Einspritzparameter zum Erreichen vorteilhafter Verbrennungswerte ermöglichen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich nunmehr dadurch aus, dass eine Sauerstoffkonzentration des Verbrennungsluftmassenstroms mittels einer weiteren Lambda-Sonde (λ-Sonde), insbesondere mittels einer Breitband-Lambda-Sonde (Breitband-λ-Sonde), im Einlasstrakt erfasst wird und dass der Verbrennungsluftmassenstrom in Abhängigkeit von den erfassten Sauerstoffkonzentrationen bestimmt wird. Erfindungsgemäß werden somit die Daten von zwei Lambda-Sonden genutzt und zur Bestimmung des Verbrennungsluftmassenstroms ausgewertet. Durch Kenntnis der Sauerstoffkonzentration des Verbrennungsluftmassenstroms im Einlasstrakt lässt sich insbesondere der Einfluss des zurückgeführten Abgasmassenstroms auf die Quantität und Qualität des Verbrennungsluftmassenstroms erfassen und bei einer entsprechenden Ansteuerung eines Einspritzsystems berücksichtigen. Mit dem vorliegenden Verfahren wird somit eine sensorbasierte Möglichkeit zur Modellierung der Abgasrückführung geboten. Mit der weiteren Lambda-Sonde wird die Sauerstoffkonzentration im modellierten Volumen des Einlasstrakts direkt erfasst. Vorzugsweise liegt das modellierte Volumen beziehungsweise die weitere Lambada-Sonde stromabwärts der Stelle, an welcher das zurückgeführte Abgas dem Frischluftmassenstrom zugeführt wird. Vorzugsweise wird vorausgesetzt, dass es sich in dem modellierten Volumen beziehungsweise im Einlasstrakt befindlichen Gasgemisch um eine homogene Gaszusammensetzung handelt, sodass die Sauerstoffkonzentration des Verbrennungsluftmassenstroms der durch die weitere Lambda-Sonde erfassten Sauerstoffkonzentration entspricht. Durch Kenntnis des Frischluftmassenstroms, der vorzugsweise mittels eines Luftmassensensors, der bevorzugt in Strömungsrichtung vor dem Verdichter angeordnet ist, erfasst wird, lässt sich somit der Verbrennungsluftmassenstrom bestimmen. Besonders bevorzugt wird als Luftmassensensor ein sogenannter HFM-Sensor (Heißfilm-Luftmassensensor) verwendet. Die Anordnung vor dem Verdichter ist vorteilhaft, da der Verdichter dämpfend auf die Strömungspulsation wirkt, die sich durch die intermittierende Arbeitsweise von Brennkraftmaschinen, die üblicherweise als Hubkolbenmotoren ausgebildet sind, ergeben. Bekannterweise werden, um das Signal eines Luftmassensensors in ausreichender Qualität nutzen zu können, Massenspeichereffekte des Luftsystems in einem Modell abgebildet. Dieses Modell kann dann im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung des Verbrennungsluftmassenstroms genutzt werden. Durch Kenntnis des Frischluftmassenstroms, dessen Sauerstoffkonzentration als bekannt vorausgesetzt werden kann, bleiben als unbekannte Größen der Abgasrückführungsmassenstrom sowie der Verbrennungsluftmassenstrom, die sich jedoch beide in Abhängigkeit der genannten Sauerstoffkonzentrationen ermitteln lassen.
  • Der Verbrennungsluftmassenstrom wird bevorzugt mittels eines Modells beziehungsweise mittels des Luftsystemmodells ermittelt, das Massenspeichereffekte im Einlasstrakt berücksichtigt. Wie erwähnt, wird hierzu vorzugsweise das bekannte Luftsystemmodell zur Modellierung der Speichereffekte im Einlasstrakt genutzt, wobei zusätzlich die erfassten Sauerstoffkonzentrationen berücksichtigt werden.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der erfassten Sauerstoffkonzentrationen der zurückgeführte Abgasmassenstrom insbesondere mittels des Luftsystemmodells bestimmt wird. Dadurch lässt sich der Einfluss des zurückgeführten Abgasmassenstroms auf den Verbrennungsluftmassenstrom und dessen Zusammensetzung ermitteln.
