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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Frischluftmassenstromes, eine Messanordnung und ein Computerprogramm.
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Stand der Technik
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Die externe Abgasrückführung (AGR) ist eine wesentliche Maßnahme zur Senkung von Stickoxidemissionen (NOx) eines Dieselmotors. Wird jedoch zu viel Abgas zurückgeführt, steigen die Rußemissionen stark an.
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Weltweit werden die Abgasgesetze zunehmend verschärft, so dass eine toleranzarme Einstellung der Abgasrückführung über die gesamte Fahrzeugflotte und über das ganze Fahrzeugleben erforderlich ist. Es ist bekannt, hierfür Heißfilmluftmassenmesser (HFM) in der Frischluftzufuhr einer Brennkraftmaschine zu verbauen und so die angesaugte Frischluftmenge zu messen. Die Regelung dieser Frischluftmenge durch Öffnen und Schließen eines Abgasrückführventils erlaubt eine gezielte Verminderung der Stickoxidemissionen ohne unzulässige Erhöhung von Rußemissionen.
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Bei Benzinmotoren, wie z.B. Ottomotoren, sind heißfilmluftmassenmesserfreie Systeme bekannt. In diesen Systemen wird bei aktiver Abgasrückführung eine Drosselklappe immer ausreichend geschlossen, um ein Mindestdruckverhältnis über die Drosselklappe zu behalten. Aus diesem Druckgefälle und der bekannten Position der Drosselklappe kann auf die Frischluftmasse geschlossen werden. Selbstzündende Brennkraftmaschine wie Dieselmotoren hingegen weisen häufig keine Drosselklappe auf. Ein Einbau einer Drosselklappe in einen Dieselmotor, um ein heißfilmluftmassenmesserfreies System eines Benzinmotor nutzen zu können, ist jedoch aufwändiger als der Einbau eines Heißfilmluftmassenmessers (HFM). Ferner werden Dieselmotoren in der Regel ungedrosselt betrieben. Eine Androsselung würde den Kraftstoffverbrauch unnötig erhöhen und damit die Betriebskosten steigern.
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Es besteht daher Bedarf daran, bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine die Frischluftmasse ohne Luftmassenmesser zu erfassen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Bestimmung eines Frischluftmassenstromes, eine Messanordnung und ein Computerprogramm mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei einem Verfahren zur Bestimmung eines Frischluftmassenstromes zur Regelung für eine Abgasrückführung in einem Saugrohr einer selbstzündenden Brennkraftmaschine die Schritte Erfassen eines Druckabfallmesswert über einem Strömungswiderstand mit einem in Strömungsrichtung nach dem Strömungswiderstand angeordneten Drucksensor und Bestimmen des Frischluftmassenstrom unter Verwendung des Druckabfallmesswerts durchgeführt werden. Der Drucksensor kann ein Relativdrucksensor sein, der einen Druckwert gegen einen Atmosphärendruck erfasst. Hierdurch wird erreicht, dass anhand des Druckabfalls über den Strömungswiderstand eine Bestimmung der Frischluftmasse ohne einen Luftmassenbesser, insbesondere einen Heißfilmluftmassenmessers (HFM), möglich ist. Ferner kann die selbstzündende Brennkraftmaschine einen besonders einfachen, drosselklappenfreien Aufbau aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird als Strömungswiderstand in dem Saugrohr ein Luftfilter verwendet. Hierdurch wird erreicht, dass kein zusätzliches Bauteil verbaut werden muss, sondern ein bereits vorhandenes Bauteil eine Doppelfunktion aufweist, nämlich zum einen einströmende Luft zu filtern, und zum anderen als Strömungswiderstand zu dienen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird aus dem Druckabfallmesswert und einem Strömungswiderstandswert des Strömungswiderstands eine Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. Hierdurch wird erreicht, dass die Strömungsgeschwindkeit der einströmenden Luft bestimmt werden kann. Diese Größe kann zur Verfeinerung der Regelung der Abgasrückführung verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden ein Atmosphärendruckwert und ein Lufttemperaturwert erfasst und aus dem Atmosphärendruckwert und dem Lufttemperaturwert wird ein Luftdichtewert bestimmt. Hierdurch wird erreicht, dass der Frischluftmassenstrom der einströmenden Luft bestimmt werden kann. Diese Größe kann zur Verfeinerung der Regelung der Abgasrückführung verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein aktualisierter Strömungswiderstandswert bestimmt. Hierdurch wird erreicht, dass Alterungsprozesse, wie eine