DE10344709A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Abgasrückführmenge - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer äußeren Abgasrückführmenge für einen Verbrennungsmotor, wobei die äußere Abgasrückführmenge aus einer Abgastemepratur (T¶3¶), einer Frischgastemepratur (T¶2¶), einer Frischgasmenge (m¶L¶) und einer inneren Abgasrückführung (m¶Ri¶, m¶Ri0¶) ermittelt wird und wobei die innere Abgasrückführmenge (m¶Ri¶, m¶Ri0¶) die Verbrennungsgasmenge (m¶RiOT¶) berücksichtigt, die während eines Ladungswechsels im oberen Totpunkt in einem Zylinder des Verbrennungsmotors verbleibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Abgasrückführmenge für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug. Der Einsatz einer Abgasrückführung bietet Vorteile hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 199 34 508 A1 ist ein Verfahren zur Abgasrückführsteuerung bekannt, bei dem eine Sollabgasrückführmenge auf der Basis von Motorlast, Motordrehmoment und Luftdruck erfasst wird, eine Ist-Abgasrückführmenge sowie die Öffnungs- und die Schließbewegung einer Drosselklappe sensorisch erfasst werden und ein Abgasrückführsteuerventil in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist- und Sollabgasrückführmenge und einem Drosselklappenöffnungssignal sowie einem Drosselklappenschließsignal und dem jeweils zugehörigen Luftdruck betätigt wird. Die sensorische Erfassung der Abgasrückführmenge erfolgt durch Differenzdruckmessung an einer Drosselöffnung, die in einer zugehörigen Abgasrückführleitung vorgesehen ist.
  • Häufig werden – insbesondere bei Dieselmotoren – Partikelfilter im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, um die Abgasemissionen gering zuhalten. Der Abgasgegendruck ist von der Beladung des Partikelfilters abhängig und es kann je nach Beladung des Partikelfilters zu signifikanten Änderungen des Abgasgegendrucks kommen, die sich als Störungen auf die Regelung/Steuerung der äußeren Abgasrückführmenge auswirken und die Genauigkeit der Regelung/Steuerung verschlechtern.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Abgasrückführmenge bereitzustellen, durch das sich die Abgasrückführmenge bei verschiedenen Motorbetriebszuständen, insbesondere beim Einsatz eines Partikelfilters, genau und zuverlässig bestimmen lässt.
  • Der Begriff „Menge" wird vorliegend der Einfachheit halber umfassend zur Bezeichnung irgendeiner mengenindikativen physikalischen Größen gebraucht, wie zum Beispiel für die Masse oder die Mengen- oder Massenrate an rückgeführtem Abgas bzw. in den Motor eingespeistem Gasgemisch.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Bereitstellung eines Verfahren zur Bestimmung der Abgasrückführmenge mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Abgasrückführmenge aus einer Abgastemperatur, einer Frischgastemperatur und einer so genannte inneren Abgasrückführmenge (auch Abgasrückhaltung genannt) ermittelt. Die innere Abgasrückführmenge beschreibt die Verbrennungsgasmenge, die während des Ladungs- bzw. Gaswechsels im oberen Totpunkt entsprechend dem Kompressionsvolumen in einem Zylinder des Verbrennungsmotors verbleibt und sich mit dem angesaugten Frischgas vermischt.
  • In Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigt die innere Abgasrückführmenge zusätzlich eine mögliche Rückströmung von Verbrennungsgas in das Saugrohr, die erfolgt, wenn während einer Ventilüberschneidung ein Druckgefälle zwischen Abgas- und Saugseite vorliegt, so dass Abgas in das Saugrohr zurückströmt. Unter gewissen Randbedingungen, beispielsweise bei Fremdaufladung, kann sich das Druckgefälle auch umkehren, was zu einem Spülen des Brennraums mit Frischluft führt. Unter einer Ventilüberschneidung wird der Bereich verstanden, in dem Einlass- und Auslassventile gleichzeitig geöffnet sind.
