DE102016205680A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Frischluftmassenstroms in einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Frischluftmassenstroms in einen Verbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Werts eines Frischluftmassenstroms (m. ) eines aufgeladenen Verbrennungsmotors (2) mit einem Ladeluftkühler (44), wobei der Verbrennungsmotor (2) basierend auf dem aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms (m. ) betrieben wird, mit folgenden Schritten: – Bestimmen (S1) einer Druckdifferenz (Δp) über dem Ladeluftkühler (44), eines eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Drucks (ppre, ppos) eingangsseitig bzw. ausgangsseitig des Ladeluftkühlers (44) und einer charakteristischen Temperatur der den Ladeluftkühler (44) durchströmenden Frischluft; – Berechnen (S2) des aktuellen Werts des Frischluftmassenstroms (m. ) abhängig von der bestimmten Druckdifferenz (Δp), von dem bestimmten eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Druck (ppre, ppos) und von der bestimmten charakteristischen Temperatur (T) mithilfe eines Massenstrommodells, das aus einer Bernoulli-Gleichung, einer Kontinuitäts- und einer Dichtegleichung für Gase ermittelt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, bei denen zur Steuerung eine Angabe über einen aktuellen Massenstrom von zugeführter Frischluft erforderlich ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Messung eines Frischluftmassenstroms in einem Verbrennungsmotor.
  • Technischer Hintergrund
  • Heutige Verbrennungsmotoren werden häufig mit einer Abgasrückführung versehen, über die einem dem Verbrennungsmotor zugeführten Frischluftmassenstrom inertes Verbrennungsabgas beigemischt werden kann. Dies kann zur Reduzierung von Stickoxidemissionen beitragen. Zur Einstellung einer geeigneten Abgasrückführungsrate, d. h. einer bestimmten Menge von rückgeführtem Verbrennungsabgas, ist eine Kenntnis über den dem Verbrennungsmotor aktuell zugeführten Frischluftmassenstrom notwendig.
  • Zur Messung des Frischluftmassenstroms werden derzeit häufig Luftmassenmesser eingangsseitig eines Verdichters einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung zum Beispiel in Form eines Heißfilm-Luftmassenmessers verwendet.
  • Da in der Regel verschiedene Typen von Verbrennungsmotoren unterschiedliche Luftmassenmesser vorgesehen werden müssen, kann das Verwenden eines Heißfilm-Luftmassenmessers für die Messung des Frischluftmassenstroms einen erhöhten Aufwand darstellen. Es ist daher wünschenswert, insbesondere für Verbrennungsmotoren mit geringeren Anforderungen, eine Alternativlösung zur Messung eines Frischluftmassenstroms in einem Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, die sich insbesondere in identischer Weise für verschiedene Typen bzw. Konfigurationen von Verbrennungsmotoren einsetzen lässt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Bestimmen eines Frischluftmassenstroms in einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
  • Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Werts eines Frischluftmassenstroms in einem aufgeladenen Verbrennungsmotor mit einem Ladeluftkühler vorgesehen, wobei der Verbrennungsmotor basierend auf einem aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms betrieben wird, mit folgenden Schritten:
    • – Bestimmen einer Druckdifferenz über dem Ladeluftkühler, eines eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Druck eingangsseitig bzw. ausgangsseitig des Ladeluftkühlers und einer charakteristischen Temperatur der den Ladeluftkühler durchströmenden Frischluft;
    • – Berechnen des aktuellen Werts des Frischluftmassenstroms abhängig von der bestimmten Druckdifferenz, von dem bestimmten eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Druck und von der bestimmten charakteristischen Temperatur mithilfe eines Massenstrommodells, das aus einer Bernoulli-Gleichung, einer Kontinuitäts- und einer Dichtegleichung für Gase ermittelt ist.
  • Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, den Strömungswiderstand eines Ladeluftkühlers im Ladeluftabschnitt eines Luftzuführungssystems eines Verbrennungsmotors zur Messung des aktuellen Werts des Frischluftmassenstroms zu verwenden. Dazu ist die Kenntnis einer Druckdifferenz über den Ladeluftkühler sowie eines Absolutdrucks vor oder nach dem Ladeluftkühler sowie einer Temperatur der den Ladeluftkühler durchströmenden Frischluft notwendig.
  • Die Massenstrommessung basiert auf der Bernoulli-Gleichung, der Kontinuitäts- und der Dichtegleichung für Gase. Durch das Vorsehen einer Messung des Frischluftmassenstroms ohne die Verwendung z. B. eines Heißfilmluftmassenmessers kann eine Kostenersparnis realisiert werden und ein robusteres Sensorkonzept bereitgestellt werden. Da für verschiedene Typen von Verbrennungsmotoren häufig identische Ladeluftkühler eingesetzt werden, kann die Messung des aktuellen Werts des Frischluftmassenstroms über eine große Bandbreite von verschiedenen Typen von Verbrennungsmotoren durch identische Sensoranordnungen bzw. mit Sensoren versehenen Ladeluftkühlern vorgenommen werden. Dadurch kann die Anzahl von Sensorkonfigurationen bei hoher Variantenvielfalt reduziert werden.
  • Weiterhin kann die Druckdifferenz über dem Ladeluftkühler mithilfe eines Differenzdrucksensors oder mithilfe des eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Drucks eingangsseitig bzw. ausgangsseitig des Ladeluftkühlers bestimmt werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Temperatur abhängig von einem Mittelwert einer eingangsseitigen und ausgangsseitigen Temperatur bestimmt wird, wobei die eingangsseitige Temperatur mithilfe eines vorgegebenen Verdichtermodells abhängig von einer Umgebungstemperatur und einem Ladedruck eingangsseitig des Ladeluftkühlers bestimmt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der aktuelle Wert des Frischluftmassenstroms mithilfe einer Venturi-Gleichung oder einer Drosselgleichung bestimmt werden.
  • Insbesondere kann mindestens eine der Größen, die Temperatur T, eine charakteristische Fläche des Ladeluftkühlers und ein Isentropenexponent κ als Parameter der Venturi-Gleichung oder der Drosselgleichung mit entsprechenden Gewichtungsparametern für eine Kalibrierung der Bestimmung des aktuellen Werts des Frischluftmassenstroms gewichtet werden.
  • Weiterhin kann eine Fehlerkompensation für die Messung des aktuellen Werts des Frischluftmassenstroms durchgeführt werden, indem bei deaktivierter Abgasrückführung ein aktuellen Wert des Frischluftmassenstrom durch ein vorgegebenes Füllungsmodell des Verbrennungsmotors bestimmt wird und entsprechend einer Abweichung zwischen dem anhand des Füllungsmodells bestimmten aktuellen Wert des Frischluftmassenstrom und dem entsprechend dem Massenstrommodells bestimmten aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms eine charakteristische Querschnittsfläche des Ladeluftkühlers adaptiert wird.
  • Es kann vorgesehen sein, dass eine Fehlerkompensation für die Bestimmung des eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Drucks bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor durchgeführt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors in einem Motorsystem mit Abgasrückführung vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um :
    • – eine Druckdifferenz über dem Ladeluftkühler, einen eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Druck eingangsseitig bzw. ausgangsseitig des Ladeluftkühlers und einer charakteristischen Temperatur der den Ladeluftkühler durchströmenden Frischluft zu bestimmen;
    • – einen aktuellen Wert eines Frischluftmassenstrom abhängig von der bestimmten Druckdifferenz, von dem bestimmten eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Druck und von der bestimmten charakteristischen Temperatur mithilfe eines Massenstrommodells zu berechnen, das aus einer Bernoulli-Gleichung, einer Kontinuitäts- und einer Dichtegleichung für Gase ermittelt ist; und
    • – den Verbrennungsmotor basierend auf dem aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms zu betreiben.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem vorgesehen umfassend:
    • – einen Verbrennungsmotor;
    • – eine Aufladeeinrichtung zum Bereitstellen von Frischluft unter einem Ladedruck;
    • – einen Ladeluftkühler zum Kühlen der bereitgestellten Frischluft;
    • – die obige Vorrichtung.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Verbrennungsmotor; und
  • 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Bestimmen eines Frischluftmassenstroms in dem Verbrennungsmotor.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt ein Motorsystem 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, der üblicherweise mehrere Zylinder 3 umfasst. Der Verbrennungsmotor 2 kann nach einem Viertaktprinzip arbeiten und insbesondere als ein kraftstoffgeführter Verbrennungsmotor, insbesondere als Dieselmotor, ausgebildet sein.
