DE102012212479B4

DE102012212479B4 - System und Verfahren zum Schätzen einer Einlassladungstemperatur für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102012212479B4
Application number: DE102012212479.9A
Authority: DE
Inventors: Yue-Yun Wang; Ibrahim Haskara; Ping Ge
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: CN102889124B; DE102012212479A1; CN102889124A; US8731803B2; US20130024085A1

Abstract

Verfahren zum Schätzen einer Einlassladungstemperatur einer Einlassladungsströmung, die von einem Einlasskrümmer (50) eines Verbrennungsmotors (10) zu Zylindern (20) des Motors (10) strömt, wobei die Einlassladungsströmung eine Einlassluftströmung umfasst, die in dem Einlasskrümmer (50) mit einer Abgasrückführungsströmung gemischt wird, wobei das Verfahren umfasst, dass:Systembedingungen für den Motor (10) überwacht werden;eine Auswirkung des Mischens auf einen spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf den Systembedingungen ermittelt wird;die Einlassladungstemperatur basierend auf der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung und basierend auf den Systembedingungen geschätzt wird; undder Motor (10) basierend auf der Einlassladungstemperatur gesteuert wird,wobei das Überwachen der Systembedingungen umfasst, dass eine Abgasrückführung überwacht wird; undwobei das Ermitteln der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung umfasst, dass:ein Verhältnis eines spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf der Abgasrückführung ermittelt wird,wobei das Überwachen der Systembedingungen ferner umfasst, dass:ein Verhältnis einer Abgasrückführungstemperatur zu einer Temperatur eines Ladeluftkühlers (142) überwacht wird; undein Äquivalenzverhältnis überwacht wird;wobei das Ermitteln der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung ferner umfasst, dass:ein Verhältnis eines spezifischen Wärmekoeffizienten der Abgasrückführungsströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung basierend auf dem Verhältnis der Abgasrückführungstemperatur zu der Temperatur des Ladeluftkühlers (142) und basierend auf dem Äquivalenzverhältnis ermittelt wird,wobei das Überwachen der Systembedingungen ferner umfasst, dass:ein Luftanteil überwacht wird;die Temperatur des Ladeluftkühlers (142) überwacht wird;die Abgasrückführungstemperatur überwacht wird;eine Strömungsrate der Einlassladungsströmung überwacht wird; undeine Ableitung eines Krümmerabsolutdrucks bezüglich der Zeit überwacht wird; undwobei das Schätzen der Einlassladungstemperatur die folgende Beziehung verwendet:Tc=cpacpc(fA⋅Tcac+(1−fA)⋅cpecpaTegr−VWcγR⋅dPdt);wobeiTcgleich der Einlassladungstemperatur ist,cpa/cpcgleich dem Verhältnis des spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung ist,fAgleich dem Luftanteil ist,Tcacgleich der Temperatur des Ladeluftkühlers (142) ist,cpe/cpagleich dem Verhältnis des spezifischenTegrWärmekoeffizienten der Abgasrückführungsströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung ist, gleich der Abgasrückführungstemperatur ist,V gleich einem Volumen des Einlasskrümmers (50) ist,Wcgleich der Strömungsrate der Einlassladungsströmung ist,γ gleich einem Verhältnis der spezifischen Wärme ist,R gleich der universellen Gaskonstante ist unddP/dt gleich der Ableitung des Krümmerabsolutdrucks bezüglich der Zeit ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft die Steuerung eines Verbrennungsmotors.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen bezogen auf die vorliegende Offenbarung dar. Dementsprechend sollen solche Angaben keine Berechtigung als Stand der Technik darstellen.
Ein Motor kann ein Aufladungssystem aufweisen, das eine Turbolader- oder eine Turbokompressoreinrichtung umfasst, um aufgeladene Einlassluft an den Motor zu liefern, wodurch die Leistung des Motors verbessert wird. Die Aufladungseinrichtung komprimiert die Einlassluft oder Frischluftströmung, und in dem Prozess des Komprimierens der Luft wird die Temperatur der Einlassluft ebenso erhöht. Die erhöhte Temperatur der Einlassluft, die aus der Aufladungseinrichtung austritt, weist eine geringere Dichte als die Luft bei Umgebungstemperaturen auf. Eine Ladeluft-Kühlereinrichtung ist ein Wärmetauscher, der zum Kühlen der unter Druck stehenden Einlassluft verwendet wird, wodurch die Dichte der Einlassluft erhöht wird.
Ein Abgasrückführungskreislauf (AGR-Kreislauf) wird verwendet, um eine AGR-Strömung, die an Sauerstoff verarmt ist, an einen Einlasskrümmer zu liefern, wobei die Einlassluftströmung und die AGR-Strömung gemischt werden, um eine Einlassladungsströmung zur Verbrennung in den Zylindern des Motors zu erzeugen. Der AGR-Kreislauf kann einen AGR-Kühler umfassen, einen Wärmetauscher, der zum Verringern der Temperatur der AGR-Strömung verwendet wird.
Der Betrieb des Motors hängt von den Eigenschaften der Einlassladungsströmung ab. Das Steuern der Temperatur der Einlassluftströmung, der AGR-Strömung und der Einlassladungsströmung ist wichtig, um den Motor effektiv und effizient zu steuern. Die Temperatur einer Gasströmung kann durch Temperatursensoren gemessen werden, die in der Technik bekannt sind.
In der DE 103 19 333 A1 ist ein Verfahren zum Berechnen der Temperatur einer Einlassladung eines Motor beschrieben, bei dem eine Einlassluft- und eine Abgasrückführungsströmung zu einer Einlassladungsströmung gemischt werden. Systembedingungen des Motors werden überwacht, und die Temperatur der Einlassladung wird unter Verwendung spezifischer Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung und der Abgasrückführungsströmung sowie anhand der überwachten Systembedingungen berechnet. Ferner wird der Motor basierend auf der geschätzten Einlassladungstemperatur gesteuert.
Die DE 10 2007 038 727 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Abgasanteils von Mischgas, das Einlassluft und Abgas umfasst und einem Motor zugeführt wird. Dabei wird die Auswirkung der Mischung auf die Wärmekapazitäten der Einlassluft und des Abgases berücksichtigt.
In der DE 10 2007 010 501 A1 ist ein ähnliches Verfahren beschrieben, das zur Bestimmung einer Abgasrückführungsmasse vorgesehen ist.
Die EP 1 312 783 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Temperatur eines Gasgemischs, das einem Brennraum eines Verbrennungsmotors zugeführt wird, in Abhängigkeit von der Abgastemperatur ermittelt wird.
Ferner ist in der US 6 286 366 B1 ein Verfahren zum Ermitteln einer Ladelufttemperatur für einen Motor anhand überwachter Systembedingungen des Motors beschrieben.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, bei dem eine genaue Ermittlung der Temperatur einer Einlassladung, die Einlassluft und Abgas umfasst, zur Steuerung eines Motors erfolgt, ohne dass diese Temperatur mittels eines Sensors gemessen wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 3 gelöst.