  • Die innere Abgasrückführmenge wird wesentlich durch das dem Verbrennungsmotor zu Grunde liegende Konzept und die Parameter des Ladungswechsels beeinflusst. Bei einem schnell laufenden, aufgeladenen Dieselmotor für einen Personenkraftwagen ist die innere Abgasrückführmenge üblicherweise gering. Dies rührt zum einem daher, dass das Kompressionsvolumen typischerweise klein ist und somit wenig Verbrennungsgas während des Ladungswechsels im oberen Totpunkt im Zylinder verbleibt. Das führt zu einer niedrigen inneren Abgasrückführung, welche über der Laufzeit üblicherweise weitgehend konstant ist. Weiterhin ist die Ventilüberschneidung typischerweise sehr kurz, was zu einer geringen Rückströmung bzw. Spülung führt.
  • Ein wesentlicher Betriebsparameter, der die innere Abgasrückführmenge beeinflusst, ist der Abgasgegendruck. Ändert sich dieser deutlich, z. B. durch den Einsatz eines Partikelfilters, so ändert sich die innere Abgasrückführmenge ebenfalls signifikant.
  • Bei Regelungs-/Steuerungsverfahren, welche die innere Abgasrückführmenge nicht explizit ermitteln und berücksichtigen, äußert sich beispielsweise eine Steigerung der inneren Abgasrückführmenge (z.B. durch einen erhöhten Abgasgegendruck) in einem Betriebspunkt ohne äußere Abgasrückführung in einem Absinken des gemessenen Werts der Frischgasmenge. Dies wird als Erhöhung der äußeren Abgasrückführmenge interpretiert. Da das dem Regelungs-/Steuerungsverfahren zu Grunde liegende Konzept bzw. Modell nur auf einer äußeren Abgasrückführung zwischen Abgastrakt und Saugrohr basiert, die üblicherweise über einen Kühler erfolgt, bleibt die deutlich höhere Temperatur, bei der die Vermischung des Frischgases mit der inneren Abgasrückführmenge im Zylinder erfolgt, bei dieser Art der Regelung/Steuerung unberücksichtigt. Die deutlich höhere Temperatur der Abgasrückführmenge führt bei der Vermischung mit der angesaugten Gasmenge dazu, dass die Gasmasse im Zylinder sinkt. Bei einer Regelung/Steuerung ohne Berücksichtigung der inneren Abgasrückführung und deren Temperatur wird somit die gesamte Ist-Abgasrückführmenge zu hoch berechnet, was bei einer Einregelung auf einen gewünschten Sollwert zu einer zu niedrig angesetzten Stellgröße bzw. zu einer zu niedrigen Abgasrückführrate führt.
  • Um die Genauigkeit bei der Bestimmung der Abgasrückführmenge zu erhöhen, kann die für die Bestimmung benötigte, gemessene Frischgasmenge und/oder Luftaufwandsänderung durch einen Vergleich zwischen der gemessenen Größe und der aus Druck, Temperatur und Füllungsverhalten des Verbrennungsmotors (so genannter Luftaufwand) ermittelten Frischgasmenge beim Betrieb aktualisiert bzw. adaptiert werden. Die Frischgasmenge wird üblicherweise mittels eines so genannten Heissfilm-Luftmassenmessers (HFM) gemessen. Eine Korrektur der gemessenen Frischgasmenge kann nötig werden, um beispielsweise eine Drift des Sensors zu kompensieren. Hierdurch wird nicht nur die Genauigkeit bei der Bestimmung der Abgasrückführmenge erhöht, sondern selbstverständlich ebenso die Genauigkeit aller anderer Funktionen/Berechnungen/Ermittlungen, die mittelbar oder unmittelbar von der gemessenen Frischgasmenge abhängen. Da das Adaptionsverfahren eine deaktivierte Abgasrückführung oder zumindest eine im jeweiligen Adaptionspunkt konstante, geringe Abgasrückführmenge voraussetzt, führt eine nicht berücksichtigte, nicht vernachlässigbare innere Abgasrückführung zu fehlerhaften Messgrößen bzw. zu fehlerhafter Aktualisierung bzw. Adaption.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden sowohl die innere als auch die äußere Abgasrückführmenge berücksichtigt. Dies führt dazu, dass die mit dem Verfahren berechnete Abgasrückführmenge eine hohe Genauigkeit unter stationären, instationären sowie unterschiedlichen Umgebungsbedingungen aufweist. Es kann eine hohe Regelungsgenauigkeit erzielt werden. Weiterhin kann die angesaugte Frischgasmenge mit höherer Genauigkeit bestimmt und gegebenenfalls durch Vergleich mit berechneten Werten korrigiert werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Steuergerät implementiert.
