DE102015211275A1 - Ansaugluftzumesseinheit eines Motors und Motorsystem - Google Patents

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Xiaobing CHEN
Weiqing Lin
Johannes Dehn
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Motorsystem und eine Ansaugluftzumesseinheit dafür. Die Ansaugluftzumesseinheit umfasst ein Ansaugluftparametererfassungsmittel, das mit einer Ansaugleitung des Motors verbunden und zur Erfassung von Parameter der Ansaugluft in der Ansaugleitung vorgesehen ist; ein Gegendruckerfassungsmittel, das mit einer Abgasleitung des Motors verbunden und zur Erfassung des Gegendrucks in der Abgasleitung vorgesehen ist; sowie ein Steuergerät, das mit dem Motor, dem Ansaugluftparametererfassungsmittel und dem Gegendruckerfassungsmittel verbunden ist und ein Ansaugluftmengemodell basierend auf Strukturparametern und Betriebsparametern des Motors sowie Ansaugluftparametern in der Ansaugleitung und dem Gegendruck in der Abgasleitung, die jeweils durch das Ansaugluftparametererfassungsmittel bzw. das Gegendruckerfassungsmittel erfasst sind, enthält, wobei das Steuergerät mittels des Ansaugluftmengemodelles die Menge der in die Ansaugleitung eingeführten Frischluft bestimmt. Bei dem Motorsystem kann die Ansaugluft genauer zugemessen werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Ansaugluftzumesseinheit eines Motors (insbesondere eines Dieselmotors), sowie ein Motorsystem mit einer solchen Ansaugluftzumesseinheit, wobei der Motor mit die Ansaugluft genau zugemessen werden kann.
  • Stand der Technik
  • Für einen Motor, der mit einer Abgasrückführvorrichtung ausgestattet ist, ist die Menge der in den Motor angesaugten Frischluft für die Arbeitsleistung des Motors und die Kontrolle der Abgasemissionen von entscheidender Bedeutung. Es gibt eine Vielzahl von Maßnahmen, um ein Signal über Frischluftmenge zu erzeugen, wobei zum Beispiel eine übliche Maßnahme darin besteht, ein Ansaugluftmengemodell basierend auf einer Temperatur der durch einen Zwischenkühler abgekühlten Frischluft und eines Drucks eines Gemisches, das durch eine Mischung aus der Frischluft und dem rückgeführten Abgas gebildet wird, aufzustellen, wobei anhand des Ansaugluftmengemodells und Tabellen für Spülwirkungsgrad die Menge der in den Motor angesaugten Frischluft bestimmt wird. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht in den geringen Kosten.
  • Diese Maßnahme hat allerdings auch Nachteile. Bei einem Motor, bei dem in der Abgasleitung ein Partikelfilter und ein SCR(Selective Catalytic Reduction)-Katalysator vorgesehen sind, erhöht sich mit einer Zunahme der Menge der aufgefangenen Partikeln im Partikelfilter der Gegendruck in der Abgasleitung, was zu einer Reduktion des Spülwirkungsgrades von Zylindern führt, so dass das Modell einen vergrößerten Fehler aufweist. Als Ergebnis wird die Zumessung der Frischluft des Motors ungenau. Dies führt einerseits dazu, die auf Basis der Ansaugluft und der Kraftstoffeinspritzmenge ausgeführte Steuerung des Rauchwertes des Motors eine Abweichung aufweist, und andererseits dazu, dass die Berechnung der Abgasmenge im Abgasnachbehandlungssystem eine Abweichung aufweist, wodurch die Genauigkeit der Steuerung der SCR beeinträchtigt wird, was schließlich dazu führt, dass die Abgasemissionen des Motors unqualifiziert wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Zumessung der Ansaugluftmenge des Motors zu verbessern, wobei der Gegendruck in der Abgasleitung in Rechnung getragen wird, so dass die in den Motor eingeführten Frischluftmenge genauer zugemessen wird.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Ansaugluftzumesseinheit für einen Motor, insbesondere einen Dieselmotor, der mit einer Abgasrückführvorrichtung ausgestattet ist, vorgeschlagen, wobei die Ansaugluftzumesseinheit umfasst
    • – ein Ansaugluftparametererfassungsmittel, das mit einer Ansaugleitung des Motors verbunden und zur Erfassung von Parameter der Ansaugluft in der Ansaugleitung vorgesehen ist;
    • – ein Gegendruckerfassungsmittel, das mit einer Abgasleitung des Motors verbunden und zur Erfassung des Gegendrucks in der Abgasleitung vorgesehen ist; sowie
    • – ein Steuergerät, das mit dem Motor, dem Ansaugluftparametererfassungsmittel und dem Gegendruckerfassungsmittel verbunden ist und ein Ansaugluftmengemodell basierend auf Strukturparametern und Betriebsparametern des Motors sowie Ansaugluftparametern in der Ansaugleitung und dem Gegendruck in der Abgasleitung, die jeweils durch das Ansaugluftparametererfassungsmittel bzw. das Gegendruckerfassungsmittel erfasst sind, enthält, wobei das Steuergerät mittels des Ansaugluftmengemodelles die Menge der in die Ansaugleitung eingeführten Frischluft bestimmt.
  • Nach einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Strukturparameter des Motors den Spülwirkungsgrad und den Hubraum des Motors, und umfasst die Betriebsparameter des Motors die Drehzahl des Motors, und umfasst das Ansaugluftparametererfassungsmittel einen Temperatursensor und einen Drucksensor zur Erfassung der Temperatur und des Drucks der Ansaugluft in der Ansaugleitung.
  • Nach einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindungin ist in der Abgasleitung eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorgesehen, zwischen deren beiden Seiten eine Druckdifferenz vorhanden ist, die sich über die Lebensdauer verändert, wobei das Gegendruckerfassungsmittel einen Differenzdrucksensor ist, der den Differenzdruck zwischen beiden Seiten der Abgasbehandlungsvorrichtung erfasst, welcher bei einer Bestimmung der in die Ansaugleitung eingetritten Frischluftmenge durch die Steuervorrichtung als Gegendruck in der Abgasleitung berücksichtigt wird.
  • Nach einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt die Steuervorrichtung basierend auf der folgenden Formel die Frischluftmenge: Mfresh = λ × Fac × V × n × Pmix × C/Tfresh-ab mit
    • Mfresh
    für die Frischluftmenge;
    λ
    für den auf der Basis vom aktuell erfassten Gegendruck in der Abgasleitung bestimmten Korrekturkoeffizient;
    Fac
    für den Spülwirkungsgrad des Motors;
    V
    für den Hubraum des Motors;
    n
    für die Motordrehzahl;
    Pmix
    für den Ansaugluftdruck in der Ansaugleitung des Motors;
    C
    für eine Konstante, die am Prüfstand für den Motor festgelegt ist;
    Tfresh-ab
    für die Ansauglufttemperatur in der Ansaugleitung des Motors.
  • Nach einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindungin sind in der Ansaugleitung ein Lader zur Druckerhöhung der angesaugten Frischluft und stromabwärts ein Zwischenkühler zur Abkühlung der Frischluft vorgesehen, wobei die Ansauglufttemperatur in der Ansaugleitung des Motors die Temperatur der durch den Zwischenkühler abgekühlten Frischluft in der Ansaugleitung ist und der Ansaugluftdruck in der Ansaugleitung des Motors der Druck eines aus der Frischluft und dem in die Ansaugleitung rückgeführten Abgas bestehenden Gemisches ist.
  • Nach einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindungin sind in dem Ansaugluftmengemodell Zuordnungen bzw. Beziehungen zwischen der Drehzahl des Motors, der Kraftstoffeinspritzmenge des Motors, der Gegendruckstufe und einem Kalibrierungswert für den Korrekturkoeffizient darstellende Tabelle und/oder Daten und/oder Rechengleichung enthalten, wobei die Steuervorrichtung mittels dieser Tabellen und/oder Daten und/oder Rechengleichung den Korrekturkoeffizient bestimmt, indem beispielsweise der Korrekturkoeffizient gleich wie 1 minus einen der aktuellen Gegendruckstufe in der Abgasleitung zugeordneten Kalibrierungswert für den Korrekturkoeffizient ist.
  • Nach einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt der Korrekturkoeffizient in einem Bereich zwischen 0,7 und 1, vorzugsweise zwischen 0,85 und 1.
  • Nach einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Ansaugluftzumesseinheit weiterhin ein in der Ansaugleitung angeordnetes Frischluftdrosselventil, das mit der Steuervorrichtung verbunden ist, die durch eine Regelung eines Öffnungsgrades des Frischluftdrosselventils die in die Ansaugleitung eingeführte Frischluftmenge zumisst.
  • Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motorsystem, insbesondere Dieselmotorsystem vorgeschlagen, das umfasst
    • – einen Motor;
    • – eine Ansaugleitung und eine Abgasleitung, die mit dem Motor verbunden sind;
    • – eine Abgasrückführleitung, die zwischen der Abgasleitung und der Ansaugleitung geschaltet ist, wobei Teil des Abgases aus dem Motorüber die Abgasrückführleitung in die Ansaugleitung strömt;
    • – eine Abgasbehandlungsvorrichtung, die in der Abgasleitung einen Gegendruck erzeugt; sowie
    • – eine Ansaugluftzumesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die die in die Ansaugleitung eingeführte Frischluftmenge zumisst.
  • Nach einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Abgasbehandlungsvorrichtung ein Partikelfilter, wobei in der Abgasleitung weiterhin eine oder mehrere von den nachfolgenden Einrichtungen angeordnet sind: eine Abgaskatalysatoreinrichtung, eine selektive katalytische Reduktionseinrichtung, eine Ammoniak-Filtereinrichtung.
  • Gemäß der Erfindung wird bei einer Bestimmung der Ansaugluftmenge des Motors die Wirkung des Gegendrucks in der Abgasleitung in Rechnung getragen, um die Ansaugluftmenge des Motors zu korrigieren, so dass die Frischluftmenge und damit das Abgas des Motors genauer zugemessen werden kann. So kann die Genauigkeit der Steuerung der Nachbehandlungseinrichtung, die abhängig von der Abgasmenge geteuert wird, erhöht werden. Die Abgasemissionen des Motors können dann einen höheren Standard für die Abgasemissionen, beispielsweise den Euro VI Emissionsstandard, erfüllen.
  • Kurze Darstellung der Zeichnung
  • Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Motorsystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 bis 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Auswirkung eines Gegendrucks in der Abgasleitung auf die einzelnen Parameter des Motors;
  • 8 ein schematisches Blockschaltbild eines Ansaugluftmengemodells nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsbeispiel
  • Im Folgenden werden anhand der Zeichnung mögliche Ausführungsformen der vorliegenden beschrieben.
  • Die 1 zeigt schematisch ein Motorsystem nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfassend im Wesentlichen einen Motor 1, insbesondere einen Dieselmotor, sowie eine Ansaugleitung L1 und eine Abgasleitung L2, die an dem Motor angeschloßen sind.
  • In der Ansaugleitung L1 sind entlang der durch einen Pfeil gezeigten Ansaugluftstromrichtung nacheinander angeordnet: ein Luftfilter 2 zum Filtern der in die Ansaugleitung L1 eingeführten Frischluft; ein Lader 3 zur Druckerhöhung der Frischluft in der Ansaugleitung L1; Zwischenkühler 4 zur Abkühlung der Frischluft in der Ansaugleitung L1; sowie ein Frischluftdrosselventil 5 zum Drosseln der Frischluft in der Ansaugleitung L1.
  • In der Abgasleitung L2 sind entlang der durch einen Pfeil gezeigten Abgasstromrichtung nacheinander angeordnet: eine Abgasturbine 6, die mit dem Lader 3 koaxial angeordnet und verbunden ist und die dazu eingerichtet ist, vom Abgas in der Abgasleitung L2 zum Drehen angetrieben zu werden und damit den Lader 3 mitdreht, wobei die Abgasturbine 6 und der Lader 3 zusammen einen Turbolader bilden; sowie eine Abgasbehandlungsvorrichtung, die stromabwärts zur Abgasturbine 6 angeordnet ist. Im dargestellten Beispiel umfasst die Abgasbehandlungsvorrichtung eine Abgaskatalysatorvorrichtung 7 wie z.B. Dieselmotoroxidationskatalysator (DOC); einen Partikelfilter 8 wie z.B. Dieselmotorpartikelfilter (DPF); eine selective katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) 9; und eine Ammoniakfiltervorrichtung 10 wie z.B. Ammoniakschlupfkatalysator (ASC).
  • Darüber hinaus ist zwischen der Ansaugleitung L1 und der Abgasleitung L2 eine Abgasrückführleitung L3 angeordnet, die mit einem stromaufwärtigen Ende L3a stromaufwärts von der Abgasturbine 6 an der Abgasleitung L2 und mit einem stromabwärtigen Ende L3b stromabwärts vom Frischluftdrosselventil 5 an der Ansaugleitung L1 angeschloßen ist. In der Abgasrückführleitung L3 befinden sich ein Abgasrückführdrosselventil 11 und ein stromabwärts vom Abgasrückführdrosselventil angeordneter Abgaskühler 12. Das Abgas des Motors 1 strömt also teilweise durch die Abgasrückführleitung L3 in die Ansaugleitung L1 und vermischt sich dort mit der Frischluft in der Ansaugleitung L1, um ein Gemisch zu bilden, das in den Motor 1 zugeführten wird.
  • Weiterhin ist in der Ansaugleitung L1 zwischen dem Zwischenkühler 4 und dem Frischluftdrosselventil 5 ein Temperatursensor 13 zur Erfassung einer Temperatur Tfresh(°C) der in der Ansaugleitung L1 durch den Zwischenkühler 4 abgekühlten Frischluft angeordnet.
  • Weiterhin ist in der Ansaugleitung L1 zwischen dem stromabwärtigen Ende L3b der Abgasrückführleitung L3 und dem Motor 1 ein Drucksensor 14 zur Erfassung eines Drucks Pmix des Gemisches in der Ansaugleitung L1 angeordnet.
  • Weiterhin ist in der Abgasleitung L2 ein Gegendruckerfassungsmittel angeordnet zur Erfassung eines Gegendrucks auf der stromabwärtigen Seite der Abgasturbine 6 in der Abgasleitung L2. Im dargestellten Beispiel ist das Gegendruckerfassungsmittel in Form eines Differenzdrucksensors 15 ausgebildet, der mit seinen beiden Enden jeweils an der stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Seiten des Partikelfilters 8 angeschlossen ist, um den Differenzdruck ΔP der beiden Seiten des Partikelfilters 8, nämlich den Druckabfall des Abgasstroms in der Abgasleitung L2 über dem Partikelfilter 8, zu erfassen. Da im dargestellten Beispiel der Gegendruck in der Abgasleitung L2 auf der stromabwärtigen Seite der Abgasturbine 6 hauptsächlich durch den Partikelfilter 8 bewirkt ist, kann der Differenzdruck zwischen den beiden Seiten des Partikelfilters 8 als Gegendruck der Abgasleitung angesehen wird. Jedoch versteht es sich, dass nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung es mäglich ist, in der Abgasleitung auf der stromabwärtigen Seite der Abgasturbine 6 eine Abgasbehandlungsvorrichtung in anderer Form vorzusehen. Daher versteht es sich, dass ein Gegendruckerfassungsmittel in geeigneter Form zur Erfassung des Gegendrucks in der Abgasleitung L2 auf der stromabwärtigen Seite der Abgasturbine 6 verwendet werden kann.
  • Weiterhin umfasst das Motorsystem ein Steuergerät 16, das mit dem Motor 1, dem Frischluftdrosselventil 5, dem Abgasrückführdrosselventil 11, dem Temperatursensor 13, dem Drucksensor 14 und dem Differenzdrucksensor 15 bzw. einem Gegendruckerfassungsmittel in anderer Form verbunden ist, um folgende durchzuführen: Erfassung des Arbeitszustands des Motors 1 und Steuerung dessen Betrieb; Aufnahme von Signalen über die Ventilstellung bzw. des Öffnungsgrades des Frischluftdrosselventils 5 und des Abgasrückführdrosselventils 11 und Steuerung ihres Betriebs; Aufnahme der Erfassungssignale vom Temperatursensor 13, Drucksensor 14 und Differenzdrucksensor 15.
  • Das Steuergerät 16 ist ausgebildet, die in die Ansaugleitung L1 eingetritte Frischluftmenge Mfresh basierend auf den Erfassungssignalen des Temperatursensors 13, des Drucksensors 14 und des Differenzdrucksensors 15 zu bestimmen. Das Steuergerät 16, der Temperatursensor 13, der Drucksensor 14 und der Differenzdrucksensor 15 bilden also zusammen eine Ansaugluftzumesseinheit eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Es ist erkennbar, dass die Ansaugluftzumesseinheit eines Motors der vorliegenden Erfindung bei einer Bestimmung der in den Motor eingetritten Luftmenge den Einfluss des Gegendrucks in der Abgasleitung in Rechung trägt. Um die Wirksamkeit dieser Maßnahme der vorliegenden Erfindung zu erläutern, wird zunächst der Einfluss des Gegendrucks in der Abgasleitung auf die einzelnen Indikatoren des Motorsystems getestet, siehe Diagramme in 2 bis 7. Es ist darauf hinzuweisen, dass in den 2 bis 7 die Abszisse den Gegendruck in der Abgasleitung in Form von Druckdifferenz ΔP zwischen beiden Seiten des Partikelfilters 8 und die Ordinate einige Indikatoren des Motorsystems angibt. Eine Erhöhung des Gegendrucks in der Abgasleitung bedeutet eine Zunahme der Menge der im Partikelfilter 8 aufgefangenen Partikeln aus dem Abgas des Motors.
  • Diese Teste erfolgen beim Betrieb des Motorsystems unter Steuerung der Ansaugluft des Motors mti dem traditionellen Frischluftmenge-Methode (d. h. bei dem nur der Einfluss der Temperatur der durch den Zwischenkühler abgekühlten Frischluft und der Einfluss des Drucks eines Gemisches aus der Frischluft und dem rückgeführten Abgas werden in Rechnung getragen).
  • Die 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Gegendruck in der Abgasleitung und der Abgasrückführrate (EGR-Rate). Die EGR-Rate ist ein Massenverhältnis zwischen dem durch die Abgasrückführleitung L3 in die Ansaugleitung L1 rückgeführten Motorabgas und dem gesamten vom Motor 1 in die Abgasleitung L2 abgeführten Abgas. Es ist erkennbar, dass mit der Erhöhung des Gegendrucks in der Abgasleitung die EGR-Rate und damit die in die Ansaugleitung L1 rückgeführte Abgasmenge zunimmt, wodurch der Anteil des rückgeführten Abgases im Gemisch aus dem Motor 1 zugeführten Frischluft und dem rückgeführten Abgas zunimmt. Die Zunahme der EGR-Rate ist günstig für die Senkung der NOx-Emissionen. Jedoch steigt mit der Zunahme der EGR-Rate auch die Kraftstoffverbrauchrate, wodurch die Dynamik und Wirtschaftlichkeit des Motors beeinträchtigt werden.
  • Die 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Gegendruck in der Abgasleitung und der Rauchstärke des Abgases aus der Abgasleitung L2. Es ist erkennbar, dass mit der Erhöhung des Gegendrucks in der Abgasleitung die Rauchstärke des Abgases zunimmt. Daher bedeutet eine Absenkung der NOx-Emissionen nicht eine Erhöhung der Qualität der Abgasemission.
  • Die 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Gegendruck in der Abgasleitung und dem Druck Pmix des Gemisches in der Ansaugleitung L1. Es ist erkennbar, dass mit der Erhöhung des Gegendrucks in der Abgasleitung der Druck der Ansaugluft des Motors leicht sinkt, was zu einer verminderten Motorleistung führen kann.
  • Die 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Gegendruck in der Abgasleitung und der erfassten Temperatur Tfresh der durch den Zwischenkühler 4 abgekühlten Frischluft in der Ansaugleitung L1. Es ist erkennbar, dass eine Veränderung des Gegendrucks in der Abgasleitung einen geringen Einfluss auf die zugeführte Frischluft hat.
  • Die 6 zeigt die Differenz zwischen einer Soll-Frischluftmenge (mit der oberen Kurve) und einer Ist-Frischluftmenge (mit der unteren Kurve) des Motors bei einer Veränderung des Gegendrucks in der Abgasleitung. Bei der Soll-Frischluftmenge handelt es sich um eine mit der traditionellen Frischluftmenge-Methode (ohne den Einfluss des Gegendrucks in der Abgasleitung in Rechnung zu tragen) bestimmte Frischluftmenge. Bei der Ist-Frischluftmenge handelt es sich um eine basierend auf dem Motorzustand dem Motor tatsächlich zugeführte Frischluftmenge, bei den der Einfluss des Gegendrucks in Rechnung getragen wird. Es ist erkennbar, dass die Ist-Frischluftmenge kleiner als die Soll-Frischluftmenge ist. Die 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Gegendruck in der Abgasleitung und dem Toleranz der Ist-Frischluftmenge. Es ist erkennbar, dass mit einer Erhöhung des Gegendrucks in der Abgasleitung die Abweichung der Ist-Frischluftmenge von der Soll-Frischluftmenge vergrößter wird.
  • Wie aus den obigen Ergebnissen ersichtlich ist, hat die Veränderung des Gegendrucks in der Abgasleitung einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität der Abgasemissionen und die Leistung des Motors. Von dem im Stand der Technik vernachlässigten Faktor ausgehend schlägt die Erfindung vor, bei einer Bestimmung der in den Motor eingebrachten Frischluftmenge den aktuell erfassten Gegendruck in der Abgasleitung in Rechnung zu tragen. Gemäß einer konkreten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die in den Motor eingebrachte Frischluftmenge anhand der folgenden Formel berechnet: Mfresh = λ × Fac × V × n × Pmix × C/Tfresh-ab mit
    • Mfresh
    die für in den Motor eingebrachte Frischluftmenge, wenn der Gegendruck in der Abgasleitung in Rechnung getragen ist (kg/h);
    λ
    füe den Korrekturkoeffizient, wenn der aktuell erfasste Gegendruck in der Abgasleitung in Rechnung getragen ist;
    Fac
    für den Spülwirkungsgrad des Motors, die in einer am Prüfstand festgelegten Tabelle bereitgestellt werden kann;
    V
    für den Hubraum des Motors;
    n
    für die Motordrehzahl (rpm);
    Pmix
    für den Druck des Gemisches in der Ansaugleitung des Motors (beispielsweise durch den Drucksensor 14 erfasst wird);
    C
    für eine Konstante, die am Prüfstand festgelegt werden kann;
    Tfresh-ab
    für die Temperatur der durch den Zwischenkühler abgekühlten Frischluft in der Ansaugleitung des Motors (beispielsweise durch den Temperatursensor 13 erfasst wird), in Einheit von absoluten Temperatur, nämlich entsprechend dem Wert Tfresh (°C) plus 273.
  • Die obige Formel kann wie folgt abgekürzt werden: Mfresh = λ × Mfresh0 mit Mfresh0 = Fac × V × n × Pmix × C/Tfresh-ab für die in den Motor eingeführte Frischluftmenge bei einem voll neuen Partikelfilter, d. h. einen Auagangswert der Frischluftmenge.
  • Im Folgenden werden anhand 1 und 8 die Bestimmung des Korrekturkoeffizients λ sowie der Frischluftmenge Mfresh beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die einzelnen Teile des in 8 gezeigten Modells über Ansaugluftmenge des Motors in Form einer Hardware und/oder Software im Steuergerät 16 integriert oder gespeichert werden.
  • Zuerst wird auf der Basis des Signals des Differenzdrucksensors 15 das aktuelle Druckdifferenz ΔP zwischen beiden Seiten des Partikelfilters 8 bestimmt, auf der Basis des Betreibszustandes des Motors 1, beispielsweise auf der Drehzahl und Kraftstoffeinspritzmenge, anhand einer Tabelle der Druckdifferenz für einen leeren Partikelfilter 8 (d.h. der Partikelfilter 8 ist neu und keinerlei Abgaspartikel gesammelt wird) das Druckdifferenz ΔP0 zwischen beiden Seiten des leeren Partikelfilters 8 entgenommen, auf der Basis des Betreibszustandes des Motors 1, beispielsweise auf der Drehzahl und Kraftstoffeinspritzmenge, anhand einer Tabelle der Druckdifferenz für einen vollen Partikelfilter 8 (d.h. der Partikelfilter 8 ist voll mit Abgaspartikeln geladen) der Differenzdruck ΔP1 zwischen beiden Seiten des vollen Partikelfilters 8 entgenommen, und für den Partikelfilter 8 eine aktuelle Druckdifferenzrate = (ΔP – ΔP0)/(ΔP – ΔP1) berechnet.
  • Gleichzeitig wird auf der Basis des Betreibszustandes des Motors 1, beispielsweise auf der Drehzahl und Kraftstoffeinspritzmenge, anhand einer Korrekturkoeffizientstabelle für einen vollen Partikelfilter 8 ein Kalibrierungswert für den Korrekturkoeffizient entgenommen.
  • Anschließend werden die aktuelle Druckdifferenzrate des Partikelfilters 8 mit dem Korrekturkoeffizient für den vollen Partikelfilter 8 multipliziert, so dass für den aktuellen Zustand des Partikelfilters 8 ein Kalibrierungswert Δλ für den Korrekturkoeffizient entgenommen wird.
  • Anschließend wird beurteilt, ob der Kalibrierungswert Δλ für den Korrekturkoeffizient für den aktuellen Zustand des Partikelfilters 8 zwischen den zulässigen Maximal- und Minimalwerten des Kalibrierungswerts für den Korrekturkoeffizient liegt. Wenn der Δλ zwischen den zulässigen Maximal- und Minimalwerten des Kalibrierungswerts für den Korrekturkoeffizient liegt, wird der Wert Δλ verwendet. Wenn der Wert Δλ größer als der zulässige Maximalwert des Kalibrierungswerts für den Korrekturkoeffizient oder kleiner als der zulässige Minimalwert des Kalibrierungswerts für den Korrekturkoeffizient ist, wird der Wert Δλ den zulässigen Maximalwert des Kalibrierungswerts für den Korrekturkoeffizient bzw. den zulässigen Minimalwert des Kalibrierungswerts für den Korrekturkoeffizient besitzt.
  • Anschließend wird ein Korrekturkoeffizient λ = 1 – Δλ ergibt. Da der Kalibrierungswert für den Korrekturkoeffizient einen Maximalwert und einen Minimalwert hat, hat der Korrekturkoeffizient entsprechend auch einen Minimalwert und einen Maximalwert. ein tatsächlich möglicher Bereich des Korrekturkoeffizients liegt zwischen 0,7 und 1, vorzugsweise zwischen 0,85 und 1.
  • Anschließend wird die tatsächliche Frischluftmenge Mfresh = λ × Mfresh0 ergibt.
  • Die dadurch ergibte Frischluftmenge Mfresh ist ein genauer Wert der Frischluftmenge unter Berücksichtigung des Gegendrucks in der Abgasleitung. Daher kann nach der Erfindung der Motor 1 mit einer genauen Frischluftmenge bereitgestellt werden, so dass auch bei einer Veränderung des Gegendrucks in der Abgasleitung die Dynamik und Wirtschaftlichkeit des Motors beibehalten werden und das Abgas dem entsprechenden Normen entspricht, beispielsweise den Emissionsstandard Euro VI erfüllen kann.
  • Die oben genannten einzelnen Tabellen im Ansaugluftmengemodell können am Prüfstand festgelegt und im Steuergerät 16 gespeichert werden. Alternativ oder zusätzlich können andere Tabellen und/oder entsprechende Daten und/oder entsprechende Gleichungen im Ansaugluftmengemodell enthalten werden, um den Korrekturkoeffizient und die Frischluftmenge zu bestimmen.
  • Die in die Ansaugleitung L1 eingebrachte Frischluftmenge kann durch das Steuergerät 16 gesteuert werden, indem beispielsweise der Öffnungsgrad des Frischluftdrosselventils 5 gesteuert wird. Alternativ können weitere Strommengesteuerungsmittel in der Ansaugleitung L1 angeordnet und vom Steuergerät 16 gesteuert werden, um die erforderliche Frischluftmenge zu erzielen.
  • Bei der oben ausgeführten Bestimmung der Frischluftmenge werden jeweils Spülwirkungsgrad und Hubraum des Motors als Beispiel für Strukturparameter des Motors, Motordrehzahl als Beispiel für Betriebsparameter des Motors, sowie Temperatur der durch den Zwischenkühler abgekühlten Frischluft in der Ansaugleitung und Druck des Gemisches in der Ansaugleitung als Ansaugluftparameter der in der Ansaugleitung verwendet. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich auch weitere Struktur- und Betriebsparameter des Motors und Ansaugluftparameter in der Ansaugleitung (die durch entsprechende Erfassungsmittel für die Parameter der Ansaugluft in der Ansaugleitung erfasst werden) bei der Bestimmung der Frischluftmenge verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Temperatur der durch den Zwischenkühler abgekühlten Frischluft in der Ansaugleitung durch die Temperatur des Gemisches in der Ansaugleitung ersetzt werden, der Druck des Gemisches in der Ansaugleitung kann durch den Luftruck nach der Druckerhöhung durch den Lader ersetzt werden. Für den Fall, dass weitere Struktur- bzw. Betriebsparameter des Motors und Ansaugluftparameter verwendet werden, muss nur die Konstante C am Prüfstand festgelegt werden.
  • Es ist erkennbar, dass durch die Ansaugluftzumesseinheit des Motors der vorliegenden Erfindung ein neues Ansaugluftmengemodell für den Motor bereitstellt wird, wobei die Veränderung des Gegendrucks in der Abgasleitung (z.B. die Druckdifferenz des Partikelfilters im Leeren bzw. vollen Zustand) in Rechnung getragen wird. In der Formel für die Bestimmung der Frischluftmenge des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der linearen Beziehung zwischen dem Gegendruck und dem Korrekturkoeffizient interpoliert, um den Korrekturkoeffizient für das Ansaugluftmengemodell zu bestimmen.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass das Ansaugluftmengemodell gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Darstellung in der 8 beschränkt wird, sondern für verschiedene Modelle über Ansaugluftmenge geeignet ist, die der Fachmann auf der Grundlage der Struktur- und Betriebsparameter des Motors, Ansaugluftparameter und der Gegendrucks in der Abgasleitung erstellen kann. Ferner wird die Bestimmung der Frischluftmenge gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, mit der oben vorgestellten Formel zu berechnen. Veilmehr ist es möglich, basierend auf Art und Betriebszustand des Motors eine für den Motor geeignete Frischluftmengerechenformel zu bestimmen, die auf der Wirksamkeit am Prüfstand geprüft werden kann. Darüber hinaus kann der Korrekturkoeffizient der vorliegenden Erfindung nicht nur wie oben angeführt durch eine Berechnung auf der Grundlage der linearen Beziehung zwischen dem Gegendruck und dem Korrekturkoeffizient erhalten werden. Vielmehr kann basierend auf Faktoren wie Art und Betriebszustand sowie Anforderungen an Abgasemissionen eine funktionale Beziehung zwischen dem Gegendruck und dem Korrekturkoeffizient hergestellt werden, um den Korrekturkoeffizient zu erhalten.
  • Bei der Bestimmung der Frischluftmenge des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Differenzdrucksensor (oder Gegendruckerfassungsmittel in anderen Formen) für Differenzdruck zwischen beiden Seiten des Partikelfilters verwendet, um ein Signal über den Gegendruck in der Abgasleitung bereitzustellen. Das im Steuergerät integrierte Ansaugluftmengemodell für den Motor dient zur Zumessung der Ansaugluftmenge des Motors. Durch die Erfindung wird eine kostengünstige und genaue Ausgestaltung zur Zumessung der Frischluftmenge eines Motorsystems, beispielsweise eines Dieselmotors mit einem Partikelfilter, bereitgestellt.
  • Obwohl hier die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die konkreten Ausführungsformen beschrieben wird, wird der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die gezeigten Detaile beschränkt. Verschiedene Änderungen der Detaile sind mäglich, ohne den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. Ansaugluftzumesseinheit für einen Motor, insbesondere einen Dieselmotor, der mit einer Abgasrückführvorrichtung ausgestattet ist, umfassend: – ein Ansaugluftparametererfassungsmittel, das mit einer Ansaugleitung des Motors verbunden und zur Erfassung von Parameter der Ansaugluft in der Ansaugleitung vorgesehen ist; – ein Gegendruckerfassungsmittel, das mit einer Abgasleitung des Motors verbunden und zur Erfassung des Gegendrucks in der Abgasleitung vorgesehen ist; sowie – ein Steuergerät, das mit dem Motor, dem Ansaugluftparametererfassungsmittel und dem Gegendruckerfassungsmittel verbunden ist und ein Ansaugluftmengemodell basierend auf Strukturparametern und Betriebsparametern des Motors sowie Ansaugluftparametern in der Ansaugleitung und dem Gegendruck in der Abgasleitung, die jeweils durch das Ansaugluftparametererfassungsmittel bzw. das Gegendruckerfassungsmittel erfasst sind, enthält, wobei das Steuergerät mittels des Ansaugluftmengemodelles die Menge der in die Ansaugleitung eingeführten Frischluft bestimmt.
  2. Ansaugluftzumesseinheit nach dem Anspruch 1, wobei die Strukturparameter des Motors den Spülwirkungsgrad und den Hubraum des Motors umfassen, und wobei die Betriebsparameter des Motors die Drehzahl des Motors umfasst, und wobei das Ansaugluftparametererfassungsmittel einen Temperatursensor und einen Drucksensor zur Erfassung der Temperatur und des Drucks der Ansaugluft in der Ansaugleitung umfasst.
  3. Ansaugluftzumesseinheit nach dem Anspruch 1 oder 2, wobei in der Abgasleitung eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorgesehen ist, zwischen deren beiden Seiten eine Druckdifferenz vorhanden ist, die sich über die Lebensdauer verändert, wobei das Gegendruckerfassungsmittel einen Differenzdrucksensor ist, der den Differenzdruck zwischen beiden Seiten der Abgasbehandlungsvorrichtung erfasst, welcher bei einer Bestimmung der in die Ansaugleitung eingetritten Frischluftmenge durch die Steuervorrichtung als Gegendruck in der Abgasleitung berücksichtigt wird.
  4. Ansaugluftzumesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung basierend auf der folgenden Formel die Frischluftmenge bestimmt: Mfresh = λ × Fac × V × n × Pmix × C/Tfresh-ab mit Mfresh für die Frischluftmenge; λ für den auf der Basis vom aktuell erfassten Gegendruck in der Abgasleitung bestimmten Korrekturkoeffizient; Fac für den Spülwirkungsgrad des Motors; V für den Hubraum des Motors; n für die Motordrehzahl; Pmix für den Ansaugluftdruck in der Ansaugleitung des Motors; C für eine Konstante, die am Prüfstand für den Motor festgelegt ist; Tfresh-ab für die Ansauglufttemperatur in der Ansaugleitung des Motors.
  5. Ansaugluftzumesseinheit nach dem Anspruch 4, wobei in der Ansaugleitung ein Lader zur Druckerhöhung der angesaugten Frischluft und stromabwärts ein Zwischenkühler zur Abkühlung der Frischluft vorgesehen sind, wobei die Ansauglufttemperatur in der Ansaugleitung des Motors die Temperatur der durch den Zwischenkühler abgekühlten Frischluft in der Ansaugleitung ist und der Ansaugluftdruck in der Ansaugleitung des Motors der Druck eines aus der Frischluft und dem in die Ansaugleitung rückgeführten Abgas bestehenden Gemisches ist.
  6. Ansaugluftzumesseinheit nach dem Anspruch 4 oder 5, wobei in dem Ansaugluftmengemodell Zuordnungen bzw. Beziehungen zwischen der Drehzahl des Motors, der Kraftstoffeinspritzmenge des Motors, der Gegendruckstufe, einem Kalibrierungswert für den Korrekturkoeffizient darstellende Tabelle und/oder Daten und/oder Rechengleichung enthalten sind, wobei die Steuervorrichtung mittels dieser Tabellen und/oder Daten und/oder Rechengleichung den Korrekturkoeffizient bestimmt, indem beispielsweise der Korrekturkoeffizient gleich wie 1 minus einen der aktuellen Gegendruckstufe in der Abgasleitung zugeordneten Kalibrierungswert für den Korrekturkoeffizient ist.
  7. Ansaugluftzumesseinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Korrekturkoeffizient in einem Bereich zwischen 0,7 und 1, vorzugsweise zwischen 0,85 und 1 liegt.
  8. Ansaugluftzumesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sie weiterhin ein in der Ansaugleitung angeordnetes Frischluftdrosselventil umfasst, das mit der Steuervorrichtung verbunden ist, die durch eine Regelung eines Öffnungsgrades des Frischluftdrosselventils die in die Ansaugleitung eingeführte Frischluftmenge zumisst.
  9. ein Motorsystem, insbesondere Dieselmotorsystem, umfassend: – einen Motor; – eine Ansaugleitung und eine Abgasleitung, die mit dem Motor verbunden sind; – eine Abgasrückführleitung, die zwischen der Abgasleitung und der Ansaugleitung geschaltet ist, wobei Teil des Abgases aus dem Motorüber die Abgasrückführleitung in die Ansaugleitung strömt; – eine Abgasbehandlungsvorrichtung, die in der Abgasleitung einen Gegendruck erzeugt; sowie – eine Ansaugluftzumesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die die in die Ansaugleitung eingeführte Frischluftmenge zumisst.
  10. Motorsystem nach dem Anspruch 9, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung ein Partikelfilter ist, und wobei in der Abgasleitung weiterhin eine oder mehrere von den nachfolgenden Einrichtungen angeordnet sind: eine Abgaskatalysatoreinrichtung, eine selektive katalytische Reduktionseinrichtung, eine Ammoniak-Filtereinrichtung.
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