DE10158249B4 - Method for determining the exhaust gas recirculation mass flow of an internal combustion engine with exhaust gas recirculation and appropriately designed control system for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmung des Abgasrückführmassenstroms eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung,
wobei Frischluft mit einem über die Abgasrückführung zurückgeführten Abgas des Verbrennungsmotors (1) an einer Mischstelle (10) gemischt und das daraus resultierende Gasgemisch dem Brennraum des Verbrennungsmotors (1) zugeführt wird,
wobei ein in der Abgasrückführung angeordnetes Abgasrückführventil (13) mit Hilfe eines physikalisch basierten Modells (17) für eine Drosselstelle nachgebildet und der über die Abgasrückführung zu der Mischstelle (10) fließende Abgasrückführmassenstrom (dmAGR) mit Hilfe dieses Modells (17) bestimmt wird, und
wobei der Abgasrückführmassenstrom (dmAGR) in Abhängigkeit von einem Abgasgegendruck (pAGR), einer Temperatur des zurückgeführten Abgases (TAGR), einer Durchflusskenngröße (DF), einer effektiven Querschnittsfläche (AAGR) des Abgasrückführventils (13) und einer Gaskonstante (R) bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die effektive Querschnittsfläche (AAGR) des Abgasrückführventils (13) in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen einem gemessenen Ladedruck (plad), mit welchem die Frischluft der Mischstelle (10) zugeführt wird, und einem mit Hilfe eines weiteren Modells...Method for determining the exhaust gas recirculation mass flow of an internal combustion engine with exhaust gas recirculation,
wherein fresh air is mixed with a recirculated via the exhaust gas recirculation exhaust gas of the internal combustion engine (1) at a mixing point (10) and the resulting gas mixture is supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine (1),
wherein an exhaust gas recirculation valve (13) arranged in the exhaust gas recirculation is simulated with the aid of a physically based model (17) for a throttle point and the exhaust gas recirculation mass flow (dm AGR ) flowing via the exhaust gas recirculation to the mixing point (10) is determined with the aid of this model (17), and
wherein the exhaust gas recirculation mass flow (dm AGR ) is dependent on an exhaust back pressure (p AGR ), a recirculated exhaust gas temperature (T AGR ), a flow characteristic (DF), an effective sectional area (A AGR ) of the exhaust gas recirculation valve (13), and a gas constant (R ) is determined
characterized,
in that the effective cross-sectional area (A AGR ) of the exhaust gas recirculation valve (13) depends on a comparison between a measured charge pressure (p lad ), with which the fresh air is supplied to the mixing point (10) and with the aid of another model ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Abgasrückführmassenstroms eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung sowie ein entsprechend ausgestaltetes Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, beispielsweise einen Dieselmotor.The The present invention relates to a method for determining the Exhaust gas recirculation mass flow an internal combustion engine with exhaust gas recirculation and a corresponding designed control system for an internal combustion engine, for example a diesel engine.
Für die emissionsoptimale Regelung beispielsweise eines aufgeladenen Dieselmotors mit Abgasrückführung ist die genaue Kenntnis einer möglichst großen Vielzahl von Zustandsgrößen oder Betriebsparametern von Bedeutung.For the emission-optimal Control, for example, a supercharged diesel engine with exhaust gas recirculation is the exact knowledge of a possible huge Variety of state variables or Operating parameters of importance.
Aus
den Druckschriften
In herkömmlichen Motormanagementsystemen ist jedoch die Anzahl der erfassten bzw. bekannten Zustandsgrößen relativ gering, oder für die Erfassung der Zustandsgrößen sind jeweils separate Sensoren erforderlich. Dies betrifft beispielsweise auch den über die Abgasrückführleitung eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung fließende Abgasrückführmassenstrom. Über die Abgasrückführleitung eines Verbrennungsmotors wird Abgas aus dem Abgastrakt in den Ansaugtrakt zurückgeleitet.In usual However, engine management systems is the number of recorded or known state variables relative low, or for the detection of the state variables are each separate sensors required. This applies, for example also the over the exhaust gas recirculation line an exhaust gas recirculation mass flow flowing in an internal combustion engine with exhaust gas recirculation. About the Exhaust gas recirculation line an internal combustion engine, exhaust gas from the exhaust system in the intake system returned.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Abgasrückführmassenstroms eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung sowie ein entsprechend ausgestaltetes Steuersystem für einen Verbrennungsmotor vorzuschlagen, womit mit möglichst einfachen Mitteln eine exakte Bestimmung des Abgasrückführmassenstroms ohne Verwendung eines separaten Sensors möglich ist.Of the The present invention is therefore based on the object, a method for determining the exhaust gas recirculation mass flow an internal combustion engine with exhaust gas recirculation and a corresponding designed control system for to propose an internal combustion engine, which with as possible simple means an exact determination of the exhaust gas recirculation mass flow without using a separate sensor is possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. ein Steuersystem mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.These Task is achieved by a method with the features of claim 1 and a control system solved with the features of claim 6. Define the subclaims respectively preferred and advantageous embodiments of the present invention Invention.