    •
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Hierbei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Zylinders eines Verbrennungsmotors mit einem Saugrohr und einem Abgasrohr,
  • 2 eine schematische Darstellung der angesaugten Gasmenge und der inneren Abgasrückführmenge und
  • 3 ein Blockdiagramm eines Modells zur Bestimmung der inneren Abgasrückführmenge.
  • In den Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen funktionell gleiche Komponenten bzw. Größen.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Zylinders 3 eines Verbrennungsmotors mit einem Saug rohr 1 und einem Abgasrohr 2, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung/Steuerung der Abgasrückführmenge eingesetzt werden kann. Es ist eine Abgasrückführung 7 vorgesehen, welche das Abgasrohr 2 mit dem Saugrohr 1 verbindet und Abgas von dem Abgasrohr 2 in das Saugrohr 1 leitet. In der Abgasrückführung 7 sind vorzugsweise ein nicht dargestellter Kühler und ein nicht dargestelltes Stellglied, vorzugsweise eine Drossel, vorgesehen. Dem Zylinder 3 sind ein Kolben 4, ein Einlassventil 5 und eine Auslassventil 6 zugeordnet.
  • Über das Saugrohr 1 wird dem Zylinder eine angesaugte Gasmenge m2S zugeführt, welche sich aus einer Frischgasmenge mL und einer rückgeführten Abgasmenge mR zusammensetzt. Die Frischgasmenge mL wird für das erfindungsgemäße Verfahren mittels eines entsprechenden, nicht dargestellten Sensors, beispielsweise eines Heissfilm-Luftmassenmessers ermittelt. Im Abgasrohr 2 herrschen ein Abgasgegendruck p3, welcher vorzugsweise durch einen entsprechenden, nicht dargestellten Sensor gemessen wird, und eine Abgastemperatur T3. Die Abgastemperatur T3 wird vorzugsweise über ein entsprechendes Kennfeld bzw. Simulationsmodell aus der dem Zylinder 3 bzw. dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge und der Drehzahl des Verbrennungsmotors ermittelt. Im Saugrohr 1 herrscht stromaufwärts der Abgasrückführung 7 ein Ladedruck p2 und eine Temperatur T2, welche vorzugsweise durch entsprechende, nicht dargestellte Sensoren bestimmt werden. Unmittelbar nach Zumischung der Abgasrückführmenge mR liegt im Saugrohr 1 die Temperatur T2S vor, welche durch Messung und/oder durch Berechnung ermittelt werden kann. Im Zylinder 3 herrscht vor Zumischung bzw. ohne Berücksichtigung der inneren Abgasrückführmenge die Temperatur T2Z. Nach Zumischung bzw. bei Berücksichtigung der inneren Abgasrückführmenge liegt in dem Zylinder 3 die Temperatur TZ vor.
  • Die innere Abgasrückführmenge berücksichtigt die Verbrennungsgasmenge mRiOT, die während eines Ladungswechsels im oberen Totpunkt in einem Zylinder des Verbrennungsmotors verbleibt. Unter der Annahme, dass während eines Ladungswechsels im oberen Totpunkt das Kompressionsvolumen mit Restgas gefüllt ist, das zumindest annähernd die Abgastemperatur T3 aufweist und dessen Druck dem Abgasgegendruck p3 entspricht, kann über die thermische Zustandsgleichung die im Zylinder verbleibende Verbrennungsgasmenge mRiOT wie folgt beschrieben werden:
    Figure 00070001
    wobei R die universelle Gaskonstante und Vc das Kompressionsvolumen ist.
  • Zusätzlich kann bei der inneren Abgasrückführmenge eine mögliche Rückströmung von Verbrennungsgas in das Saugrohr beim Öffnen des Einlassventils berücksichtigt werden, wenn der Druck p3 im Abgasrohr den Druck p2 im Saugrohr übersteigt. Diese Rückströmung mRiR kann basierend auf der so genannten Saint-Venantschen Durchflussgleichung folgendermaßen beschrieben werden:
    Figure 00070002
    wobei n die Drehzahl, A der momentan effektive Ventilquerschnitt bzw. empirisch ermittelte Ventilüberschneidung hinsichtlich Zeit und Querschnitt und κ der Isentropenexponent ist. Inwieweit die Rückströmung mRiR berücksichtigt werden sollte, hängt von der Anwendung bzw. dem zu Grunde liegenden System ab. Ist die Ventilüberschneidung, wie beispielsweise bei aufgeladenen Dieselmotoren mit hoher Verdichtung bzw. Aufladung, sehr kurz, so kann die Rückströmung mRiR insbesondere bei hohen Drehzahlen vernachlässigt werden.