  • Den Zylindern 3 des Verbrennungsmotors 2 wird über ein Luftzuführungssystem 4 Frischluft zugeführt. Im Betrieb wird entsprechend einer Lastanforderung Kraftstoff in die Brennräume der Zylinder 3 eingespritzt, nach dessen Verbrennung Verbrennungsabgase über einen Abgasabführungstrakt 5 ausgestoßen werden.
  • Im Luftzuführungssystem 4 und im Abgasabführungstrakt 5 ist mindestens eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung 6 vorgesehen. Die Aufladeeinrichtung 6 umfasst eine Turbine 61, die im Abgasabführungstrakt 5 angeordnet ist, um eine Abgasenthalpie des Verbrennungsabgases in mechanische Energie umzusetzen. Weiterhin ist ein Verdichter 62 vorgesehen, der mit der Turbine 61, beispielsweise mechanisch über eine Welle 63, gekoppelt ist, um Rotationsenergie, die mithilfe der Turbine 61 gewonnen wird, in Verdichtungsleistung zum Verdichten von aus der Umgebung angesaugter Frischluft in einen Ladedruckabschnitt 41 umzuwandeln.
  • Der Ladedruckabschnitt 41 kann einen Abschnitt des Luftzuführungssystems 4 definieren, der sich zwischen einem Auslass des Verdichters 62 und einer in dem Luftzuführungssystem 4 angeordneten Drosselklappe 8 befindet. Weiterhin kann dort ein Ladeluftkühler 44 vorgesehen sein.
  • Zwischen der Drosselklappe 8 und den Einlassventilen der Zylinder 3 befindet sich dann ein Saugrohrabschnitt 42 des Luftzuführungssystems 4. Bei einem Luftzuführungssystem 4 ohne Drosselklappe 8 entspricht der Ladedruckabschnitt 41 dem gesamten Abschnitt des Luftzuführungssystems 4 zwischen dem Auslass des Verdichters 62 und (nicht gezeigten) Einlassventilen der Zylinder 3.
  • Im Ladedruckabschnitt 41 kann ein Drucksensor 43 vorgesehen sein, der eine Angabe über einen Ist-Ladedruck ppos bereitstellt. Alternativ kann in einem Saugrohrabschnitt 42 ein Drucksensor vorgesehen sein, mit dessen Hilfe der Ist-Ladedruck ppos modelliert werden kann.
  • Es ist weiterhin mindestens ein Aufladesteller 64 vorgesehen, der die Höhe der zur Verfügung gestellten Turbinenleistung variabel einstellen kann. Der Aufladesteller 64 kann beispielsweise als ein Wastegateventil, als ein VTG-Steller (VTG: Variable Turbine Geometry) oder in sonstiger Weise ausgebildet sein. Der Aufladesteller 64 kann mithilfe einer geeigneten Stellgröße S, die zum Beispiel ein Tastverhältnis für einen Stellmotor des Aufladestellers 64 angibt, basierend auf einer Ladedruckregelung eingestellt werden.
  • Es ist weiterhin eine Abgasrückführungsleitung 7 vorgesehen, in der sich nacheinander ein Abgaskühler 71 zum Kühlen des durchströmenden rückgeführten Verbrennungsabgases und ein AGR-Ventil 72 befinden. Mithilfe des AGR-Ventils 72 kann eine Menge von Verbrennungsabgas, die in das Luftzuführungssystem 4 eingeleitet wird, eingestellt werden.
