DE102008044269A1 - Method for adjusting exhaust gas recirculation rate of internal combustion engine, involves detecting exhaust residual percentage in fresh-gas mixture in intake manifold - Google Patents

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Abstract

The method involves detecting exhaust residual percentage in fresh-gas mixture (F-man) in intake manifold (6). The exhaust residual percentage algorithm of fresh-gas mixture is detected by an algorithm. The exhaust residual percentage of fresh-gas mixture is controlled in intake manifold in a closed-loop. An independent claim is also included for an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Abgasrückführrate einer Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine und ein Fahrzeug mit den in den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.The The invention relates to a method for adjusting the exhaust gas recirculation rate of a Internal combustion engine, an internal combustion engine and a vehicle with as stated in the preambles of the respective independent claims Features.

Es ist bekannt, dass die Vorschriften für die Abgasemissionen der Brennkraftmaschinen mit steigender Anzahl der Fahrzeuge ständig verschärft werden, wie beispielsweise EURO 6 Norm in Europa oder Tier 2 oder Bin 5 in USA. Manche Hersteller ziehen es vor, verschiedene Befeuerungsstrategien einzusetzen wie HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) oder aktive Nachbehandlungsvorrichtungen wie NOx-(Stickstoffoxid)-Abscheider oder SCR-(Selective Catalytic Reduction)-Katalysatoren. Jedoch erfordern diese Technologien einen erheblichen materiellen Aufwand und Entwicklungsaufwand, die die Komplexität der Systeme erhöhen und für den Konsumenten hohe Folgekosten wie höheren Kraftstoffverbrauch und Technologienachhaltigkeitskosten bedeuten.It is known that the regulations for the exhaust emissions of internal combustion engines with increasing number of vehicles are constantly tightening, such as EURO 6 standard in Europe or Tier 2 or Bin 5 in USA. Some manufacturers prefer to use different firing strategies like HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) or active aftertreatment devices such as NOx (nitrogen oxide) or SCR (Selective Catalytic Reduction) catalysts. however These technologies require a considerable amount of material and development efforts that increase the complexity of the systems and for the consumer high consequential costs such as higher fuel consumption and technological sustainability costs mean.

Eine der bekannten Strategien, die Emissionen einer Brennkraftmaschine zu senken, ist es die Abgasreinigung durch eine Abgasrückführung zu verbessern. Die Abgase enthalten immer noch relativ viel Sauerstoff und werden so teilweise der Frischluftzufuhr beigemischt, wodurch weniger Frischluft aus der Atmosphäre entnommen werden muß. Die Abgase werden hierzu entweder direkt nach dem Auslaßkrümmer entnommen oder erst durch eine einen Katalysator- oder Partikelfilter enthaltende Abgasreinigungsanlage gereinigt und dann zum Teil über eine hierfür vorgesehene Zuleitung entnommen und der Frischluftzufuhr am Einlaßkrümmer beigemischt.A the known strategies, the emissions of an internal combustion engine To lower, it is the exhaust gas purification through an exhaust gas recirculation to improve. The exhaust gases still contain a relatively large amount of oxygen and will so partially mixed with the fresh air, creating less fresh air from the atmosphere must be removed. For this purpose, the exhaust gases are taken either directly after the exhaust manifold or first by a catalyst or particle filter containing Purified emission control system and then partly over a designated for this purpose Taken from supply line and the fresh air supply admixed to the intake manifold.

Nach bekannten Verfahren wird die Luftzubereitungsstruktur derart ausgeführt, dass ein Komprimierungsdruck, Abgasrückführungs- und Luftmassenfluß ermittelt werden. Die Abgasrückführung wird gewöhnlich entweder in einem Prozentanteil der rückgeführten Abgase oder der Restgase im Einlaßkrümmer ausgedrückt.To Known methods, the air preparation structure is carried out such that a compression pressure, exhaust gas recirculation and air mass flow determined become. Exhaust gas recirculation usually becomes either in a percentage of recirculated exhaust gases or the residual gases in the intake manifold.

Die bekannten Steuerungen der Abgasanlagen einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung verwenden einen Luftmassensensor oder sogenannten MAF-Sensor (Mass Air Flow) zum Bestimmen des Luftmassenflusses, wobei der Restgasanteil rückgeführter Abgase aus Modellrechnungen abgeschätzt wird. Dadurch ist es nicht möglich, den Restgasanteil rückgeführter Abgase in dem Frischluft-Abgasgemisch kontrolliert zu regeln, z. B. in einem geschlossenen Regelkreis. Eine genaue Regelung des Restgasanteils ist jedoch von größter Wichtigkeit, wenn ein stabiler Verbrennungsbetrieb der Brennkraftmaschine bei Erhaltung niedriger NOx-Emissionen gewährleistet werden soll. Eine derartige Regelung des Restgasanteils rückgeführter Abgase in dem Frischluft-Abgasgemisch im geschlossenen Regelkreis ist durch einen zusätzlichen Restgasanteil-Sensor durchführbar, wodurch jedoch der Aufwand und somit die Herstellkosten steigen. Als ein Restgasanteil-Sensor kann hierbei ein NOx-Sensor, ein Sauerstoffkonzentrationssensor oder ein COx-Sensor verwendet werden.The Known controls the exhaust systems of an internal combustion engine use with exhaust gas recirculation an air mass sensor or so-called MAF sensor (Mass Air Flow) for determining the Air mass flow, the residual gas content of recirculated exhaust gases from model calculations estimated becomes. This does not make it possible the residual gas content of recirculated exhaust gases controlled in the fresh air-exhaust gas mixture to control, for. In a closed loop. An exact regulation of the residual gas content is of the utmost importance, though a stable combustion operation of the internal combustion engine when preserved low NOx emissions shall be. Such a regulation of the residual gas content of recirculated exhaust gases in the fresh air-exhaust gas mixture in the closed loop is through An additional Residual gas component sensor feasible, However, which increases the effort and thus the production costs. As a residual gas content sensor here can be a NOx sensor, an oxygen concentration sensor or a COx sensor can be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gesteuerte Einstellen der Abgasrückführrate einer Brennkraftmaschine derart zu verbessern, dass die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Zubereitung des Frischluft-Abgasgemischs gesteigert und die Herstellkosten der Brennkraftmaschine zugleich gesenkt werden.Of the Invention is based on the object, the controlled setting the exhaust gas recirculation rate of a To improve internal combustion engine such that the accuracy and reliability the preparation of the fresh air-exhaust gas mixture increased and the production costs the internal combustion engine are lowered simultaneously.

Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1, durch eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 und ein Fahrzeug nach Anspruch 15 gelöst.The inventive tasks are obtained by a method according to claim 1, by an internal combustion engine according to claim 9 and a vehicle according to claim 15.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einstellen der Abgasrückführrate einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem mit einem Frischluftzufuhrstrang und einer Abgasrückführung verbundenen Einlaßkrümmer und wenigstens einem mit einer Abgasanlage verbundenen Auslaßkrümmer, aufweisend ein Steuersystem zum Einstellen einer Abgasrückführrate, umfaßt folgende Verfahrensschritte, die gewährleisten, dass

  • – wenigstens ein Restgasanteil im Frischluft-Abgasgemisch im Einlaßkrümmer erfaßt wird,
  • – aus dem erfaßten Restgasanteil der Frischluftmassenfluß nach einem Algorithmus ermittelt wird, und
  • – der Restgasanteil des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird.
A method according to the invention for adjusting the exhaust gas recirculation rate of an internal combustion engine having at least one intake manifold connected to a fresh air supply line and an exhaust gas recirculation and at least one exhaust manifold connected to an exhaust system, comprising a control system for setting an exhaust gas recirculation rate, comprises the following method steps which ensure that
  • - At least one residual gas content in the fresh air-exhaust gas mixture is detected in the intake manifold,
  • - From the detected residual gas content of the fresh air mass flow is determined by an algorithm, and
  • - The residual gas content of the fresh air-exhaust gas mixture in the intake manifold is controlled in a closed loop.

Die Abgasrückführrate ist hierbei das Verhältnis des Massenstroms der Frischluft zum Massenstrom rückgeführter Abgase, in welchen ein Restgasanteil vorliegt. Der Restgasanteil repräsentiert hingegen den Anteil eines Restgases wie NOx, COx oder Sauerstoffs O2 im gesamten Gasstrom an der jeweiligen betreffenden Position im System.The exhaust gas recirculation rate is in this case the ratio of the mass flow of the fresh air to the mass flow of recirculated exhaust gases, in which a residual gas content is present. The residual gas content, however, represents the proportion of a residual gas such as NOx, COx or oxygen O 2 in the entire gas flow at the respective relevant position in the system.

Es ist von einem weiteren Vorteil, wenn die Erfassung des Restgasanteils des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer mit Hilfe wenigstens einem NOx-Sensor, Sauerstoffkonzentrationssensor oder COx-Konzentrationssensor ausgeführt wird.It is of another benefit when capturing the residual gas content the fresh air-exhaust gas mixture in the intake manifold by means of at least one NOx sensor, oxygen concentration sensor or COx concentration sensor running becomes.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Mittel zum Erfassen des Restgasanteils des Frischluft-Abgasgemischs wenigstens einen Temperatursensor, der zum Erfassen der Temperatur im Einlaßkrümmer und/oder im Frischluftzufuhrstrang und/oder der Abgasrückführung vorgesehen ist.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the means for detecting the residual gas content of the fresh air-exhaust gas mixture comprise at least one temperature sensor for detecting the temperature in Inlet manifold and / or is provided in the fresh air supply line and / or exhaust gas recirculation.

Ferner umfassen die Mittel zum Erfassen des Restgasanteils des Frischluft-Abgasgemischs vorzugsweise wenigstens einen Drucksensor, der zum Erfassen des Druckes im Einlaßkrümmer vorgesehen ist.Further The means for detecting the residual gas content of the fresh air / exhaust gas mixture preferably comprise at least one pressure sensor provided for detecting the pressure in the intake manifold is.

Besonders weitgehende Vorteile lasen sich durch erfindungsgemäße Ausgestaltungen erzielen, wenn zum Steuern der Frischluftzufuhr eine ansteuerbare Frischluftdrossel und/oder zum Steuern der Abgasrückführrate eine ansteuerbare Restgasdrossel verwendet wird.Especially far-reaching advantages are read by embodiments according to the invention achieve, if to control the fresh air supply a controllable Fresh air throttle and / or for controlling the exhaust gas recirculation rate a controllable residual throttle is used.

