DE102009046701A1

DE102009046701A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung und Regelung einer Abgasrückführungsrate eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102009046701A1
Application number: DE102009046701A
Authority: DE
Inventors: Guido Porten; Markus Amler; Lanouar Chouk; Jan-Mathias Meng; Uwe Müller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-05-19
Also published as: US8844499B2; CN102062023A; CN104500245A; CN102062023B; CN104500245B; US20110118959A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor (2), wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zugeführten Gasmenge angibt, wobei in dem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zyklisch während einer Verbrennungsphase eine Verbrennung erfolgt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: - Ermitteln einer Brennverlaufsangabe über den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder des Verbrennungsmotors (2); - Ermitteln einer tatsächlichen Abgasrückführungsrate mit Hilfe einer Abgasrückführungsraten-Funktion aus der Brennverlaufsangabe. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor (2), wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zugeführten Gasmenge angibt, wobei in dem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zyklisch während einer Verbrennungsphase eine Verbrennung erfolgt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: - Ermitteln einer Brennverlaufsangabe über den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2); - Bereitstellen einer Sollangabe (AGR_soll, ZV_soll) abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (2); - Durchführen einer Regelung zum Ausgleichen einer Regelabweichung, die sich aus der Sollangabe (AGR_soll, ZV_soll) und ...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit einer Abgasrückführung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Bestimmung bzw. die Regelung einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor.
Stand der Technik
Bei magerbetriebenen Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise bei Verbrennungsmotoren mit Schichtladung, befindet sich im Brennraum jedes Zylinders ein Luftüberschuss. Durch den Magerbetrieb ist es möglich, Verbrennungsmotoren mit einem höheren Wirkungsgrad zu betreiben. Ein Magerbetrieb führt jedoch zu einer erhöhten Stickoxidemission, die in der Regel die geltenden Stickoxidgrenzwerte übersteigt. Zur Reduzierung der Stickoxidemissionen wird daher eine externe Abgasrückführung vorgesehen, bei der ein Teil des vom Verbrennungsmotor erzeugten Abgases in das Saugrohr des Verbrennungsmotors rückgeführt wird, um von dort erneut in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingelassen zu werden.
Bei einer Optimierung der Stickoxid-Emissionen ist eine durch einen Betriebspunkt bestimmte Abgasmenge rückzuführen. Diese Menge wird in der Regel durch eine sogenannte Abgasrückführungsrate dargestellt, die den Anteil von Abgas in der zugeführten Frischluft angibt. Die Zumessung der rückgeführten Abgasmenge erfolgt üblicherweise vorgesteuert unter Berücksichtigung einer Lagerückmeldung der für die Abgasrückführung verwendeten Einlassventile.
Da die Abgasrückführungsrate nicht direkt messbar ist, muss diese bislang gemäß einem geeigneten Modell berechnet werden. Diese modellierte Abgasrückführungsrate wird dann dazu verwendet, die Abgasrückführungsrate auf einen durch einen Betriebspunkt definierten Sollwert einzuregeln. Die Berechnung der tatsächlich dem Zylinder rückgeführten Abgasmenge erfolgt auf Basis einer Drucksensor-Luftmassenstrom-basierten Bilanzierung der zu-/abströmenden Luft-/Abgasmassen. Im vollständig entdrosselten Motorbetrieb, der bei einem Magerbetrieb vorzugsweise eingenommen wird, steigen die Fehlertoleranzen dieser Modellierung der tatsächlich rückgeführten Abgasmenge bzw. der tatsächlichen Abgasrückführungsrate stark an.