  • Die gesamte innere Abgasrückführung mRi ergibt sich aus der beim Ladungswechsel im oberen Totpunkt im Zylinder verbleibenden Verbrennungsgasmenge mRiOT und der in das Ansaugrohr rückströmenden Verbrennungsgasmenge mRiR gemäß der folgenden Gleichung: mRi = mRiR + mRiOT. (3)
  • Bei Vernachlässigung der Rückströmung mRiR vereinfacht sich Gleichung (3) zu: mRi = mRiOT. (4)
  • Die innere Abgasrückführung führt im Zylinder zu einer Aufheizung der gesamten Zylinderladung. Dies führt zu einem Absinken der gesamten Gasmasse im Zylinder mit steigender innerer Abgasrückführmenge. Um dieses Absinken der Zylindermasse wegen der höheren Temperatur der Abgasrückführmenge bei Regelungen/Steuerungen, Adaptionen und/oder Modellierungen/Simulationen zu berücksichtigen, wird vorzugsweise eine idealisierte innere Abgasrückführmenge gebildet, die auf der Annahme gleichbleibender Temperaturverhältnisse basiert und die im folgenden als „scheinbare" innere Abgasrückführmenge bezeichnet wird.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der Mengenverhältnisse im Zylinderbrennraum. Der Balken A stellt die idealen Verhältnisse ohne Berücksichtigung der inneren Abgasrückführung dar. In diesem Fall entspricht die Zylindermenge mZ der angesaugten Gasmenge m2S0. Der Balken B zeigt die realen Verhältnisse mit Berücksichtigung der inneren Abgasrückführung, bei denen sich die Gasmenge im Zylinder aus der angesaugten Gasmenge m2S, die aus der angesaugten Frischgasmenge und der Abgasmenge der äußeren Abgasrückführung besteht, und der inneren Abgasrückführmenge mRi zusammensetzt. Die Mengendifferenz Δm entspricht der Verkleinerung der Zylindermenge mZ wegen der Aufheizung durch die Abgasrührung mRi. Der Balken C zeigt die Verhältnisse unter der Annahme, dass eine innere Abgasrückführung stattfindet, aber eine Aufheizung der Zylinderladung nicht erfolgt. Die gesamte Gasmenge im Zylinder entspricht somit der Gasmenge im Falle des Balkens A und sie setzt sich zusammen aus der angesaugten Gasmenge m2S und einer scheinbaren inneren Abgasrückführmenge mRi0, die zusätzlich zur angesaugten Gasmenge m2S in den Zylinder passen würde, wenn die durch die erhöhte Abgastemperatur begründete Aufheizung der Zylinderladung nicht stattfinden würde. Die scheinbare innere Abgasrückführmenge mRi0 ergibt sich aus der Summation der tatsächlichen inneren Abgasrückführmenge mRi und der Mengendifferenz Δm. Die scheinbare, angesaugte Gasmenge m2S0 ergibt sich aus der Summe der tatsächlich angesaugten Gasmenge m2S und der scheinbaren inneren Abgasrückführmenge mRi0.
  • Unter der Annahme, dass sich die angesaugte Gasmenge beim Einströmen in den Zylinder von der Temperatur T2S im Saugrohr auf die Temperatur T2Z im Zylinder erhöht und diese Erhöhung bekannt ist, lässt sich für den Fall ohne innere Abgasrückführung, d. h. die scheinbare angesaugte Gasmenge m2S0 entspricht der tatsächlich angesaugten Gasmenge m2S, die thermische Zustandsgleichung im unteren Totpunkt wie folgt formulieren:
    Figure 00100001
    wobei der Druck p2Z dem Druck entsprechen soll, der im unteren Totpunkt, das heißt beim Ende des Saugtaktes, im Zylinder vorliegt. Die Variable VC kennzeichnet das Kompressionsvolumen und die Variable VH kennzeichnet das Hubvolumen. Die im Zylinder befindliche Gasmenge mZ entspricht in diesem Fall der angesaugte Gasmenge m2S, welche ohne innere Abgasrückführung der scheinbaren angesaugten Gasmenge m2S0 entspricht.