Erfindungsgemäß wird zur Bestimmung des Abgasrückführmassenstroms ein physikalisch basiertes Modell angewendet, welches ein in der Abgasrückführung des Verbrennungsmotors angeordnetes Abgasrückführventil als eine Drosselstelle nachbildet. Dadurch kann der Abgasrückführmassenstrom in Abhängigkeit von dem Abgasgegendruck und der Temperatur des zurückgeführten Abgases bestimmt werden, wobei auch eine Durchflusskenngröße, eine effektive Querschnittsfläche des Abgasrückführventils und die Gaskonstante in dem physikalisch basierten Modell zur Bestimmung des Abgasrückführmassenstroms berücksichtigt werden.According to the invention is for Determination of exhaust gas recirculation mass flow a physically based model applied, which in the Exhaust gas recirculation of the Combustion engine arranged exhaust gas recirculation valve as a throttle point replicates. As a result, the exhaust gas recirculation mass flow in dependence from the exhaust back pressure and the temperature of the recirculated exhaust gas be determined, where also a flow characteristic, a effective cross-sectional area the exhaust gas recirculation valve and the gas constant in the physically based model for determination the exhaust gas recirculation mass flow considered become.
Der Verlauf der Temperatur des über die Abgasrückführung zurückgeführten Abgases wird vorzugsweise mit Hilfe des Modells nachgebildet, um daraus die jeweils aktuelle Temperatur des zurückgeführten Abgases vor dem Abgasrückführventil abzuleiten.Of the Course of the temperature of the over the exhaust gas recirculation recirculated exhaust gas is preferably modeled using the model to make it the respective current temperature of the recirculated exhaust gas before the exhaust gas recirculation valve derive.
Die effektive Querschnittsfläche des Abgasrückführventils wird in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem jeweils gemessenen Ladedruck, mit welchem die Frischluft der Mischstelle zugeführt wird, und einem mit Hilfe eines weiteren Modells modellierten Ladedruck durch Verwendung eines entsprechenden Korrekturfaktors angepasst.The effective cross-sectional area the exhaust gas recirculation valve becomes dependent from a comparison between the respectively measured charge pressure, with where the fresh air is supplied to the mixing point, and one with the help Another model modeled boost pressure by using a adapted to the corresponding correction factor.
Die zuvor erwähnte Durchflusskenngröße kann beispielsweise aus dem Druckverhältnis über dem Abgasrückführventil abgeleitet werden.The previously mentioned Flow characteristic can for example, from the pressure ratio over the Exhaust gas recirculation valve be derived.
Vorzugsweise kommen mehrere physikalisch basierte (oder auch empirisch ermittelte) Modelle zur Anwendung, welche teilweise in einem engen Zusammenhang stehen, so dass vorzugsweise zur Berechnung von einer bestimmten Zustandsgröße in einem Modell auf die Ergebnisse eines anderen Modells zugegriffen wird. Dabei ist zu beachten, dass die hierin formelmäßig beschriebenen Abhängigkeiten der einzelnen Größen in der Regel lediglich die proportionalen Zusammenhänge verdeutlichen sollen, so dass abhängig von der jeweiligen Anwendung oder Implementierung gegebenenfalls (nicht angegebene) Normierungs- oder Korrekturfaktoren zur weiteren Umrechnung der entsprechenden Größen zu berücksichtigen sind.Preferably come several physically based (or empirically determined) Models for use, which are partially closely related stand, so preferably for the calculation of a certain State size in one Model is accessed on the results of another model. It should be noted that the dependencies described herein by formula of the individual sizes in the Usually only the proportional relationships should clarify, so that dependent of the particular application or implementation, if applicable (not specified) normalization or correction factors for further Conversion of the corresponding quantities are.
Insgesamt kann mit Hilfe der vorliegenden Erfindung der Abgasrückführmassenstrom eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, exakt und mit einfachen Mitteln durch Auswertung bereits bekannter Zustandsgrößen ermittelt werden. Die Verwendung zusätzlicher Sensoren ist hierfür nicht erforderlich. Durch die somit einfach mögliche Bestimmung des Abgasrückführmassenstroms sind neue Regel- und Diagnoseverfahren innerhalb des jeweiligen Motormanagementsystems möglich, was beispielsweise eine emissionsoptimale Regelung des Verbrennungsmotors erlaubt.All in all can with the help of the present invention, the exhaust gas recirculation mass flow an internal combustion engine, such as a diesel engine, exactly and determined by simple means by evaluating already known state variables become. The use of additional Sensors is for this not mandatory. By thus easily possible determination of the exhaust gas recirculation mass flow are new regulatory and diagnostic procedures within each Engine management system possible, which, for example, an emission-optimal control of the internal combustion engine allowed.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.The The present invention will be explained in more detail below with reference to FIGS attached Drawing explained with reference to a preferred embodiment.