Insbesondere im Magerbetrieb des Verbrennungsmotors verschlechtern sich die Brenneigenschaften mit steigender Abgasrückführungsrate drastisch und können schon bei geringfügig über den vorgegebenen Sollwert erhöhten Abgasrückführungsraten zu Verbrennungsaussetzern führen. Sinken die tatsächlich zugeführten Abgasrückführungsraten unter die zur Erzielung eines minimalen Stickoxid-Ausstoßes optimalen Abgasrückführungsraten, so steigen die Stickoxid-Emissionen überproportional an, was zu einem deutlichen Verbrauchsnachteil bedingt durch die Notwendigkeit einer häufigeren Regeneration der verwendeten Stickoxid-Speicherkatalysatoren führt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abgasrückführungsrate zur Verfügung zu stellen, bei denen die Toleranzen der Abgasrückführungsrate gering sind. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, wobei eine Regelabweichungen bezüglich eines vorgegebenen Sollwerts für die Abgasrückführungsrate reduziert werden können.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren zum Bestimmen einer Abgasrückführungsrate gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zum Regeln der Abgasrückführungsrate sowie die Vorrichtungen gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeführten Gasmenge angibt, wobei in dem Zylinder des Verbrennungsmotors zyklisch während einer Verbrennungsphase eine Verbrennung erfolgt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Ermitteln einer Brennverlaufsangabe über den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder des Verbrennungsmotors;
– Ermitteln einer tatsächlichen Abgasrückführungsrate mit Hilfe einer vorgegebenen Abgasrückführungsraten-Funktion aus der Brennverlaufsangabe.

Zum Bestimmen der Abgasrückführungsrate kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Abgasrückführungsraten-Funktion mindestens eine weitere Betriebszustandsgröße des Verbrennungsmotor, insbesondere eine Drehzahl des Verbrennungsmotors, das angeforderte Fahrerwunschmoment und eine Angabe über die Kraftstoffqualität, berücksichtigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Regeln einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeführten Gasmenge angibt, wobei in dem Zylinder des Verbrennungsmotors zyklisch während einer Verbrennungsphase eine Verbrennung erfolgt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Ermitteln einer Brennverlaufsangabe über den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder des Verbrennungsmotors;
– Bereitstellen einer Sollangabe abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors;
– Durchführen einer Regelung zum Ausgleichen einer Regelabweichung, die sich aus der Sollangabe und der Brennverlaufsangabe ergibt.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, aus einer Angabe über den Brennverlauf einer Verbrennung in dem Zylinder die Abgasrückführungsrate zu bestimmen und/oder zu regeln. Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass es einen exponentiellen Zusammenhang zwischen der Abgasrückführungsrate und dem Verlauf der Verbrennung, insbesondere dem Zündverzug, d. h. der Zeit zwischen Absetzen des Zündfunkens und dem Verbrennungsschwerpunkt der dadurch ausgelösten Verbrennung, besteht. Durch die Ermittlung einer Brennverlaufsangabe, die den Verlauf der Verbrennung bzw. die zeitliche Lage und die Dauer der Verbrennung charakterisiert, kann somit eine Angabe über die bestehende Abgasrückführungsrate erhalten werden. Der Verlauf der Verbrennung kann beispielsweise über eine direkte Messung des Brennraumdrucks mit Hilfe eines Brennraumdrucksensors erfasst werden. Dadurch kann einerseits über die Brennverlaufsangabe die Abgasrückführungsrate bestimmt oder andererseits diese auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Sollangabe, die einer Angabe zu einer Soll-Abgasrückführungsrate entspricht, aus einem Sollwert-Kennfeld abhängig von einer oder mehreren Betriebszustandsgrößen, insbesondere einer Drehzahl und/oder einem angeforderten Fahrerwunschmoment, ermittelt wird, wobei die tatsächliche Abgasrückführungsrate mit Hilfe einer Abgasrückführungsraten-Funktion aus der Brennverlaufsangabe ermittelt wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Sollangabe einer Angabe zu einer Soll-Verbrennungslage, insbesondere einem Soll-Zündverzug oder einem Soll-Verbrennungsschwerpunkt, entsprechen und aus einem Sollwert-Kennfeld abhängig von einer oder mehreren Betriebszustandsgrößen, insbesondere einer Drehzahl und/oder einem angeforderten Fahrerwunschmoment, ermittelt werden, wobei eine Angabe einer Verbrennungslage als Brennverlaufsangabe ermittelt wird.
Weiterhin kann ein Brennraumdruck in dem Zylinder gemessen werden, wobei die Brennverlaufsangabe als der Zeitpunkt des lokalen Maximums des Verlaufs einer dem Brennraumdruck entsprechende Brennraumdruckangabe während einer Verbrennungsphase in dem Zylinder ermittelt wird.