  • Vorzugsweise wird der Verbrennungsluftmassenstrom durch folgende Formal bestimmt:
    Figure 00040001
    wobei xO₂AGR der Sauerstoffkonzentration des Abgasmassenstroms, mV der Gasmasse im Einlasstrakt, ṁFL dem Frischluftmassenstrom, xO₂FL der Sauerstoffkonzentration des Frischluftmassenstroms, mO₂V der Sauerstoffmasse im Einlasstrakt und xO₂V der Sauerstoffkonzentration des Volumen im Einlasstrakt entsprechen. Mittels dieser Rechenvorschrift und der Berücksichtigung der erfassten Sauerstoffkonzentrationen lässt sich somit auf einfache Art und Weise der Verbrennungsluftmassenstrom bestimmen.
  • Der zurückgeführte Massenstrom wird vorzugsweise mittels folgender Formel ermittelt:
    Figure 00040002
    wobei wieder xO₂AGR der Sauerstoffkonzentration des Abgasmassenstroms, mV der Gasmasse im Einlasstrakt, ṁFL dem Frischluftmassenstrom, xO₂FL der Sauerstoffkonzentration des Frischluftmassenstroms, mO₂V der Sauerstoffmasse des Volumens im Einlasstrakt und xO₂V der Sauerstoffkonzentration der Verbrennungsluftmasse im Einlasstrakt beziehungsweise des Verbrennungsluftmassenstroms entsprechen. Auch hier lässt sich also der zurückgeführte Abgasmassenstrom, der mit dem Frischluftmassenstrom vermengt wird, unter Berücksichtigung der erfassten Sauerstoffkonzentrationen auf einfache Art und Weise herleiten.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die gespeicherte Sauerstoffmasse aus gespeicherter Gesamtmasse und Sauerstoffkonzentration ermittelt wird.
  • Vorzugsweise werden Änderungen gespeicherter Massen über einen Differenzenquotienten approximiert.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Verbrennungsluftmassenstroms zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruchs 9 aus. Durch eine dem Einlasstrakt zugeordnete weitere Lambda-Sonde, die insbesondere als Breitband-Lambda-Sonde ausgebildet ist, wird eine Sauerstoffkonzentration des Verbrennungsluftmassenstroms erfasst beziehungsweise ermittelt, und durch eine Einrichtung, wie beispielsweise eine Auswerteeinrichtung mit einem Mikroprozessor, in Abhängigkeit der erfassten Sauerstoffkonzentrationen der beiden Lambda-Sonden der Verbrennungsluftmassenstrom bestimmt. Dies führt zu den oben bereits beschriebenen Vorteilen. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus dem oben bereits beschriebenen.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
  • 1 eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung in einer vereinfachten Darstellung,
  • 2 eine vereinfachte Darstellung zur Bilanzierung einer Verbrennungsluftmasse vor Verbrennung,
  • 3 eine schematische Darstellung der Abgasrückführungs-Mischstrecke
  • 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Brennkraftmaschine 1, die als aufgeladener direkteinspritzender Dieselmotor 2 ausgebildet ist. Die Brennkraftmaschine 1 ist insofern als Hubkolbenmotor ausgebildet, der mehrere jeweils in einem Zylinder 4 axial verlagerbare und über ein Pleuelgestänge mit einer Kurbelwelle wirkverbundene Hubkolben 3 aufweist, von denen in 1 lediglich einer vereinfacht zur Information dargestellt ist. Die Stellung des Hubkolbens 3 in dem Zylinder 4 definiert dabei das aktuelle Brennraumvolumen. Mittels der Einlassventile 5 und der Auslassventile 6 lässt sich der Gaswechsel der Brennkraftmaschine steuern. Da Brennkraftmaschinen dem Fachmann bekannt sind, sollen im Folgenden Aufbau und Funktion der Brennkraftmaschine 1 nicht im Detail erläutert werden.