In
Die
von dem Verdichter
Des
Weiteren ist in
Für eine stabile
Berechnung des durch die einzelnen physikalisch basierten Modelle
gebildeten Gesamtmodells durch das Steuergerät
Eines
dieser von dem Steuergerät
Mit Hilfe dieses Motorfüllungsmodells kann die angesaugte Gasmasse im Brennraum in Abhängigkeit von dem Druck psr und der Temperatur Tsr des Ansauggases, welche bei Berücksichtigung der Gaskonstante R die Dichte des Ansauggases definieren, vor den Motoreinlassventilen, d. h. im Einlasskrümmer, bestimmt werden, wobei hierzu ein linearer Ansatz in Abhängigkeit von der Dichte des Ansauggases gewählt wird: With the aid of this engine filling model, the aspirated gas mass in the combustion chamber in dependence on the pressure p sr and the temperature T sr of the intake gas, which define the density of the intake gas, taking into account the gas constant R, before the engine intake valves, ie in the intake manifold, determined a linear approach is chosen depending on the density of the intake gas:
Dabei
bezeichnet mges die angesaugte Gasmasse
im Brennraum, d. h. die Masse des angesaugten Frischluft/Abgasgemisches,
n0 die (normierte) Motordrehzahl und KORR
einen Korrekturfaktor, auf welchen nachfolgend noch näher eingegangen
wird. Das Füllungsverhalten
des Verbrennungsmotors
Dabei
bezeichnen a1–a6 Koeffizienten
dieser quadratischen Polynome. Wahlweise kann die zuvor beschriebene
Abhängigkeit
von der Motordrehzahl auch durch drehzahlabhängige Kennlinien realisiert
werden, wobei in dem Steuergerät
Die
Füllung
des Brennraums des Verbrennungsmotors
Der angesaugte Gasmassenstrom dmges bzw. der angesaugte Luftmassenstrom dmLmot werden vorzugsweise in der Einheit kg/s berechnet. Selbstverständlich ist ebenso eine Umrechnung in kg/h möglich.The aspirated gas mass flow dm ges and the intake air mass flow dm Lmot are preferably calculated in the unit kg / s. Of course, a conversion in kg / h is also possible.
Als
eine weitere Zwischengröße, welche
als Grundlage für
die Berechnung des Luftverhältnisses
in dem Brennraum dienen kann, kann die Frischluftmasse mLmot in dem Brennraum des Verbrennungsmotors
Analog
kann der in dem Verbrennungsmotor
Analog
zu der Frischluftmasse im Brennraum des Verbrennungsmotors kann
auch die Abgasmasse mAGRmot im Brennraum
des Verbrennungsmotors aus der bereits bekannten angesaugten Gasmasse
mges ermittelt werden:
Als
weitere Ausgangsgröße wird
von dem Motorfüllungsmodell
das Luftverhältnis
RL im Brennraum des Verbrennungsmotors
Mit
Hilfe des zuvor erwähnten
Korrekturfaktors KORR kann das Motorfüllungsmodell an das tatsächliche
Verhalten des Verbrennungsmotors angepasst werden, wobei hierzu
ein Vergleich zwischen einem modellierten Ladedruck pladmod und
einem gemessenen tatsächlichen
Ladedruck plad erfolgt. Dieser Vergleich
kann in einem weiteren Teilmodell, welches als Korrekturmodell bezeichnet
werden kann, durchgeführt
werden. Durch die Differenz dieser beiden Größen kann ein Integrator gespeist
werden, dessen Ausgangswert den anteiligen Korrekturfaktor KORR
für die
Gesamtfüllung
des Verbrennungsmotors
Das
zuvor beschriebene Motorfüllungsmodell
Über die
in
Die
Bestimmung des Abgasrückführmassenstroms
dmAGR erfolgt mit Hilfe eines Modellansatzes
für eine
Drosselstelle des in der Abgasrückführleitung
vorhandenen Abgasrückführventils
