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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Steuergerät nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 6. Der in den Oberbegriffen genannte Verbrennungsmotor
weist insbesondere zwei Gruppen von Zylindern mit jeweils einem
Turbolader für jede Gruppe auf, wobei Luftleitungen, die über
die Turbolader strömende Frischluft zu den Einlassventilen
der Zylinder der beiden Gruppen von Zylindern führen, einen
gemeinsamen Abschnitt aufweisen, wohingegen die die Abgase führenden
Abgasleitungen der zwei Gruppen keinen gemeinsamen Abschnitt aufweisen.
Ein solches Verfahren und ein solches Steuergerät ist bereits
per se bekannt.
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Aus
der Druckschrift
WO
2007/145372 A1 ist ferner ein Verbrennungsmotor mit sechs
V-förmig in zwei Gruppen angeordneten Zylindern und zwei
den Gruppen jeweils zugeordneten Turboladern bekannt. Der Verbrennungsmotor
wird von zwei Frischluftleitungen, die jeweils mit einem Kompressor
des Turboladers verbunden sind, mit Frischluft versorgt. Die Frischluftleitungen
vereinen sich nach den Kompressoren unmittelbar vor den beiden Zylinderbänken
zu einem gemeinsamen Ansaugbereich. Abgasseitig strömen
die Abgase von den Zylinderbänken in je eine Abgasleitung,
die die Abgase über eine Turbine des Turboladers in den
Bereich der Abgasnachbehandlung leitet. Typische Beispiele von Komponenten
von Abgasnachbehandlungsystemen sind Oxidationskatalysatoren, Partikelfilter
und Vorrichtungen zur Verringerung der Stickoxidemissionen durch
selektive katalytische Reaktionen (SCR-Systeme) und/oder Stickoxidspeicherkatalysatoren.
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Die
Kenntnis des Abgasmassenstroms ist für einen optimalen
Betrieb einer Abgasnachbehandlungskomponente und damit auch auch
für einen optimalen Betrieb des gesamten Abgasnachbehandlungssystems hilfreich.
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Im
Stand der Technik ist außerdem ein Verfahren zum Betrieb
von mehrflutig ausgeführten Abgasnachbehandlungseinrichtungen
bekannt, die auf massenstrombezogenen Größen basieren.
Diese Größen werden mit Hilfe einer mittleren
Molmasse des Abgasmassenstroms oder einer Schätzung für
die spezifische Gaskonstante des Abgases unter Verwendung von Modellen
nährungsweise bestimmt. Hierzu greifen bestimmte Funktionen
des zugehörigen Motorsteuergeräts auf die bekannten
Stoffdaten der Luft zurück. Nachteilig an diesem Verfahren
ist jedoch, dass die mittlere Molmasse des Abgasmassenstroms sowohl
von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ der motorischen
Kraftstoffverbrennung als auch von der im Allgemeinen unbekannten
Luftfeuchtigkeit der zugeführten Frischluft abhängt.
Dadurch werden die Schätzungen des Abgasmassenstroms aufwändig
und ungenau.
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Bei
dem eingangs genannten, per se bekannten Verfahren werden die Abhängigkeiten
der Abgasmassenströme von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors
in den jeweils getrennt verlaufenden Abgasleitungen für
eine Motorbaureihe auf einem Prüfstand ermittelt. Die ermittelten
Werte der betriebspunktindividuellen Teilabgasmassenströme
werden in den zugehörigen Steuergeräten weiterer
Motoren der Baureihe als Kennfelder abgelegt. Der gesamte Abgasmassenstrom
ergibt sich zum Beispiel als Funktion der Summe der gemessenen Frischluftströme
und des zugehörigen Kraftstoffmassenstroms. In einem bestimmten
Betriebspunkt ergibt sich dann zum Beispiel auf dem Prüfstand,
dass 48% des gesammten Abgasmassenstroms über die Abgasleitung
der ersten Gruppe und 52% über die Abgasleitung der zweiten
Gruppe von Zylindern abfließen. In anderen Kennfeldpunkten
ergeben sich entsprechend andere Werte. Während des Betriebs
individueller Motoren der Motorbaureihe kann es jedoch zu Abweichungen
des tatsächlichen Abgasmassenstroms von den abgelegten
Kennfeldwerten kommen, insbesondere aufgrund von Fertigungstoleranzen
und daraus resultierender Asymmetrien der Turbolader. Diese Abweichungen
bilden sich in Ungenauigkeiten des ermittelten Abgasmassenstroms
ab, was die Abgasnachbehandlung ineffizient werden lässt.