  • Der Anteil des rückgeführten Verbrennungsabgases in der den Zylindern 3 des Verbrennungsmotors 2 zugeführten Frischluft wird als Abgasrückführungsrate (AGR-Rate) bezeichnet. Die AGR-Rate bzw. der AGR-Massenstrom bzw. der Frischluftmassenstrom wird mithilfe eines AGR-Regelsystems abhängig von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2 durch Stellen des AGR-Ventils 62 mithilfe der AGR-Stellgröße SAGR eingestellt. Die AGR-Stellgröße SAGR dient zur direkten Ansteuerung des AGR-Ventils 72, um den AGR-Massenstrom, die AGR-Rate bzw. den Frischluftmassenstrom zu stellen.
  • Während die in 1 dargestellte Abgasrückführungsleitung einer Hochdruck-Abgasrückführung entspricht, kann das nachfolgend beschriebene Verfahren auch mit einer Niederdruckabgasrückführung verwendet werden. Dazu verbindet eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung eine Ausgangsseite der Turbine 61 mit einer Eingangsseite des Verdichters 62 und kann alternativ oder zusätzlich zur Hochdruck-Abgasrückführung vorgesehen sein.
  • Es ist ein Steuergerät 10 vorgesehen, das zum Betreiben des Verbrennungsmotors 2 das AGR-Ventil 72, den Aufladesteller 64, die Drosselklappe 8 und weitere Aktuatoren, wie beispielsweise Kraftstoffeinspritzventile zum Bestimmen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, ansteuert. Insgesamt steuert die Steuereinheit 10 die Aktuatoren abhängig von einer von extern bereitgestellten Angabe über ein Solldrehmoment sowie von Angaben über den momentanen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2, beispielsweise angegeben durch Drehzahl und Last, einem aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms durch den Verdichter 62 und/oder weiteren Betriebszustandsgrößen, an. Das Soll-Drehmoment kann sich aus einem Fahrerwunsch ergeben, der über eine Betätigung eines Fahrpedals angegeben wird.
  • Es ist nun vorgesehen, den aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms, der zur Einmündungsstelle der Abgasrückführungsleitung 7 in den Saugrohrabschnitt 42 führt, zu bestimmen. Hierzu ist vorgesehen, den Ladeluftkühler 44 mit einer signifikanten Strömungswiderstand vorzusehen mit weiteren Sensoren zu versehen, um einen Differenzdruck über den Ladeluftkühler 44 und eine Temperatur der den Ladeluftkühler 44 durchströmenden Luft zu messen. Der Strömungswiderstand des Ladeluftkühlers 44 sollte so gewählt sein, dass bei einem minimalen Luftmassenstrom, der bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors 2 auftreten kann, ein detektierbarer Druckunterschied über dem Ladeluftkühler 44 besteht.
  • Um den Differenzdruck über den Ladeluftkühler 44 und die Temperatur der den Ladeluftkühler 44 durchströmenden Luft zu messen, können ein Differenzdrucksensor 46 zur Messung eines Differenzdrucks zwischen einer Ausgangsseite und einer Eingangsseite des Ladeluftkühlers 44 bzw. ein Temperatursensor 47 im Ladeluftkühler 44 angeordnet sein. Weiterhin ist eine Angabe eines Absolutdrucks, eingangsseitig oder ausgangsseitig des Ladeluftkühlers 44 notwendig. So kann beispielsweise der von dem Drucksensor 43 gemessene Ist-Ladedruck Ppos als Absolutdruckangabe verwendet werden.
  • Anstelle des Drucksensors 43, der ausgangsseitig des Ladeluftkühlers 44 angeordnet ist, kann auch ein Drucksensor eingangsseitig des Ladeluftkühlers 44 vorgesehen sein.
  • Weiterhin kann die Druckdifferenz Δp auch durch eine Anordnung eines eingangsseitigen und eines ausgangsseitigen Drucksensors am Ladeluftkühler 44 bestimmt werden.