Alternativ kann die Brennverlaufsangabe eine Angabe zu einem Verbrennungsschwerpunkt angeben, wobei ein Brennraumdruck in dem Zylinder gemessen wird, wobei der Verlauf einer dem Brennraumdruck entsprechende Brennraumdruckangabe, insbesondere dem differentiellen Heizverlauf, während der Verbrennungsphase integriert wird, um einen integralen Heizwert zu erhalten, wobei der Verbrennungsschwerpunkt dem Zeitpunkt entspricht, zu dem der integrale Heizwert der Hälfte des Endwerts des integralen Heizwerts (MFB50%) entspricht, der sich bei Integration über eine gesamte Verbrennungsphase in dem Zylinder ergibt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Brennverlaufsangabe abhängig von einem Zündzeitpunkt, der einen Zeitpunkt des Auslösens eines Zündfunkens in einem Brennraum des Zylinders angibt, ermittelt werden, so dass als Brennverlaufsangabe ein Zündverzug bereitgestellt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeführten Gasmenge angibt, wobei in dem Zylinder des Verbrennungsmotors zyklisch während einer Verbrennungsphase eine Verbrennung erfolgt. Die Vorrichtung umfasst:

– einen Detektor, insbesondere einen Brennraumdrucksensor, zum Ermitteln einer den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder des Verbrennungsmotors angebenden Größe als Brennverlaufsangabe;
– ein Steuergerät zum Ermitteln einer tatsächlichen Abgasrückführungsrate mit Hilfe einer vorgegebenen Abgasrückführungsraten-Funktion aus der Brennverlaufsangabe.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Regeln einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeführten Gasmenge angibt, mit folgenden Schritten:

– einen Detektor, insbesondere einen Brennraumdrucksensor, zum Ermitteln einer den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder des Verbrennungsmotors angebenden Größe als Brennverlaufsangabe;
– ein Steuergerät, das ausgebildet ist,
– um einer Sollangabe abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors bereitzustellen; und
– um eine Regelung zum Ausgleichen einer Regelabweichung, die sich aus der Sollangabe und der Brennverlaufsangabe ergibt, durchzuführen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasrückführung;
2 eine Darstellung einer Abhängigkeit zwischen einem Zündverzug und der Abgasrückführungsrate;
3 eine schematische Darstellung einer Regelung der Abgasrückführungsrate gemäß einer Ausführungsform; und
4 eine schematische Darstellung einer Regelung der Abgasrückführungsrate gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, dem Luft über einen Luftzuführungsabschnitt 3 zugeführt wird. Der Verbrennungsmotor 2 ist als direkt einspritzender Ottomotor 2 ausgeführt und weist einen oder mehrere Zylinder 4 auf, in denen ein Einspritzventil 5 zum Einspritzen von Kraftstoff vorgesehen ist.
Weiterhin ist ein Abgasabführungsabschnitt 6 vorgesehen, um Verbrennungsabgase aus den Zylindern 4 abzuführen. Im Abgasabführungsabschnitt 6 ist eine Turbine eines Abgasturboladers 7 angeordnet, um durch die Abgasenthalpie einen Verdichter im Luftzuführungsabschnitt 3 anzutreiben. Mit Hilfe des Verdichters kann Luft unter einem Ladedruck zur Verfügung gestellt werden. Luft wird in die Zylinder 4 durch (nicht gezeigte) Einlassventile eingelassen und durch (nicht gezeigte) Auslassventile in den Abgasabführungsabschnitt 6 ausgestoßen.
Stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers 7 ist ein Stickoxid-Speicherkatalysator 8 angeordnet. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 8 reduziert Stickoxide zu Stickstoff und CO₂.
Es ist eine Abgasrückführungsleitung 10 vorgesehen, die den Abgasabführungsabschnitt 6 stromaufwärts der Turbine 7 mit einem Saugrohrabschnitt 11 der zwischen einer Drosselklappe 12 und den Einlassventilen der Zylinder 4 vorgesehen ist, angeordnet ist. Die Abgasrückführungsleitung 10 umfasst ein Abgasrückführungsventil 13, mit dem sich die Menge des rückgeführten Abgases einstellen lässt. Weiterhin ist in der Abgasrückführungsleitung 10 ein Abgaskühler 14 angeordnet, dessen Wirkungsgrad durch eine optionale Bypassleitung 15, die den Abgaskühler 14 kurzschließt, einstellbar ist. In der Bypassleitung 15 ist ein stellbares Bypassventil 16 angeordnet, wodurch die Kühlungswirkung (Wirkungsgrad) des Abgaskühlers 14 eingestellt werden kann.