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Ausgehend
von den eingangs genannten, per se bekannten Gegenständen
liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, den
Abgasmassenstrom in einer einzelnen Abgasleitung eines Verbrennungsmotors
der eingangs genannten Art auf einfache und wirtschaftliche Weise
möglichst exakt zu bestimmen.
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Diese
Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
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Der
Abgasmassenstrom wird dabei aus dem angesaugten Frischluftmassenstrom,
den gemessenen Temperaturwerten und Gasdruckwerten, der gemessenen
Turboladerdrehzahl, der Umfangsgeschwindigkeit einer Turbinenschaufel
des Turboladers, dem maximalen Wirkungsgrad der Turbine, dem Verhältnis
aus der Geschwindigkeit der Turbinenschaufeln am Rand der Turbine,
einem Adiabatenexponenten K und der Gasgeschwindigkeit aufgrund
einer isentropen Expansion sowie den spezifischen Wärmekapazitäten
der Frischluft und des Abgases, die sich beispielsweise aus ohnehin
in dem verwendeten Motorsteuergerät abgelegten Kennfeldern
ergeben, ermittelt.
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Dadurch
kann in jeder Abgasleitung eine an den jeweiligen Abgasmassenstrom
genau angepasste Abgasnachbehandlung erfolgen. Somit kann das Abgasnachbehandlungssystem
optimal betrieben werden. Die gesetzlichen Auflagen zu entsprechenden
Fahrzyklen werden erfüllt, die Lebensdauer der eingesetzten Katalysatoren
wird erhöht und die Fehlerdiagnose bei fehlerhafter Funktion
des Abgasnachbehandlungssystems wird vereinfacht.
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Die
Erfindung basiert damit auf der Erkenntnis, dass sich die zunächst
unbekannte und von Betriebspunkt zu Betriebspunkt variierende Aufteilung
des gesamten Abgasmassenstroms auf die Teil-Abgasmassenströme
in den einzelnen Abgasleitungen der beiden Zylindergruppen in den
genannten Betriebsparametern abbildet und sich umgekehrt auch aus
diesen Betriebsparametern ermitteln lässt. Die Erfindung
erlaubt daher eine zylindergruppenindividuelle und damit abgasleitungsindividuelle
Bestimmung der jeweiligen Abgasmassenströme in Abhängigkeit
von beim normalen Fahrzeugbetrieb erfassten Größen
in Verbindung mit im Steuergerät mit Hilfe von bestimmbaren
Stoffwerten.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass der vor dem Kompressor gemessene Frischluftmassenstrom Im,Kom mittels eines Luftmassensensors ermittelt
wird.
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Die
Messung der ansaugseitigen Frischluftmasse ist maßgebend
für die Reduzierung des Schadstoffausstoßes und
die Erhöhung des Fahrkomforts. Moderne Otto-Motoren erfassen
den angesaugten Luftmassenstrom mit Hilfe von Luftmassensensoren,
insbesondere um auf Grundlage des ausgegebenen Signals die einzuspritzende
Kraftstoffmenge und die Abgasrückführrate zu ermitteln.