  • Der Temperatursensor 47 misst die Temperatur der die Querschnittsverengung des Ladeluftkühlers 44 einströmenden Frischluft, und der Differenzdrucksensor 46 misst einen Druckunterschied zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite des Ladeluftkühlers 44.
  • Zur Bestimmung eines Frischluftmassenstroms kann ein Verfahren entsprechend dem Flussdiagramm der 2 durchgeführt werden.
  • Dazu wird im Schritt 51 eine Druckdifferenz Δp über dem Ladeluftkühler 44, eine Temperatur der den Ladeluftkühler 44 anströmenden Luft sowie ein Druck ausgangsseitig des Ladeluftkühlers 44 gemessen.
  • In Schritt S2 wird nun ein Frischluftmassenstrom unter Zuhilfenahme einer Bernoulli-Gleichung, Kontinuitätsgleichung und Dichtegleichung eines Gases bestimmt. Die Bernoulli-Gleichung lautet:
    Figure DE102016205680A1_0002
  • Die Kontinuitätsgleichung lautet: m . = Apreρpreνpre = Aposρposνpos sowie die Dichtegleichung eines idealen Gases lautet:
    Figure DE102016205680A1_0003
    wobei ppre einem Druck eingangsseitig des Ladeluftkühlers 44, ppos einem Druck ausgangsseitig des Ladeluftkühlers 44, ρpos einer Dichte des Gases eingangsseitig des Ladeluftkühlers 44, ρpos einer Dichte des Gases ausgangsseitig des Ladeluftkühlers 44, νpos einer Strömungsgeschwindigkeit des Gases eingangsseitig des Ladeluftkühlers 44, νpos einer Strömungsgeschwindigkeit des Gases ausgangsseitig des Ladeluftkühlers 44, m . einem Massenstrom, Apre einer effektiven Querschnittsfläche der strömenden Frischluft eingangsseitig des Ladeluftkühlers 44, Apos einer effektiven Querschnittsfläche der strömenden Frischluft ausgangsseitig des Ladeluftkühlers 44 und RGas einer Gaskonstanten für Luft entsprechen.
  • Durch Messen der Druckdifferenz Δp über einer Drosselstelle, wie es der Ladeluftkühler 44 darstellt, kann mit Hilfe einer sogenannten Venturi-Gleichung der durchströmende Massenstrom unter den vereinfachenden Annahmen eines inkompressiblen Gases (konstante Dichte) und eines unendlich großen Querschnitts eingangsseitig des Ladeluftkühlers vpre = 0 wie folgt ermittelt werden.
    Figure DE102016205680A1_0004
    wobei Aeff,LLK der effektiven (charakteristischen) Fläche des Ladeluftkühlers 44, Δp dem Differenzdruck über dem Ladeluftkühler 44, T der Temperatur an der Drosselstelle entsprechen.
  • Berücksichtigt man die Kompressibilität des Gases, ergibt sich die Drosselgleichung als
    Figure DE102016205680A1_0005
    mit Tpre der Temperatur vor der Drosselstelle und ψ(π, κ) einer Durchflussfunktion in Abhängigkeit vom Druckverhältnis π über dem Ladeluftkühler 44 und dem isotropen Exponenten κ.
  • Die Verwendung der Drosselgleichung mit dem Term ψ(π, κ) hat den Vorteil, dass über eine günstige Wahl von κ auch Effekte abgebildet werden können, wenn keine ideale Strömung (inkompressibel für κ → ∞ oder adiabat für
    Figure DE102016205680A1_0006
    sondern eine allgemein polytrope Strömung vorliegt.
  • Bei den obigen Gleichungen ist neben der Druckdifferenz Δp die Temperatur T für die Berechnung der Dichte der Frischluft relevant. Da die Temperatur sich im Ladeluftkühler 44 ändert, ist eine mittlere bzw. charakteristische Temperatur für die Berechnung zu verwenden. Diese kann aus einem gewichteten Mittelwert einer eingangsseitigen Temperatur Tpre und einer ausgangsseitigen Temperatur Tpos von einem eingangsseitig bzw. einem ausgangsseitig des Ladeluftkühlers 44 angeordneten Temperatursensor 47 bestimmt werden. Der eingangsseitige Temperaturwert kann auch durch ein Turboladerverdichtermodell ermittelt werden. Dieses benötigt die Umgebungstemperatur und den Ladedruck als Eingangsgrößen.