  • Berücksichtigt man die innere Abgasrückführung und nimmt man weiterhin an, dass sich die angesaugte Gasmenge m2S durch den Einströmvorgang und nicht durch Vermischung mit der inneren Abgasrückführmenge auf die Temperatur T2Z erwärmt und dass die Abgasrückführmenge mRi mit der Temperatur T3 zugemischt wird, so lässt sich unter Zuhilfenahme der Mischungsgleichung die thermische Zustandsgleichung wie folgt formulieren:
    Figure 00100002
    wobei m2S0 = mRi0 + m2S ist, wie oben beschrieben.
  • Aus der Gleichung (6) ergibt sich nun die scheinbare Abgasrückführmenge mRi0 zu:
    Figure 00100003
  • Die Temperatur T2Z, die im Zylinder vorliegt, kann durch Messung mittels eines entsprechenden Sensors ermittelt werden. Soll ein entsprechender Sensor nicht vorgesehen sein, beispielsweise aus Kosten- und/oder Bauraumüberlegungen, kann die Temperatur T2Z aus einer bereits bekannten Zustandsgröße mittels eines Beobachters und/oder über ein geeignetes Kennfeld bzw. Modell ermittelt werden.
  • Bevorzugterweise wird die Temperatur T2Z über die gemessene und/oder berechnete Temperatur T2S, die im Saugrohr nach Zumischung der äußeren Abgasrückführung vorliegt, ermittelt, wobei vorzugsweise eine additive Korrektur in Abhängigkeit von der Drehzahl n und der Einspritzmenge q erfolgt. Die im Zylinder vorliegende Temperatur ergibt sich dann zu: T2Z = T2S + f(n,q), (8)wobei f(n,q) eine Funktion der Drehzahl n und der Einspritzmenge q ist, die empirisch beispielsweise durch entsprechende Versuche bzw. Tests und/oder durch physikalische Modellierung und/oder Systemidentifikation (z.B. mittels der Methode der kleinsten Fehlerquadrate) ermittelt werden kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine äußere Abgasrückführmenge auf der Basis der Abgastemperatur T3, der Frischgastemperatur T2, der angesaugten Frischgasmenge mL und der inneren Abgasrückführmenge mRi ermittelt, wobei vorzugsweise die Ermittlung auf der scheinbaren inneren Abgasrückführmenge mRi0, wie oben definiert, beruht. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturdifferenz zwischen der angesaugten Gasmenge und der inneren Abgasrückführmenge bei der Bestimmung und somit bei einer Regelung/Steuerung der äußeren Abgasrückführmenge berücksichtigt werden kann. Die – vorzugsweise scheinbare – innere Abgasrückführmenge mRi bzw. mRi0 wird bevorzugterweise derart berücksichtigt, dass sie bei der Bestimmung der äußeren Abgasrückführmenge zu der vorzugsweise durch Messung ermittelten, angesaugten Frischgasmenge mL unter Bildung einer so genannten scheinbaren angesaugten Frischgasmenge mL0 wie folgt hinzu addiert wird: mL0 = mRi0 + mL (9)
  • Für eine Regelung/Steuerung der äußeren Abgasrückführmenge wird zu der berechneten äußeren Abgasrückführmenge die berechnete innere Abgasrückführmenge hinzu addiert.
  • Wird des Weiteren, insbesondere zur Steigerung der Genauigkeit der Berechnung der äußeren Abgasrückführmenge bzw. insbesondere zur Korrektur der gemessenen Frischgasmenge, eine adaptive Funktion bzw. eine Lernfunktion herangezogen, welche die angesaugte Frischgasmenge bzw. den Luftaufwand bei laufendem Prozess/System aktualisiert bzw. korrigiert, so wird vorzugsweise auch bei dieser Aktualisierung die innere Abgasrückführmenge berücksichtigt. Die Korrektur/Aktualisierung der Frischgasmenge bzw. des Luftaufwands erfolgt somit bevorzugterweise nicht nur basierend auf der gemessenen Frischgasmenge mL, sondern auf der scheinbaren Frischgasmenge mL0, wobei mL0 sich gemäß der Gleichung (9) berechnet.