Ein ansaugseitiger Luftmassenstromsensor ist also bei Otto-Motoren
zumeist ohnehin schon vorhanden. Bei modernen Dieselmotoren wird
ein Luftmassensensor standardmäßig eingesetzt,
wobei das Signal als Regelgröße für die
Abgasrückführung und als Steuergröße
für eine Kennfeld-abhängige Dieseleinspritzpumpe
dienen kann. Somit ist beim modernen Dieselmotor ein Luftmassensensor
zur Erfassung des Frischluftmassenstroms vor einem Kompressor ohnehin stets
vorhanden, wodurch eine zusätzliche Kosten verursachende
Verwendung eines zusätzlichen Sensors entfällt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass zur Ermittlung des Abgasmassenstroms der Wirkungsgrad η
Turb der Turbine gemäß nachfolgender
Formel ermittelt wird:
wobei
T
3 die vor der Turbine gemessene Abgastemperatur,
p
3 der vor der Turbine gemessene Gasdruck,
p
4 der nach der Turbine gemessene Gasdruck,
n
Turb die gemessene Drehzahl des Turboladers, η
Turb,Max der maximale Wirkungsgrad des Turboladers,
r
Turb der Außenradius einer Turbinenschaufel
des Turboladers, c ~
us,opt das optimale Verhältnis
aus Umfangsgeschwindigkeit einer Turbinenschaufel des Turboladers
und einer theoretisch möglichen Gasgeschwindigkeit aufgrund
einer isentropen Expansion und K der Adiabatenexponent ist. Der
ermittelte Wert des Wirkungsgrads der Turbine kann als Steuergröße
auch noch zu anderen Zwecken als zur Bestimmung des Abgasmassenstroms
genutzt werden, bspw. für einen optimalen Betrieb eines
Turboladers mit variabler Turbinengeometrie.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass der Abgasmassenstrom nach folgender Formel ermittelt
wird:
mit
wobei
I
m,Kom der vor einem Kompressor gemessene
Frischluftmassenstrom, c
p,Kom die spezifische
Wärmekapazität der den Kompressor durchströmenden
Frischluft, T
2 die nach dem Kompressor gemessene
Frischlufttemperatur, T
1 die vor dem Kompressor
gemessene Frischlufttemperatur, c
p,Turb die
spezifische Wärmekapazität des die Turbine durchströmenden
Abgases, T
3 die vor der Turbine gemessene
Abgastemperatur, p
3 der vor der Turbine
gemessene Gasdruck, p
4 der nach der Turbine
gemessene Gasdruck, n die gemessene Drehzahl des Turboladers, η
Turb,Max der maximale Wirkungsgrad der Turbine
des Turboladers, r
Turb der Außenradius
der Turbinenschaufel, c ~
us,opt das optimale
Verhältnis aus Umfangsgeschwindigkeit einer Turbinenschaufel
des Turboladers und einer theoretisch möglichen Gasgeschwindigkeit
aufgrund einer isentropen Expansion und K der Adiabatenexponent
ist.
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Vorteilhafterweise
wird die spezifische Wärmekapazität cp,Kom der
den Kompressor durchströmenden Frischluft und/oder des
die Turbine durchströmenden Abgases cp,Turb in
Abhängigkeit von Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors
in einem Steuergerät berechnet. Die Berechnung einer spezifischen
Wärmekapazität als Mischgröße
auf Basis einer Kennlinie, die sich mit der Gaszusammensetzung ändert,
führt zu genaueren Daten für die nachfolgende
Berechnung des Abgasmassenstroms als eine vorgegebene Konstante.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Übersicht über einen Verbrennungsmotor
mit zwei Zylinderbänken, mehreren den Zylinderbänken
jeweils zugeordneten Turboladern sowie mehreren zugehörigen
Luft- und Abgasleitungen; und
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2 eine
schematische Darstellung des einzelnen Turboladers mit Kompressor
und Turbine sowie mehreren dazugehörigen Sensoren.
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Bei
einem Großteil der heute eingesetzten Verbrennungsmotoren
ergibt sich in Bezug auf die Abgasanlage die Forderung, aus Gründen
eines geringeren Abgasgegendrucks für jede Zylinderbank
eine eigene Strömungsführung vorzusehen. Auch
das Luftsystem, welches die Frischluft für den Motor bereitstellt,
weist zumindest abschnittsweise zumeist zwei Strömungsführungen
auf. Ein Motor mit einer solchen Strömungsführung
ist mit seinen wesentlichen Komponenten einschließlich
einem Motorsteuergerät und mehreren Sensoren in 1 dargestellt.