  • Der Brennkraftmaschine 1 ist ein Abgasturbolader 7 zugeordnet, der einen Verdichter 8 sowie eine Turbine 9 umfasst, die mechanisch miteinander wirkverbunden sind. Stromabwärts des Verdichters 8 ist ein Ladeluftkühler 10 vorgesehen, der die durch den Verdichter 8 komprimierte Frischluft kühlt. Stromabwärts des Ladeluftkühlers 10 ist eine Drosselklappe 11 vorgesehen, die das Spülgefälle über eine Abgasrückführung 14 reguliert beziehungsweise beeinflusst. Anschließend wird der Verbrennungsluftmassenstrom der Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise den jeweiligen Brennräumen zugeführt. Das aus dem jeweiligen Brennraum ausströmende Abgas wird der Turbine 9 des Abgasturboladers 7 zugeführt, um diesen und damit den Verdichter 8 anzutreiben. Der Verdichter 8, der Ladeluftkühler 10, und die Drosselklappe 11 liegen somit im Einlasstrakt 12 der Brennkraftmaschine 1, während die Turbine 9 im Auslasstrakt 13 angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist weiterhin die Abgasrückführung 14 auf, durch welche ein Teil des Abgasmassenstroms aus dem Abgastrakt 13 zu dem Einlasstrakt 12 stromabwärts der Drosselklappe 11 geleitet wird. Vorliegend handelt es sich um eine hochdruckseitige Abgasrückführung, natürlich ist aber auch eine Abgasrückführung auf der Niederdruckseite des Luftsystems denkbar. Die Abgasrückführung 14 weist einen Kühler 15 für den zurückgeführten Abgasmassenstrom sowie einen dem Kühler 15 zugeordneten und bei Bedarf freischaltbaren Bypass 16 auf. Stromabwärts des Kühlers 15 und des Bypasses 16 ist darüber hinaus ein Ventil 17 zur Regulierung des zurückgeführten Abgasmassenstroms in der Abgasrückführung 14 vorgesehen. Durch Öffnen des Ventils 17 wird die Abgasrückführung 14 freigegeben. Da im Regelfall der Abgasdruck im Auslass 13 vor der Turbine 9 über dem Druck in dem Saugrohr 18 des Einlasstraktes 12 liegt, saugt der Dieselmotor 2 bei geöffnetem Ventil 17 Abgas an, wodurch der Frischluftmassenstrom sinkt. Die Kopplung der Regelkreise des Frischluftmassenstroms und des zurückgeführten Abgasmassenstroms entsteht durch die mit Entnahme des zurückgeführten Abgasmassenstroms vor Turbine einhergehenden Reduzierung der Turbinenleistung, was beispielsweise durch Verstellen von Leitschaufeln kompensiert werden muss. Das Verstellen der Leitschaufeln wiederum beeinflusst über den Abgasdruck das Druckgefälle über die Strecke der Abgasrückführung 14 und somit den zurückgeführten Massenstrom und damit auch den Frischluftmassenstrom.
  • Hierdurch variiert die Gaszusammensetzung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine 1. Sowohl die Abgasrückführung 14 als auch beim Ladungswechsel im jeweiligen Zylinder verbleibende interne Restgase haben Auswirkungen auf kalorische Stoffeigenschaften der Zylinderladung, Zündverhalten und Brennverlauf des Dieselmotors 2.