Ein Motor weist einen Einlasskrümmer auf, der eine Einlassluftströmung und eine Abgasrückführungsströmung mischt, um eine Einlassladungsströmung zu liefern. Ein Verfahren zum Schätzen einer Einlassladungstemperatur der Einlassladung umfasst, dass Systembedingungen für den Motor überwacht werden, dass eine Auswirkung des Mischens auf einen spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf den überwachten Systembedingungen ermittelt wird, dass eine Einlassladungstemperatur basierend auf der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung und basierend auf den überwachten Systembedingungen geschätzt wird und dass der Motor basierend auf der geschätzten Einlassladungstemperatur gesteuert wird.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:

1 einen beispielhaften Verbrennungsmotor, ein beispielhaftes Steuermodul und ein beispielhaftes Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 eine beispielhafte Motorkonfiguration, die einen Turbolader aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3 beispielhafte Werte der spezifischen Wärme für eine Luftströmung und ein stöchiometrisches KraftstoffLuftgemisch bei konstantem Volumen über einen Bereich von Temperaturen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 Werte eines Verhältnisses von c_pa zu c_pc über einen Bereich von AGR-Prozentwerten gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 beispielhafte Ergebnisse einer T_c-Schätzung im Vergleich zu entsprechenden gemessenen T_c-Werten in einer Testkonfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
6 beispielhafte Ergebnisse einer T_c-Schätzung über eine Zeitdauer, in der ein AGR-Ventil offen ist, und über Zeitdauern, in denen das AGR-Ventil geschlossen ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
7 einen beispielhaften Prozess gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, mit dem T_c geschätzt und zur Steuerung eines Motors verwendet werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, stellt 1 einen beispielhaften Verbrennungsmotor 10, ein beispielhaftes Steuermodul 5 und ein beispielhaftes Abgasnachbehandlungssystem 65 dar. Der beispielhafte Motor umfasst einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung, der Hubkolben 22 aufweist, die an einer Kurbelwelle 24 angebracht und in Zylindern 20 bewegbar sind, die Verbrennungskammern 34 mit variablem Volumen definieren. Die Kurbelwelle 24 ist funktional mit einem Fahrzeuggetriebe und einem Endantrieb verbunden, um in Ansprechen auf eine Drehmomentanforderung TO_REQ eines Bedieners ein Traktionsdrehmoment an diesen zu liefern. Der Motor verwendet vorzugsweise einen Viertaktbetrieb, bei dem jeder Motorverbrennungszyklus 720 Grad einer Winkeldrehung der Kurbelwelle 24 umfasst, welche in vier Stufen mit 180 Grad unterteilt werden (Einlass-Kompression-Expansion-Auslass), welche die Hubbewegung des Kolbens 22 in dem Motorzylinder 20 beschreiben. Ein Targetrad 26 mit mehreren Zähnen ist an der Kurbelwelle angebracht und dreht sich mit dieser. Der Motor weist Sensoren zum Überwachen des Motorbetriebs und Aktuatoren auf, die den Motorbetrieb steuern. Die Sensoren und Aktuatoren sind signaltechnisch oder funktional mit dem Steuermodul 5 verbunden.
Der Motor ist vorzugsweise ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der eine Verbrennungskammer mit variablem Volumen aufweist, die durch die Hubbewegung des Kolbens in dem Zylinder zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt sowie durch einen Zylinderkopf definiert ist, der ein Einlassventil und ein Auslassventil aufweist. Der Kolben führt eine Hubbewegung in sich wiederholenden Zyklen aus, wobei jeder Zyklus einen Einlass-, einen Kompressions-, einen Expansions- und einen Auslasstakt aufweist.
Der Motor weist vorzugsweise ein Luft/Kraftstoff-Betriebsregime auf, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist. Ein Fachmann wird verstehen, dass Aspekte der Offenbarung auf andere Motorkonfigurationen anwendbar sind, die hauptsächlich überstöchiometrisch betrieben werden, z.B. Motoren mit Funkenzündung und magerer Verbrennung. Während des normalen Betriebs des Kompressionszündungsmotors tritt ein Verbrennungsereignis während jedes Motorzyklus auf, wenn eine Kraftstoffladung in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, um mit der Einlassluft oder der Einlassladungsströmung die Zylinderladung zu bilden. Die Ladung wird anschließend während des Kompressionstakts durch die Wirkung der Kompression auf diese verbrannt.
Der Motor ist ausgebildet, um über einen breiten Bereich von Temperaturen, der Zylinderladung (Kraftstoff und Einlassluftströmung, welche die Luft und manchmal die AGR umfasst) und Einspritzungsereignissen zu arbeiten. Die hierin beschriebenen Verfahren sind speziell für den Betrieb bei Motoren mit Kompressionszündung und Direkteinspritzung geeignet, die überstöchiometrisch arbeiten, um Bedingungen zu ermitteln, die mit der Wärmefreigabe in jeder der Verbrennungskammern während des laufenden Betriebs korrelieren. Die Verfahren sind ferner auf andere Motorkonfigurationen anwendbar, einschließlich von Motoren mit Funkenzündung, die solche umfassen, die zur Verwendung von Strategien mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Strategien) ausgebildet sind. Die Verfahren sind auf Systeme anwendbar, die Kraftstoffeinspritzungsereignisse mit mehreren Pulsen pro Zylinder pro Motorzyklus verwenden, beispielsweise auf ein System, das eine Piloteinspritzung zur Kraftstoffreformierung, ein Haupt-Einspritzungsereignis für die Motorleistung und, wo dies anwendbar ist, ein Kraftstoffeinspritzungsereignis nach der Verbrennung für ein Nachbehandlungsmanagement verwendet, von welchen jede Einspritzung den Zylinderdruck beeinflusst.