Das Motorsystem 1 wird mit Hilfe eines Steuergeräts 20 betrieben. Das Steuergerät 20 steuert dazu Stellglieder des Motorsystems 1 an. Insbesondere kann das Steuergerät 20 je nach vorgegebenem Wunschmoment und anderen Vorgabegrößen die Verdichtungsleistung des Abgasturboladers 7 (z. B. über eine Verstellung einer variablen Turbinengeometrie), die Stellung der Drosselklappe 12, die Stellung des Abgasrückführungsventils 13, die Stellung des Bypassventils 16, die Einspritzzeitpunkte und -dauern, während denen Kraftstoff durch die Einspritzventile 5 in die Zylinder 4 eingespritzt werden und die die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmen, und die Funktion der Einlassventile und Auslassventile abhängig von einer Stellung der Nockenwelle (nicht gezeigt) einstellen. Die für die Steuerungen bzw. Regelungen benötigten Systemzustandsgrößen werden über geeignete Detektoren erfasst. Zum Erfassen der Systemzustandsgrößen kann das Steuergerät 20 beispielsweise eine in den Luftzuführungsabschnitt 3 strömende Luftmasse mit Hilfe eines Luftmassensensors 21, den Ladedruck in einem Abschnitt des Luftzuführungsabschnitt zwischen dem Abgasturbolader 7 und der Drosselklappe 12 mit Hilfe eines Ladedrucksensors 22, die Abgastemperatur vor der Turbine des Abgasturboladers 7 mit Hilfe eines Abgastemperatursensors 23 feststellen und daraus die Stellgrößen für die oben aufgeführten Stellglieder bestimmen.
Es ist möglich, derartige Ottomotoren im Magerbetrieb zu betreiben, bei dem in den Zylindern Luftüberschuss (Lambdawert > 1) herrscht. Das Drehmoment wird lediglich über die Kraftstoffmenge eingestellt. Bei einer solchen Betriebsart wird die Drosselklappe 12 nahezu vollständig geöffnet. Die Abgasrückführungsrate, die die Abgasmenge, die der durch das Saugrohr strömenden Frischluft zugesetzt wird, angibt, wird mit Hilfe von Parametern wie den Luftmassenstrom vor dem Abgasturbolader, dem Ladedruck, der Abgastemperatur und dergleichen modelliert. Ist die Drosselklappe 12 nahezu vollständig geöffnet, so steigen die Fehler bei der Modellierung (Bestimmung) der Abgasrückführungsrate bezogen auf die tatsächliche (reale) Abgasrückführungsrate stark an.
Da eine fehlerhafte Ermittlung der Abgasrückführungsrate zu einer Annahme einer zu hohen oder zu niedrigen Abgasrückführungsrate bezogen auf die tatsächliche Abgasrückführungsrate führen kann, kann dies zu verschlechterten Betriebseigenschaften des Verbrennungsmotors führen, wenn auf der ermittelten Abgasrückführungsrate eine Regelung basiert. Dadurch kann die tatsächliche Abgasabführungsrate von der Soll-Abgasrückführungsrate abweichen. Bei einer zu hohen Abgasrückführungsrate verschlechtern sich die Brenneigenschaften erheblich, während bei einer unter die Soll-Abgasrückführungsrate sinkenden Abgasrückführungsrate die Stickoxid-Emissionen überproportional stark ansteigen. Dies führt zu einem deutlichen Verbrauchsnachteil, da der Stickoxid-Speicherkatalysator 8 häufiger regeneriert werden muss. Die Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators 8 erfolgt durch Zuführung von unverbranntem Kraftstoff, der für die Reduktion der Stickoxide verwendet wird.