Der erfindungsgemäße Algorithmus zum Ermitteln des Frischluftmassenflusses aus dem erfaßten Restgasanteil des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer berücksichtigt in weiteren bevorzugten Ausgestaltungen wenigstens einen Parameter eines Motorsteuerungsmodells der Brennkraftmaschine. Es können beispielsweise berechnete Temperaturwerte oder Volumina von Komponenten der Frischluft- und Abgasstränge sein.Of the inventive algorithm for determining the fresh air mass flow from the detected residual gas content the fresh air-exhaust gas mixture in the intake manifold considered in further preferred Embodiments at least one parameter of a motor control model the internal combustion engine. It can For example, calculated temperature values or volumes of components the fresh air and exhaust strands be.

Zusätzlich oder alternativ kann der Algorithmus zum Ermitteln des Frischluftmassenflusses aus dem erfaßten Restgasanteil des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer wenigstens einen Parameter eines Hilfssensors der Brennkraftmaschine berücksichtigen.Additionally or Alternatively, the algorithm for determining the fresh air mass flow from the recorded Residual gas content of the fresh air-exhaust gas mixture in the intake manifold at least take into account a parameter of an auxiliary sensor of the internal combustion engine.

Die Ermittlung des Frischluftmassenflusses aus dem erfaßten Restgasanteil wird vorzugsweise nach folgender mathematischer Beziehung durchgeführt:

Figure 00040001
woraus folgt:
Figure 00040002
wobei die Abkürzungen wie folgt aufzuschlüsseln sind:

FMAN
Restgasanteil im Einlaßkrümmer
FEGR
Restgasanteil im Abgasrückführungssystem
FFXH
Restgasanteil im Abgasstrang vor oder nach Abgasreinigungsmaßnahmen
P
Druck
R
Gaskonstante
T
Temperatur
T
mittlere Temperatur
TEGR
Temperatur in der Abgasrückführung
TMAN
Temperatur im Einlaßkrümmer
TIS
Temperatur im Einlaßsystem
V
Gesamtvolumen
VEGR
Volumen der Abgasrückführung
VIS
Volumen des Frischluftzufuhrstranges
VMAN
Volumen des Einlaßkrümmers
WAIR
Frischluftmassenfluß
WAP
Massenfluß der Frischluft-Abgasmischung
WEGR
Abgasmassenfluß
und das Gesamtvolumen sich zusammensetzt aus: V = VEGR + VIS + VMAN. The determination of the fresh air mass flow from the detected residual gas content is preferably carried out according to the following mathematical relationship:
Figure 00040001
From which follows:
Figure 00040002
where the abbreviations are to be broken down as follows:
F MAN
Residual gas content in the intake manifold
F EGR
Residual gas content in the exhaust gas recirculation system
F FXH
Residual gas content in the exhaust system before or after emission control measures
P
print
R
gas constant
T
temperature
T
medium temperature
T EGR
Temperature in the exhaust gas recirculation
T MAN
Temperature in the intake manifold
T IS
Temperature in the intake system
V
total volume
V EGR
Volume of exhaust gas recirculation
V IS
Volume of fresh air supply line
V MAN
Volume of intake manifold
W AIR
Frischluftmassenfluß
W AP
Mass flow of fresh air exhaust gas mixture
W EGR
Abgasmassenfluß
and the total volume is composed of: V = V EGR + V IS + V MAN ,

Nach einem zweiten Aspekt werden die erfindungsgemäßen Aufgaben durch eine Brennkraftmaschine mit einem mit einem Frischluftzufuhrstrang und einer Abgasrückführung verbundenen Einlaßkrümmer und einem mit einer Abgasanlage verbundenen Auslaßkrümmer, aufweisend ein Steuersystem zum Einstellen einer Abgasrückführrate, dadurch gelöst, dass Mittel zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens nach einer der bevorzugten Ausgestaltungen vorgesehen sind.To In a second aspect, the objects of the invention are achieved by an internal combustion engine with a connected to a fresh air supply line and exhaust gas recirculation Intake manifold and an exhaust manifold connected to an exhaust system, comprising a control system for setting an exhaust gas recirculation rate, solved by that means to run of the method described above according to one of the preferred embodiments are provided.

Dabei weisen die Mittel zum Ausführen des Verfahrens Mittel zum Erfassen des Restgasanteils des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer und zum Ermitteln des Frischluftmassenflusses aus dem erfaßten Restgasanteil auf.there have the means to perform of the method means for detecting the residual gas content of the fresh air-exhaust gas mixture in the intake manifold and for determining the fresh air mass flow from the detected residual gas content on.

Vorzugsweise weisen die Mittel zum Erfassen wenigstens eines Restgasanteils des Frischluft-Abgasgemischs wenigstens einen NOx-Sensor, Sauerstoffkonzentrationssensor oder COx-Konzentrationssensor auf.Preferably have the means for detecting at least one residual gas portion of the Fresh air exhaust gas mixture at least one NOx sensor, oxygen concentration sensor or COx concentration sensor.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine weisen die Mittel zum Erfassen des Restgasanteils des Frischluft-Abgasgemischs wenigstens einen Temperatursensor, der zum Erfassen der Temperatur im Einlaßkrümmer und/oder im Frischluftzufuhrstrang und/oder der Abgasrückführung vorgesehen ist.In a further preferred embodiment of the internal combustion engine according to the invention have the means for detecting the residual gas content of the fresh air-exhaust gas mixture at least one temperature sensor for detecting the temperature in the intake manifold and / or is provided in the fresh air supply line and / or exhaust gas recirculation.