  • Basierend auf den Gleichungen (1) bis (8) erfolgt die Berechnung der tatsächlichen inneren Abgasrückführmenge und der scheinbaren inneren Abgasrückführmenge vorzugsweise wie in der 3 in Form eines Blockdiagramms schematisch dargestellt. Der Einfachheit halber wird bei der Berechnung die Rückströmung in das Saugrohr (siehe Gleichung 2) vernachlässigt. Das heißt, die innere Abgasrückführung ergibt sich gemäß Gleichung (4). Die Rückströmung kann selbstverständlich über ein entsprechendes Kennfeld bzw. Modell, welches die Berechnung von Gleichung (2) repräsentiert, mitberücksichtigt werden.
  • Vorzugsweise erfolgt die Berechnung der inneren Abgasrückführmenge bzw. der scheinbaren inneren Abgasrückführmenge re lativ. Das heißt, berechnet wird die Änderung der inneren Abgasrückführmenge bzw. der scheinbaren inneren Abgasrückführmenge bei sich änderndem Abgasgegendruck p3. Die Änderung der inneren Abgasrückführmenge wird im folgenden als relative innere Abgasrückführmenge mRirel bezeichnet. Die Änderung der scheinbaren inneren Abgasrückführmenge wird als relative scheinbare innere Abgasrückführmenge mRi0rel bezeichnet. Für den Fall geringer Änderungen des Abgasgegendrucks, insbesondere für den Betriebsfall ohne Partikelfilter, ist auf diese Weise eine einfache, wenig Rechenaufwand erfordernde Anwendung/Applikation möglich.
  • In der 3 stellt der Funktionsblock 8 ein Kennfeld bzw. einen Modell dar, welches gemäß der Gleichung (1) aus den Eingangsgrößen momentaner Abgasgegendruck p3 und momentane Abgastemperatur T3 eine absolute innere Abgasrückführmenge mRi berechnet. Aus der momentanen Drehzahl n und der momentanen Einspritzmenge q wird mittels des Funktionsblocks 9, bei, dem es sich um ein Kennfeld bzw. ein entsprechendes Modell handelt, ein Basiswert mRibas für die innere Abgasrückführmenge gebildet. Dieser Basiswert mRibas entspricht vorzugsweise einer inneren Abgasrückführmenge, wie sie bei einer Anwendung ohne Partikelfilter bzw. mit nicht oder gering verschmutzten/beladenen Partikelfilter auftritt. An einem Verknüpfungspunkt 10 wird der Basiswert mRibas für die innere Abgasrückführmenge von der absoluten inneren Abgasrückführmenge mRi unter Bildung der relativen inneren Abgasrückführmenge mRirel subtrahiert.
  • Gemäß dem Gleichungen (7) und (8) wird die relative scheinbare innere Abgasrückführmenge mRi0rel gebildet. Mittels des Funktionsblocks 11, bei dem es sich um ein Kennfeld bzw. um ein entsprechendes Modell handelt, wird aus der momentanen Drehzahl n und der momentanen Einspritzmenge q der wert f(n,q) berechnet, welcher in einem Verknüpfungspunkt 12 unter Bildung der im Zylinder vorliegenden Temperatur T2Z zu der im Saugrohr herrschenden Temperatur T2S addiert wird. Die im Saugrohr vorliegende Temperatur T2S kann durch Messung und/oder Berechnung ermittelt werden. Die relative innere Abgasrückführmenge mRirel wird in einem Verknüpfungspunkt 13 mit der Abgastemperatur T3 multipliziert und in einem Verknüpfungspunkt 14 durch die Zylindertemperatur T2Z unter Bildung der relativen scheinbaren inneren Abgasrückführmenge mRi0rel dividiert.
  • Soll die Rückströmung mRiR bei der Berechnung mitberücksichtigt werden, so kann dies über einen dem Funktionsblock 8 entsprechenden Funktionsblock, der auf der Gleichung (2) basiert geschehen, dessen Ausgang additiv und bezüglich des Signalflusses vor dem Verknüpfungspunkt 10 bei der Bildung der relativen inneren Abgasrückführung zusätzlich berücksichtigt wird. Der Funktionsblock 9 sollte ggf. entsprechend angepasst werden.
  • Das in der 3 dargestellte Blockdiagramm kann selbstverständlich derart vereinfacht werden, dass absolute statt relative Werte berechnet werden. Hierzu müsste auf die Subtraktion des Basiswerts mRibas verzichtet werden.