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1 zeigt
einen Dieselmotor 1 mit sechs Zylindern 3, die
V-förmig in zwei Zylinderbänken 5a und 5b mit
jeweils drei Zylindern 3 angeordnet sind. Jeder der Zylinderbänke 5a, 5b ist
ein Turbolader 7a bzw. 7b zugeordnet, der einen Kompressor 9a bzw. 9b und
eine Turbine 11a bzw. 11b umfasst. Über
zwei Luftleitungen 13a und 13b saugen die Kompressoren 9a bzw. 9b Frischluft
an, um diese auf einen gewünschten Ladedruck zu verdichten.
Die von den Kompressoren 9a, 9b komprimierte Luft
gelangt über je eine weitere Luftleitung 20a, 20b in
einen gemeinsamen Abschnitt 22, in dem die beiden Luftströme
der Luftleitungen 20a, 20b gemischt werden. In
dem gemeinsamen Abschnitt 22 befindet sich ein Ladeluftkühler 24,
der die verdichtete Luft für die Füllung des Motors
rückkühlt. Die Zusammenführung der beiden
Luftströme erfolgt z. B. mit dem Ziel, einen gemeinsamen
Ladeluftkühler 24 für beide Zylinderbänke 5a, 5b verwenden
zu können. Die gekühlte Luft wird anschließend
den Zylindern 3 zugeleitet und gelangt über ein
Einlassventil in deren jeweiligen Brennraum. Nach jedem Verbrennungsvorgang
gelangen die Abgase über ein Auslassventil grundsätzlich
von dem jeweiligen Zylinder 3 über eine von zwei
bankspezifischen Abgasleitungen 26a und 26b zu
den Turbinen 11a und 11b der Turbolader 9a bzw. 9b.
Im Teillastbetrieb des Motors 1 wird jedoch ein Teil des
Abgases über eine Abgasrückführung 28a, 28b der
angesaugten Frischluft beigemischt, wobei der Anteil des Abgases
mit Hilfe zweier Abgasrückführungsventile 30a, 30b geregelt
bzw. gesteuert wird. Die Turbinen 11a, 11b nutzen
die Abgasenergie, um die Kompressoren 9a bzw. 9b anzutreiben.
Von den Turbinen 11a, 11b strömt das
Abgas in mehrere zugeordnete Abgasleitungen 26a, 26b,
wo die Schadstoffe der Abgase durch zwei Abgasnachbehandlungssysteme 29a, 29b erheblich
reduziert werden.
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Zur
Einhaltung gesetzlicher Abgasvorschriften müssen innermotorische
Maßnahmen zur Schadstoffreduzierung durch Maßnahmen
zur Abgasnachbehandlung ergänzt werden. Im Rahmen der Abgasnachbehandlung
des Dieselmotors 1 müssen besonders Stickoxide
und Ruß reduziert werden. Jedes der beiden bankspezifischen
Abgasnachbehandlungssysteme 29a, 29b des vorliegend
beschriebenen Dieselmotors 1 umfasst daher neben einem
Oxidationskatalysator, der zur Oxidation des im Abgas befindlichen
Kohlenmonoxides (CO) und der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC)
dient, einen Partikelfilter zum Sammeln und Verbrennen der im Abgas
befindlichen Rußpartikel sowie eine Vorrichtung zur Reduktion
der Stickoxidemissionen. Ein Beispiel eines Abgasreinigungsverfahrens
mit Reduktionsmittel ist die Selektive Katalytische Reduktion (SCR)
der NOx. Hierbei erfolgt eine Reduzierung
des Stickoxidanteils mit Hilfe eines speziellen Reduktionsmittels,
das zwischen den Motor 1 und einen nachgeschalteten Katalysator
ins Abgas gesprüht wird. Dieser Einsprühvorgang
wird von einer Motorsteuerung 17 geregelt. Ein alternatives
Abgasreinigungsverfahren nutzt einen NOx-Speicherkatalysator.
Dessen Funktionsprinzip besteht darin, dass während der „mageren” Phasen, bei
denen der Motor mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ > 1 läuft,
die produzierten Stickoxide zwischengespeichert werden, und diese
in Phasen mit λ < 1
zu N2 umgewandelt werden.