Für die Berechnung des Abgasrückführmassenstroms dmAGR muss eine Fallunterscheidung durchgeführt werden in Abhängigkeit davon, ob der Abgasrückführmassenstrom von dem Abgastrakt in den Ansaugtrakt (dmAGR > 0) oder von dem Ansaugtrakt in den Abgastrakt (dmAGR < 0) strömt. Die obige Formel (8) gilt somit nur den Fall dmAGR ≥ 0, während für den Fall dmAGR < 0 der Abgasrückführmassenstrom dmAGR wie folgt ermittelt werden kann: For the calculation of the exhaust gas recirculation mass flow dm AGR , a case distinction must be made depending on whether the exhaust gas recirculation mass flow from the exhaust gas tract into the intake tract (dm EGR > 0) or flows from the intake tract into the exhaust tract (dm EGR <0). The above formula (8) thus applies only to the case dm AGR ≥ 0, while for the case dm AGR <0, the exhaust gas recirculation mass flow dm AGR can be determined as follows:
Die
in den Formeln (8) und (9) enthaltenen Wurzelfunktionen können vorzugsweise
durch ein quadratisches Polynom angenähert werden, welches beispielsweise
in dem hier interessierenden Temperaturbereich von 200–1200 K
gültig
ist. Um die Trägheit
der Abgasrückführung in
dem Gesamtsystem zu berücksichtigen, wird
der Abgasrückführmassenstrom
in dem Abgasrückführmassenstrommodell
des Steuergeräts
Wie
bereits erwähnt
worden ist, wird mit Hilfe dieses Modells nicht nur der Abgasrückführmassenstrom dmAGR, sondern auch die Temperatur TAGR der zurückgeführten Abgase vor der Mischstelle
mit der Frischluft berechnet. Die Temperatur TAGR ist
insbesondere zur Berechnung des Abgasrückführmassenstroms dmAGR erforderlich
(vgl. Formel (8)). Für
die Berechnung der Temperatur TAGR der zurückgeführten Abgase
vor dem Abgasrückführventil
muss ebenfalls eine Unterscheidung zwischen Vorwärtsströmung und Rückwärtsströmung vorgenommen werden. Dabei
gilt:
Im
Fall der Vorwärtsströmung (dmAGR ≥ 0)
werden heiße
Abgase durch die Abgasrückführleitung
geführt,
während
im Fall der Rückwärtsströmung Frischluft
durch die Abgasrückführleitung
strömt.
Die Abkühlung der
heißen
Gase über
der Abgasrückführleitung
wird gemäß Formel
(10) dadurch nachgebildet, dass von der Abgastemperatur TAG vor
der Turbine
Die gemäß den Formel (8) und (9) benötigte Durchflusskenngröße DF ist eine Funktion des Druckverhältnisses über die von diesem Abgasrückführmassenstrommodell nachgebildete Drosselstelle, d. h. über dem Abgasrückführventil. Da die Durchflusskenngröße DF auch in anderen Modellen des Gesamtsystems verwendet wird, ist sie vorzugsweise ebenfalls als eine eigene Methode realisiert, die von den anderen Modellen aufgerufen werden kann. Die entsprechende Methode wertet den Druck vor der entsprechenden Drosselstelle und den Druck hinter der entsprechenden Drosselstelle aus und liefert davon abhängig einen bestimmten Wert für die Durchflusskenngröße DF zurück. Dabei muss zwischen einem sogenannten überkritischen Strömungsfall, bei dem das Druckverhältnis über der Drosselstelle kleiner als ein vorgegebenes kritisches Druckverhältnis ist, und einem unterkritischen Fall, bei dem das Druckverhältnis größer als das kritische Druckverhältnis ist, unterschieden werden.The according to the formula (8) and (9) needed Flow characteristic DF is a function of the pressure ratio over the from this exhaust gas recirculation mass flow model simulated throttle point, d. H. above the exhaust gas recirculation valve. As the flow parameter DF also is used in other models of the overall system, it is preferable also realized as a separate method by the others Models can be called. The corresponding method evaluates the pressure in front of the corresponding throttle point and the pressure behind the corresponding throttle point and delivers depending on one specific value for the flow characteristic DF back. there must be between a so-called supercritical Flow case where the pressure ratio over the Throttling point is less than a predetermined critical pressure ratio, and a subcritical case where the pressure ratio is greater than the critical pressure ratio is to be distinguished.