Die Mittel zum Erfassen eines Restgasanteils des Frischluft-Abgasgemischs umfassen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung wenigstens einen Drucksensor, der zum Erfassen des Druckes im Einlaßkrümmer vorgesehen ist. Der erfaßte Druck wird hierbei zur Berechnung und/oder Ermittlung des Restgasanteils verwendet.The Means for detecting a residual gas content of the fresh air-exhaust gas mixture comprise according to a Another preferred embodiment of the present invention, at least a pressure sensor provided for detecting the pressure in the intake manifold is. The captured Pressure is used to calculate and / or determine the residual gas content used.

Zum Steuern der Frischluftzufuhr ist ferner vorzugsweise wenigstens eine ansteuerbare Frischluftdrossel und/oder zum Steuern der Abgasrückführrate wenigstens eine ansteuerbare Restgasdrossel vorgesehen. Die jeweiligen Drosseln sind in den betreffenden Zufuhrsträngen angeordnet.For controlling the fresh air supply is preferably at least one controllable fresh air throttle and / or for controlling the exhaust gas recirculation rate at least one controllable residual throttle intended. The respective throttles are arranged in the respective supply lines.

Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden nach einem weiteren Aspekt auch durch ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine nach einer der vorhergehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen gelöst.The inventive tasks become after another aspect also by a vehicle with a Internal combustion engine according to one of the previously described preferred Embodiments solved.

Die Erfindung eignet sich zum Einsatz in Abgasrückführsystemen mit einer sogenannten Hochdruck-Abgasrückführung sowie in Systemen mit Niederdruck-Abgasrückführung. Selbstverständlich kann die Erfindung auch in Abgasrückführsystemen Verwendung finden, die sowohl mit einer Hochdruck-Abgasrückführung als auch mit einer Niederdruck-Abgasrückführung ausgestattet sind.The Invention is suitable for use in exhaust gas recirculation systems with a so-called High pressure exhaust gas recirculation as well in systems with low pressure exhaust gas recirculation. Of course you can the invention also in exhaust gas recirculation systems use find that both equipped with a high-pressure exhaust gas recirculation and with a low-pressure exhaust gas recirculation are.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Außerdem ergeben sich weitere erfindungsgemäße Merkmale, Eigenschaften und Vorteile aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Figuren.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the others, in the subclaims mentioned features. Furthermore arise further features of the invention, properties and advantages from the following description of the embodiments with reference to the attached Characters.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below in embodiments with reference to FIG associated Drawings explained. Show it:

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, 1 a schematic representation of the internal combustion engine according to the invention with exhaust gas recirculation,

2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen der Abgasrückführrate, und 2 a flowchart of the inventive method for adjusting the exhaust gas recirculation rate, and

3 eine schematische Darstellung einer logischen Schaltung zum Steuern der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung. 3 a schematic representation of a logic circuit for controlling the internal combustion engine according to the invention with exhaust gas recirculation.

1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung 9. 1 shows a schematic representation of the internal combustion engine according to the invention with exhaust gas recirculation 9 ,

Ein Frischluftstrang 3 weist einen Verdichter 1, eine Frischluftzuleitung 2 und ein Frischluftsystem 4 auf, wobei das Frischluftsystem 4 beispielsweise ein Volumen VIS des Einlaßsystems symbolisiert, in welchem eine Temperatur TIS der Frischluft im Einlaßsystem vorliegt. Der Frischluftstrang 3 ist mit dem Einlaßkrümmer 6 verbunden. Erfindungsgemäß fehlt in dem Frischluftzufuhrstrang 3 ein Luftmassensensor zum Erfassen des Frischluftmassenflusses WAIR.A fresh air strand 3 has a compressor 1 , a fresh air supply 2 and a fresh air system 4 on, with the fresh air system 4 For example, symbolizes a volume V IS of the intake system, in which there is a temperature T IS of the fresh air in the intake system. The fresh air line 3 is with the intake manifold 6 connected. According to the invention, the fresh air supply line is missing 3 an air mass sensor for detecting the fresh air mass flow W AIR .

Über eine Abgasrückführzuleitung 10 ist die Abgasrückführung 9 ebenso mit dem Einlaßkrümmer 6 verbunden, so dass die Frischluft und die rückgeführten Abgase miteinander vermischt werden. Die Vermischung der Frischluft mit den rückgeführten Abgasen wird beispielsweise über jeweils eine steuerbare Drosselklappe (nicht dargestellt) durch eine Steuerung ausgeführt und eine Abgasrückführrate rMAN in Abhängigkeit von Regelparametern eingestellt.Via an exhaust gas recirculation supply line 10 is the exhaust gas recirculation 9 as well with the intake manifold 6 connected, so that the fresh air and the recirculated exhaust gases are mixed together. The mixing of the fresh air with the recirculated exhaust gases is performed, for example via a respective controllable throttle valve (not shown) by a controller and set an exhaust gas recirculation rate r MAN as a function of control parameters.