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Damit
die Schadstoffe durch das Abgasnachbehandlungssystem 29a bzw. 29b in
der jeweiligen Fahrsituation optimal reduziert werden, wird es von
dem Motorsteuergerät 17 überwacht und
gesteuert. Hierbei muss das Steuergerät 17 neben
intensiven Zustandsgrößen wie Druck oder Temperatur
auch den Frischluft- beziehungsweise den Abgasmassenstrom als extensive
Zustandsgröße erfassen bzw. ermitteln können.
Für den optimalen Betrieb des Systems 29a, 29b,
insbesondere in Hinblick auf gesetzliche Vorgaben, aber auch mit
Blick auf die Lebensdauer der verwendeten Katalysatoren, und für
die Diagnose im Fehlerfall, ist die genaue Ermittlung des Abgasmassenstroms
besonders wichtig.
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Bei
vollständig zweiflutig ausgeführten Luft- und
Abgassystemen ohne gemeinsamen Abschnitt 22 lässt
sich der Abgasmassenstrom grundsätzlich mit Hilfe eines
(ohnehin) vor dem Kompressor 9a, 9b vorhandenen
Luftmassensensors 15a bzw. 15b bestimmen. Derartige
getrennte Strömungsführungen haben jedoch den
Nachteil, dass sie auch mehrere Wärmetauscher 24 zur
Ladeluftkühlung erfordern. Demgegenüber verfügt
der vorliegende Dieselmotor 1 über den gemeinsamen
Ladeluftkühler 24 in einer abschnittsweise vor
den Zylinderbänken 5a, 5b einflutig ausgeführten
Strömungsführung, wobei durch den Einsatz des
einzigen Ladeluftkühlers 24 Kosten und Bauraum
gespart werden. Durch die Vermischung der beiden Luftströme
aus den Luftleitungen 20a, 20b im gemeinsamen
Ladeluftkühler 24 entspricht ein bankspezifischer
Abgasmassenstrom nicht notwendigerweise mehr dem jeweils angesaugten
Luftmassenstrom. Dies führt zu dem Problem, dass der Abgasmassenstrom
je Abgasleitung 26a, 26b nicht mehr allein aus
dem Wert des bankspezifischen Luftmassensensors 15a bzw. 15b und
der insgesamt eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden kann.
Dieses Problem wird noch verstärkt durch die bankselektive
oder gemeinsame Abgasrückführung 28a, 28b.
Deshalb müssen für die Ermittlung des bankspezifischen
Abgasmassenstroms zusätzliche Sensordaten verwendet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren sieht demnach vor,
dass das Motorsteuergerät 17 den bankspezifischen
Abgasmassenstrom in Abhängigkeit von dem bankspezifischen
Luftmassenstrom und, anstelle von der eingespritzten Kraftstoffmenge,
in Abhängigkeit von anderen Parametern ermittelt. Selbstverständlich
wird hierbei vorzugsweise auf ohnehin standardmäßig
im Motorbereich integrierte Sensoren zurückgegriffen, so dass
der Einbau und Betrieb zusätzlicher Sensoren entfällt
bzw. die Anzahl der zusätzlich erforderlichen Sensoren
minimiert wird.
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Das
Motorsteuergerät 17 ist dazu eingerichtet, insbesondere
programmiert, den bankspezifischen Abgasmassenstrom in Abhängigkeit
von einem bankspezifischen Luftmassenstrom sowie von drei Temperaturwerten,
zwei Gasdruckwerten und der Drehzahl des Turboladers 7a zu
ermitteln. 1 und insbesondere 2 zeigen
exemplarisch eine bankspezifische Anordnung mehrerer Sensoren 15a, 35, 37, 39, 40, 41 und 42,
deren Signale für die Ermittlung des Abgasmassenstroms
verarbeitet werden.