  • Die in der 3 dargestellte Struktur zur Berechnung der inneren Abgasrückführmenge bzw. der scheinbaren inneren Abgasrückführmenge wird vorzugsweise softwaretechnisch in einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Steuergerät realisiert.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Bestimmung einer äußeren Abgasrückführmenge für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Abgasrückführmenge aus einer Abgastemperatur (T3), einer Frischgastemperatur (T2), einer Frischgasmenge (mL) und einer inneren Abgasrückführmenge (mRi, mRi0) ermittelt wird, wobei die innere Abgasrückführmenge (mRi, mRi0) die Verbrennungsgasmenge (mRioT) berücksichtigt, die während eines Ladungswechsels im oberen Totpunkt in einem Zylinder (3) des Verbrennungsmotors verbleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Abgasrückführmenge (mRi, mRi0) zusätzlich die Verbrennungsgasmenge (mRiR) berücksichtigt, die bei einer Ventilüberschneidung in das Saugrohr (1) zurückströmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine idealisierte bzw. scheinbare innere Abgasrückführmenge (mRi0) für die Ermittlung der äußeren Abgasrückführmenge herangezogen wird, die sich aus der inneren Abgasrückführmenge (mRi) unter Berücksichtigung des Verhältnisses von Abgastemperatur (T3) zu einer Zylindertempera tur (T2Z) vor Zumischung der inneren Abgasrückführmenge (mRi) ergibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindertemperatur (T2Z) vor Zumischung der inneren Abgasrückführmenge (mRi) in Abhängigkeit von Drehzahl (n) und Einspritzmenge (q) aus einer Temperatur (T2S) im Saugrohr (1) nach Zumischung der äußeren Abgasrückführmenge ermittelt wird.
  5. Verfahren zur Bestimmung einer Frischgasmenge, wobei eine gemessene Frischgasmenge (mL) unter Berücksichtigung einer inneren Abgasrückführmenge (mRi, mRi0) unter Bildung einer scheinbaren Frischgasmenge (mL0) korrigiert wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1830056A1 (de) * 2006-03-02 2007-09-05 C.R.F. Societa Consortile per Azioni Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Bestimmung Frischluftmasse, und dazugehörige Methode zur Bestimmung
DE102007059145A1 (de) * 2007-12-07 2009-06-10 Deutz Ag Dynamischer Booster
DE102010007865B4 (de) 2010-02-13 2021-09-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Berechnung des einer Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luftmassenstroms
US11739701B2 (en) * 2018-11-08 2023-08-29 Marelli Europe S.P.A. Method to determine the mass of air trapped in each cylinder of an internal combustion engine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3220832C2 (de) * 1982-06-03 1990-06-13 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
DE19819937C1 (de) * 1998-05-05 2000-02-17 Daimler Chrysler Ag Betriebsverfahren für eine elektronische Motorsteuerung
AT5783U1 (de) * 2001-11-06 2002-11-25 Avl List Gmbh Verfahren zur durchführung einer internen abgasrückführung in den brennraum einer brennkraftmaschine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3220832C2 (de) * 1982-06-03 1990-06-13 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
DE19819937C1 (de) * 1998-05-05 2000-02-17 Daimler Chrysler Ag Betriebsverfahren für eine elektronische Motorsteuerung
AT5783U1 (de) * 2001-11-06 2002-11-25 Avl List Gmbh Verfahren zur durchführung einer internen abgasrückführung in den brennraum einer brennkraftmaschine

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1830056A1 (de) * 2006-03-02 2007-09-05 C.R.F. Societa Consortile per Azioni Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Bestimmung Frischluftmasse, und dazugehörige Methode zur Bestimmung
US7359791B2 (en) 2006-03-02 2008-04-15 C.R.F. SOCIETá CONSORTILE PER AZIONI Internal-combustion engine with means for determining the mass of fresh intake air, and associated method of determination
DE102007059145A1 (de) * 2007-12-07 2009-06-10 Deutz Ag Dynamischer Booster
DE102010007865B4 (de) 2010-02-13 2021-09-02 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Berechnung des einer Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luftmassenstroms
US11739701B2 (en) * 2018-11-08 2023-08-29 Marelli Europe S.P.A. Method to determine the mass of air trapped in each cylinder of an internal combustion engine

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