Die Abgasrückführung 9 weist ein EGR-System bzw. Abgasrückführungssystem 8 und eine Abgasrückführzuleitung 10 auf. Das EGR-System 8 ist in Analogie zum Frischluftsystem 4 mit einem symbolisierenden Volumen VEGR der Abgasrückführungsanlage bedacht, in welchem eine Temperatur TEGR der Abgase in der Abgasrückführungsanlage vorliegt. Ferner ist symbolisch eine Turbine 7 in der Abgasanlage dargestellt, die den Verdichter 1 über eine Welle (nicht dargestellt) durch ausströmende Abgase antreibt.The exhaust gas recirculation 9 has an EGR system or exhaust gas recirculation system 8th and an exhaust gas recirculation supply line 10 on. The EGR system 8th is analogous to the fresh air system 4 considered with a symbolizing volume V EGR the exhaust gas recirculation system in which there is a temperature T EGR of the exhaust gases in the exhaust gas recirculation system. Further symbolically is a turbine 7 shown in the exhaust system, which is the compressor 1 via a shaft (not shown) by outflowing exhaust gases drives.

Im Einlaßkrümmer 6 ist erfindungsgemäß ein FMAN-Sensor bzw. ein Restgassensor 5 angeordnet, mit dem der Restgasanteil FMAN im Einlaßkrümmer erfaßt wird. Es kann mit diesem Sensor der Sauerstoffgehalt, der NOx- oder COx-Gehalt oder eine Kombination davon erfaßt werden. Auch dem Einlaßkrümmer 6 ist ein Volumen VMAN zugeordnet, in welchem eine Temperatur TMAN vorliegt. Der erfaßte Restgasanteil FMAN im Einlaßkrümmer wird als die maßgebende Parametergröße für die Ermittlung aller zur Steuerung benötigten Größen herangezogen.In the intake manifold 6 According to the invention, a FMAN sensor or a residual gas sensor 5 arranged, with which the residual gas content F MAN is detected in the intake manifold. It can be detected with this sensor, the oxygen content, the NOx or COx content or a combination thereof. Also the intake manifold 6 is assigned a volume V MAN , in which a temperature T MAN exists. The detected residual gas F MAN in the intake manifold is used as the authoritative parameter size for the determination of all variables required for control.

Die jeweiligen Temperaturen TMAN, TIS und TEGR werden entweder durch je einen Temperatursensor (nicht dargestellt) erfaßt und/oder zum Teil aus einem Motorsteuermodell ermittelt. Für die Berechnung wird beispielsweise eine Mitteltemperatur T aus den drei obigen Temperaturwerten gebildet. Erfindungsgemäß wird diese Mitteltemperatur dem Gesamtvolumen V zugeordnet: V = VEGR + VIS + VMAN. The respective temperatures T MAN , T IS and T EGR are either detected by a respective temperature sensor (not shown) and / or determined in part from a motor control model. For the calculation, for example, an average temperature T is formed from the three above temperature values. According to the invention, this mean temperature is assigned to the total volume V: V = V EGR + V IS + V MAN ,

Das in dem Einlaßkrümmer 6 gebildete Frischluft-Abgasgemisch strömt mit einem Massenfluß der Frischluft-Abgasmischung WAP in die Zylinder der Brennkraftmaschine. Die von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgase passieren die Abgasreinigungsmaßnahmen der Abgasanlage (nicht dargestellt) oder werden bereits davor abgegriffen und in das Abgasrückführungssystem 8 mit einem Abgasmassenfluß WEGR und einem Restgasanteil im Abgasstrang FEXH eingeleitet.That in the intake manifold 6 formed fresh air exhaust gas mixture flows with a mass flow of fresh air exhaust gas mixture W AP in the cylinder of the internal combustion engine. The exhaust gases emitted by the internal combustion engine pass through the exhaust gas cleaning measures of the exhaust system (not shown) or are already tapped before and into the exhaust gas recirculation system 8th initiated with an exhaust gas mass flow W EGR and a residual gas content in the exhaust line F EXH .

Eine nicht dargestellte Steuerung steuert die Drosselklappen des Frischluftstranges und des Abgasrückführstranges in Abhängigkeit von dem erfaßten Restgasanteil FMAN im Einlaßkrümmer und eventuell erfaßten Temperatur in wenigstens einem der beteiligten Volumina. Eine bevorzugte Berechnungsmethode verwendet folgende mathematische Beziehungen

Figure 00080001
woraus für den gesuchten Frischluftmassenfluß folgt:
Figure 00090001
wodurch dieser ohne einen Luftmassensensor im Frischluftstrang ermittelt worden ist und außerdem die Steuerung des Restgasanteils im Einlaßkrümmer FMAN in einem geschlossenen Regelkreis ausgeführt wird.A controller, not shown, controls the throttle valves of the fresh air line and the exhaust gas recirculation line in response to the detected residual gas F MAN in the intake manifold and possibly detected temperature in at least one of the participating volumes. A preferred calculation method uses the following mathematical relationship relations
Figure 00080001
what follows for the sought fresh air mass flow:
Figure 00090001
whereby it has been determined without an air mass sensor in the fresh air line and also the control of the residual gas content in the intake manifold F MAN is performed in a closed loop.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Abgasrückführrate rMAN in einer bevorzugten Ausgestaltung. 2 shows a flowchart of the inventive method for adjusting an exhaust gas recirculation rate r MAN in a preferred embodiment.