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Standardmäßig
werden beim Betrieb des Dieselmotors 1 die Massenströme
mehrerer von den Kompressoren 9a, 9b angesaugter
Frischluftströme 31a, 31b durch die Luftmassensensoren 15a bzw. 15b,
die ohnehin in die Luftleitungen 13a bzw. 13b eingebaut
sind, gemessen und als Luftmassenstromwerte IM,Kom_a bzw. IM,Kom_b an das Motorsteuergerät 17 übertragen.
Einer der beiden bankspezifischen Luftmassenstromwerte, vorliegend
der Wert IM,Kom_a, wird für die
nachfolgende Berechnung des Abgasmassenstroms genutzt. In dem gleichen,
zu der Zylinderbank 5a gehörenden Luftsystem bzw.
dem entsprechenden Abgassystem werden auch mehrere Temperaturwerte
T1 bis T3 gemessen.
Der Frischlufttemperaturwert T1 wird vor
dem Kompressor 9a in der Luftleitung 13a und die
Frischlufttemperatur T2 nach dem Kompressor 9a in
der Luftleitung 20a gemessen. Als Abgastemperaturwert T3 wird die Temperatur des Abgases in der
Abgasleitung 26a vor der Turbine 11a ermittelt.
Die Drehzahl n der Welle des Turboladers 7a wird mit einem
Drehzahlsensor 40 gemessen. Des weiteren werden der Gasdruck
p3 des Abgasstroms 33a vor der
Turbine 11a und der Gasdruck p4 des
Abgasstroms 33a nach der Turbine 11a ermittelt.
Alle erfassten Werte werden an das Steuergerät 17 übertragen.
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Die
Berechnung der Abgasmassenströme im Steuergerät 17 erfolgt
auf der Basis der folgenden Formeln.
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Dabei
ist T3 die vor der Turbine gemessene Abgastemperatur,
p3 der vor der Turbine gemessene Gasdruck,
p4 der nach der Turbine gemessene Gasdruck,
nTurb die gemessene Drehzahl des Turboladers, ηTurb,Max der maximale Wirkungsgrad des Turboladers,
rTurb der Außenradius einer Turbinenschaufel
des Turboladers, c ~
us,opt das optimale Verhältnis
aus Umfangsgeschwindigkeit einer Turbinenschaufel des Turboladers
und einer theoretisch möglichen Gasgeschwindigkeit aufgrund
einer isentropen Expansion und K der Adiabatenexponent ist. Der
ermittelte Wert des Wirkungsgrads der Turbine kann als Steuergröße
auch noch zu anderen Zwecken als zur Bestimmung des Abgasmassenstroms
genutzt werden, bspw. für einen optimalen Betrieb eines Turboladers
mit variabler Turbinengeometrie.
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Mittels
der Gleichung (4) ist die Bestimmung des Wirkungsgrads der Turbine
möglich. In der Gleichung (4) treten zwei Parameter auf,
die durch Messungen einmalig bestimmt werden müssen. In
der Gleichung (5) wird die Leistung der Turbine mit der Kompressorleistung
in Bezug gesetzt. In der Gleichung (6) wird schließlich
der Zusammenhang der Turbinenleistung mit dem Gasmassenstrom durch
die Turbine angegeben. Die Gleichung (7) ergibt sich aus den Gleichungen
(4) bis (6) und stellt die Auswertegleichung zur Bestimmung des gesuchten
Abgasmassenstroms durch die Turbine dar. Eingangsgrößen
der Berechnung sind demnach die Turboladerdrehzahl sowie der Gasdruck
vor und nach der Turbine auf der Abgassseite des Turboladers und auf
der Frischluftseite die Gastemperatur vor und nach dem Kompressor
und der Gasmassenstrom durch den Kompressor, der vor dem gemeinsamen
Luftleitungsabschnitt erfasst wird, sowie die Abgastemperatur vor
der Turbine.
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In
einer Ausgestaltung berechnet das Steuergerät
17 den
bankspezifischen Abgasmassenstrom I
m,Turb_a gemäß der
Formel
mit
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Der
maximale Turbinenwirkungsgrad ηTurb,Max und
das Verhältnis cus,opt, welches
aus der Geschwindigkeit der Turbinenschaufeln am Rand der Turbine
und der Gasgeschwindigkeit aus der isentropen Expansion gebildet
wird, werden einmalig durch Messung erfasst und als Werte im Steuergerät 17 abgelegt.
Auch der Außenradius rTurb einer
Turbinenschaufel und der Adiabatenexponent K sind im Steuergerät 17 gespeichert.
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Das
Steuergerät 17 bestimmt die spezifischen Wärmekapazitäten
cp,Turb und cp,Kom vorteilhafterweise mit
Hilfe von Kennfeldern und/oder in Abhängigkeit von Motorbetriebsgrößen
wie der Einspritzmenge, der Motordrehzahl, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ etc.
Die entsprechenden Kennfelder beziehungsweise Funktionen sind also
bereits im Steuergerät 17 abgelegt.
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Die
bis hier beschriebene Berechnung des Abgasmassenstroms bezog sich
auf eine Zylinderbank. In der bis hier erläuterten Ausgestaltung
ist dies die Zylinderbank 5a.
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Die
Berechnung des Abgasmassenstroms der anderen Zylinderbank erfolgt
in einer ersten Alternative dadurch, dass der gesamte Abgasmassenstrom
des Verbrennungsmotors ermittelt wird und dass der für
eine Zylinderbank berechnete Abgasmassenstrom davon subtrahiert
wird. Der gesamte Abgasmassenstrom ergibt sich dabei als Summe aller
Stoffströme zum Verbrennungsmotor, also als Summe aller
Luftströme und Kraftstoffströme. Die Luftströme
ergeben sich dabei aus den Signalen der beiden Luftmassenmesser 15a, 15b.
Die Kraftstoffmassenströme sind im Steuergerät 17 bekannt,
da das Steuergerät 17 die Dosierung steuert. Der Vorteil
dieser Alternative liegt darin, dass nur eine der beiden Zylinderbänke
die Gesamtheit der in der 2 dargestellten
Sensoren aufweisen muss.
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In
einer zweiten Alternative erfolgt die Berechnung des Abgasmassenstroms
einer zweiten Zylinderbank genauso wie bei der ersten Zylinderbank.
Diese Alternative erfordert, dass beide Zylinderbänke jeweils einzeln
die in der 2 dargestellten Sensoren aufweisen.
Der Vorteil dieser Alternative liegt darin, dass die für
eine Bank erfolgende Berechnung jeweils durch die für die
andere Bank erfolgende Berechnung und eine Gesamtbilanz der Stoffströme überprüfbar
ist.
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Als
Steuergerät 17 wird vorzugsweise die Electronic
Diesel Control (EDC) der Firma Bosch eingesetzt. Diese elektronische
Dieselsteuerung sendet entsprechende Steuersignale 43, 45, 47 zum
Motor 1, zu den Abgasnachbehandlungssystemen 29a und 29b bzw.
zu den Abgasrückführungsventilen 30a und 30b.
Sie ermöglicht eine sehr exakte Steuerung des zeitlichen
Einspritzverhaltens sowie eine sehr genaue Kraftstoffmengenzuteilung.
Die elektronische Steuerung der Einspritzanlage ermöglicht
insbesondere die Einhaltung verschärfter Abgasgrenzwerte.
Das EDC erhält bislang insbesondere Sensordaten über
die Ansauglufttemperatur sowie über den angesaugten Luftmassenstrom.
Diesbezüglich kann daher auf den Einsatz zusätzlicher
Sensoren verzichtet werden.
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Als
Luftmassensensor 15a, 15b kommt vorzugsweise ein
Heißfilm-Anemometer (HFM) zum Einsatz.
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Die
Erfindung ermöglicht es somit, unter Rückgriff
auf zumindest teilweise ohnehin vorhandene Sensorikdaten auf einfache
und kostengünstige Weise den Abgasmassenstrom je Abgasleitung 26a, 26b zu
bestimmen.
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Die
Erfindung wurde am Beispiel eines Dieselmotors erläutert.
Es versteht sich aber, dass sie nicht auf die Verwendung bei einem
bestimmten Brennverfahren beschränkt ist, sondern z. B.
auch bei Otto-Motoren oder Mischformen verwendet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/145372
A1 [0002]