DE102018117002A1 - Method for operating an internal combustion engine with a high-pressure exhaust gas recirculation - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR), wobei ein Massenstrom (ṁ) einer Hochdruck-Abgasrückführung ermittelt wird, wobei der ermittelte Massenstrom (ṁ) der Hochdruck-Abgasrückführung in Abhängigkeit eines ersten Hochdruck-Abgasrückführungs-Massenstroms (ṁ), basierend auf einer Drosselgleichung, und eines zweiten Hochdruck-Abgasrückführungs-Massenstroms (ṁ), basierend auf einem Luftmassenstrom (ṁ) und einem Verhältnis von Massenkonzentrationen, ermittelt und zum Betreiben der Brennkraftmaschine (2) verwendet wird.Method for operating an internal combustion engine (2) with a high-pressure exhaust gas recirculation (HD-EGR), a mass flow (ṁ) of a high-pressure exhaust gas recirculation being determined, the determined mass flow (ṁ) of the high-pressure exhaust gas recirculation depending on a first high-pressure exhaust gas recirculation Mass flow (ṁ), based on a throttle equation, and a second high-pressure exhaust gas recirculation mass flow (ṁ), based on an air mass flow (ṁ) and a ratio of mass concentrations, is determined and used to operate the internal combustion engine (2).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruck-Abgasrückführung aus.The invention is based on a method for operating an internal combustion engine with a high-pressure exhaust gas recirculation.
Moderne elektronische Motorsteuerungen für Kolbenmotoren weisen für eine optimale Steuerung und Regelung der Ansaugluft und Inertgase eine Hochdruck-Abgasrückführung auf.Modern electronic engine controls for piston engines feature high-pressure exhaust gas recirculation for optimal control and regulation of the intake air and inert gases.
Stand der Technik ist, dass die Abgasrückführrate mittels eines Abgasrückführ-Ventils basierend auf der Regelabweichung zwischen einer Sollkonzentration und einer entsprechenden gemessenen Konzentration nach einer Abgasrückführ-Mischstelle gesteuert wird. Hierbei stellt die Sauerstoffkonzentration eine mögliche Sollgröße dar. Alternativ hierzu kann die Abgasrückführrate mittels einer modellbasierten Frischluftmassen- und Abgasrückführ-Ratenregelung, wobei dabei ein Abgasrückführmassenstrom basierend auf einer Drosselgleichung berechnet wird, geregelt werden.State of the art is that the exhaust gas recirculation rate is controlled by means of an exhaust gas recirculation valve based on the control deviation between a target concentration and a corresponding measured concentration after an exhaust gas recirculation mixing point. Here, the oxygen concentration represents a possible target value. Alternatively, the exhaust gas recirculation rate can be regulated by means of a model-based fresh air mass and exhaust gas recirculation rate control, wherein an exhaust gas recirculation mass flow is calculated based on a throttle equation.
Die
Die
- - mindestens einem Zylinder (
2 ), - - mindestens einer zu einem Ansaugsystem (
3 ) zugehörigen Ansaugleitung (4 ) zur Versorgung des mindestens einen Zylinders (2 ) mit Ladeluft, - - mindestens einer Abgasleitung (
7 ) zur Abführung der Abgase, und - - mindestens einem Abgasturbolader (
8 ), der eine in der mindestens einen Abgasleitung (7 ) angeordnete Turbine (8b ) und einen in der mindestens einen Ansaugleitung (4 ) angeordneten Verdichter (8a ) umfaßt, wobei eine Abgasrückführung (9 ) vorgesehen ist, welche eine Rückführleitung (9a ) umfaßt, die stromabwärts der Turbine (8b ) aus der Abgasleitung (7 ) abzweigt und stromaufwärts des Verdichters (8a ) in die Ansaugleitung (4 ) mündet.
Es soll eine aufgeladene Brennkraftmaschine (
Erreicht wird dies durch eine Brennkraftmaschine (
- - stromabwärts der Einmündung der Rückführleitung (
9a ) in die Ansaugleitung (4 ) ein Sensor (15 ) zur Erfassung der Konzentration Ci,intake der i-ten Komponente der Ladeluft im Ansaugsystem (3 ) vorgesehen ist
The
- - at least one cylinder (
2 ) - - at least one to an intake system (
3 ) associated suction line (4 ) to supply the at least one cylinder (2 ) with charge air, - - at least one exhaust pipe (
7 ) to remove the exhaust gases, and - - at least one exhaust gas turbocharger (
8th ), the one in the at least one exhaust pipe (7 ) arranged turbine (8b ) and one in the at least one suction line (4 ) arranged compressor (8a ), with exhaust gas recirculation (9 ) is provided which has a return line (9a ) which is located downstream of the turbine (8b ) from the exhaust pipe (7 ) branches off and upstream of the compressor (8a ) in the suction line (4 ) flows out.