Im Verfahrensschritt S1 werden die Motorzustandsparameter erfaßt und in S2 beispielsweise für eine Online-Kalibrierung des FMAN-Sensors verwendet. Im Schritt S3 erfolgt die Erfassung des Restgasanteils FMAN und im S5 beispielsweise auch eine Druckerfassung im Einlaßkrümmer. Im Schritt S4 werden die erfaßten Größen aufbereitet und an weitere Verfahrensschritte übergeben.In method step S1, the engine state parameters are detected and used in S2, for example, for online calibration of the FMAN sensor. In step S3, the detection of the residual gas F MAN and in S5, for example, a pressure detection in the intake manifold. In step S4, the detected variables are processed and transferred to further process steps.

Im Verfahrensschritt S6 erfolgt eine Ermittlung des Restgasanteils FEXH im Abgasstrang. Parallel dazu erfolgt im Schritt S7 eine Differenzierung des FMAN-Sensorsignals, deren Ergebnis im Schritt S10 verwendet wird.In method step S6, the residual gas component F EXH in the exhaust gas system is determined. In parallel, a differentiation of the F MAN sensor signal takes place in step S7, the result of which is used in step S10.

Im Verfahrensschritt S9 wird eine Verzögerung berücksichtigt, die im EGR-System aufgrund der Ausbreitung der Abgase entlang des Abgasrückführstranges auftritt und auch dieses Ergebnis wird im Schritt S10 verwendet.in the Step S9 takes into account a delay in the EGR system due to the propagation of the exhaust gases along the exhaust gas recirculation line occurs and also this result is used in step S10.

Parallel hierzu wird der im Schritt S5 erfaßte Druck im Einlaßkrümmer dem Verfahrensschritt S8 zugeführt, wo das erfaßte Drucksignal einer Differenzierung unterzogen wird. Das Ergebnis dieser Differenzierung wird ebenso dem Verfahrensschritt S10 zugeführt wie zuvor die oben beschriebenen Signale.Parallel For this purpose, the detected in step S5 pressure in the intake manifold is the Supplied to step S8, where that seized Pressure signal is subjected to differentiation. The result This differentiation is also supplied to the method step S10 as previously the signals described above.

Schließlich erfolgt im Verfahrensschritt S10 eine Berechnung des Frischluftmassenstromes WAIR. Das kann beispielsweise wie unter 1 angegeben ausgeführt werden.Finally, in method step S10, a calculation of the fresh air mass flow W AIR takes place . This can, for example, as under 1 specified to be executed.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer logischen Schaltung 16 zum Steuern der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung. Diese Schaltung ist eine typische durch das bekannte Programmwerkzeug SIMULINK der Fa. The MathWorks erzeugte Funktionsschaltung und weist einen Aufbau aus definierten logischen Bausteinen auf, deren Funktion hinreichend aus der Dokumentation zum SIMULINK Programmwerkzeug bekannt ist und daher nicht im Einzelnen erklärt zu werden braucht. 3 shows a schematic representation of a logic circuit 16 for controlling the internal combustion engine according to the invention with exhaust gas recirculation. This circuit is a typical generated by the well-known program tool SIMULINK Fa. The MathWorks function circuit and has a structure of defined logical building blocks whose function is sufficiently known from the documentation for SIMULINK program tool and therefore need not be explained in detail.

Der logische Block 11 dient zum Ermitteln des Restgasanteils FEXH im Abgasstrang vor oder nach Abgasreinigungsmaßnahmen und der Temperatur TEXH der Abgase nach Auslaß aus dem Zylinder.The logical block 11 is used to determine the residual gas content F EXH in the exhaust system before or after the exhaust gas cleaning measures and the temperature T EXH of the exhaust gases after leaving the cylinder.

Im logischen Block 12 wird die unter 2 im Schritt S7 beschriebene Differenzierung des FMAN-Sensorsignals ausgeführt.In the logical block 12 will the under 2 Differentiation of the FMAN sensor signal described in step S7.

Im logischen Block 13 wird die unter 2 im Schritt S8 beschriebene Differenzierung des Druck-Sensorsignals ausgeführt.In the logical block 13 will the under 2 performed in step S8 differentiation of the pressure sensor signal.

Block 14 stellt eine Zeitverzögerung dar und Block 15 ermittelt die Flußverzögerung im EGR-System, wie unter 2 im Schritt S9 dargestellt.block 14 represents a time delay and block 15 determines the flow delay in the EGR system, as described in 2 shown in step S9.

An dem Ausgang 17 steht das gesuchte Signal zum ermittelten Frischluft-Massenfluß WAIR an.At the exit 17 is the signal sought to the determined fresh air mass flow W AIR .