Veränderung oder Drift des Strömungswiderstandwerts des Strömungswiderstands, wie z.B. eines Luftfilters, erfasst und kompensiert werden können. Somit wird eine hohe Messgenauigkeit dauerhaft aufrechterhalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei geschlossenen Abgasrückführventil ein aktualisierter Strömungswiderstandswertbestimmt, und ein Motormassenstrom der selbstzündenden Brennkraftmaschine wird bestimmt. Hierdurch wird erreicht, dass der Motormassenstrom mittels eines Motorschluckverfahrens bestimmt wird. Dies ist dem Fachmann geläufig und soll hier nicht weiter vertieft werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Druckabfallwert über dem Strömungswiderstand bei geschlossenem Abgasrückführventil erfasst. Hierdurch wird erreicht, dass der Motormassenstrom und der Frischluftmassenstrom in diesem Betriebszustand identisch sind. Somit kann mit dem Druckabfallwert über dem Strömungswiderstand ein aktualisierter Strömungswiderstandswert bestimmt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden eine Motordrehzahl der selbstzündenden Brennkraftmaschine und/oder ein Druckwert und/oder ein Temperaturwert erfasst. Hierdurch wird erreicht, dass der Motormassenstrom sehr toleranzarm bestimmt werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Bestimmung eines Frischluftmassenstromes für eine Abgasrückführung in einem Saugrohr einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem in Strömungsrichtung nach dem Strömungswiderstand angeordneten Drucksensor zum Erfassen eines Druckabfallmesswerts über den Strömungswiderstand, und mit einem Steuergerät, das zum Bestimmen des Frischluftmassenstroms unter Verwendung des Druckabfallmesswerts ausgebildet ist.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Steuergerät.
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In 1 ist eine selbstzündende Brennkraftmaschine 2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, schematisch dargestellt. Die selbstzündende Brennkraftmaschine 2 weist üblicherweise mehrere Zylinder auf, von denen in 1 jedoch nur einer der Zylinder mit dem Bezugszeichen 4 dargestellt ist.
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Über ein Einlassventil 8 kann ein Brennraum 6 des Zylinders 4 mit einem Saugrohr 12 verbunden werden.
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Die im Saugrohr 12 strömende Luftmasse durchströmt im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Luftfilter 18, der Partikel aus der einströmenden Luft abscheidet.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird im Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine 2 über einen Injektor 10 Dieselkraftstoff in den Zylinder 4 eingespritzt. Heiße Verbrennungsabgase gelangen dann aus dem Brennraum 6 über ein Auslassventil 26 in ein Abgasrohr 28. In diesem ist ein Katalysator 30 angeordnet.
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Zur äußeren Abgasrückführung weist die selbstzündende Brennkraftmaschine 2 ein an sich bekanntes Abgasrückführventil 14 auf.
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Für den Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine 2 ist ein Steuergerät (ECU) 36 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 36 mit einem Mikroprozessor versehen, wobei in einem Speichermedium, insbesondere in einem Read Only Memory (ROM), ein Programm abgespeichert ist, das dazu geeignet ist, die gesamte Steuerung und/oder Regelung der selbstzündende Brennkraftmaschine 2 durchzuführen. Das Steuergerät 36 ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet, das später erläutert wird.
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Das Steuergerät 36 ist von Eingangssignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der selbstzündende Brennkraftmaschine 2 darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät 36 mit einem Fahrpedalsensor (nicht gezeigt) eingangssignaleübertragend verbunden.
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Das Steuergerät 36 verarbeitet die Eingangssignale und erzeugt im Betrieb Ausgangssignale, mit denen über Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine 2 entsprechend der erwünschten Steuerung und/oder Regelung beeinflusst werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät 36 mit dem Injektor 10, dem Einlassventil 8, dem Auslassventil 26 und dem Abgasrückführventil 14 usw. über Steuerleitungen steuersignaleübertragend verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale. Es werden an dieser Stelle nicht alle Verbindungen beschrieben, die in der 1 dargestellt sind.