A supercharged internal combustion engine (
This is achieved by an internal combustion engine (
- - downstream of the return line junction (
9a ) in the suction line (4 ) a sensor (15 ) to record the concentration Ci, intake of the i-th component of the charge air in the intake system (3 ) is provided
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruck-Abgasrückführung vorgestellt, wobei ein Massenstrom einer Hochdruck-Abgasrückführung ermittelt wird, wobei der ermittelte Massenstrom der Hochdruck-Abgasrückführung in Abhängigkeit eines ersten Hochdruck-Abgasrückführungs-Massenstroms, basierend auf einer Drosselgleichung, und eines zweiten Hochdruck-Abgasrückführungs-Massenstroms, basierend auf einem Luftmassenstrom und einem Verhältnis von Massenkonzentrationen, ermittelt und zum Betreiben der Brennkraftmaschine verwendet wird.In a first aspect, a method for operating an internal combustion engine with a high-pressure exhaust gas recirculation is presented, wherein a mass flow of a high-pressure exhaust gas recirculation is determined, the determined mass flow of the high-pressure exhaust gas recirculation as a function of a first high-pressure exhaust gas recirculation mass flow, based on a throttle equation , and a second high-pressure exhaust gas recirculation mass flow, based on an air mass flow and a ratio of mass concentrations, is determined and used to operate the internal combustion engine.
Das Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass in Abhängigkeit des ersten Hochdruck-Abgasrückführ-Massenstroms und des zweiten Hochdruck-Abgasrückführ-Massenstroms ein optimierter Hochdruck-Abgasrückführ-Massenstrom ermittelt wird. Hierdurch lässt sich eine optimierte Ansteuerung und Reglung der Brennkraftmaschine durchführen, so dass eine Optimierung von Emissionen erreicht wird.
Aufgrund der Aufteilung des zu ermittelnden Massenstroms durch den ersten und den zweiten Hochdruck-Abgasrückführ-Massenstrom lassen sich stationäre und dynamische Betriebspunkte besonders präzise ermitteln.
Die dabei verwendeten Hochdruck-Abgasrückführ-Modelle sind dabei voneinander unabhängig, so dass ein besonders präziser Hochdruck-Abgasrückführ-Massenstrom durch eine Gewichtung ermittelt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die Störgrößenkompensation (z.B. des Abgaslambdas) in der Steuerung der Brennkraftmaschine.The method has the particular advantage that an optimized high-pressure exhaust-gas recirculation mass flow is determined as a function of the first high-pressure exhaust gas recirculation mass flow and the second high-pressure exhaust gas recirculation mass flow. In this way, an optimized control and regulation of the internal combustion engine can be carried out, so that an optimization of emissions is achieved.
Due to the division of the mass flow to be determined by the first and the second high-pressure exhaust gas recirculation mass flow, stationary and dynamic operating points can be determined particularly precisely.
The high-pressure exhaust gas recirculation models used are independent of one another, so that a particularly precise high-pressure exhaust gas recirculation mass flow can be determined by weighting. Another advantage is the disturbance variable compensation (eg the exhaust gas lambda) in the control of the internal combustion engine.
Vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis der Massenkonzentrationen in Abhängigkeit einer Massenkonzentration über die Hochdruck-Abgasrückführung, einer Massenkonzentration einer zufließenden Luftmasse und einer Massenkonzentration des Gasgemisches nach der HD-AGR-Mischstelle gebildet wird.It is advantageous if the ratio of the mass concentrations is formed as a function of a mass concentration via the high-pressure exhaust gas recirculation, a mass concentration of an inflowing air mass and a mass concentration of the gas mixture after the HD-EGR mixing point.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Massenkonzentrationen Sauerstoffmassenkonzentrationen oder Massenkonzentrationen eines Inertgases sind.It can further be provided that the mass concentrations are oxygen mass concentrations or mass concentrations of an inert gas.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Anteile des ersten und des zweiten Massenstroms in Abhängigkeit eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Somit kann in Abhängigkeit des Betriebszustands eine präzisere Ermittlung des Massenstroms erreicht werden.In an advantageous development it can be provided that the ratio of the proportions of the first and the second mass flow is determined as a function of an operating state of the internal combustion engine.
Depending on the operating state, a more precise determination of the mass flow can thus be achieved.