Der
Verlauf der Durchflusskenngröße DF in
Abhängigkeit
von dem Druckverhältnis
zwischen dem Druck pvdr vor der Drosselstelle
und dem Druck pndr nach der Drosselstelle
ist in
Die
Bestimmung der effektiven Querschnittsfläche AAGR des
Abgasrückführventils
geschieht mit Hilfe eines durch einen Korrekturfaktor AKORR korrigierten
Kennlinienfelds, wobei als Eingangsgröße dieses Kennlinienfelds in
Abhängigkeit
von dem augenblicklichen Wert eines entsprechenden Bits wahlweise
der gemessene Ventilhub oder das Ansteuer-Tastverhältnis dieses
Ventils durch das Steuergerät
Durch
den zuvor erwähnten
Korrekturfaktor AKORR kann ähnlich
wie bei dem zuvor beschriebenen Motorfüllungsmodell die berechnete
Ventilquerschnittsfläche
des Abgasrückführventils
in Abhängigkeit
von einem Vergleich zwischen dem gemessenen und dem modellierten
Ladedruck in den stationären
Betriebsphasen des Verbrennungsmotors
In
Mit
Hilfe eines weiteren Modells, welches nachfolgend auch als Turbinenmodell
bezeichnet wird, kann das Verhalten des Abgastrakts vor und nach
der in
Innerhalb
des Turbinenmodells ist der Schaufelweg s der Turbine
Die
Abgastemperatur TAG vor der Turbine
Alternativ
kann auch eine additive Korrektur erfolgen:
Der Differenztemperatur-Korrekturwert ΔT2ASA wird dabei mit Hilfe einer weiteren Kennlinie in Abhängigkeit von dem Förderbeginn FB bestimmt. Die Umschaltung zwischen den beiden zuvor genannten Alternativen (vergleiche Formeln (12) und (13)) kann in Abhängigkeit von der Stellung eines entsprechenden Schalters bzw. eines entsprechenden Bits erfolgen.The differential temperature correction value ΔT2 ASA is thereby determined with the aid of a further characteristic as a function of the start of delivery FB. The switching between the two aforementioned alternatives (compare formulas (12) and (13)) can be done in dependence on the position of a corresponding switch or a corresponding bit.
Der
ausgestossene Abgasmassenstrom dmASA des
Verbrennungsmotors
Der
Gasmassenstrom dmT durch die Turbine
Des
Weiteren kann eine auf den Verdichter
Dabei
wird gemäss
Gleichung (16) ein Verlustfaktor VFAK1 bzw. VFAK2 verwendet, um
jeweils den Druckverlust vor bzw. nach dem Verdichter
Der
Frischluftmassenstrom dmV durch den Verdichter
Dabei
bezeichnet K eine Konstante und T0V eine
Bezugs- oder Referenztemperatur des Verdichters
Die in den Formeln (17) und (18) enthaltene Wurzelfunktion kann aus Rechenzeitgründen durch ein quadratisches Polynom in Abhängigkeit von TA/T0V berechnet werden.The root function contained in the formulas (17) and (18) can be calculated by a quadratic polynomial as a function of T A / T 0V for reasons of computing time.
Als
weitere Ausgangsgröße wird
mit Hilfe des Turbinenmodells die Temperatur TnT im
Abgastrakt hinter der Turbine
Die
Temperaturänderung ΔTT über
der Turbine
Als
weitere Größe wird
der Abgasgegendruck pnT hinter der Turbine
berechnet, wobei hierzu eine Druckdifferenz zwischen dem Abgastrakt
hinter der Turbine
In
Abhängigkeit
von dem korrigierten Gasmassenstrom dm*T durch
die Turbine
Ist
hingegen ein Abgasgegendrucksensor im Abgastrakt bzw. ein Differenzdrucksensor
hinter der Turbine
Der
Abgasgegendruck pvT vor der Turbine
Die Koeffizienten b0–b13 sind vorzugsweise variabel.The coefficients b 0 -b 13 are preferably variable.
Als
weitere Ausgangsgröße wird
der Abgasgegendruck pAGR vor dem in
In der Formel (24) werden der Abgasgegendruck pvT vor der Turbine und die Abgastemperatur TvT vor der Turbine vorzugsweise mit Hilfe eines PT1-Glieds verzögert bzw. gefiltert verwendet.In the formula (24), the exhaust back pressure p vT before the turbine and the exhaust gas temperature T vT upstream of the turbine are preferably used with the aid of a PT1 member delayed or filtered.
Bei
diesem Ansatz wird ein Druckabfall in der Abgasrückführleitung vor und hinter dem
Abgasrückführventil
berücksichtigt.
Der Druckabfall ist über
die effektive Querschnittsfläche
Aeff der Abgasrückführleitung (ohne Abgasrückführventil)
applizierbar. Während
einer Initialisierungsphase des Steuergeräts
Das
zuvor ausführlich
erläuterte
Turbinenmodell
Ein
weiteres physikalisch basiertes Modell dient zur Nachbildung des
Speicherverhaltens des Ansaugtrakts zwischen dem in
Als
Ausgangsgrößen dieses
Frischluftmassenstrommodells werden insbesondere der Frischluftmassenstrom
dmL durch die zuvor genannte Drosselstelle
in den Einlasskrümmer,
d. h. in den Motoreinlass, die gespeicherte Frischluftmasse mLs in dem Speichervolumen zwischen dem Verdichter
Der
modellierte Ladedruck pladmod kann wie folgt
aus der Frischluftmasse mlad im Volumen
zwischen dem Verdichter
Die Ladelufttemperatur Tlad wird dabei vorzugsweise PT1-gefiltert verwendet.The charge air temperature T lad is preferably used PT1 filtered.