  • 2 zeigt beispielhaft eine Bilanzierung der gesamten Zylindermasse, also der in dem Brennraum befindlichen Gasmasse vor Beginn der Einspritzung beziehungsweise nach Schließen der Einlassventile. Die im Brennraum befindliche Gasmasse setzt sich zusammen aus Frischluft ṁFL, durch die Abgasrückführung 14 zurückgeführtem Abgas mAGR und internem Restgas mRG. Bei dieseltypisch überstöchiometrischen Betrieb enthalten sowohl externes als auch internes Restgas neben den Verbrennungsprodukten Co2 und H2O noch überschüssigen Sauerstoff. Mit der bekannten Zusammensetzung von Luft ergibt sich daraus eine Masse an unverbrannter Luft im Abgas. Der Rest kann – unter Annahme vollständiger Verbrennung – als stöchiometrisches Verbrennungsgas betrachtet werden. Dieses enthält keine reaktiven Bestandteile und wird daher als Inertgas bezeichnet. Bilanziert man die einzelnen Luft- und Inertgas-Anteile, lässt sich die Aufteilung der Zylindermasse mZ nach Frischluft, zurückgeführtem Abgas und Restgas in eine Aufteilung nach Luft mLuZ und Inertgas mIGZ wie rechts in 2 dargestellt überführen. Durch Kenntnis der Gaszusammensetzung in dem jeweiligen Brennraum beziehungsweise in den Brennräumen lässt sich die Einspritzstrategie für die Brennkraftmaschine 1 vorteilhaft so einstellen, dass Anforderungen an Emissionsverhalten, Komfort und Leistungsentfaltung erfüllt werden können. Da jedoch das Luftsystem, wie zuvor beschrieben, insbesondere durch die Abgasrückführung ein hochkomplexes System bildet, und aufgrund von Massenspeichereffekten, die zu einer Trägheit des Luftsystems führen, ist es nicht ohne Weiteres möglich, die Gaszusammensetzung in den Brennräumen exakt zu bestimmen.
  • Der durch den Verdichter 8 angesaugte Frischluftmassenstrom wird beim Dieselmotor 2 über einen Heißfilmmassenmesser (HFM-Sensor) stromaufwärts des Verdichters 8 gemessen. Aufgrund der Kompressibilität der Luft und der mitunter langen Luftstrecke durch Verrohrung, Ladeluftkühler 10 und Saugrohr 18, treten jedoch dynamische Massenspeichereffekte durch Dichteänderungen auf. Dadurch entspricht der gemessene Frischluftmassenstrom nicht notwendigerweise dem tatsächlichen Zylinder-Eintrittsmassenstrom, der im Folgenden auch als Verbrennungsluftmassenstrom bezeichnet wird, Um das Signal des HFM-Sensors dennoch nutzen zu können, müssten die Massenspeichereffekte in einem Modell des Luftsystems abgebildet werden.
  • Durch die Zumischung von Abgas zur angesaugten Frischluft im Saugrohr 18 ist ein Modell mit zwei Eintrittsmassenströmen und einem Austrittsmassenstrom notwendig, wie beispielsweise in 8 gezeigt, wobei davon ausgegangen wird, dass Druck, Temperatur und Gaszusammensetzungen im Volumen als homogen betrachtet werden können.
  • Bekannt sind zunächst lediglich Betrag und Zusammensetzung des Frischluftmassenstroms. Um das Gleichungssystem der Massenerhaltung zu schließen, muss demnach noch entweder der zweite Eintrittsmassenstrom oder der Austrittsmassenstrom ermittelt werden, wobei der Austrittsmassenstrom dem Verbrennungsluftmassenstrom entspricht.
  • Für ein von einem näherungsweise idealen Gas durchströmtes adiabates Volumen können mittels thermischer Zustandsgleichung und Massenerhaltung dynamische Massenspeichereffekte berechnet werden. Sind Druck PV, Temperatur TV und Volumen V bekannt, lässt sich die im Volumen gespeicherte Masse mV berechnen aus:
    Figure 00080001
  • Dabei werden eine homogene Druck- und Temperaturverteilung im Volumen angenommen. Die Änderung der im Volumen gespeicherten Masse wird im zeitdiskreten System über den Differenzenquotienten approximiert. Sind weiterhin die Eintritts- und Austrittsmassenströme (ṁin und ṁout) bis auf einen einzigen bekannt, lässt sich dieser aus der Massenerhaltung wie folgt ermitteln:
    Figure 00080002
  • Es wird angenommen, dass Wärmeströme über die Systemgrenze hinweg nicht oder nur in vernachlässigbarer Größenordnung stattfinden.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung der Abgasrückführungs-Mischstrecken. Das Modell umfasst dabei das Saugrohrvolumen, in welchem der Druck pV, die Temperatur TV sowie die Sauerstoffkonzentration xO₂V herrschen. In das Volumen des Saugrohrs 18 strömen ein ein Frischluftmassenstrom ṁFL mit einer Sauerstoffkonzentration xO₂FL sowie ein zurückgeführter Abgasmassenstrom ṁAGR mit einer Sauerstoffkonzentration von xO₂AGR. Der Frischluftmassenstrom und der zurückgeführte Abgasmassenstrom werden in dem Volumen 18 miteinander vermengt und bilden zusammen den aus dem Volumen 18 herausgeführten Verbrennungsluftmassenstrom ṁout mit einer Sauerstoffkonzentration von xO₂out. Treten in der Luftführung zwischen dem HFM-Sensor und der Einleitstelle des zurückgeführten Abgasmassenstroms Massenspeichereffekte auf, so sind diese in der Große ṁFL vorzugsweise nach der oben beschriebenen Erläuterung zur Massenerhaltung berücksichtigt. 3 zeigt insofern das Saugrohr 18 als Abgasrückführungs-Mischstrecke. Der Sauerstoffgehalt xO₂FL Frischluft ist bekannt. Die Sauerstoffkonzentration xO₂AGR wird von der üblicherweise im Auslasstrakt 13 vorgesehenen Lambda-Sonde 20 erfasst. Setzt man im Volumen eine homogene Gaszusammensetzung voraus, entspricht die Ausgangs-Sauerstoffkonzentration xO₂out der Sauerstoffkonzentration xO₂V in dem Volumen.
  • Vorteilhafterweise ist im Saugrohr 18 eine Breitband-Lambda-Sonde 19 vorgesehen, die die Sauerstoffkonzentration in dem modellierten Volumen direkt erfasst. Somit bleiben als unbekannte Größen der zurückgeführte Abgasmassenstrom ṁAGR und der Verbrennungsluftmassenstrom ṁout. Für den Zusammenhang zwischen den von den Lambda-Sonden gemessenen Sauerstoffkonzentration xO2 und der Massenkonzentration w wird angenommen, dass Folgendes gilt:
    Figure 00090001
  • Dies ergibt sich aus folgenden Überlegungen. Für den Zusammenhang zwischen der Volumenkonzentration x und dem Massenbruch w gilt:
    Figure 00090002
  • Da die molaren Massen von Luft und stöchiometrischem Abgas nahezu identisch sind (MFL = 28,965 kg/kmol; Mλ=1 = 28,905 kg/kmol), kann die Umrechnung im Zylinder in guter Näherung über einen konstanten Faktor erfolgen:
    Figure 00090003
  • Die zuvor beschriebene Massenerhaltung kann natürlich ebenso für die ausschließliche Betrachtung der Sauerstoffmassenanteile formuliert werden:
    Figure 00090004
  • Die genannten Gleichungen auf den vorliegenden Fall angewandt bilden ein Gleichungssystem, aus dem sich schließlich Bestimmungsgleichungen für den Austrittsmassenstrom/Frischluftmassenstrom ṁout und dem zurückgeführten Abgasmassenstrom ṁAGR extrahieren lassen:
    Figure 00090005
    Figure 00100001
  • Die Änderungen der gespeicherten Massen werden wiederum über einen Differenzenquotienten approximiert, die gespeicherte Sauerstoffmasse aus gespeicherter Gesamtmasse und Sauerstoffkonzentration ermittelt.
  • Damit steht vom Prinzip her ein fahrzeugtaugliches Konzept zur messtechnischen Erfassung der Mischungsvorgänge im Saugrohr 18 zur Verfügung.