11
Verdichtercompressor
22
FrischluftzuleitungFresh air supply
33
FrischluftstrangFresh air train
44
FrischluftsystemFresh air system
55
FMAN-Sensor, RestgassensorFMan sensor, Residual gas sensor
66
Einlaßkrümmerintake manifold
77
Turbineturbine
88th
EGR-System, AbgasrückführungssystemEGR system, Exhaust gas recirculation system
99
AbgasrückführungExhaust gas recirculation
1010
AbgasrückführzuleitungExhaust gas recirculation supply line
11..1511..15
logischer Blocklogically block
1616
logische Schaltunglogical circuit
1717
Ausgangoutput
S1..S10S1..S10
Verfahrensschrittesteps
EGREGR
rückgeführte Abgaserecirculated exhaust gases
FMAN F MAN
Restgasanteil im EinlaßkrümmerResidual gas in the intake manifold
FEGR F EGR
Restgasanteil im AbgasrückführungssystemResidual gas in the exhaust gas recirculation system
FEXH F EXH
Restgasanteil im Abgasstrang vor oder nach AbgasreinigungsmaßnahmenResidual gas in the exhaust system before or after emission control measures
MAF-SensorMAF sensor
Luftmassen-SensorAir mass sensor
FMAN-SensorFMan sensor
Restgasanteil-SensorResidual gas sensor
PP
Druckprint
RR
Gaskonstantegas constant
rMAN MAN
AbgasrückführrateExhaust gas recirculation rate
TT
Temperaturtemperature
TT
mittlere Temperaturmiddle temperature
TEGR T EGR
Temperatur in der Abgasrückführungsanlagetemperature in the exhaust gas recirculation system
TMAN T MAN
Temperatur im Einlaßkrümmertemperature in the intake manifold
TIS T IS
Temperatur im Einlaßsystemtemperature in the intake system
TEXH T EXH
Temperatur der Abgase nach Auslaß aus dem Zylindertemperature the exhaust gases to the outlet the cylinder
VV
Volumenvolume
VEGR V EGR
Volumen der Abgasrückführungsanlagevolume the exhaust gas recirculation system
VIS V IS
Volumen des Einlaßsystemsvolume of the intake system
VMAN V MAN
Volumen des Einlaßkrümmersvolume the intake manifold
WAIR W AIR
FrischluftmassenflußFrischluftmassenfluß
WAP W AP
Massenfluß der Frischluft-AbgasmischungMass flow of fresh air exhaust gas mixture
WEGR W EGR
AbgasmassenflußAbgasmassenfluß

Claims (15)