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Des Weiteren ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel stromabwärts in Strömungsrichtung S nach dem Luftfilter 18 ein Drucksensor 22 als Teil einer Messanordnung 16 zur Erfassung des Frischluftmassenstroms in dem Saugrohr 12 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor 22 als Relativdrucksensor ausgebildet, der einen Differenzdruck zwischen einem Atmosphärendruck und dem Druck an der Messtelle stromabwärts des Luftfilters 18 misst. Hierzu ist der als Relativdrucksensor ausgebildete Drucksensor 22 mit einem Druckmessanschluss an dem Messpunkt angeschlossen, während der andere Druckmessanschluss offen ist. Dies erlaubt einen mechanisch einfachen, und preiswerten Aufbau, der dennoch ein Messsignal von hoher Güte liefert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor 22 mit dem Steuergerät 36 eingangssignaleübertragend verbunden.
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Das Steuergerät 36 ist dabei ausgebildet, aus einer mit dem Drucksensor 22 erfassten Druckdifferenz einen Wert für den Frischluftmassenstrom in dem Saugrohr 12 zu bestimmen. Hierzu wird ausgenutzt, dass der Luftfilter 18 als Strömungswiderstand wirkt. Nimmt der Frischluftmassenstrom in das Saugrohr 12 zu, so steigt die Strömungsgeschwindigkeit der Luft. In der Folge sinkt der Druck in Strömungsrichtung S nach dem als Strömungswiderstand wirkenden Luftfilter 22. Der erfasste Druckabfall ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung S nach dem Luftfilter 22. Zusammen mit Werten für den Atmosphärendruck und der Frischlufttemperatur kann die Luftdichte bestimmt werden. Mit der Luftdichte und einer charakteristischen Querschnittsfläche kann dann der Frischluftmassenstrom bestimmt werden.
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Das Steuergerät 36 steuert dabei im Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine 2 eine Abgasrückführung (AGR) u.a. durch Öffnen und Schließen des Abgasrückführventils 14 wie folgt:
In einem ersten Schritt wird ein aktualisierter Strömungswiderstandswert bestimmt. Hierzu steuert das Steuergerät 36 das Abgasrückführventil 14 der selbstzündenden Brennkraftmaschine 2 in einen geschlossenen Zustand, um einen Motormassenstrom des Dieselmotors zu bestimmen. Hierzu erfasst das Steuergerät 36 eine Motordrehzahl der selbstzündenden Brenkraftmaschine 2 sowie einen Druckwert und einen Temperaturwert der Luft und verarbeitet diese. Bei geschlossenem Abgasrückführventil 14 entspricht der Motormassenstrom dem Frischluftmassenstrom. Somit ist der Massenstromstrom zu diesem Zeitpunkt bekannt. Das Bestimmen eines aktualisierten Strömungswiderstandswerts kann in vorgegebenen Intervallen erfolgen, um eine Drift des Strömungswiderstands, z.B. aufgrund von Alterungsprozessen, zu erfassen. Alternativ können Betriebssituationen ausgenutzt werden, in denen das AGR-Ventil ohnehin geschlossen ist (z.B. hohe Last, hohe Motordrehzahl, ...).
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Des Weiteren erfasst das Steuergerät 36 mit dem Drucksensor 22 den sich einstellenden Druckabfalls über dem Luftfilter 18. Zusammen mit dem Frischluftmassenstrom bestimmt das Steuergerät 36 einen aktuellen Strömungswiderstandswert des Luftfilters 18. Der aktuelle Strömungswiderstandswert des Luftfilters 18 wird nun einem Speicher 38 des Steuergeräts abgespeichert. Mit anderen Worten liegt nun ein Referenzwert vor, der den aktuellen Strömungswiderstandswert des Luftfilters 18 mit einem Wert für den Frischluftmassenstrom verknüpft. Hieraus kann nun ein Korrekturwert oder -faktor ermittelt werden, mit dem die Drift kompensiert werden kann. Ferner kann das Steuergerät 36 ausgebildet sein, die Drift in die Zukunft zu extrapolieren, um die Genauigkeit zu Zeitpunkten innerhalb der o.g. Intervalle zu erhöhen.
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In einem weiteren Schritt wird nun im Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine 2 bei geöffnetem Abgasrückführventil 14 der Frischluftmassenstrom bestimmt. Hierzu wird mit dem Drucksensor 22 eine Druckdifferenz erfasst. Zur Korrektur der Drift wird nun der aktuelle Strömungswiderstandswert des Luftfilters 18 bzw. der Korrekturwert oder -faktor verwendet. Außerdem werden Werte für den Atmosphärendruck und die Lufttemperatur erfasst und mit diesen die Luftdichte bestimmt. Mit der Luftdichte, dem Differenzdruck über Luftfilter und einer effektiven Querschnittsfläche wird dann der Frischluftmassenstrom bestimmt.