  • Vorteilhafterweise wird die Zusammensetzung des zurückgeführten Abgasmassenstroms an der Einlassstelle des Saugrohrs durch eine Messung im Abgas approximiert.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Dieselmotor
    3
    Hubkolben
    4
    Zylinder
    5
    Einlassventil
    6
    Auslassventil
    7
    ATL
    8
    Verdichter
    9
    Turbine
    10
    Ladeluftkühler
    11
    Drosselklappe
    12
    Einlasstrakt
    13
    Auslasstrakt
    14
    Abgasrückführung
    15
    Kühler
    16
    Bypass
    17
    Ventil
    18
    Saugrohr
    19
    Breitband-λ-Sonde
    20
    λ-Sonde
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2007/0295067 A1 [0003]
    • DE 4211851 A1 [0004]
    • DE 102007053719 B3 [0004]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines einer Brennkraftmaschine (1) zugeführten Verbrennungsluftmassenstroms, wobei die Brennkraftmaschine (1), insbesondere ein aufgeladener Direkteinspritzender Dieselmotor, einen Einlasstrakt (12) für den Verbrennungsluftmassenstrom, einen Auslasstrakt (13) für einen Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine sowie eine Abgasrückführung (14) aufweist, durch welche der durch den Auslasstrakt (13) strömende Abgasmassenstrom teilweise zu dem Einlasstrakt (12) zurückgeführt wird, um mit einem Frischluftmassenstrom zu dem Verbrennungsluftmassenstrom vermengt zu werden, wobei mittels einer Lambda-Sonde (20) im Auslasstrakt eine Sauerstoffkonzentration des Abgasmassenstroms der Brennkraftmaschine (1) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoffkonzentration des Verbrennungsluftmassenstroms mittels einer weiteren Lambda-Sonde (19), insbesondere Breitband-Lambda-Sonde, im Einlasstrakt (12) erfasst wird und dass der Verbrennungsluftmassenstrom in Abhängigkeit von den erfassten Sauerstoffkonzentrationen bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluftmassenstrom mittels eines Modells ermittelt wird, das Massenspeichereffekte im Einlasstrakt (12) berücksichtigt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluftmassenstrom (ṁout) durch folgende Formel bestimmt wird:
    Figure 00120001
    mit xO₂AGR = Sauerstoffkonzentration des Abgasmassenstroms, mV = Gasmasse im Einlasstrakt, ṁFL = Frischluftmassenstrom, xO₂FL = Sauerstoffkonzentration des Frischluftmassenstroms, mO₂V = Sauerstoffmasse im Einlasstrakt, xO₂V = Sauerstoffkonzentration im Einlasstrakt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluftmassenstrom mittels eines HFM-Sensors erfasst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspürche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der erfassten Sauerstoffkonzentrationen der zurückgeführte Abgasmassenstrom (ṁAGR) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zurückgeführte Abgasmassenstrom (ṁAGR) durch folgende Formel ermittelt wird:
    Figure 00130001
    mit xO₂AGR = Sauerstoffkonzentration des Abgasmassenstroms, mV = Gasmasse im Einlasstrakt, ṁFL = Frischluftmassenstrom, xO₂FL = Sauerstoffkonzentration des Frischluftmassenstroms, mO₂V = Sauerstoffmasse im Einlasstrakt, xO₂V = Sauerstoffkonzentration im Einlasstrakt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung zumindest einer der Massen über einen Differenzquotienten approximiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffmasse (mO₂V) aus Gesamtmasse (mV) und Sauerstoffkonzentration (xO₂V) ermittelt wird.
  9. Vorrichtung zum Bestimmen eines einer Brennkraftmaschine (1) zugeführten Verbrennungsluftmassenstroms, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (1) einen Einlasstrakt (12), einen Auslasstrakt (13) sowie eine Abgasrückführung (14) aufweist, die bei Bedarf einen durch den Auslasstrakt (13) strömenden Abgasmassenstrom teilweise dem Einlasstrakt zuführt, um durch Vermengen mit einem Frischluftmassenstrom den Verbrennungsluftmassenstrom zu bilden, mit einer dem Auslasstrakt zugeordneten Lambda-Sonde (20) zum Bestimmen des Sauerstoffgehalts des Abgasmassenstroms, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einlasstrakt (12) eine weitere Lambda-Sonde (19), insbesondere eine Breitband-Lambda-Sonde, zugeordnet ist, die eine Sauerstoffkonzentration des Verbrennungsluftmassenstroms erfasst, wobei eine Einrichtung in Abhängigkeit der erfassten Sauerstoffkonzentrationen den Verbrennungsluftmassenstrom bestimmt.
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