Da eine direkte Messung der Abgasmenge in der den Zylindern zugeführten Frischluft nicht möglich ist, wird vorgeschlagen, die Abgasrückführungsrate anhand von Verbrennungsparametern zu bestimmen oder zumindest eine qualitative Aussage über ein Ansteigen oder Absinken der Abgasrückführungsrate zu treffen. Dazu wird vorgeschlagen, einen Verbrennungsparameter zu wählen, der einen Brennverlauf charakterisiert. Als Beispiel für den Verbrennungsparameter kann der Verbrennungsschwerpunkt in den Zylindern 4 bzw. in einem repräsentativen Zylinder 4 ermittelt werden.
Wie aus der 2 erkannt werden kann, hängt ein Zündverzug, d. h. die Zeitdauer zwischen dem Absetzen eines Zündfunkens und dem Verbrennungsschwerpunkt, d. h. dem Schwerpunkt des Energieumsatzes einer daraus resultierenden Verbrennung in den betreffenden Zylindern, von der tatsachlichen Abgasrückführungsrate ab. Der Verlauf kann durch eine Exponentialfunktion angenähert werden. Man erkennt, dass sich mit unterschiedlichen motorglobalen Abgasrückführungsraten der Brennverlauf in den Brennräumen der Zylinder verändert. Wird beispielsweise die Abgasrückführungsrate stark erhöht, so verzögert sich die Zündung des Gemischs immer stärker, was eine spätere Lage des Verbrennungsschwerpunkts zur Folge hat und umgekehrt.
Zum Bestimmen des Verbrennungsschwerpunkts kann beispielsweise in den Zylindern 4 ein Brennraumdrucksensor 19 vorgesehen sein, der den jeweiligen Brennraumdruck kontinuierlich erfasst. Aus dem Verlauf des Brennraumdrucks kann in dem Steuergerät 20 der differentielle Heizverlauf ermittelt werden, beispielsweise basierend auf einem geglätteten Brennraumdrucksignal. Der differentielle Heizverlauf kann dann über einen Zeitraum, während dem die Verbrennung stattfindet (z. B. von dem Zeitpunkt des Absetzens des Zündfunkens bis zum Ende der Verbrennung, spätestens jedoch bei Erreichen des unteren Totpunkts einer Bewegung eines Kolben im Brennraum des Zylinders) zu einem integralen Heizwert integriert werden und der Zeitpunkt, zu dem der Integrationswert der Integration des differentiellen Heizverlaufs die Hälfte des für die gesamte Verbrennung erreichten integralen Heizwerts erreicht hat, als Verbrennungsschwerpunkt angenommen werden. Auch andere Verfahren zur Ermittlung einer Angabe über einen Verbrennungsschwerpunkt können angewendet werden.
Als eine alternative Brennverlaufsangabe, die den Brennverlauf charakterisiert, kann auch ein lokales Brennraumdruckmaximum ermittelt werden. Diese Auswertung kann z. B. in dem Steuergerät 20 ausgeführt werden, dem Angaben über den jeweiligen aktuellen Brennraumdruck bereitgestellt werden. Das Steuergerät 20 überwacht den Verlauf des Brennraumdrucks und kann als Verbrennungsschwerpunkt beispielsweise den Zeitpunkt ermitteln, zu dem das lokale Maximum des Brennraumdrucks erreicht ist.
Aus dem Zündverzug kann mit Hilfe einer hinterlegten Abgasrückführungsraten-Funktion, beispielsweise in Form einer Lookup-Tabelle oder eines Abgasrückführungsraten-Kennfelds oder dergleichen, die Abgasrückführungsrate ermittelt werden. Das Abgasrückführungsraten-Kennfeld, mit dem die Abgasrückführungsrate dem jeweiligen Zündverzug zugeordnet wird, kann weitere Parameter berücksichtigen, wie beispielsweise eine Drehzahl des Verbrennungsmotors, das angeforderte Fahrerwunschmoment, eine Kraftstoffart bzw. -qualität und dergleichen.
Alternativ kann der durch das Steuergerät 20 ermittelte Brennverlaufsangabe, insbesondere bzw. der sich aus dem Verbrennungsschwerpunkt ergebende Zündverzug auch dazu verwendet werden, die Abgasrückführungsrate auf einen konstanten Arbeitspunkt zu regeln. Die Abgasrückführungsrate wird in der Regel durch eine Vorsteuerung, der ein entsprechendes Vorsteuerungs-Kennfeld zugrunde liegt, eingestellt werden. Korrekturen der so eingestellten Abgasrückführungsrate können durch eine Überwachung der Verbrennungsqualität durch Berücksichtigen von Korrekturfaktoren vorgenommen werden.