  • Zur Ermittlung des ausgangsseitigen Temperaturwerts Tpos kann ein Temperatursensor am Verbrennungsmotor 2 verwendet werden.
  • Da die Fahrzeuggeschwindigkeit die Kühlleistung des Ladeluftkühlers 44 maßgeblich bestimmt, kann diese für eine Verbesserung der Genauigkeit der mittleren Temperatur im Ladeluftkühler herangezogen werden. Hierzu kann ein geeignetes Kühlermodell verwendet werden. Je nach erforderlicher Genauigkeit kann der bzw. die Temperatursensoren durch ein solches Kühlermodell ersetzt werden, das die in der obigen Gleichung verwendete Temperatur T abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Temperatur und einer Umgebungstemperatur angibt.
  • Zur Verbesserung der Genauigkeit der obigen Modellgleichung können die Parameter gewichtet werden, insbesondere kann die Temperatur T, die charakteristische Fläche des Ladeluftkühlers 44 und in dem Fall, dass die Drosselgleichung verwendet wird, auch κ mit entsprechenden Gewichtungsparametern gewichtet werden.
  • Um die Toleranzen der Massenstromberechnung aufgrund der Drucksensortoleranzen und des Zustands des Ladeluftkühlers 44 gering zu halten, können die Drucksensoren bei stehendem Motor abgeglichen werden. Ein aktueller Wert des zwischen den Drucksensoren gemessenen Druckabfalls kann als Fehler-Offset im Steuergerät gespeichert werden und von den Messwerten entsprechend abgezogen werden. Weiterhin können mehrere Messwerte aufgezeichnet werden und ein Mittelwert gebildet werden, wodurch die Genauigkeit des Fehler-Offsets weiter erhöht werden kann. Dadurch können Toleranzen des Differenzdrucksensors 46 bzw. bei Verwendung von eingangsseitigem und ausgangsseitigem Drucksensor am Ladeluftkühlers 44, deren Toleranzen erheblich verringert werden.
  • Bei laufendem Verbrennungsmotor kann bei Betriebspunkten ohne bzw. bei deaktivierter Abgasrückführung der aktuelle Wert des Frischluftmassenstroms über ein Füllungsmodell des Verbrennungsmotors 2 errechnet werden. Das Füllungsmodell lautet:
    Figure DE102016205680A1_0007
    wobei VH dem Hubraum des Verbrennungsmotors, n der Motordrehzahl, pSaugrohr dem Saugrohrdruck und TSaugrohr einer Saugrohrtemperatur entsprechen. Des Weiteren können Eingangsgrößen wie Drallklappenposition und VVT Ansteuerposition (VVT: Variabler Ventiltrieb) in dem Füllungsmodell berücksichtigt werden. Der berechnete aktuelle Wert des Frischluftmassenstroms aus der obigen Drosselgleichung wird dann mit einer Adaptionsfunktion an den Frischluftmassenstrom als Ergebnis des Füllungsmodells des Verbrennungsmotors 2 angeglichen. Die Adaption erfolgt über die Anpassung der charakteristischen Fläche Aeff angeglichen. Eine Korrektur über den gesamten Bereich von möglichen Frischluftmassenströmen ist somit mit nur einem gemessenen Punkt möglich. Hierdurch kann ein sich ändernder Zustand des Ladeluftkühlers 44 aufgrund von Alterung, z. B. Ablagerungen, gelernt und die Auswirkungen auf die Massenstromberechnung minimiert werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Werts eines Frischluftmassenstroms (m .) eines aufgeladenen Verbrennungsmotors (2) mit einem Ladeluftkühler (44), wobei der Verbrennungsmotor (2) basierend auf dem aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms (m .) betrieben wird, mit folgenden Schritten: – Bestimmen (S1) einer Druckdifferenz (Δp) über dem Ladeluftkühler (44), eines eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Drucks (ppre, ppos) eingangsseitig bzw. ausgangsseitig des Ladeluftkühlers (44) und einer charakteristischen Temperatur der den Ladeluftkühler (44) durchströmenden Frischluft; – Berechnen (S2) des aktuellen Werts des Frischluftmassenstroms (m .) abhängig von der bestimmten Druckdifferenz (Δp), von dem bestimmten eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Druck (ppre, ppos) und von der bestimmten charakteristischen Temperatur (T) mithilfe eines Massenstrommodells, das aus einer Bernoulli-Gleichung, einer Kontinuitäts- und einer Dichtegleichung für Gase ermittelt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Druckdifferenz (Δp) über dem Ladeluftkühler (44) mithilfe eines Differenzdrucksensors (46) oder mithilfe des eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Drucks eingangsseitig bzw. ausgangsseitig des Ladeluftkühlers (44) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur abhängig von einem Mittelwert einer eingangsseitigen und ausgangsseitigen Temperatur (Tpre, Tpos) bestimmt wird, wobei die eingangsseitige Temperatur (Tpre) mithilfe eines vorgegebenen Verdichtermodells abhängig von einer Umgebungstemperatur und einem Ladedruck eingangsseitig des Ladeluftkühlers (44) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der aktuelle Wert des Frischluftmassenstroms (m .) mithilfe einer Venturi-Gleichung oder einer Drosselgleichung bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mindestens eine der Größen: die Temperatur (T), eine charakteristische Fläche (Aeff) des Ladeluftkühlers (44) und ein Isentropenexponent (κ) als Parameter der Venturi-Gleichung oder der Drosselgleichung mit entsprechenden Gewichtungsparametern für eine Kalibrierung der Bestimmung des Frischluftmassenstroms gewichtet werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, wobei eine Fehlerkompensation für die Messung des Frischluftmassenstroms (m .) durchgeführt wird, indem bei deaktivierter Abgasrückführung ein aktueller Wert des Frischluftmassenstroms (m .) durch ein vorgegebenes Füllungsmodell des Verbrennungsmotors (2) bestimmt wird und entsprechend einer Abweichung zwischen dem anhand des Füllungsmodells bestimmten aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms (m .) und dem entsprechend dem Massenstrommodell bestimmten aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms (m .) eine charakteristische Querschnittsfläche des Ladeluftkühlers (44) adaptiert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Fehlerkompensation für die Bestimmung des eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Drucks (ppre, ppos) bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor (2) durchgeführt wird.
  8. Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (2) in einem Motorsystem (1) mit Abgasrückführung, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um : – eine Druckdifferenz (Δp) über dem Ladeluftkühler (44), einen eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Druck ((ppre, ppos) eingangsseitig bzw. ausgangsseitig des Ladeluftkühlers (44) und einer charakteristischen Temperatur der den Ladeluftkühler (44) durchströmenden Frischluft zu bestimmen; – einen aktuellen Wert des Frischluftmassenstrom (m .) abhängig von der bestimmten Druckdifferenz (Δp), von dem bestimmten eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Druck (ppre, ppos) und von der bestimmten charakteristischen Temperatur (T) mithilfe eines Massenstrommodells zu berechnen, das aus einer Bernoulli-Gleichung, einer Kontinuitäts- und einer Dichtegleichung für Gase ermittelt ist; und – den Verbrennungsmotor basierend auf dem aktuellen Wert des Frischluftmassenstroms (m .) zu betreiben.
  9. Motorsystem (1) umfassend: – einen Verbrennungsmotor (2); – eine Aufladeeinrichtung (6) zum Bereitstellen von Frischluft unter einem Ladedruck; – einen Ladeluftkühler (44) zum Kühlen der bereitgestellten Frischluft; und – eine Vorrichtung nach Anspruch 8.
  10. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
  11. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.
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