DE102012200055B4 - Exhaust gas recirculation system and method for exhaust gas recirculation - Google Patents
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Abstract
Abgasrückführungssystem für einen turbogeladenen Verbrennungsmotor (1) eines Kraftfahrzeuges, mit einem Geschwindigkeitssensor (17) zum Erfassen einer Drehzahl (TSS) des Turboladers (6) und einem Abgasrückführungsventil (13), welches in unmittelbarer Abhängigkeit von dem Meßergebnis des Geschwindigkeitssensors (17) steuerbar ist.Exhaust gas recirculation system for a turbo-charged internal combustion engine (1) of a motor vehicle, with a speed sensor (17) for detecting a speed (TSS) of the turbocharger (6) and an exhaust gas recirculation valve (13) which can be controlled in direct dependence on the measurement result of the speed sensor (17) .
Description
Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungssystem und ein Verfahren zur Abgasrückführung. Insbesondere ist die Erfindung auf ein Abgasrückführungssystem für einen turbogeladenen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Abgasrückführung für einen turbogeladenen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges gerichtet, bei dem die Rate der Abgasrückführung basierend auf der Drehzahl des Turboladers geregelt wird.The invention relates to an exhaust gas recirculation system and a method for exhaust gas recirculation. In particular, the invention is directed to an exhaust gas recirculation system for a turbocharged internal combustion engine of an automotive vehicle, an internal combustion engine, and a method for exhaust gas recirculation for a turbocharged internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the rate of exhaust gas recirculation is controlled based on the rotational speed of the turbocharger.
Die Abgasrückführung oder EGR (Exhaust Gas Recirculation) dient dazu, Stickoxid-Emissionen, die bei der Verbrennung entstehen, zu minimieren. Dabei wird das bereits verbrannte Abgas dem dem Motor zugeführten Frischluftstrom zugeführt und das dabei entstehende Gemisch im Motor unter Zuführung von Kraftstoff verbrannt.Exhaust gas recirculation or EGR (Exhaust Gas Recirculation) serves to minimize nitrogen oxide emissions that occur during combustion. In this case, the already burned exhaust gas is supplied to the fresh air flow supplied to the engine and the resulting mixture is burned in the engine while supplying fuel.
Immer strenger werdende gesetzliche Anforderungen erfordern die Reduzierung von NOx-Emissionen und eine Verbesserung des Steuersystems der Abgasrückführung.Increasingly stringent regulatory requirements require the reduction of NOx emissions and an improvement in the exhaust gas recirculation control system.
In dem Dokument
Die derzeitigen Steuerungen basieren auf dem Luftmassenstrom oder MAF (Mass Airflow), bei denen vorwärtsgekoppelte Sollwerte für das Abgasrückführungsventil unter Berücksichtigung des derzeitigen Betriebspunkts des Motors, üblicherweise Geschwindigkeit und Last bzw. angegebenes Drehmoment, erzeugt werden. Teilweise werden einige modellbasierte Anpassungen umfaßt, in denen das theoretische Strömungsfeld des Abgasrückführungsventils gesteuert wird. Dieser Ansatz weist jedoch Probleme mit der Stabilität auf, da ein Druckverhältnis über den Zylinder gemessen oder geschätzt werden muß und weil nachteilige Auswirkungen bedingt durch Fluktuationen durch Pumpen des Motors, Empfindlichkeiten um ein Druckverhältnis von Eins und durch Verunreinigungen mit Feinstaub oder Festkörpern vorhanden sind.The current controls are based on mass airflow or MAF (Mass Airflow), where EGR setpoints are generated taking into account the current operating point of the engine, typically speed and load or torque. Partially, some model-based adjustments are included, in which the theoretical flow field of the exhaust gas recirculation valve is controlled. However, this approach has problems with stability because a pressure ratio across the cylinder must be measured or estimated, and because there are adverse effects due to pump motor fluctuations, sensitivities of one to one, and particulate or solid contaminants.
Des Weiteren sind Sensoren für den Luftmassenstrom Haltbarkeitsproblemen unterworfen, die zu einem großen Versatz bei der Messung führen können. Diese Haltbarkeitsprobleme treten insbesondere bei langen Perioden von Stadtfahrten auf.Furthermore, air mass flow sensors are subject to durability issues that can lead to a large misalignment in the measurement. These durability problems occur especially during long periods of city driving.
Eine weiter entwickelte Steuerung für die Abgasrückführung, die für EURO VI+ Anwendungen entwickelt wurde, verwendet einen in dem Ansaugkrümmer angeordneten Sauerstoffsensor, der auch FMAN Sensor genannt wird, um die Sauerstoffkonzentration zu regulieren. Damit soll eine optimale Verbrennung in den Zylindern des Motors erzielt werden. Dieses Verfahren ist jedoch teuer und erfordert einen beträchtlichen Aufwand einer Überarbeitung von bestehenden Sauerstoffsensoren. So erfordern die Stabilität des Heizkreises und die dynamischen Eigenschaften der Pumpzellen einen sich ständig ändernden Faktor für die Druckkorrektur.A sophisticated exhaust gas recirculation control system, developed for EURO VI + applications, uses an intake manifold oxygen sensor, also known as the FMAN sensor, to regulate oxygen concentration. This is to achieve optimum combustion in the cylinders of the engine. However, this method is expensive and requires considerable effort to rework existing oxygen sensors. Thus, the stability of the heating circuit and the dynamic properties of the pumping cells require a constantly changing factor for the pressure correction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors zu verbessern.The invention is based on the object to improve the exhaust gas recirculation of an internal combustion engine.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 3 beziehungsweise 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is achieved with the features of
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt ein Abgasrückführungssystem für einen turbogeladenen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges einen Geschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Drehzahl des Turboladers und ein Abgasrückführungsventil, welches in Abhängigkeit von dem Meßergebnis des Geschwindigkeitssensors steuerbar ist. Durch die Verwendung der Geschwindigkeit oder Drehzahl des Turboladers, welche relativ einfach zu bestimmen sind, kann auf die schwierige und unzuverlässige Bestimmung des Luftmassenstroms verzichtet werden. Die Erfindung beruht darauf, dass bei einer erhöhten Abgasrückführung die Enthalpie an dem Turbolader sinkt und entsprechend seine Geschwindigkeit abfällt, was für eine Abschätzung der EGR-Strömungsrate benutzt wird. Das Abgasrückführungssystem erlaubt einen optimierten Motorbetrieb, was den Kraftstoffverbrauch senkt. Zudem wird die Verzögerung der Regelung verringert.According to a first aspect of the invention, an exhaust gas recirculation system for a turbocharged internal combustion engine of a motor vehicle comprises a speed sensor for detecting a rotational speed of the turbocharger and an exhaust gas recirculation valve, which is controllable in dependence on the measurement result of the speed sensor. By using the speed or speed of the turbocharger, which are relatively easy to determine, the difficult and unreliable determination of the air mass flow can be dispensed with. The invention is based on the fact that with increased exhaust gas recirculation, the enthalpy at the turbocharger drops and, accordingly, its velocity drops, which is used for estimating the EGR flow rate. The exhaust gas recirculation system allows for optimized engine operation, which reduces fuel consumption. In addition, the delay of the control is reduced.
Das Abgasrückführungssystem kann eine Steuerung zur Verarbeitung des Meßergebnisses und zur Ansteuerung des Abgasrückführungsventils aufweisen. Die Steuerung kann Werte oder Kennlinien zum Beispiel an den jeweiligen Betriebspunkt des Motors anpassen. Die Steuerung kann in bestehende Steuerungen wie die Motorsteuerung oder die Steuerung der Abgasnachbehandlung integriert sein oder es kann eine einzelne Steuerung vorgesehen sein. Mittels der Steuerung kann das Abgasrückführungssystem einfach an neue Umstände des Motors oder gesetzliche Vorschriften angepaßt werden.The exhaust gas recirculation system may include a controller for processing the measurement result and for driving the exhaust gas recirculation valve. The controller can adapt values or characteristics, for example, to the respective operating point of the engine. The controller may be integrated with existing controls such as engine control or exhaust aftertreatment control, or a single controller may be provided. By means of the control, the exhaust gas recirculation system can be easily adapted to new circumstances of the engine or statutory requirements.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges einen Turbolader und ein wie zuvor beschriebenes Abgasrückführungssystem. Der Verbrennungsmotor hat die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor für das Abgasrückführungssystem beschrieben.According to a second aspect of the invention, an internal combustion engine of a motor vehicle comprises a turbocharger and an exhaust gas recirculation system as described above. Of the Internal combustion engine has the same advantages and modifications as previously described for the exhaust gas recirculation system.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Abgasrückführung für einen turbogeladenen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges gerichtet, wobei eine Rate der Abgasrückführung basierend auf einer Messung einer Drehzahl des Turboladers geregelt wird. Das Verfahren hat die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor für das Abgasrückführungssystem beschrieben.In another aspect, the invention is directed to an exhaust gas recirculation method for a turbocharged internal combustion engine of an automotive vehicle, wherein a rate of exhaust gas recirculation is controlled based on a measurement of a speed of the turbocharger. The method has the same advantages and modifications as previously described for the exhaust gas recirculation system.
Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen:
- – Messen einer Drehzahl des Turboladers,
- – Erzeugen eines Drehzahl-Sollwertes unter Berücksichtigung einer Drehzahl des Verbrennungsmotors,
- – Erzeugen eines Drehzahl-Sollwert-Fehlers aus dem gemessenen Drehzahl-Wert und dem Drehzahl-Sollwert,
- – Erzeugen eines vorwärtsgekoppelten Abgasrückführungsventil-Sollwerts unter Berücksichtigung einer Geschwindigkeit des Turboladers,
- – Steuern des Abgasrückführungsventils unter Berücksichtigung des Drehzahl-Sollwert-Fehlers und des vorwärtsgekoppelten Abgasrückführungsventil-Sollwerts.
- Measuring a speed of the turbocharger,
- Generating a speed setpoint taking into account a speed of the internal combustion engine,
- Generating a speed setpoint error from the measured speed value and the speed setpoint,
- Generating a feedforward EGR valve setpoint taking into account a speed of the turbocharger,
- Controlling the exhaust gas recirculation valve taking into account the speed setpoint error and the feedback EGR setpoint.
Durch die Verwendung der Geschwindigkeit oder Drehzahl des Turboladers, welche relativ einfach zu bestimmen ist, kann auf die schwierige und unzuverlässige Bestimmung des Luftmassenstroms verzichtet werden. So kann ein stabiles Verfahren geschaffen werden, das zudem den Kraftstoffverbrauch des Motors senkt.By using the speed or speed of the turbocharger, which is relatively easy to determine, can be dispensed with the difficult and unreliable determination of the air mass flow. Thus, a stable process can be created, which also reduces the fuel consumption of the engine.
Beim Erzeugen des Drehzahl-Sollwertes kann ein Drehmoment-Sollwert und/oder ein Treibstoff-Massenstrom berücksichtigt werden. Durch die zusätzliche Verarbeitung eines oder mehrerer zusätzlicher Werte kann das Verfahren genauer und robuster realisiert werden.When generating the speed setpoint, a torque setpoint and / or a fuel mass flow can be taken into account. The additional processing of one or more additional values makes the process more accurate and robust.
Beim Erzeugen des vorwärtsgekoppelten Abgasrückführungsventil-Sollwerts kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden. Durch die zusätzliche Verarbeitung eines oder mehrerer zusätzlicher Werte kann das Verfahren genauer und robuster realisiert werden.When generating the feedforward EGR valve setpoint, the speed of the engine may be considered. The additional processing of one or more additional values makes the process more accurate and robust.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben, in denen zeigen:In the following the invention will be described in more detail with reference to the drawing, in which:
Die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken diese nicht ein. Die Zeichnungen und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.The drawings are merely illustrative of the invention and do not limit it. The drawings and the individual parts are not necessarily to scale. Like reference numerals designate like or similar parts.
In den Zylindern
Das Abgasrückführungssystem
Für die Steuerung des Abgasrückführungssystems
Ein Geschwindigkeitssensor
Ein Geschwindigkeitssensor
Weitere Parameter, wie ein Soll-Drehmoment TQI_SP oder ein Treibstoff-Massenstrom MF können von weiteren Sensoren und/oder Steuerungen der Steuerung
Anhand von
Gemäß dem Diagramm aus
In einem Komparator
In einem Block
Der vorwärtsgekoppelte Abgasrückführungsventil-Sollwert EGRV_FFWD_SP kann zum Beispiel anhand des in
In einem Komparator
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