Der
Frischluftmassenstrom dmL in den Einlasskrümmer kann
wie folgt in Abhängigkeit
von der PT1-gefilterten, gemessenen Ladelufttemperatur Tlad, dem modellierten Ladedruck pladmod, der Gaskonstante R, dem modellierten
Saugrohrdruck psr, d. h. dem Druck des Ansauggases
vor den Einlassventilen des Verbrennungsmotors
Auch der auf diese Weise ermittelte Frischluftmassenstrom dmL kann mit Hilfe eines entsprechenden PT1-Glieds gefiltert werden, um die Trägheit des Frischluftmassenstroms nachzubilden. Die bei der PT1-Filterung verwendeten Zeitkonstanten, welche die Trägheit des Frischluftmassenstroms für eine positive bzw. negative Veränderung nachbilden, sollten möglichst klein gewählt werden (z. B. < 20 ms). Die Wurzel in der Formel (27) kann wiederum durch ein Polynom dritter Ordnung angenähert werden. Wie bereits anhand des zuvor erläuterten Motorfüllungsmodells beschrieben worden ist, wird die Durchflusskenngröße DF erneut durch einen entsprechenden Funktionsaufruf ermittelt.The fresh air mass flow dm L determined in this way can also be filtered by means of a corresponding PT1 element in order to simulate the inertia of the fresh air mass flow. The time constants used in the PT1 filtering, which simulate the inertia of the fresh air mass flow for a positive or negative change, should be as small as possible (eg <20 ms). The root in formula (27) can again be approximated by a third-order polynomial. As has already been described with reference to the engine fill model explained above, the flow parameter DF is again determined by a corresponding function call.
Die
effektive Querschnittsfläche
Adr der Drosselstelle ist eine Funktion
des ebenfalls durch ein PT1-Glieds verzögerten Ansteuer-Tastverhältnisses
des Steuergeräts
Aus
der Massenstrombilanz des Volumens zwischen dem Verdichter
Dabei bezeichnet T0 das jeweils gewählte zeitliche Integrationsintervall. Die auf diese Weise gewonnene Frischluftmasse mlad zwischen dem Verdichter und dem Einlasskrümmer des Verbrennungsmotors wird vorzugsweise über den entsprechenden Integratorausgang auf einen minimalen Wert und einen maximalen Wert begrenzt. Die Integratorzeitkonstante ist vorzugsweise mit Hilfe eines entsprechenden Parameters variabel einstellbar.In this case, T 0 denotes the respectively selected temporal integration interval. The fresh air mass m lad obtained in this way between the compressor and the intake manifold of the internal combustion engine is preferably limited to a minimum value and a maximum value via the corresponding integrator output. The integrator time constant is preferably variably adjustable by means of a corresponding parameter.
Die auf diese Weise ermittelte Frischluftmasse mlad bildet – wie zuvor beschrieben worden ist – durch Anwendung des idealen Gasgesetzes die Grundlage zur Bestimmung des modellierten Ladedrucks pladmod gemäß Formel (26).The fresh air mass m lad determined in this way forms, as has been described above, the basis for determining the modeled charge pressure p ladmod according to formula (26) by using the ideal gas law.
Das
zuvor ausführlich
erläuterte
Frischluftmassenstrommodell
Mit
Hilfe eines weiteren Modells wird das Verhalten des Einlasskrümmers, d.
h. der Verbindung zwischen der Abgasrückführung/Frischluft-Mischstelle
und den Motoreinlassventilen, nachgebildet, wobei der Einlasskrümmer ebenfalls
durch einen Behälter
mit einem Volumen Vsr modelliert wird. Dieser
Behälter
wird nachfolgend als Saugrohr bezeichnet, so dass das entsprechende
Modell als Saugrohrmodell bezeichnet werden kann. Eine schematische
Darstellung des Ansaugtrakt-Saugrohrs ist aufbauend auf der in
Im
Saugrohr vermischen sich der zufließende Abgasrückführungmassenstrom
dmAGR und der Frischluftmassenstrom dmL zu einem Frischluft/Abgasgemisch, aus dem
der Verbrennungsmotor
Die Frischluftmasse mL ergibt sich aus der Integration der Differenz zwischen dem zu- und abfließenden Frischluftmassenstrom in das Saugrohr: The fresh air mass m L results from the integration of the difference between the incoming and outgoing fresh air mass flow into the intake manifold:
Wie aus Formel (29) ersichtlich ist, wird für die Berechnung der Frischluftmasse mL eine Fallunterscheidung durchgeführt in Abhängigkeit davon, ob über die Abgasrückführleitung Abgas in das Saugrohr (dmAGR ≥ 0) oder Frischluft aus dem Saugrohr in den Abgastrakt (dmAGR < 0) fließt. Innerhalb des Saugrohrmodells werden die Integratorausgänge und damit die berechnete Frischluftmasse mL vorzugsweise auf einen minimalen Wert und auf einen maximalen Wert begrenzt.As can be seen from formula (29), a case distinction is made for the calculation of the fresh air mass m L depending on whether exhaust gas in the intake manifold (dm EGR ≥ 0) or fresh air from the intake manifold into the exhaust tract (dm EGR < 0) flows. Within the intake manifold model, the integrator outputs and thus the calculated fresh air mass m L are preferably limited to a minimum value and to a maximum value.