Vorteilhaft ist es, wenn bei geschlossenem HD-AGR-Ventil und/oder in einem dynamischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Massenstrom basierend auf dem ersten Hochdruck-Abgasrückführungs-Massenstrom ermittelt wird. Dies ist von Vorteil, da in diesem Zustand eine besonders präzise Ermittlung des Massenstroms basierend auf der Drosselgleichung erreicht werden kann. In dynamischen Betriebszuständen und bei geschlossenem HD-AGR-Ventil ist es besonders vorteilhaft, wenn der ermittelte Massenstrom basierend auf dem ersten HD-AGR-Massenstrom ermittelt wird, da der Massenkonzentrationssensor in diesen Betriebszuständen zu ungenaue Werte liefert. Die Berechnung wird robuster.It is advantageous if, with the HD EGR valve closed and / or in a dynamic operating state of the internal combustion engine, the mass flow is determined based on the first high-pressure exhaust gas recirculation mass flow. This is advantageous because in this state, a particularly precise determination of the mass flow based on the throttle equation can be achieved. In dynamic operating states and when the HD EGR valve is closed, it is particularly advantageous if the mass flow determined is determined based on the first HD EGR mass flow, since the mass concentration sensor delivers inaccurate values in these operating states. The calculation becomes more robust.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der dynamische Betriebszustand ein Schubbetrieb oder ein Beschleunigungsvorgang der Brennkraftmaschine ist.Furthermore, it can be provided that the dynamic operating state is an overrun operation or an acceleration operation of the internal combustion engine.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird in einem stationären Betriebszustand der Massenstrom basierend auf dem zweiten HD-AGR-Massenstrom ermittelt. In diesem Betriebszustand lässt sich der HD-AGR-Massenstroms besonders präzise durch den zweiten HD-AGR-Massenstrom, basierend auf einem Luftmassenstrom und einem Verhältnis von Massenkonzentrationen, ermitteln, da die Toleranzen der Konzentrationssensoren in diesem Betriebszustand besonders klein sind und die Berechnung präzise ist.In an advantageous development, the mass flow is determined in a stationary operating state based on the second HD-EGR mass flow. In this operating state, the HD-EGR mass flow can be determined particularly precisely by the second HD-EGR mass flow, based on an air mass flow and a ratio of mass concentrations, since the tolerances of the concentration sensors are particularly small in this operating state and the calculation is precise ,
Es ist von Vorteil, wenn in stationären Betriebszuständen mit kleinen Dynamiken der Brennkraftmaschine der ermittelte AGR-Massenstrom basierend auf dem Konzentrationssensor und dem Frischluftmassenstrom ermittelt wird, da in diesen stationären Betriebspunkten eine hohe Genauigkeit gewährleistet ist. Der Massenkonzentrationssensor hat in diesen Betriebszuständen eine hohe Genauigkeit. Das HD-AGR-Massenstrommodell soll stationär und bei kleinen Dynamiken der Brennkraftmaschine dem Messwert des Konzentrationssensors vertrauen, da der Massenkonzentrationssensor aufgrund der Einbauposition stromabwärts im Abgassystem Betriebszustandsänderungen der Brennkraftmaschine erst spät ermitteln kann. Somit können Überschwinger bei der Ermittlung des HD-AGR-Massenstroms vermieden werden.It is advantageous if the determined EGR mass flow is determined on the basis of the concentration sensor and the fresh air mass flow in stationary operating states with small dynamics of the internal combustion engine, since a high level of accuracy is guaranteed in these stationary operating points. The mass concentration sensor has high accuracy in these operating states. The HD-EGR mass flow model should trust the measured value of the concentration sensor in a stationary manner and with small dynamics of the internal combustion engine, since the mass concentration sensor can only determine operating state changes of the internal combustion engine late due to the installation position downstream in the exhaust system. In this way, overshoots can be avoided when determining the HD EGR mass flow.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass der stationäre Betriebszustand ein Leerlauf der Brennkraftmaschine ist.It can be provided here that the stationary operating state is an idling of the internal combustion engine.
In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die zur Ausführung eines der Verfahren eingerichtet, insbesondere programmiert, sind. In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.In further aspects, the invention relates to a device, in particular a control device and a computer program, which are set up, in particular programmed, for executing one of the methods. In a still further aspect, the invention relates to a machine-readable storage medium on which the computer program is stored.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Hochdruck-Abgasrückführung, -
2 einen beispielhaften Ablauf des Modells zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR).
-
1 1 shows a schematic illustration of an internal combustion engine with high-pressure exhaust gas recirculation, -
2 an exemplary sequence of the model for operating an internal combustion engine with a high-pressure exhaust gas recirculation (HD-EGR).
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die
In dem Luftzuführungssystem
In der Abgasabführung
Stromaufwärts der Abgasturbine
Der erste Luftmassensensor
Der zweite Luftmassensensor
Weiterhin wird zwischen der HD-Mischstelle HDMisch und dem Motoreinlassventil
Alternativ oder zusätzlich kann auch die Massenkonzentration der Inertgasrate für das Verfahren verwendet werden. Unter einer Inertgasrate ist vorzugsweise der Anteil des Gasgemisches zu verstehen, bei dem der Sauerstoff komplett verbrannt ist.
Die beschriebenen Größen können z. B. aus Sensorwerten oder aus Sensorwerten abgeleiteten Größen bestimmt werden oder als Modellwerte vorliegen. Weiterhin kann für die beschriebenen Größen auch jeweils ein einzelner Sensor verbaut sein. Ein Steuergerät
There is also HD mixing between the HD mixing point and the engine intake valve
Alternatively or additionally, the mass concentration of the inert gas rate can also be used for the process. An inert gas rate is preferably to be understood as the proportion of the gas mixture at which the oxygen is completely burned.
The sizes described can e.g. B. can be determined from sensor values or values derived from sensor values or are available as model values. Furthermore, a single sensor can also be installed for the sizes described. A
In der
In einem ersten Schritt
Dies kann vorzugsweise mit folgender Formel durchgeführt werden:
This can preferably be carried out using the following formula:
In einem Schritt
Anschließend wird in einem Schritt
Die Sauerstoffmassenkonzentration DiffO2 wird aus der Differenz zwischen der gemessenen Sauerstoffmassenkonzentration nach der Hochdruck-Abgasrückführ-Mischstelle
Der Verstärkungsfaktor K1 ergibt sich aus der Linearisierung der Sauerstoffmassenbilanz und hängt damit von dem Luftmassenstrom ṁ21, den Sauerstoffkonzentrationen der zugeführten Luft rx,21, der Masse über die HD-AGR-Leitung
The oxygen mass concentration Diff O2 is the difference between the measured oxygen mass concentration after the high-pressure exhaust gas recirculation mixing point
The gain factor K 1 results from the linearization of the oxygen mass balance and thus depends on the air mass flow ṁ 21 , the oxygen concentrations of the supplied air r x, 21 , the mass via the HD EGR line
In einem Schritt
Anschließend wird in einem Schritt
In einem Schritt
Der Faktor c1 wird dabei mittels einer Funktion f5 basierend auf den Standardabweichungen des Hochdruck-Abgasrückführungs-Massenstroms ṁEGRHPThr basierend auf der Drosselgleichung (
Die Funktion f5 ist dabei derart ausgebildet, dass der Wert der Standardabweichung mit der kleineren Standardabweichung das höhere Gewicht erhält. Der Faktor c1 ist dabei vorzugsweise ein Wert zwischen 0 und 1. Durch die Berücksichtigung der Toleranzen bzw. der Standardabweichungen der beiden voneinander unabhängigen Modellierungsverfahren für den Hochdruck-Rückführungs-Massenstrom, kann ein optimaler Hochdruck-Abgasrückführ-Massenstrom ermittelt werden. Mittels der Gewichtung können in den Übergängen in und aus den Betriebspunkten signifikante nicht physikalische Überschwinger vermieden werden, so dass das Modellierungsverfahren dominiert, welches in dem derzeitigen Betriebspunkt die kleinere Standardabweichung hat.The function f 5 is designed in such a way that the value of the standard deviation with the smaller standard deviation is given greater weight. The factor c 1 is preferably a value between 0 and 1. By taking into account the tolerances or the standard deviations of the two mutually independent modeling methods for the high-pressure recirculation mass flow, an optimal high-pressure exhaust gas recirculation mass flow can be determined. By means of the weighting, significant non-physical overshoots can be avoided in the transitions into and out of the operating points, so that the modeling method dominates, which has the smaller standard deviation at the current operating point.
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
Alternativ kann zusätzlich zum Hochdruck-Abgasrückführungs-Ventil
Anschließend wird im Schritt
Alternatively, in addition to the high pressure exhaust
Then in
Alternativ oder zusätzlich kann anstelle der Sauerstoffmassenkonzentration auch die Massenkonzentration der Inertgasrate verwendet werden.
Unter einer Inertgasrate ist vorzugsweise der Anteil des Gasgemisches zu verstehen, bei dem der Sauerstoff komplett verbrannt ist.Alternatively or additionally, the mass concentration of the inert gas rate can also be used instead of the oxygen mass concentration.
An inert gas rate is preferably to be understood as the proportion of the gas mixture at which the oxygen is completely burned.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ROBERT BOSCH GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: FORD-WERKE GMBH, 50735 KOELN, DE; ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE Owner name: FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC, DEARBORN, US Free format text: FORMER OWNERS: FORD-WERKE GMBH, 50735 KOELN, DE; ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: BANSE & STEGLICH PATENTANWAELTE PARTMBB, DE |