Verfahren zum Einstellen der Abgasrückführrate (rMAN) einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem mit einem Frischluftzufuhrstrang (3) und einer Abgasrückführung (9) verbundenen Einlaßkrümmer und wenigstens einem mit einer Abgasanlage verbundenen Auslaßkrümmer, aufweisend ein Steuersystem zum Einstellen einer Abgasrückführrate (rMAN), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Restgasanteil (FMAN) im Frischluft-Abgasgemisch im Einlaßkrümmer erfaßt wird, aus dem erfaßten Restgasanteil (FMAN) der Frischluftmassenfluß (WAIR) nach einem Algorithmus ermittelt wird, und der Restgasanteil (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird.Method for setting the exhaust gas recirculation rate (r MAN ) of an internal combustion engine with at least one with a fresh air supply line ( 3 ) and an exhaust gas recirculation ( 9 ) and at least one exhaust manifold connected to an exhaust manifold, comprising a control system for setting an exhaust gas recirculation rate (r MAN ), characterized in that at least one residual gas component (F MAN ) is detected in the fresh air exhaust gas mixture in the intake manifold, from the detected residual gas component (F MAN ) of the fresh air mass flow (W AIR ) is determined according to an algorithm, and the residual gas content (F MAN ) of the fresh air-exhaust gas mixture in the intake manifold is controlled in a closed loop. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Restgasanteils (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer mit Hilfe wenigstens eines von einem NOx-Sensor, Sauerstoffkonzentrationssensor oder COx-Konzentrationssensor ausgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the detection of the residual gas content (F MAN ) of the fresh air-exhaust gas mixture in the intake manifold using at least one of a NOx sensor, oxygen concentration sensor or COx concentration sensor is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen des Restgasanteils (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs wenigstens einen Temperatursensor umfassen, der zum Erfassen der Temperatur im Einlaßkrümmer und/oder im Frischluftzufuhrstrang und/oder der Abgasrückführung vorgesehen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the means for detecting the residual gas content (F MAN ) of the fresh air-exhaust gas mixture comprise at least one temperature sensor which is provided for detecting the temperature in the intake manifold and / or in the fresh air supply line and / or the exhaust gas recirculation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen des Restgasanteils (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs wenigstens einen Drucksensor umfassen, der zum Erfassen des Druckes im Einlaßkrümmer vorgesehen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the means for detecting the residual gas content (F MAN ) of the fresh air-exhaust gas mixture comprise at least one pressure sensor which is provided for detecting the pressure in the intake manifold. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Steuern der Frischluftzufuhr eine ansteuerbare Frischluftdrossel und/oder zum Steuern der Abgasrückführrate eine ansteuerbare Restgasdrossel verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that for controlling the fresh air supply a controllable fresh air throttle and / or for controlling the exhaust gas recirculation rate controllable residual throttle is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus zum Ermitteln des Frischluftmassenflusses (WAIR) aus dem erfaßten Restgasanteil (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer wenigstens einen Parameter eines Motorsteuerungsmodells der Brennkraftmaschine berücksichtigt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the algorithm for determining the fresh air mass flow (W AIR ) from the detected residual gas content (F MAN ) of the fresh air exhaust gas mixture in the intake manifold takes into account at least one parameter of an engine control model of the internal combustion engine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus zum Ermitteln des Frischluftmassenflusses (WAIR) aus dem erfaßten Restgasanteil (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer wenigstens einen Parameter eines Hilfssensors der Brennkraftmaschine berücksichtigt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the algorithm for determining the fresh air mass flow (W AIR ) from the detected residual gas component (F MAN ) of the fresh air-exhaust gas mixture in the intake manifold takes into account at least one parameter of an auxiliary sensor of the internal combustion engine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Frischluftmassenflusses (WAIR) aus dem erfaßten Restgasanteil (FMAN) nach folgender mathematischer Beziehung durchgeführt wird:
Figure 00140001
woraus folgt:
Figure 00150001
wobei die Abkürzungen wie folgt aufzuschlüsseln sind: FMAN Restgasanteil im Einlaßkrümmer FEGR Restgasanteil im Abgasrückführungssystem FEXH Restgasanteil im Abgasstrang vor oder nach Abgasreinigungsmaßnahmen P Druck R Gaskonstante T Temperatur T mittlere Temperatur TEGR Temperatur in der Abgasrückführung TMAN Temperatur im Einlaßkrümmer TIS Temperatur im Einlaßsystem V Gesamtvolumen VEGR Volumen der Abgasrückführung VIS Volumen des Frischluftzufuhrstranges VMAN Volumen des Einlaßkrümmers WAIR Frischluftmassenfluß WAP Massenfluß der Frischluft-Abgasmischung WEGR Abgasmassenfluß, und das Gesamtvolumen sich zusammensetzt aus: V = VEGR + VIS + VMAN
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the fresh air mass flow (W AIR ) from the detected residual gas fraction (F MAN ) is carried out according to the following mathematical relationship:
Figure 00140001
From which follows:
Figure 00150001
where the abbreviations are to be broken down as follows: F MAN residual gas content in the inlet manifold F EGR residual gas content in the exhaust gas recirculation system F EXH residual gas content in the exhaust gas line before or after the emission control measures P pressure R gas constant T temperature T mean temperature T EGR temperature in exhaust gas recirculation T MAN temperature in intake manifold T IS temperature in intake system V total volume V EGR volume of exhaust gas recirculation V IS volume of fresh air supply line V MAN volume of intake manifold W AIR fresh air mass flow W AP mass flow of fresh air exhaust mixture W EGR exhaust mass flow, and the total volume is composed of: V = V EGR + V IS + V MAN
Brennkraftmaschine mit einem mit einem Frischluftzufuhrstrang (3) und einer Abgasrückführung (9) verbundenen Einlaßkrümmer (6) und einem mit einer Abgasanlage verbundenen Auslaßkrümmer, aufweisend ein Steuersystem zum Einstellen der Abgasrückführrate (rMAN), dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen sind.Internal combustion engine with one with a fresh air supply line ( 3 ) and an exhaust gas recirculation ( 9 ) connected intake manifold ( 6 ) and an exhaust manifold connected to an exhaust system, comprising a control system for adjusting the exhaust gas recirculation rate (r MAN ), characterized in that means are provided for carrying out the method according to one of the preceding claims. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ausführen des Verfahrens Mittel zum Erfassen des Restgasanteils (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs im Einlaßkrümmer und zum Ermitteln des Frischluftmassenflusses (WAIR) aus dem erfaßten Restgasanteil (FMAN) aufweisen.Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the means for carrying out the method comprise means for detecting the residual gas fraction (F MAN ) of the fresh air exhaust gas mixture in the intake manifold and for determining the fresh air mass flow (W AIR ) from the detected residual gas fraction (F MAN ). Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen des Restgasanteils (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs wenigstens einen NOx-Sensor, Sauerstoffkonzentrationssensor oder COx-Konzentrationssensor aufweisen.Internal combustion engine according to claim 10, characterized in that the means for detecting the residual gas content (F MAN ) of the fresh air-exhaust gas mixture comprise at least one NOx sensor, oxygen concentration sensor or COx concentration sensor. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen des Restgasanteils (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs wenigstens einen Drucksensor umfassen, der zum Erfassen des Druckes im Einlaßkrümmer vorgesehen ist.Internal combustion engine according to claim 10 or 11, characterized in that the means for detecting the residual gas content (F MAN ) of the fresh air-exhaust gas mixture comprise at least one pressure sensor which is provided for detecting the pressure in the intake manifold. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen des Restgasanteils (FMAN) des Frischluft-Abgasgemischs wenigstens einen Temperatursensor umfassen, der zum Erfassen der Temperatur im Einlaßkrümmer (TMAN) und/oder im Frischluftzufuhrstrang (TIS) und/oder der Abgasrückführung (TEGR) vorgesehen ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the means for detecting the residual gas content (F MAN ) of the fresh air-exhaust mixture comprise at least one temperature sensor for detecting the temperature in the intake manifold (T MAN ) and / or fresh air supply line (T IS ) and / or exhaust gas recirculation (T EGR ) is provided. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Steuern der Frischluftzufuhr wenigstens eine ansteuerbare Frischluftdrossel und/oder zum Steuern der Abgasrückführrate (rMAN) wenigstens eine ansteuerbare Restgasdrossel vorgesehen ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one controllable residual throttle is provided for controlling the fresh air supply at least one controllable fresh air throttle and / or for controlling the exhaust gas recirculation rate (r MAN ). Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle with an internal combustion engine after a of the preceding claims.
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