Wie in 3 schematisch dargestellt, kann eine Regelung 30 der Abgasrückführungsrate vorzugsweise in dem Steuergerät 20 implementiert sein, mit der die Abgasrückführungsrate auf eine durch ein Sollwert-Kennfeld 31 angegebene Soll-Abgasrückführungsrate AGR_soll eingeregelt wird. Als Rückkopplungsgröße für die Regelung kann der sich aus dem Brennraumdrucksignal BDS gemäß einer Brennverlaufsangabenfunktion 33 ergebende Zündverzug ZV verwendet werden. Mit Hilfe des Abgasrückführungsraten-Kennfeld 32 kann aus dem Zündverzug ZV die Ist-Abgasrückführungsrate AGR_ist ermittelt werden. Diese wird wie oben beschrieben unter weiterer Berücksichtigung von Betriebszustandsgrößen BDS, wie z. B. die Drehzahl des Verbrennungsmotors, die Motorlast, die Kraftstoffart und dergleichen ermittelt. Die Soll-Abgasrückführungsrate AGR_soll sowie die Ist-Abgasrückführungsrate AGR_ist werden einem Regler 34 zugeführt, der gemäß einer Regelung eine oder mehrere Stellgrößen SG zum Betreiben des Verbrennungsmotors 2 ermittelt. Als Regelungen können Proportional-, Differential und Integralanteile in geeigneter Weise kombiniert werden. Mögliche Stellgrößen SG des Steuergeräts 20 für einen Eingriff in den Betrieb des Verbrennungsmotors 2 sind Größen, die eine Stellung der Drosselklappe 12, eine Stellung des Abgasrückführungsventils 13 sowie eine Stellung der Nockenwelle betreffen.
Weiterhin kann mit Hilfe einer Überwachung des Zündverzugs kann eine Erhöhung oder Erniedrigung der Abgasrückführungsrate leicht erkannt werden und es können entsprechende Maßnahmen zur Reduzierung bzw. Erhöhung der Abgasrückführungsrate getroffen werden.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform für eine Regelung 40 der Abgasrückführungsrate schematisch dargestellt. Im Gegensatz zu dem Beispiel der 3 erfolgt bei dieser Ausführungsform die Regelung über den Verbrennungsschwerpunkt. Dazu wird ein Zündverzugs-Modell 41 vorgesehen, das abhängig von den oben beschriebenen Betriebszustandsgrößen einen Sollwert ZV_soll für den Zündverzug ermittelt und an einen Regler 42 weitergibt. Weiterhin ist hier ebenfalls die Brennverlaufsangabenfunktion 33 vorgesehen, um eine Angabe zu einem Ist-Zündverzug ZV_ist zu ermitteln. Anstelle des Soll_Zündverzug ZV_soll und des Ist_Zündverzug ZV_ist können auch entsprechende Angaben (Sollwert, Istwert) über den Verbrennungsschwerpunkt ermittelt und an den Regler 42 weitergegeben werden. Der Regler 42 ist im Wesentlichen ausgebildet wie oben beschrieben und stellt eine oder mehrere Stellgrößen SG bereit, um den Verbrennungsmotor 2 zu betreiben.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor, wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zugeführten Gasmenge angibt, wobei in dem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zyklisch während einer Verbrennungsphase eine Verbrennung erfolgt, mit folgenden Schritten: – Ermitteln einer Brennverlaufsangabe über den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder des Verbrennungsmotors (2); – Ermitteln einer tatsächlichen Abgasrückführungsrate mit Hilfe einer vorgegebenen Abgasrückführungsraten-Funktion aus der Brennverlaufsangabe.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abgasrückführungsraten-Funktion mindestens eine weitere Betriebszustandsgröße des Verbrennungsmotor (2), insbesondere eine Drehzahl des Verbrennungsmotors (2), das angeforderte Fahrerwunschmoment und eine Angabe über die Kraftstoffqualität, berücksichtigt.