Die Berechnung der zurückgeführten Abgasmasse mAGR im Saugrohr erfolgt analog zur Berechnung der Frischluftmasse. Durch Integration der Differenz aus dem zufließenden Abgasrückführmassenstrom dmAGR und dem in den Motor abfließenden Abgasrückführmassenstrom dmAGRmot ergibt sich die Masse mAGR der zurückgeführten Abgase im Saugrohr: The calculation of the recirculated exhaust mass m EGR in the intake manifold is analogous to the calculation of the fresh air mass. By integrating the difference between the incoming exhaust gas recirculation mass flow dm AGR and the exhaust gas recirculation mass flow dm AGRmot flowing into the engine, the mass m EGR of the recirculated exhaust gases in the intake manifold is obtained:
Im Falle eines negativen Abgasrückführmassenstroms wird vereinfachend angenommen, dass nur die Frischluft über die Abgasrückführleitung in den Abgastrakt strömt, d. h. es wird angenommen: dmAGR = 0. Die Masse der zurückgeführten Abgase wird wiederum über den Integratorausgang auf einen mimalen Wert und einen maximalen Wert begrenzt.In the case of a negative exhaust gas recirculation mass flow, for the sake of simplification, it is assumed that only the fresh air flows into the exhaust tract via the exhaust gas recirculation line, ie it is assumed that: AGR = 0. The mass of the recirculated exhaust gases is in turn limited to a minimum value and a maximum value via the integrator output ,
Die Zeitkonstanten der für die Berechnung der Luftmasse und der zurückgeführten Abgasmasse in dem Saugrohr verwendeten Integratoren sowie deren Gültigkeitsbereiche sind vorzugsweise über entsprechende Parameter veränderbar.The time constants of the integrators used for the calculation of the air mass and the recirculated exhaust gas mass in the intake manifold and their validity ranges are preferably over entspre changeable parameters.
Die
Gesamtgasmasse msr ergibt sich dann aus
der Addition der Frischluftmasse mL und
der Abgasmasse mAGR in dem Saugrohr. In
einer Initialisierungsphase des Steuergeräts
Der Druck psr in dem Saugrohr ergibt sich in Abhängigkeit von dem Volumen Vsr aus dem idealen Gasgesetz: The pressure p sr in the intake manifold results from the ideal gas law as a function of the volume V sr :
Als eine weitere Ausgangsgröße des Saugrohrmodells wird schließlich die Abgasrückführrate rAGR aus den Massenanteilen im Saugrohr wie folgt berechnet: Finally, as a further output variable of the intake manifold model, the exhaust gas recirculation rate r AGR is calculated from the mass fractions in the intake manifold as follows:
Das
zuvor detailliert erläuterte
Saugrohrmodell
In
einem weiteren physikalisch basierten Modell, welches in dem Steuergerät
Die Saugrohrtemperatur Tsr wird dabei in Abhängigkeit von der Abgasrückführmasse mAGR in dem Saugrohr und der Temperatur TAGR des Abgasrückführmassenstroms sowie der Frischluftmasse mL in dem Saugrohr und der (PT1-verzögerten) Temperatur Tlad des einströmenden Frischluftmassenstroms bestimmt: The intake pipe temperature T sr is determined as a function of the exhaust gas recirculation mass m AGR in the intake manifold and the temperature T AGR of the exhaust gas recirculation mass flow and the fresh air mass m L in the intake manifold and the (PT1-delayed) temperature T lad of the incoming fresh air mass flow:
Für den Fall,
dass der Nenner der Formel (33), d. h. die Gesamtmasse in dem Saugrohr,
dem Wert 0 entspricht, wird die Saugrohrtemperatur Tsr auf
den Wert der Temperatur Tlad des einströmenden Frischluftmassenstroms
gesetzt:
Die
Wandwärmeübergänge in dem
Saugrohr führen
zu einer Abkühlung
bzw. Erwärmung
des Frischluft/Abgasgemisches. Diese Temperaturänderung kann durch Addition
eines zusätzlichen
Terms ΔTsr berücksichtigt
werden.
Die
Temperaturänderung ΔTsr ist abhängig von der Wandtemperatur
TW des Saugrohrs sowie der Temperatur Tsr des Frischluft/Abgasgemisches im Saugrohr.
Der Erwärmungs- bzw. Abkühlungseffekt
durch die Wandwärmeübergänge ist
zudem abhängig
von dem aktuellen Motorbetriebspunkt. Dies kann mit Hilfe eines Kennfelds
bei der Berechnung der Temperaturänderung ΔTsr berücksichtigt
werden, wobei in diesem Kennfeld ein Faktor in Abhängigkeit
von der Drehzahl n und dem in den Brennraum des Verbrennungsmotors
Aus
der Formel (36) ist ersichtlich, dass die Temperaturänderung ΔTsr aus einem Differenzwert der Wandtemperatur
TW des Saugrohrs und der Temperatur Tsr des Frischluft/Abgasgemisches in dem Saugrohr berechnet
wird, wobei dieser Differenzwert mit einem Faktor multipliziert
wird, welcher von der Motordrehzahl n und dem angesaugten Frischluftmassenstrom
dmLmot des Verbrennungsmotors
Die Ausgangsgröße, d. h. die Saugrohrtemperatur Tsr, des Saugrohrtemperaturmodells wird wiederum bevorzugt durch ein PT1-Glied zeitlich verzögert bestimmt.The output variable, ie, the intake manifold temperature T sr , of the intake manifold temperature model is again preferably determined by a PT1 member with a time delay.
Das
zuvor erläuterte
Saugrohrtemperaturmodell
Wie bereits zuvor erläutert worden ist, können weitere physikalisch basierte Modelle bzw. Funktionen oder Methoden vorgesehen sein, welche aus den einzelnen zuvor detailliert beschriebenen Modellen aufgerufen werden können, um bestimmte Größen in Abhängigkeit von jeweils übergebenen Parametern bestimmen zu können. Eine derartige Funktion bzw. Methode kann – wie bereits erläutert worden ist – zur Bestimmung der Durchflusskenngröße DF vorgesehen sein.As previously explained has been able to other physically based models or functions or methods be provided, which from the individual previously described in detail Models can be called, depending on specific sizes each handed over Be able to determine parameters. Such a function or method can - as already explained is - to Determination of flow characteristic DF provided be.
Darüber hinaus
kann eine Funktion zur Umrechnung bestimmter Größen sowie zur Bereitstellung
bestimmter Konstanten und Parameter vorgesehen sein, auf welche
die einzelnen Modelle zugreifen können. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit
wird in dem Gesamtmodell hauptsächlich
mit Größen in SI-Einheiten
gerechnet. Daher sind für
die einzelnen Teil- oder Untermodelle zum Teil Vorverarbeitungen
bzw. Umrechnungen der jeweils verwendeten Größen erforderlich, welche von
diesem Funktionsblock wahrgenommen werden können. Dabei können separate
Abschnitte bzw. Methoden für
die Verarbeitung von drehzahlsynchronen Größen und zeitsynchronen Größen vorgesehen
sein. Ein Beispiel für
eine derartige Umrechnung ist die Umrechnung der Eingangssignale
für Wegmesssysteme.
Sollten für
die Abgasrückführventil-
und Schaufelposition Wegmesssysteme eingesetzt werden, die eine
Signalverarbeitung in dem Steuergerät
Eine weitere zentral bereitgestellte Methode bzw. ein weiterer zentral bereitgestellter Funktionsblock kann zur Realisierung der bereits zuvor erläuterten PT1-Filterung verschiedener Größen vorgesehen sein. Zu diesem Zweck ist diese Methode derart realisiert, dass sie mit zwei Zeitkonstanten, welche in Abhängigkeit von der Eingangssignalrichtung (auf- oder absteigend) umgeschaltet werden, aufgerufen wird. Darüber hinaus wird diese Methode neben der Angabe des jeweiligen Eingangssignals vorzugsweise auch mit einem Parameter aufgerufen, welcher das jeweilige Zeitraster beschreibt. Der Rückgabewert dieser Methode bzw. dieses Funktionsblocks ist dann das PT1-gefilterte Eingangssignal.A another centrally provided method or another centrally provided function block can for the realization of already previously explained PT1 filtering of various sizes provided be. For this purpose, this method is realized such that They have two time constants, which depend on the input signal direction (ascending or descending), is called. Furthermore this method is preferred in addition to the indication of the respective input signal Also called with a parameter which the respective time grid describes. The return value this method or function block is then the PT1 filtered Input signal.
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- 2001-11-28 DE DE10158249A patent/DE10158249B4/en not_active Expired - Fee Related
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