Sensoren sind an oder in der Nähe des Motors installiert, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor- und Umgebungsbedingungen korrelierbar sind. Die Sensoren umfassen einen Kurbelwellen-Rotationssensor, der einen Kurbelsensor 44 zum Überwachen einer Kurbelwellendrehzahl (d.h. Motordrehzahl) (RPM) umfasst, indem Kanten an den Zähnen des Targetrads 26 mit mehreren Zähnen detektiert werden. Der Kurbelsensor ist bekannt, und er kann beispielsweise einen Halleffektsensor, einen induktiven Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor umfassen. Die Signalausgabe von dem Kurbelsensor 44 wird in das Steuermodul 5 eingegeben. Ein Verbrennungsdrucksensor 30 ist ausgebildet, um einen Zylinderinnendruck (COMB_PR) zu überwachen. Der Verbrennungsdrucksensor 30 ist vorzugsweise nicht eingreifend und umfasst einen Kraftaufnehmer mit einem ringförmigen Querschnitt, der ausgebildet ist, um in dem Zylinderkopf an einer Öffnung für eine Glühkerze 28 installiert zu werden. Der Verbrennungsdrucksensor 30 ist in Verbindung mit Glühkerze 28 installiert, wobei der Verbrennungsdruck mechanisch durch Glühkerze 28 hindurch zu dem Drucksensor 30 übertragen wird. Das Ausgangssignal COMB_PR des Drucksensors 30 ist dem Zylinderdruck proportional. Der Drucksensor 30 umfasst eine Piezokeramik oder eine andere Einrichtung, die als solcher ausgebildet werden kann. Andere Sensoren umfassen vorzugsweise einen Krümmerdrucksensor zum Überwachen eines Krümmerdrucks (MAP) und eines barometrischen Umgebungsdrucks (BARO), einen Luftmassenströmungssensor zum Überwachen einer Einlass-Luftmassenströmung (MAF) sowie einen Kühlmittelsensor 35, der eine Motorkühlmitteltemperatur (COOLANT) überwacht. Die Sensoren können zusätzlich die Einlasslufttemperatur (T_in), die AGR-Temperatur beim Eintritt in den Einlasskrümmer (T_egr) und die Temperatur der Einlassladungsströmung in dem Einlasskrümmer (T_c) umfassen, die in die Zylinder strömt. Das System kann einen Abgassensor zum Überwachen von Zuständen einer oder mehrerer Abgasbedingungen umfassen, z.B. der Temperatur, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und der Zusammensetzungen. Ein Fachmann versteht, dass andere Sensoren und Verfahren zu Zwecken der Steuerung und Diagnose vorhanden sein können. Die Bedienereingabe wird typischerweise in der Form einer Drehmomentanforderung TO_REQ des Bedieners durch ein Gaspedal und ein Bremspedal erhalten, neben anderen Einrichtungen. Der Motor ist vorzugsweise mit anderen Sensoren zum Überwachen des Betriebs und zu Zwecken der Systemsteuerung ausgestattet. Jeder der Sensoren ist signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden, um Signalinformationen zu liefern, die durch das Steuermodul in Informationen umgewandelt werden, die für die entsprechende überwachte Bedingung repräsentativ sind. Es versteht sich, dass diese Konfiguration zur Darstellung dient und nicht einschränkend ist, was umfasst, dass die verschiedenen Sensoren durch funktional äquivalente Einrichtungen ersetzbar sind.
Die Aktuatoren sind an dem Motor installiert und werden durch das Steuermodul 5 in Ansprechen auf Bedienereingaben gesteuert, um \verschiedene Leistungsziele zu erreichen. Die Aktuatoren umfassen ein elektronisch gesteuertes Drosselventil, das eine Drosselöffnung in Ansprechen auf ein Steuersignal (ETC) steuert, und mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12, um Kraftstoff in Ansprechen auf ein Steuersignal (INJ_PW) in jede der Verbrennungskammern direkt einzuspritzen, wobei alle von diesen in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung TO_REQ des Bedieners gesteuert werden. Ein AGR-Ventil 32 und ein Kühler steuern die Strömung eines extern zurückgeführten AGR-Gases zu dem Motoreinlass in Ansprechen auf ein AGR-Steuersignal von dem Steuermodul. Eine Glühkerze 28 ist in jeder Verbrennungskammer installiert und zur Verwendung mit dem Verbrennungsdrucksensor 30 ausgebildet. Zusätzlich kann bei einigen Ausführungsformen ein Aufladungssystem verwendet werden, das Ladeluft gemäß dem gewünschten Krümmerluftdruck zuführt.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 12 ist eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Kraftstoffladung in Ansprechen auf das Befehlssignal INJ_PW von dem Steuermodul direkt in eine der Verbrennungskammer einzuspritzen. Jede der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 wird mit unter Druck stehendem Kraftstoff aus einem Kraftstoffverteilsystem versorgt und weist Betriebseigenschaften auf, die eine minimale Pulsweite und eine zugeordnete minimale steuerbare Kraftstoffströmungsrate sowie eine maximale Kraftstoffströmungsrate umfassen.
Der Motor kann mit einem steuerbaren Ventiltrieb ausgestattet sein, der dazu dient, das Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen jedes der Zylinder einzustellen, einschließlich eines oder mehrerer von einem Ventilzeitpunkt, einer Phaseneinstellung (d.h. einer zeitlichen Steuerung relativ zu dem Kurbelwinkel und zur Kolbenposition) und einer Größe eines Hubs der Ventilöffnungen. Ein beispielhaftes System umfasst eine variable Nockenphaseneinstellung, die bei Motoren mit Kompressionszündung, Motoren mit Funkenzündung und Motoren mit homogener Kompressionszündung anwendbar ist.
Das Steuermodul 5 führt Routinen aus, die in diesem gespeichert sind, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Steuern des Motorbetriebs zu steuern, einschließlich der Drosselposition, der Kraftstoffeinspritzungsmasse und des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts, der AGR-Ventilposition zum Steuern der AGR-Strömung, des Glühkerzenbetriebs und der Steuerung von Zeitpunkten, der Phaseneinstellung und des Hubs von Einlass- und/oder Auslassventilen bei Systemen, die derart ausgestattet sind. Das Steuermodul ist ausgebildet, um Eingangssignale von dem Bediener zu empfangen (z.B. eine Gaspedalposition und eine Bremspedalposition), um TO_REQ zu ermitteln, sowie von den Sensoren, welche die Motordrehzahl (RPM), Tin, die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
1 stellt einen beispielhaften Dieselmotor dar, die hierin beschriebenen Verfahren können jedoch auf ähnliche Weise bei anderen Motorkonfigurationen verwendet werden, die beispielsweise Motoren, die mit Benzinkraftstoff versorgt werden, Motoren, die mit Ethanol oder E85-Kraftstoff versorgt werden oder ähnliche bekannte Konstruktionen umfassen. Die Offenbarung soll nicht auf die speziellen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein, die hierin beschrieben sind.
2 stellt eine beispielhafte Motorkonfiguration dar, die einen Turbolader aufweist. Der beispielhafte Motor ist ein Mehrzylindermotor und umfasst eine Vielzahl von Kraftstoffzufuhrtypen und Verbrennungsstrategien, die in der Technik bekannt sind. Die Motorsystemkomponenten umfassen einen Einlassluftkompressor 40, der eine Turbine 46 und einen Luftkompressor 45 umfasst, einen Ladeluftkühler 142, ein AGR-Ventil 132 und einen Kühler 152, einen Einlasskrümmer 50 und einen Auslasskrümmer 60. Umgebungs-Einlassluft wird durch einen Einlass 171 in den Kompressor 45 eingelassen. Eine unter Druck stehende Einlassluft- und AGR-Strömung wird zur Verwendung in dem Motor 10 an den Einlasskrümmer 50 geliefert. Eine Abgasströmung verlässt den Motor 10 durch einen Auslasskrümmer 60, treibt die Turbine 46 an und tritt durch ein Abgasrohr 170 aus. Der dargestellte AGR-Kreislauf ist ein Hochdruck-AGR-System, das unter Druck stehendes Abgas aus dem Auslasskrümmer 60 an den Einlasskrümmer 50 liefert. Eine alternative Konfiguration, ein Niederdruck-AGR-System, kann Abgas mit niedrigem Druck aus dem Abgasrohr 170 an den Einlass 171 liefern. Sensoren sind an dem Motor installiert, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor- und Umgebungsbedingungen korrelierbar sind. Die Sensoren umfassen vorzugsweise einen Umgebungsluft-Drucksensor 112, einen Umgebungs- oder Einlassluft-Temperatursensor 114, der T_in überwacht, und einen Luftmassenströmungssensor 116 (von denen alle einzeln oder als eine einzige integrierte Einrichtung ausgebildet sein können), einen MAP-Sensor 120, einen Abgas-Temperatursensor 124 und einen AGR-Ventilpositionssensor 130. Ein Motordrehzahlsensor 44 überwacht die Drehzahl des Motors. Zusätzlich ist ein Einlassluftströmungs-Temperatursensor 118 angeordnet, um eine Temperatur der Einlassluftströmung (Tcac) zu liefern, nachdem die Einlassluft den Ladeluftkühler 142 verlässt und bevor die Einlassluft in den Einlasskrümmer 50 eintritt, und ein AGR-Temperatursensor 134 ist angeordnet, um T_egr zu liefern, das überwacht wird, nachdem die AGR-Strömung aus dem AGR-Kühler 152 austritt und bevor die AGR-Strömung in den Einlasskrümmer 50 eintritt.
Jeder der Sensoren ist signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden, um Signalinformationen zu liefern, die durch das Steuermodul 5 in Informationen umgeformt werden, die für den entsprechenden überwachten Zustand repräsentativ sind. Es versteht sich, dass diese Konfiguration zur Darstellung und nicht zur Einschränkung dient, was umfasst, dass die verschiedenen Sensoren durch funktional äquivalente Einrichtungen ersetzbar sind, die weiterhin in den Umfang der Offenbarung fallen. Ferner kann der Einlassluftkompressor 40 innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung alternative Turbolader- oder Turbokompressor-Konfigurationen aufweisen, die in der Technik bekannt sind.
Eine genaue Messung von T_c kann die Motorleistung, die Kraftstoffeffizienz und die Emissionen verbessern. Eine Leistungsschwankung oder eine Fehlfunktion entweder des Ladeluftkühlers oder des AGR-Kühlers kann unerwartete Veränderungen in Tc bewirken. Ein überwachter oder ermittelter Wert von T_c kann zum Steuern des Motorbetriebs verwendet werden, um eine beliebige Schwankung zwischen einem gewünschten T_c und einem tatsächlichen T_c zu kompensieren. T_c kann direkt durch einen Sensor überwacht werden, Sensoren sind jedoch teuer und erzeugen zusätzliche Installations- und Wartungsprobleme.
Jede der Strömungen, die in den Einlasskrümmer eintreten und diesen verlassen, die Einlassluftströmung, die AGR-Strömung und die Einlassladungsströmung, weisen unterschiedliche thermische Eigenschaften auf. Insbesondere weist jede Strömung unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der spezifischen Wärme auf. Verfahren zum Schätzen von T_c umfassen Ungenauigkeiten, die durch das Mischen der Einlassluftströmung und der AGR-Strömung in den Krümmer und durch die Auswirkungen der thermischen Eigenschaften der gemischten Gase bedingt sind. Ein Verfahren zum Schätzen einer Auswirkung oder zum Korrigieren der Auswirkungen der thermischen Eigenschaften umfasst, dass eine Auswirkung des Mischens in dem Einlasskrümmer auf die thermischen Eigenschaften, insbesondere auf die spezifische Wärme, der resultierenden Einlassladungsströmung ermittelt wird, die aus dem Einlasskrümmer zu den Zylindern des Motors strömt (gemessen anhand eines spezifischen Wärmekoeffizienten c_pc). Da die Einlassladungsströmung das Gemisch der Einlassluftströmung und der AGR-Strömung umfasst, ist eine Ermittlung der Auswirkung, die das Gemisch auf die spezifische Wärme der Einlassluftströmung hat, eine Möglichkeit zum Korrigieren der Auswirkungen des Mischens der Gase. c_pc kann direkt ermittelt werden, es kann jedoch rechentechnisch schwierig zu ermitteln sein. Ein Verfahren zum Ermitteln einer Auswirkung von c_pc auf die Einlassladungsströmung umfasst, dass ein Verhältnis der spezifischen Wärme der Einlassluftströmung, die in den Einlasskrümmer eintritt, (gemessen anhand eines spezifischen Wärmekoeffizienten c_pa) zu c_pc ermittelt wird. Indem ein Verhältnis von c_pa zu c_pc anstelle eines Absolutwerts von c_pc zum Schätzen von T_c verwendet wird, kann ein Ausmaß, um das die thermischen Eigenschaften der Einlassluftströmung in dem Mischprozess verändert werden, anstelle einer schwierigeren Ermittlung des Absolutwerts der thermischen Eigenschaften evaluiert werden. Es wird ein Verfahren zum Schätzen einer Temperatur einer Einlassladungsströmung in einem Einlasskrümmer eines Motors offenbart, das eine Korrektur der thermischen Eigenschaften von Gasen in dem Einlasskrümmer umfasst und die geschätzte Temperatur verwendet, um den Motor zu steuern. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass Systembedingungen für den Motor überwacht werden, dass eine Auswirkung des Mischens auf einen spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf den überwachten Systembedingungen ermittelt wird, dass die geschätzte Einlassladungstemperatur basierend auf der Auswirkung des Mischens auf einen spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung und basierend auf den überwachten Systembedingungen ermittelt wird und dass der Motor basierend auf der geschätzten Einlassladungstemperatur gesteuert wird.
Gemäß einem Verfahren zum Analysieren eines Einlasskrümmers kann der Krümmer als ein Behälter mit einem festen Volumen modelliert werden, der zwei Eingänge, einen für die Einlassluftströmung (W_a) und einen für die AGR-Strömung (W_egr), und einen Ausgang aufweist, über den die Einlassladungsströmung oder die gesamte Ladungsströmung (W_c) aus dem Krümmer in die Zylinder austritt. W_c kann anhand von Beziehungen, die in der Technik bekannt sind, gemäß der folgenden Beziehung beschrieben werden. $W_{c} = η_{ν} \frac{D}{120} \frac{P}{R \cdot T_{c}} \cdot N$
η_v ist eine volumetrische Effizienz für den Motor. D ist ein Zylinderhubraumvolumen. P ist der Einlasskrümmerdruck, der beispielsweise durch den MAP-Sensor 120 gemessen wird. N ist die Motordrehzahl. R ist die universelle Gaskonstante. Die Einlasskrümmerdynamik kann basierend auf eine Enthalpiegleichung gemäß der folgenden Beziehung modelliert werden. $W_{c} c_{p c} T_{c} = W_{a} c_{p a} T_{c a c} + W_{e g r} c_{p e} T_{e g r} - \frac{c_{ν c} V}{R} \cdot \frac{d P}{d t} - \dot{Q}$
c_pe ist ein spezifischer Wärmekoeffizient für die AGR-Strömung. $\frac{c_{ν c} V}{R} \cdot \frac{d P}{d t} - \dot{Q}$
umfasst ein Maß von Verlusten in dem Einlasskrümmer, wobei c_vc der spezifische Wärmekoeffizient für die Inhalte des Einlasskrümmers ist, V das Volumen des Einlasskrümmers ist und Q̇ der Wärmeverlust aus dem Einlasskrümmer ist. dP/dt ist eine Ableitung des Einlasskrümmerdrucks, beispielsweise eines Krümmerabsolutdruck-Sensormesswerts, bezüglich der Zeit. Unter der Annahme eines Massengleichgewichts, das durch die folgende Beziehung ausgedrückt wird $W_{c} = W_{e} + W_{a}$
kann eine Schätzung für T_c gemäß der vorliegenden Beziehung ausgeführt werden. $T_{c} = \frac{c_{p a}}{c_{p c}} (f_{A} \cdot T_{c a c} + (1 - f_{A}) \cdot \frac{c_{p e}}{c_{p a}} T_{e g r} - \frac{V}{W_{c} γ R} \cdot \frac{d P}{d t})$
wobei f_A ein Luftanteil ist, der durch das Folgende angegeben wird. $f_{A} = \frac{W_{a}}{W_{c}}$
γ ist ein Verhältnis der spezifischen Wärme, das in der Technik bekannt ist.
Spezifische Wärmekoeffizienten, insbesondere c_pc, beeinflussen die Genauigkeit der T_c-Schätzung. c_pc wird durch eine Anzahl von Faktoren beeinflusst, welche die AGR-Mischung in dem Einlasskrümmer und die Einlassdrosselposition umfassen. Die spezifischen Wärmekoeffizienten c_pa und c_pe können folgendermaßen angegeben werden: $c_{p a} = f (T_{c a c})$
$c_{p e} = R + Φ \cdot f_{c ν s t o i c} (T_{e g r}) + (1 - Φ) f_{c ν a i r} (T_{e g r})$
wobei Φ ein Äquivalenzverhältnis für die Ladung ist. f_cvstoic(T_egr) und f_cvair(T_egr) sind Funktionen, die das Verhalten der spezifischen Wärmekoeffizienten bei konstantem Volumen für Luft und für eine stöchiometrische Ladung beschreiben. 3 stellt beispielhafte Werte der spezifischen Wärme für eine Luftströmung und ein stöchiometrisches KraftstoffLuftgemisch bei konstantem Volumen über einen Bereich von Temperaturen dar. Die horizontale x-Achse stellt die Temperatur in Grad K dar. Die vertikale y-Achse stellt die spezifische Wärme dar. Die Kurve 210 repräsentiert die spezifische Wärme für eine spezielle stöchiometrische Ladung, und die Kurve 200 repräsentiert die spezifische Wärme für Luft. Solche Kurven können anhand von Verfahren, die in der Technik bekannt sind, für einen speziellen Kraftstofftyp ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Verhältnis von c_pa zu c_pc, das zum Ermitteln eines Terms von Gleichung 4 verwendbar ist, für eine bekannte Motorkonfiguration wie folgt modelliert werden. $\frac{c_{p a}}{c_{p c}} = f_{2} (E G R %, Φ)$
EGR% ist ein AGR-Anteil, eine AGR-Ventilposition oder ein Maß der AGR-Strömung (von denen ein beliebiges als Abgasrückführung bezeichnet werden kann), die gegenwärtig in den Einlasskrümmer geleitet wird. Für ein spezielles Φ kann das Verhältnis von c_pa zu c_pc bei einer speziellen Motorkonfiguration für einen Bereich von AGR-Prozentwerten ermittelt werden. 4 stellt Werte eines Verhältnisses von c_pa zu c_pc über einen Bereich von AGR-Prozentwerten dar. Die horizontale x-Achse stellt einen Bereich von AGR-Prozentwerten dar, die als ein Anteil von Null bis Eins ausgedrückt werden. Die vertikale y-Achse stellt einen Bereich von Werten des Verhältnisses von c_pa zu c_pc dar. Die Punkte 260 stellen Datenpunkte dar, die beim Testen einer speziellen Motorkonfiguration erfasst wurden. Die Kurve 250 stellt eine beispielhafte Trendlinie dar, die basierend auf den dargestellten Datenpunkten 260 ermittelt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform kann ermittelt werden, dass eine Motorkonfiguration hauptsächlich durch EGR% beeinflusst wird, sodass nur ein Datensatz erforderlich ist, um das erforderliche Verhältnis zu ermitteln. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Vielzahl von Datensätzen verwendet werden, um ähnliche Kurven für unterschiedliche Φ-Werte zu erzeugen. Eine solche Vielzahl von Kurven kann in mehreren Nachschlagetabellen, in einem 3-dimensionalen Diagramm oder in einem beliebigen anderen ähnlichen Verfahren verwendet werden, um eine Ausgabe basierend auf EGR% und Φ zu liefern. Gemäß einer Ausführungsform kann das Verhältnis von c_pe zu c_pa anhand von Gleichung 6 und 7 ermittelt werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Verhältnis von c_pe zu c_pa, das zum Ermitteln eines Terms von Gleichung 4 verwendbar ist, für eine bekannte Motorkonfiguration wie folgt modelliert werden. $\frac{c_{p e}}{c_{p a}} = f_{3} (\frac{T_{e g r}}{T_{c a c}}, Φ)$
Funktionale Beziehungen für die Verhältnisse der spezifischen Wärme, die in Gleichung 8 und 9 ausgedrückt werden, können basierend auf experimentellen Daten, einer Berechnung, einer Modellierung oder einem beliebigen Verfahren ermittelt werden, das ausreicht, um den Motorbetrieb und die Strömung durch einen Einlasskrümmer zu umfassen, und die funktionalen Beziehungen können in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden, für ein programmiertes Eingabe/Ausgabe-Ansprechen vereinfacht werden, oder sie können ein beliebiges anderes Verfahren sein, das zur Verwendung in einem Fahrzeug in der Technik bekannt ist.
Basierend auf den genauen Ermittlungen von Werten für die spezifische Wärme durch die hierin offenbarten Gleichungen kann eine genaue Schätzung von Tc ausgeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform können die vorstehenden Gleichungen umgeformt werden, um die nachstehend vorgesehene Gleichung zum Schätzen von T_c auszudrücken, wenn das AGR-Ventil offen ist. $T_{c} = \frac{P d (\frac{N}{2}) η_{ν}}{[\frac{\frac{P d (\frac{N}{2}) η_{ν} c_{p c}}{R} W_{a} c_{p a} T_{c a c}}{c_{p e} T_{e g r}} + W_{a}] R \cdot 120}$
Ein Wert für c_pc kann beispielsweise ermittelt werden, indem ein c_pa/c_pc-Verhältnis gemäß Gleichung 8 ermittelt wird, indem c_pa gemäß Gleichung 6 ermittelt wird und indem anschließend nach c_pc aufgelöst wird. Die Verwendung von Gleichung 10 kann unter bestimmten Umständen gegenüber der Verwendung von Gleichung 4 bevorzugt sein. Gleichung 4 ermittelt T_c basierend auf W_c. Gemäß Gleichung 1 kann W_c basierend auf T_c ermittelt werden. Die Abhängigkeit von T_c von W_c, wobei W_c von T_c abhängig ist, erzeugt eine rekursive Bedingung, bei der beispielsweise ein Wert von W_c aus einer vorhergehenden Iteration für T_c verwendet werden muss, um eine gegenwärtige Iteration von T_c zu ermitteln. Gleichung 10 ist bestimmend, wobei jeder Term in einer gegenwärtigen Iteration ohne Abhängigkeit eines beliebigen Terms von T_c ermittelt werden kann. Gleichung 10 ist jedoch möglicherweise nicht gültig, wenn sich die AGR-Strömung Null annähert. Gemäß einer Ausführungsform kann Gleichung 10 verwendet werden, ganz gleich, ob das AGR-Ventil geöffnet oder geschlossen ist, und zwar unter der Annahme, dass sich Gleichung 10 zu T_c = T_cac vereinfacht, wenn das AGR-Ventil geschlossen ist, wobei als Übergang ein beliebiges kleines Leck aus dem AGR-Kreislauf oder aus dem Restgemisch in dem Einlasskrümmer vernachlässigt oder ignoriert wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann Gleichung 4 immer dann ausgewählt werden, wenn angewiesen wird, dass ein AGR-Ventil geschlossen werden soll, beispielsweise während eines Motorstarts, oder zu einer geschlossenen Position hin geschlossen wird, und Gleichung 10 kann immer dann ausgewählt werden, wenn bekannt ist, dass das AGR-Ventil offen ist. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Befehl zum Schließen eines AGR-Ventils überwacht werden, und eine Schätzung von T_c kann darauf basieren, ob der Befehl vorliegt oder nicht. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann Gleichung 10 verwendet werden, wenn das AGR-Ventil offen ist, und die nachfolgende Beziehung kann verwendet werden, wenn das AGR-Ventil geschlossen ist: $T_{c} = T_{c a c} + Δ T$
wobei ΔT eine Temperaturänderung über den Einlasskrümmer ist. Indem überwacht wird, ob ein Befehl für das Abgasrückführungsventil ein Schließen des Abgasrückführungsventils angibt, können die offenbarten Verfahren verwendet werden, um T_c selektiv zu ermitteln.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Steuermodul sowohl Gleichung 10 als auch Gleichung 11 verwenden und basierend darauf zwischen den Gleichungen auswählen, ob das AGR-Ventil offen oder geschlossen ist. 6 stellt beispielhafte Ergebnisse einer T_c-Schätzung über eine Zeitdauer, in der ein AGR-Ventil offen ist, und über Zeitdauern dar, in denen das AGR-Ventil geschlossen ist. Eine obere Grafik stellt eine Schätzung von T_c über der Zeit dar, und eine untere Grafik stellt eine AGR-Ventilposition über derselben Zeitdauer wie die obere Grafik dar. Die horizontalen x-Achsen beider Grafiken stellen die Zeit in Sekunden dar. Die vertikale y-Achse der unteren Grafik umfasst einen Wert von Null für ein geschlossenes AGR-Ventil und einen Wert von eins für ein offenes AGR-Ventil. Die Kurve 400 stellt dar, dass sich ein AGR-Ventil anfänglich in einem geschlossenen Zustand befindet, in einen offenen Zustand übergeht und anschließend zurück in einen geschlossenen Zustand übergeht. Die y-Achse der oberen Grafik stellt die Temperatur dar. Die Kurve 410 stellt eine T_c-Schätzung dar, die gemäß Gleichung 10 und 11 basierend darauf ermittelt wird, ob das AGR-Ventil geöffnet oder geschlossen ist. In beiden Phasen, in denen das AGR-Ventil geschlossen ist, nähert sich T_c einem relativ niedrigen Wert T_cac an. In der Phase, in der das AGR-Ventil offen ist, nimmt die Temperatur zu und schwankt gemäß einem Einfluss eines relativ gesehen höheren T_egr-Werts, wobei die AGR-Strömung mit der Einlassluftströmung gemischt wird, um die Temperatur der Einlassladungsströmung zu erhöhen.
5 stellt beispielhafte Ergebnisse einer T_c-Schätzung im Vergleich zu entsprechenden gemessenen T_c-Werten in einer Testkonfiguration dar. Die horizontale x-Achse stellt die Zeit über eine Testzeitdauer dar. Die vertikale y-Achse stellt eine Temperatur von T_c in Kelvin dar. Die Testkonfiguration wird mit einem Satz von Eingaben betrieben, und ein Temperatursensor, der eine Temperatur der Einlassladungsströmung der Testkonfiguration überwacht, misst diese über die dargestellte Testzeitdauer. Daten von dem Temperatursensor sind als Kurve 300 dargestellt. Die Eingaben der Testkonfiguration werden zusätzlich durch ein Modul verarbeitet, das die hierin offenbarten Verfahren zum Schätzen von T_c verwendet. Die Ergebnisse der T_c-Schätzung sind als Kurve 310 dargestellt. Ein Vergleich der Kurven 300 und 310 lässt den Schluss zu, dass die T_c-Schätzung die tatsächliche Temperatur der Einlassladungsströmung der Testkonfiguration eng und genau nachverfolgt.
Die offenbarten Gleichungen können verwendet werden, um verschiedene Terme zu ermitteln. Beispielsweise wird Gleichung 4 offenbart, um eine Schätzung von T_c zu ermitteln. Wenn eine Schätzung oder ein Wert für W_c benötigt wird, kann Gleichung 4 in einer umgeformten Fassung verwendet werden, um W_c anhand eines zuvor ermittelten Werts von T_c zu ermitteln. Wenn beispielsweise ein Wert von c_pc erforderlich ist, kann auf ähnliche Weise ein Verhältnis von c_pa/c_pc in Relation zu Gleichung 10 gemäß Gleichung 8 ermittelt werden, und ein Wert von c_pa anhand von Gleichung 6 kann verwendet werden, um einen Wert für c_pc zu ermitteln.

7 stellt einen beispielhaften Prozess dar, durch den T_c geschätzt und zur Steuerung eines Motors verwendet werden kann. Tabelle 1 ist als ein Schlüssel für 7 vorgesehen, wobei die numerisch bezeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt dargelegt sind. Tabelle 1

BLOCK	BLOCKINHALTE
510	Überwache Systembedingungen,
	einschließlich Φ, W_a, W_c, T_egr, T_cac, P_i, T_wall, EGR%
520	Ermittle das Verhältnis c_pe / c_pa
530	Ermittle f_A
540	Ermittle Korrektur und Wärmeübertragungsfaktoren
550	Ermittle das Verhältnis c_pa / c_pc
560	Schätze T_c

Der Prozess 500 beginnt bei Block 510. Bei Block 510 werden Systembedingungen, die zum Schätzen von T_c verwendbar sind, überwacht oder ermittelt. Die Systembedingungen können beispielsweise durch einen Temperatur- oder Strömungssensor direkt überwacht werden. Alternativ können die Systembedingungen ermittelt werden, indem Daten, die in dem Fahrzeug verfügbar sind, gemäß in der Technik bekannten Verfahren überwacht werden. Bei Block 520 wird ein Verhältnis c_pe/c_pa beispielsweise gemäß Gleichung 9 basierend auf T_egr, T_cac und Φ ermittelt. Bei Block 530 wird f_A beispielsweise gemäß Gleichung 5 ermittelt. Bei Block 540 werden Korrektur- und Wärmeübertragungsfaktoren, die in Gleichung 2 beispielhaft durch den Ausdruck $\frac{V}{W_{c} γ R} \cdot \frac{d P}{d t} - \dot{Q},$
dargestellt werden, beispielsweise basierend auf P, T_wall oder der Temperatur einer Wand des Einlasskrümmers, die Q̇ und W_c beeinflusst, ermittelt. Bei Block 550 wird ein Verhältnis c_pa/c_pc beispielsweise gemäß Gleichung 8 basierend auf EGR% und Φ ermittelt. Bei Block 560 wird T_c gemäß Gleichung 4 basierend auf den überwachten und ermittelten Termen geschätzt.
Sobald es geschätzt ist, kann T_c zur Steuerung des Motors verwendet werden. Ein gewünschtes T_c oder ein T_c-Wert, der dem beabsichtigten Motorbetrieb entspricht, kann überwacht oder ermittelt und mit dem geschätzten T_c verglichen werden. Wenn das AGR-Ventil geschlossen ist und das geschätzte T_c von dem gewünschten T_c um mehr als ein Schwellenwert abweicht, kann ein Problem ermittelt werden, das die Einlassluftströmung beeinflusst und beispielsweise auf einer Fehlfunktion des Ladeluftkühlers beruht. Wenn das System normalerweise mit akzeptierbaren T_c-Werten arbeitet, wenn das AGR-Ventil geschlossen ist, sich das geschätzte T_c jedoch um mehr als ein Schwellenwert von dem gewünschten T_c unterscheidet, wenn das AGR-Ventil offen ist, dann kann beispielsweise ein Problem ermittelt werden, das die AGR-Strömung beeinflusst und auf einer Fehlfunktion des AGR-Kühlers beruht. Basierend auf einer diagnostizierten Fehlfunktion kann der Betrieb des Motors modifiziert werden, um diese zu kompensieren, und es kann eine geeignete Wartungsanzeige angewiesen werden.
Das Schätzen von T_c kann in einem Steuermodul gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen in einer einzigen physikalischen Einrichtung oder verteilt über eine Anzahl von physikalischen Einrichtungen ausgeführt werden. Steuermodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine geeignete oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Ausdrücke bedeuten beliebige durch einen Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Routinen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Routinen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle Ausführungsform bzw. die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Schätzen einer Einlassladungstemperatur einer Einlassladungsströmung, die von einem Einlasskrümmer (50) eines Verbrennungsmotors (10) zu Zylindern (20) des Motors (10) strömt, wobei die Einlassladungsströmung eine Einlassluftströmung umfasst, die in dem Einlasskrümmer (50) mit einer Abgasrückführungsströmung gemischt wird, wobei das Verfahren umfasst, dass: Systembedingungen für den Motor (10) überwacht werden; eine Auswirkung des Mischens auf einen spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf den Systembedingungen ermittelt wird; die Einlassladungstemperatur basierend auf der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung und basierend auf den Systembedingungen geschätzt wird; und der Motor (10) basierend auf der Einlassladungstemperatur gesteuert wird, wobei das Überwachen der Systembedingungen umfasst, dass eine Abgasrückführung überwacht wird; und wobei das Ermitteln der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung umfasst, dass: ein Verhältnis eines spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf der Abgasrückführung ermittelt wird, wobei das Überwachen der Systembedingungen ferner umfasst, dass: ein Verhältnis einer Abgasrückführungstemperatur zu einer Temperatur eines Ladeluftkühlers (142) überwacht wird; und ein Äquivalenzverhältnis überwacht wird; wobei das Ermitteln der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung ferner umfasst, dass: ein Verhältnis eines spezifischen Wärmekoeffizienten der Abgasrückführungsströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung basierend auf dem Verhältnis der Abgasrückführungstemperatur zu der Temperatur des Ladeluftkühlers (142) und basierend auf dem Äquivalenzverhältnis ermittelt wird, wobei das Überwachen der Systembedingungen ferner umfasst, dass: ein Luftanteil überwacht wird; die Temperatur des Ladeluftkühlers (142) überwacht wird; die Abgasrückführungstemperatur überwacht wird; eine Strömungsrate der Einlassladungsströmung überwacht wird; und eine Ableitung eines Krümmerabsolutdrucks bezüglich der Zeit überwacht wird; und wobei das Schätzen der Einlassladungstemperatur die folgende Beziehung verwendet: $T_{c} = \frac{c_{p a}}{c_{p c}} (f_{A} \cdot T_{c a c} + (1 - f_{A}) \cdot \frac{c_{p e}}{c_{p a}} T_{e g r} - \frac{V}{W_{c} γ R} \cdot \frac{d P}{d t});$
wobei T_c gleich der Einlassladungstemperatur ist, c_pa/c_pc gleich dem Verhältnis des spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung ist, f_A gleich dem Luftanteil ist, T_cac gleich der Temperatur des Ladeluftkühlers (142) ist, c_pe/c_pa gleich dem Verhältnis des spezifischen T_egr Wärmekoeffizienten der Abgasrückführungsströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung ist, gleich der Abgasrückführungstemperatur ist, V gleich einem Volumen des Einlasskrümmers (50) ist, W_c gleich der Strömungsrate der Einlassladungsströmung ist, γ gleich einem Verhältnis der spezifischen Wärme ist, R gleich der universellen Gaskonstante ist und dP/dt gleich der Ableitung des Krümmerabsolutdrucks bezüglich der Zeit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen der Strömungsrate der Einlassladungsströmung umfasst, dass: die Strömungsrate der Einlassladungsströmung basierend auf einer zuvor geschätzten Einlassladungstemperatur ermittelt wird.
Verfahren zum Schätzen einer Einlassladungstemperatur einer Einlassladungsströmung, die von einem Einlasskrümmer (50) eines Verbrennungsmotors (10) zu Zylindern des Motors (10) strömt, wobei die Einlassladungsströmung eine Einlassluftströmung umfasst, die in dem Einlasskrümmer (50) mit einer Abgasrückführungsströmung gemischt wird, wobei das Verfahren umfasst, dass: Systembedingungen für den Motor (10) überwacht werden; eine Auswirkung des Mischens auf einen spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf den Systembedingungen ermittelt wird; die Einlassladungstemperatur basierend auf der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung und basierend auf den Systembedingungen geschätzt wird; und der Motor (10) basierend auf der Einlassladungstemperatur gesteuert wird, wobei das Überwachen der Systembedingungen umfasst, dass eine Abgasrückführung überwacht wird; und wobei das Ermitteln der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung umfasst, dass: ein Verhältnis eines spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf der Abgasrückführung ermittelt wird, wobei das Überwachen der Systembedingungen ferner umfasst, dass: eine Temperatur eines Ladeluftkühlers (142) überwacht wird; ein Äquivalenzverhältnis überwacht wird; und eine Abgasrückführungstemperatur überwacht wird; und wobei das Ermitteln der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung ferner umfasst, dass: ein spezifischer Wärmekoeffizient der Einlassluftströmung basierend auf der Temperatur des Ladeluftkühlers (142) ermittelt wird; eine spezifische Wärme einer stöchiometrischen Kraftstoff-Luftmischung bei konstantem Volumen basierend auf der Abgasrückführungstemperatur ermittelt wird; eine spezifische Wärme von Luft bei konstantem Volumen basierend auf der Abgasrückführungstemperatur ermittelt wird; ein spezifischer Wärmekoeffizient der Abgasrückführungsströmung unter Verwendung der folgenden Beziehung ermittelt wird: $c_{p e} = R + Φ \cdot f_{c ν s t o i c} (T_{e g r}) + (1 - Φ) f_{c ν a i r} (T_{e g r})$
wobei c_pe gleich dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Abgasrückführungsströmung ist, R gleich einer universellen Gaskonstante ist, Φ gleich dem Äquivalenzverhältnis ist, T_egr gleich der Abgasrückführungstemperatur ist, f_cvstoic(T_egr) gleich der spezifischen Wärme einer stöchiometrischen Kraftstoff-Luftmischung bei konstantem Volumen ist, welche basierend auf der Abgasrückführungstemperatur ermittelt wird, und f_cvair(T_egr) gleich der spezifischen Wärme von Luft bei konstantem Volumen ist, die basierend auf der Abgasrückführungstemperatur ermittelt wird; und ein Verhältnis des spezifischen Wärmekoeffizienten der Abgasrückführungsströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Überwachen der Systembedingungen ferner umfasst, dass: ein Befehl für ein Abgasrückführungsventil (32) überwacht wird; eine Strömungsrate der Einlassluftströmung überwacht wird; ein Krümmerabsolutdruck überwacht wird; und eine Motordrehzahl überwacht wird; wobei das Ermitteln der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung umfasst, dass: das Verhältnis des spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf dem Prozentanteil der Abgasrückführung ermittelt wird; und der spezifische Wärmekoeffizient der Einlassladungsströmung basierend auf dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung und dem Verhältnis des spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung ermittelt wird; und wobei dann, wobei der Befehl für das Abgasrückführungsventil (32) kein Schließen des Abgasrückführungsventils (32) angibt, das Schätzen der Einlassladungstemperatur die folgende Beziehung verwendet: $T_{c} = \frac{P d (\frac{N}{2}) η_{ν}}{[\frac{\frac{P d (\frac{N}{2}) η_{ν} c_{p c}}{R} W_{a} c_{p a} T_{c a c}}{c_{p e} T_{e g r}} + W_{a}] R \cdot 120};$
wobei T_c gleich der Einlassladungstemperatur ist, P gleich dem Krümmerabsolutdruck ist, D gleich einem Zylinderhubraumvolumen ist, N gleich einer Motordrehzahl ist, η_v gleich einer volumetrischen Effizienz des Motors (10) ist, c_pc gleich dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung ist, W_a gleich einer Strömungsrate der Einlassluftströmung ist, c_pa gleich dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung ist, T_cac gleich der Temperatur des Ladeluftkühlers (142) ist, c_pe gleich dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Abgasrückführungsströmung ist, T_egr gleich der Abgasrückführungstemperatur ist und R gleich einer universellen Gaskonstante ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Überwachen der Systembedingungen ferner umfasst, dass: ein Luftanteil überwacht wird; eine Strömungsrate der Einlassladungsströmung überwacht wird; und eine Ableitung des Krümmerabsolutdrucks bezüglich der Zeit überwacht wird; und wobei dann, wenn der Befehl für das Abgasrückführungsventil (32) ein Schließen des Abgasrückführungsventils (32) angibt, das Schätzen der Einlassladungstemperatur die folgende Beziehung verwendet: $T_{c} = \frac{c_{p a}}{c_{p c}} (f_{A} \cdot T_{c a c} + (1 - f_{A}) \cdot \frac{c_{p e}}{c_{p a}} T_{e g r} - \frac{V}{W_{c} γ R} \cdot \frac{d P}{d t});$
wobei T_c gleich der Einlassladungstemperatur ist, c_pa/c_pc gleich dem Verhältnis des spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung ist, f_A gleich dem Luftanteil ist, T_cac gleich der Temperatur des Ladeluftkühlers (142) ist, c_pe/c_pa gleich dem Verhältnis des spezifischen Wärmekoeffizienten der Abgasrückführungsströmung zu dem spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassluftströmung ist, T_egr gleich der Abgasrückführungstemperatur ist, V gleich einem Volumen des Einlasskrümmers (50) ist, W_c gleich der Strömungsrate der Einlassladungsströmung ist, γ gleich einem Verhältnis der spezifischen Wärme ist, R gleich der universellen Gaskonstante ist und dP/dt gleich der Ableitung des Krümmerabsolutdrucks bezüglich der Zeit ist.