Verfahren zum Regeln einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor, wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zugeführten Gasmenge angibt, wobei in dem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zyklisch während einer Verbrennungsphase eine Verbrennung erfolgt, mit folgenden Schritten: – Ermitteln einer Brennverlaufsangabe über den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2); – Bereitstellen einer Sollangabe (ZV_soll; AGR_soll) abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (2); – Durchführen einer Regelung zum Ausgleichen einer Regelabweichung, die sich aus der Sollangabe (ZV_soll; AGR_soll) und der Brennverlaufsangabe ergibt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Sollangabe (AGR_soll), die einer Angabe zu einer Soll-Abgasrückführungsrate (AGR_soll) entspricht, aus eifern Sollwert-Kennfeld (31) abhängig von einer oder mehreren Betriebszustandsgrößen (BZG), insbesondere einer Drehzahl und/oder einem angeforderten Fahrerwunschmoment, ermittelt wird, wobei die tatsächliche Abgasrückführungsrate (AGR_ist) mit Hilfe einer Abgasrückführungsraten-Funktion aus der Brennverlaufsangabe ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Sollangabe (ZV_soll) einer Angabe zu einer Soll-Verbrennungslage, insbesondere einem Soll-Zündverzug (ZV_soll) oder einem Soll-Verbrennungsschwerpunkt, entspricht und aus einem Sollwert-Kennfeld (41) abhängig von einer oder mehreren Betriebszustandsgrößen (BZG), insbesondere einer Drehzahl und/oder einem angeforderten Fahrerwunschmoment, ermittelt wird, wobei eine Angabe einer Verbrennungslage als Brennverlaufsangabe ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Brennraumdruck (BDS) in dem Zylinder (4) gemessen wird, wobei die Brennverlaufsangabe als der Zeitpunkt des lokalen Maximums des Verlaufs einer dem Brennraumdruck entsprechende Brennraumdruckangabe während einer Verbrennungsphase in dem Zylinder (4) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Brennverlaufsangabe eine Angabe zu einem Verbrennungsschwerpunkt angibt, wobei ein Brennraumdruck in dem Zylinder (4) gemessen wird, wobei der Verlauf einer dem Brennraumdruck entsprechende Brennraumdruckangabe, insbesondere dem differentiellen Heizverlauf, während der Verbrennungsphase integriert wird, um einen integralen Heizwert zu erhalten, wobei der Verbrennungsschwerpunkt dem Zeitpunkt entspricht, zu dem der integrale Heizwert der Hälfte des Endwerts des integralen Heizwerts entspricht, der sich bei Integration über eine gesamte Verbrennungsphase in dem Zylinder (4) ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei die Brennverlaufsangabe abhängig von einem Zündzeitpunkt, der einen Zeitpunkt des Auslösens eines Zündfunkens in einem Brennraum des Zylinders (4) angibt, ermittelt wird, so dass als Brennverlaufsangabe ein Zündverzug (ZV_ist) bereitgestellt wird.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor (2), wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zugeführten Gasmenge angibt, wobei in dem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zyklisch während einer Verbrennungsphase eine Verbrennung erfolgt, umfassend: – einen Detektor (19), insbesondere einen Brennraumdrucksensor, zum Ermitteln einer den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) angebenden Größe als Brennverlaufsangabe; – ein Steuergerät (20) zum Ermitteln einer tatsächlichen Abgasrückführungsrate (AGR_ist) mit Hilfe einer vorgegebenen Abgasrückführungsraten-Funktion aus der Brennverlaufsangabe.
Vorrichtung zum Regeln einer Abgasrückführungsrate in einem Verbrennungsmotor (2), wobei die Abgasrückführungsrate einen Anteil von Abgas in einer einem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) zugeführten Gasmenge angibt, mit folgenden Schritten: – einen Detektor (19), insbesondere einen Brennraumdrucksensor, zum Ermitteln einer den Verlauf der Verbrennung in dem Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (4) angebenden Größe als Brennverlaufsangabe (ZV); – ein Steuergerät (20), das ausgebildet ist, – um einer Sollangabe (AGR_soll, ZV_soll) abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (2) bereitzustellen; und – um eine Regelung zum Ausgleichen einer Regelabweichung, die sich aus der Sollangabe (AGR_soll, ZV_soll) und der Brennverlaufsangabe ergibt, durchzuführen.
Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor (2) und einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführt.