DE10242234B4 - Verfahren zur Bestimmung einer Abgasrückführmenge für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung einer Abgasrückführmenge für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Abgasrückführmenge für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung, wobei die Abgasrückführmenge (rAGR, mAGR) aus einer Abgastemperatur (TAbgas) aus einer Frischgastemperatur (TLuft2), aus einer Frischgasmenge (mLuft) und/oder einem Luftaufwand (η) ermittelt wird, und die Frischgastemperatur (TLuft2) durch ein Frischgastemperaturmodell (15) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Frischgastemperaturmodell (15) adaptiv ausgeführt ist und ein Basismodell (15.1), welches der Ermittlung eines Basiswerts (y15.1) für eine Basistemperaturveränderung dient, und ein Korrekturmodell (15.3) umfasst, welches der Korrektur des Basiswerts (y15.1) mittels seiner Ausgangsgröße (y15.3i) dient, wenn eine Abweichung der Werte von für die Frischgastemperatur (TLuft2) relevanten Größen (u15.3i, dmLuft/dt) von Referenzwerten (u15.i0) dieser Größen vorliegt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Abgasrückführmenge für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung. Solche Verbrennungsmotoren sind beispielsweise als Antriebsmotoren für Kraftfahrzeuge in Gebrauch. Die Abgasrückführung hat bekanntermaßen Vorteile hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen. Der Begriff „Menge" wird vorliegend der Einfachheit halber umfassend zur Bezeichnung einer mengenindikativen physikalischen Größe gebraucht, wie z.B. für die Masse oder die Mengen- oder Massenrate an rückgeführtem Abgas bzw. in den Verbrennungsmotor eingespeistem Gasgemisch.
  • Die in den oder die Brennräume eines Verbrennungsmotors eingespeiste Frischgasmenge kann beispielsweise über einen Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) in einem zugehörigen Saugrohr bzw. Ansaugtrakt gemessen werden. Die Abgasrückführmenge kann auf diese Weise nicht bestimmt werden und ist daher ohne weitere Maßnahmen höchstens für einen ganz bestimmten Auslegungszustand, z.B. einen Normzustand des Motors, indirekt festgelegt und bekannt. Für andere Motorbetriebszustände und insbesondere bei sich ändernder Temperatur und sich änderndem Luftdruck der Umgebung, welcher das Frischgas bzw. die Frischluft für den Motor entnommen wird, sollte eine gegenüber dem Auslegungszustand bzw. dem Normzustand veränderte Abgasrückführrate eingestellt werden, um z.B. Emissionsgrenzwerte genau einhalten zu können. Daher ist es wünschenswert, zu jedem Zeitpunkt die Abgasrückführrate genau zu kennen um diese auf einen geeigneten Wert einregeln zu können.
  • In der Offenlegungsschrift DE 199 34 508 A1 ist ein Verfahren zur Abgasrückführsteuerung beschrieben, bei dem eine Sollabgasrückführmenge auf der Basis von Motorlast, Motordrehmoment und Luftdruck erfaßt wird, eine Istabgasrückführmenge sowie die Öffnungs- und die Schließbewegung einer Drosselklappe sensorisch erfaßt werden und ein Abgasrückführsteuerventil in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist- und Sollabgasrückführmenge und einem Drosselklappenöffnungssignal sowie einem Drosselklappenschließsignal und dem jeweils zugehörigen Luftdruck betätigt wird. Die sensorische Erfassung der Abgasrückführmenge erfolgt durch Differenzdruckmessung an einer Drosselöffnung, die in einer zugehörigen Abgasrückführleitung vorgesehen ist.
  • Aus der gattungsgemäßen Offenlegungsschrift DE 199 63 358 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung und Turbolader bekannt, bei dem eine Abgastemperatur, eine Frischgastemperatur, eine Frischgasmenge und ein Luftaufwand ermittelt werden. Das Verfahren arbeitet modellbasiert. Es kann ein Verdichtermodell vorgesehen sein, mittels dem die Frischgastemperatur ermittelt werden kann. Das Verdichtermodell enthält je einen Funktionsblock für eine Dichte-, eine Volumen-, eine Mengen-, eine Leistung-, eine Enthalpie-, eine Energie- und eine Temperaturbestimmung und ein Ladeluftkühlermodell.
    •
  • Der Erfindung liegt als, Aufgabe die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, durch das sich mit geringem Aufwand die Abgasrückführmenge, insbesondere auch bei verschiedenen Betriebszuständen, präzise und zuverlässig bestimmen läßt.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Abgasrückführmenge mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verfahren wird die Abgasrückführmenge aus einer Abgastemperatur, aus einer Frischgastemperatur, aus einer Frischgasmenge und/oder einem Luftaufwand ermittelt. Die Frischgastemperatur wird durch ein , Frischgastemperaturmodell bestimmt, welches im laufenden Motorbetrieb adaptiv an frischgastemperaturrelevante Einflussparameter angepasst wird. Der Luftaufwand ist ein Maß für die dem Motor zugeführte gasförmige Frischladung. Er ist definiert als das Verhältnis aus der gesamten dem Motor zugeführten Gasmenge je Arbeitsspiel zur theoretischen Ladung bzw. Füllung je Arbeitsspiel, d.h. zur theoretischen Frischladung beim Füllen des geometrischen Hubraumes mit Luft bzw. Gemisch vom Umgebungszustand bei nicht aufgeladenem Motor bzw. vom Zustand hinter einem eventuell vorgesehen Verdichter bzw. Ladeluftkühler bei einem Verbrennungsmotor mit Aufladung. Für den Betrieb mit Abgasrückführung ist der Luftaufwand definiert als das Verhältnis von gesamter zugeführter Gasgemischmenge je Arbeitsspiel zur Gasgemischmenge beim Füllen des geometrischen Hubraums des Verbrennungsmotors mit Gasgemisch vom Zustand nach Zumischung durch die Abgasrückführung. Der Luftaufwand wird auch als Schluckvermögen bezeichnet.
  • Bevorzugterweise werden die Abgastemperatur, eine Temperatur des rückgeführten Abgases, auch Abgasrückführtemperatur genannt, und der Luftaufwand ebenfalls mittels entsprechender Modelle ermittelt. Die Modelle sind an Einflussparameter anpassbar, die relevant für die jeweiligen Größen sind. Die Modelle bzw. Gesamtmodelle umfassen bevorzugterweise jeweils ein Basismodell, ein Korrekturmodell und/oder einen Filterblock. Mit dem Basismodell wird ein Basiswert für die Ausgangsgröße bzw. für einen Teil der Ausgangsgröße des entsprechenden Gesamtmodells bestimmt. Dieser Basiswert wird ggf. durch eine Ausgangsgröße des Korrekturmodells korrigiert, wenn bestimmte, für die Ausgangsgröße des Gesamtmodells relevante Eingangsgrößen von vordefinierten Referenzwerten bzw. Referenzzuständen abweichen. Wird von einem Korrekturmodell gesprochen, so handelt es sich tatsächlich um eine Gruppe von Korrekturmodellen mit einem Korrekturmodell je Eingangsgröße. Für die Ermittlung der Abweichungen findet eine Überwachung der Eingangsgrößen, vorzugsweise durch eine Messung und anschließendem Vergleich mit den Referenzwerten, statt. Bei den Basis- bzw. Korrekturmodellen handelt es sich vorzugsweise um Kennfelder bzw. Kennlinien, es kann sich jedoch auch um lineare und/oder nicht lineare mathematische bzw. physikalische Simulationsmodelle, welche auf Differenzialgleichungen bzw. Differenzengleichungen basieren, handeln. Bei den Basis- bzw. Korrekturmodellen kann es sich ebenfalls um neuronale Netze handeln.
  • Jedes der Gesamtmodelle weist vorzugsweise zusätzlich einen Filterblock auf. Bei den Filterblöcken handelt es sich vorzugsweise um Verzögerungsglieder erster Ordnung, sog. PT1-Glieder. Es können jedoch auch andere, vorzugsweise dynamische, Filter eingesetzt werden, wie beispielsweise Verzögerungsglieder höherer Ordnung oder Verzögerungsglieder in Kombination mit Laufzeitgliedern. Durch die Filterung wird einer Eingangsgröße eines Filterblocks ein dynamisches Verhalten aufgeprägt, durch welches eine (berechnete) Ausgangsgröße des Filterblocks dem realen Verhalten des gemessenen Pendants der Ausgangsgröße näher kommt. Derartige gefilterte bzw. durch Filterung ermittelte Größen können leichter von einer Regelung bzw. Steuerung eingestellt bzw. eingeregelt werden. Dies ist insbesondere bei der Abgasrückführrate der Fall. Die Einregelung erfolgt schneller und weißt weniger Überschwinger auf, was zu einer geringeren Bauteilbelastung und zu kontinuierlicheren Emissionen führt. Emissionsspitzen werden vermieden. Die Filterung der Größen wird auch Dynamikkorrektur bezeichnet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhafterweise in einem Steuergerät beispielsweise in einem in einem Kraftfahrzeug üblicherweise vorhandenen Motor- und/oder Fahrzeugsteuergerät, integrieren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann unter stationären, instationären sowie unter unterschiedlichen Betriebs- bzw. Umgebungsbedingungen die aktuelle Abgasrückführmenge bzw. die Abgasrückführrate mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
  • Die Basis- und Korrekturmodelle werden vorzugsweise vor Markteinführung des Verbrennungsmotors, beispielsweise im Versuch oder auf einem Prüfstand, ermittelt und in einem Speicher eines üblicherweise vorgesehenen Steuergeräts hinterlegt. Vorzugsweise werden die Basismodelle und die Korrekturmodelle nur typbezogen und nicht für jeden einzelnen Verbrennungsmotor auf diese Weise vorab ermittelt und dann auf den einzelnen Verbrennungsmotor während dessen Betrieb adaptiert.
  • Die erfindungsgemäße Bestimmung der Abgasrückführmenge benötigt keinerlei Sensorik zur Messung der Abgasrückführmenge. Auch ohne Abgasrückführmengensensorik kann die Menge an rückgeführtem Abgas präzise und zuverlässig ermittelt werden. Es erfolgt hierzu eine Anpassung der verwendeten Modelle mittels bestimmter Korrekturmodelle, so dass sich das erfindungsgemäße Verfahren an während der Gebrauchsdauer des Verbrennungsmotors ergebende Veränderungen, wie beispielsweise beliebige, von einem Basiszustand abweichende Betriebszustände (z.B. instationäre Vorgänge, veränderte Umgebungsbedingungen), automatisch anpaßt.
    •
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Hierbei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem Ansaugtrakt und einem Abgastrakt,
  • 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Abgasrückführrate,
  • 3 ein Blockschaltbild eines Gesamtmodells zur Bestimmung einer Frischgastemperatur,
  • 4 ein Blockschaltbild eines Gesamtmodells zur Bestimmung einer Abgastemperatur,
  • 5 ein Blockschaltbild eines Gesamtmodells zur Bestimmung einer Temperatur des rückgeführten Abgases und
  • 6 ein Blockschaltbild eines Gesamtmodells zur Bestimmung eines Luftaufwands.
  • Gleiche Bezugszeichen bzw. Bezeichnungen kennzeichnen gleiche funktionelle Komponenten bzw. Größen. Der Einfachheit halber werden bestimmte Eingangsgrößen bestimmter Funktionsblöcke, wie beispielsweise Summationsstellen, Filterblöcke, Modelle, mit u bezeichnet. Ebenso werden bestimmte Ausgangsgrößen bestimmter Funktionsblöcke mit y bezeichnet. Die Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen weisen als Index die Bezugszeichen der entsprechenden Funktionsblöcke auf. Handelt es sich bei den Eingangsgrößen um Referenzwerte bzw. Referenzzustände, auch als Initialwerte bzw. Initialzustände bezeichnet, so weisen diese Eingangsgrößen als zusätzlichen Index eine Ziffer 0 auf. Steht eine Eingangs- bzw. eine Ausgangsgröße für eine Gruppe von Eingangs- bzw. Ausgangsgrößen, so erhält diese Eingangs- bzw. Ausgangsgröße als zusätzlichen Index den Buchstaben i. Bei den Eingangs- bzw. Ausgangsgrößen kann es sich selbstverständlich auch um Zustandsgrößen bzw. Zustände handeln. Ist ein Funktionsblock als Rechteck mit mehreren hintereinanderliegenden Rechtecken dargestellt, so handelt es sich um die Darstellung eines Modells, das mehrere einzelne Modelle umfasst.
  • 1 zeigt beispielhaft ein System, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Abgasrückführmenge eingesetzt werden kann. Dem Verbrennungsmotor 1 mit einer Antriebswelle 2 sind ein Saugrohr bzw. ein Ansaugtrakt 4 für Frischgas bzw. Frischluft und ein Abgastrakt 5 zugeordnet. Im Ansaugtrakt 4 und im Abgastrakt 5 ist ein Turbolader 3 angeordnet, wobei ein nicht näher bezeichneter Verdichter des Abgasturboladers 3 im Ansaugtrakt 4 und eine nicht näher bezeichnete Abgasturbine des Turboladers 3 im Abgastrakt 5 angeordnet sind. Zwischen Verbrennungsmotor 1 und Abgasturbolader 3 ist eine Abgasrückführung 8 vorgesehen, welche den Abgastrakt 5 mit dem Ansaugtrakt 4 verbindet. Stromab des Turboladers 3 und stromauf der nicht näher gekennzeichneten Verbindungsstelle mit der Rückführung 8 ist im Ansaugtrakt 4 vorzugsweise ein Ladeluftkühler 7 vorgesehen. Er dient zur Kühlung der Frischluft. In der Rückführung 8 sind vorzugsweise ein weiterer Kühler 9 und ein Abgasrückführventil 10 angeordnet, wobei das Abgasrückführventil bevorzugterweise stromab des Ladeluftkühlers 9 angeordnet ist.
  • Dem Verbrennungsmotor wird über eine nicht dargestellte Zuführung eine Kraftstoffmenge mKraftstoff zugeführt. Des weiteren wird dem Verbrennungsmotor 1 über den Ansaugtrakt 4 eine Frischgasmenge mLuft zugeführt. Diese Frischgasmenge mLuft wird über einen Sensor 6, beispielsweise einen Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM), gemessen. Über den Abgastrakt 5 wird eine Abgasmenge mAbgas vorzugsweise in eine üblicherweise vorgesehene Abgasanlage geleitet. Die Frischgasmenge wird an einer nicht näher bezeichneten Messstelle mit einer über die Rückführung 8 zurückgeführten Menge an Abgas vermischt und als Gasgemischmenge mGem dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt.
  • Temperatur TLuft1 und Druck des Frischgases werden vorzugsweise an einer Messstelle 11 im Ansaugtrakt 4 ermittelt, welche sich bevorzugterweise stromab des Ladeluftkühlers 7 und stromauf der nicht näher bezeichneten Verbindungsstelle mit der Rückführung 8 befindet. Die Ermittlung der Temperatur TLuft1 und des Druck erfolgt vorzugsweise durch entsprechende Sensoren bzw. Messgeräte. Für das erfindungsgemäße Verfahren relevant sind weiterhin eine Frischgastemperatur TLuft2 an einer Stelle im Ansaugtrakt 4, welche unmittelbar vor der nicht näher bezeichneten Mischstelle, also beispielsweise an einer Stelle 12 liegt, eine Abgastemperatur, welche beispielsweise der Temperatur des Abgases nach Verlassen des Verbrennungsmotors an einer Stelle 13 im Abgastrakt 5 entspricht, und eine Temperatur des rückgeführten Abgases, welche der Temperatur des rückgeführten Abgases vorzugsweise unmittelbar vor der Zumischung in den Ansaugtrakt 4 entspricht. Es wird im folgenden näher erläutert, wie die Abgastemperatur und die Temperatur TLuft2 ermittelt werden.
  • Die 2 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Abgasrückführmenge bzw. einer Abgasrückführrate rAGR. In einem Funktionsblock 14 wird aus einer Temperatur eines rückgeführten Abgases TAGR, im weiteren auch als Abgasrückführtemperatur bezeichnet, einer Frischgas- bzw. Ladelufttemperatur unmittelbar vor Zumischung des zugeführten Abgases TLuft2, einem Luftaufwand η und weiteren, insbesondere abgasrückführmengen- bzw. -ratenrelevanten Eingangsgrößen u14i, insbesondere der über den Sensor 6 ermittelten Frischluftmenge MLuft, eine Abgasrückführmenge bzw. eine Abgasrückführrate rAGR unter Verwendung einer Massebilanzgleichung, einer Luftaufwandsgleichung, welche auf der idealen Gasgleichung basiert, und einer Mischungsgleichung, welche auf einer Energiebilanzgleichung basiert, bestimmt werden. Des weiteren können durch besagte Größen und Gleichungen eine Mischtemperatur nach Zumischung des rückgeführten Abgases im Saugrohr 4 und die gesamte vom Verbrennungsmotor angesaugte Zylindermasse bzw. Gasgemischmenge mGem ermittelt werden. Die Abgasrückführmenge mAGR wird ermittelt, indem von der gesamten Gasgemischmenge mGem der Frischgasanteil mLuft abgezogen wird.
  • Die Frischgastemperatur unmittelbar vor Zumischung des rückgeführten Abgases TLuft2 wird mittels eines Frischgastemperaturmodells 15 aus der Frischgastemperatur TLuft1 an der Messstelle 11 (siehe 1) und weiteren frischgastemperaturrelevanten Eingangsgrößen u15i berechnet. Die Abgasrückführtemperatur TAGR wird mittels eines Abgasrückführmodells 17 aus abgasrückführtemperaturrelevanten Eingangsgrößen u17i und der Abgastemperatur TAbgas ermittelt, welche wiederum mittels eines Abgastemperaturmodells 16 aus abgastemperaturrelevanten Eingangsgrößen u16i bestimmt wird. Der Luftaufwand n wird mittels eines Luftaufwandsmodells 18 aus luftaufwandrelevanten Eingangsgrößen u18i ermittelt. Die Modelle 15–18 werden in den 3–6 im einzelnen erläutert.
  • Die 3 zeigt ein Blockschaltbild des Gesamtmodells zur Bestimmung der Frischgastemperatur TLuft2 bzw. des Frischgas temperaturmodells 15. Bei dem Frischgastemperaturmodell 15 wird aus der Frischgastemperatur TLuft2 an der Messstelle 11 der 1, dem Frischgasmassenstrom dmLuft/dt und weiteren frischgastemperaturrelevanten Eingangsgrößen u15.3i eine Frischgastemperatur unmittelbar vor Zumischung des rückgeführten Abgases TLuft2 ermittelt. Die Eingangsgrößen u15i des Funktionsblocks 15 der 2 umfassen den Frischgasmassenstrom dmLuft/dt und die Eingangsgrößen u15.3i. Das Modell 15 beschreibt eine Erwärmung bzw. Abkühlung der angesaugten Frischluft bzw. des angesaugten Frischgases von der Temperatur TLuft1 an der Messstelle 11 bis zu einer Stelle 12 unmittelbar vor Zumischung des rückgeführten Abgases im Ansaugtrakt 4. Aufgrund der Bauteiltemperaturen, insbesondere der Temperatur des Verbrennungsmotors, kann sich eine signifikante Erwärmung oder in gewissen Situationen auch eine Abkühlung einstellen, welche bei der Ermittlung der Abgasrückführrate berücksichtigt werden muß. Da der Massenanteil der Frischluft bzw. des Frischgases an der gesamten Gasgemischmenge groß ist im Vergleich zum rückgeführten Abgas, ist eine genaue Kenntnis der Temperatur des Frischgases unmittelbar vor Zumischung des rückgeführten Abgases wünschenswert. Eine ungenaue Temperatur des Frischgases würde zu einer starken Verfälschung der im Funktionsblock 14 der 2 berechneten Abgasrückführrate führen. Das Frischgastemperaturmodell 15 beschreibt also die Phänomenologie eines Aufheizvorgangs bzw. eines Abkühlvorgangs.
  • In einem Basismodell 15.1 wird aus der Frischgastemperatur TLuft1 und dem Frischluftmassenstrom dmLuft/dt eine Basistemperaturveränderung y15.1 bei einem Referenz- bzw. Initialzustand ermittelt. Bei dem Basismodell 15.1 handelt es sich vorzugsweise um ein Kennfeld. In einem Korrekturmodell 15.3 wird aus dem Frischgasmassenstrom dmLuft/dt und weiteren Eingangsgrößen u15.3i eine Korrekturgröße y15.3i für die Basistemperaturveränderung y15.3i ermittelt. Hierbei wird die Abweichung der Eingangsgrößen u15.3i von diesen zugeordneten, vordefinierten Referenzeingangsgrößen bzw. Referenzzuständen u15.3i0 berücksich tigt. Diese Abweichung ist vorzugsweise definiert als die Differenz zwischen den Eingangsgrößen u15.3i und den diesen zugeordneten Referenzeingangsgrößen u15.3i0. Die Abweichung kann aber auch als Quotient aus den Eingangsgrößen u15.3i und den Referenzeingangsgrößen u15.3i0 definiert sein. Die Referenzeingangsgrößen u15.3i0 können in einem Feld 15.4 hinterlegt sein, bei dem es sich vorzugsweise um einen Speicherbereich eines Steuergeräts handelt.
  • Bei den Eingangsgrößen u15.3i und den diesen zugeordneten Referenzzuständen u15.3i0 handelt es sich vorzugsweise um eine Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors und/oder um eine Umgebungstemperatur. Bei dem Korrekturmodell 15.3 handelt es sich vorzugsweise um eine Gruppe von Modellen je Eingangsgröße u15.3i. Ebenso handelt es sich bei dem Korrekturwert y15.3i um einen Vektor bzw. eine Gruppe von Korrekturwerten, nämlich um einen Korrekturwert y15.3i je Eingangsgröße u15.3i.
  • Zu der Basistemperaturänderung y15.i werden an einer Verknüpfungsstelle 15.2 der Korrekturwert bzw. die Korrekturwerte y15.3i addiert. Anstelle einer Summation kann an dem Verknüpfungspunkt 15.2 auch eine Multiplikation stattfinden. Den Ausgang des Verknüpfungspunktes 15.2 bildet eine nicht näher bezeichnete nun korrigierte Temperaturveränderung, welche einem Filter 15.5, bei dem es sich vorzugsweise um ein Verzögerungsglied erster Ordnung handelt, zugeführt wird. Mittels des Filters 15.5 wird aus der statischen Eingangsgröße eine dynamische Ausgangsgröße y15.5 gebildet. Es erfolgt also eine Dynamikkorrektur. Durch die Filterung erhält die Temperaturänderung vorzugsweise einen fließenderen und somit realistischeren Verlauf. Die gefilterte und korrigierte Temperaturveränderung y15.5 wird an einer Verknüpfungsstelle 15.6 zur Frischgastemperatur TLuft1 unter Bildung der Frischgastemperatur unmittelbar vor Zumischung des rückgeführten Abgases TLuft2 addiert. Anstelle einer Summation kann an dem Verknüpfungspunkt 15.6 auch eine Multiplikation erfolgen.
  • Die 4 zeigt ein Blockschaltbild des Gesamtmodells zur Bestimmung der Abgastemperatur TAbgas bzw. des Abgastemperaturmodells 16. Bei dem Abgastemperaturmodell 16 wird aus einer Kraftstoffmenge mKraftstoff, aus einer Drehzahl n des Verbrennungsmotors und aus weiteren abgastemperaturrelevanten Eingangsgrößen u16.3i eine Abgastemperatur TAbgas ermittelt. In einem Basismodell 16.1 wird aus der Kraftstoffmenge mKraftstoff und der Drehzahl n eine, vorzugsweise statische, Basistemperatur y16.1 ermittelt. Die Eingangsgrößen u16.3i, die Drehzahl n und die Kraftstoffmenge mKraftstoff werden von den Eingangsgrößen u16.i des Funktionsblocks 16 in der 2 umfaßt. In einem Korrekturmodell 16.3 wird aus den Eingangsgrößen u16.3i ein Korrekturwert y16.3i für die vorzugsweise statische Abgastemperatur y16.1 ermittelt. Hierzu wird in dem Korrekturmodell eine Abweichung der Eingangsgrößen u16.3i von vordefinierten, diesen zugeordneten Referenzeingangsgrößen bzw. Initialeingangsgrößen u16.3i0 berücksichtigt. Diese Abweichung ist vorzugsweise definiert als die Differenz von Eingangsgrößen u16.3i und Referenzeingangsgrößen u16.3i0. Sie kann jedoch auch als Quotient von Eingangsgrößen u16.3i und Referenzeingangsgrößen u16.3i0 definiert sein. Die Referenzeingangsgrößen u16.3i0 werden in einem Basisreferenzgrößenkennfeld 16.4 ermittelt, welchem als Eingangsgrößen vorzugsweise die Drehzahl n und die Kraftstoffmenge mKraftstoff zugeführt werden.
  • Bei den Eingangsgrößen u16.3i kann es sich um mehrere Eingangsgrößen handeln. Die Eingangsgrößen u16.3i umfassen vorzugsweise eine Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors, einen Druck bzw. einen Ladedruck im Ansaugtrakt 4 (beispielsweise an der Messstelle 11 der 1), einen Ansteuerbeginn der Einspritzung, ggf. eine Nacheinspritzung, ggf. einen Abgasgegendruck, welcher insbesondere bei einer Verwendung eines Partikelfilters im Abgastrakt 5 stark variiert, einen sog. Raildruck, eine Temperatur des Gasgemisches, welche das Gasgemisch im Ansaugtrakt nach Zuführung des rückgeführten Abgases und vor Eintritt in den Verbrennungsmotor aufgewiesen hat, bzw. eine Mischtemperatur aus einem vorhergegangenen, vorzugsweise dem letzten, Rechenschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, und die Abgasrückführrate aus einem vorhergegangenen, vorzugsweise dem letzten, Rechnungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Unter dem Raildruck wird der Druck verstanden, welcher bei Dieselmotoren mit Common-Rail-Einrichtung, auf der gemeinsamen Zufuhrleitung für den Kraftstoff zu den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors herrscht. Bis auf die Mischtemperatur und die Abgasrückführrate liegen die übrigen Eingangsgrößen u16.3i vorzugsweise als Messwerte vor.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läuft kontinuierlich ab. Das heisst, bei Betrieb des Verbrennungsmotors wird der Istwert für die Abgasrückführrate durch wiederholten Ablauf bzw. Aufruf des erfindungsgemäßen Verfahrens erneut bestimmt und auf diese Weise aktualisiert. Die in dem Block 14 der 2 berechnete Mischtemperatur und Abgasrückführrate des vorzugsweise letzten Rechenschritts bzw. des letzten Aufrufs des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden bevorzugterweise Eingangsgrößen u16.3i des Korrekturmodells 16.3.
  • Das Korrekturmodell 16.3 umfaßt für jede der Eingangsgrößen u16.3i ein entsprechendes Modell, vorzugsweise ein Kennfeld. Ebenso wird mittels des Korrekturmodells 16.3, somit bestehend aus einer Gruppe von Modellen, für jede der Eingangsgrößen u16.3i eine Korrekturgröße y16.3i ermittelt. Bei der Korrekturgröße y16.3i handelt es sich also um eine Gruppe bzw. einen Vektor von Korrekturgrößen, welche an dem Verknüpfungspunkt 16.2 zu der vorzugsweise statischen Basisabgastemperatur y16.1 unter Bildung einer korrigierten, vorzugsweise statischen Abgastemperatur y16.2 addiert werden. Anstelle einer Summation kann, wenn vorteilhaft, an dem Verknüpfungspunkt 16.2 auch eine Multiplikation stattfinden. An dem Verknüpfungspunkt 16.2 findet demnach eine Korrektur des vorzugsweise statischen Abgastemperaturwertes y16.1 statt, wenn der aktuelle Betriebszustand, gegeben durch die Eingangsgrößen u16.3i, von einem Referenzzustand, gegeben durch die Referenzeingangsgrößen u16.3i0, abweicht.
  • Die korrigierte, vorzugsweise statische Abgastemperatur y16.2 wird in dem Funktionsblock 16.5 unter Bildung einer aktuellen dynamischen Abgastemperatur TAbgas gefiltert. In dem Filterblock 16.5 erfolgt eine Dynamikkorrektur des vorzugsweise statischen Wertes y16.2. Da üblicherweise ein Wärmeaustausch des Abgases mit einem typischerweise in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Abgaskrümmer stattfindet, weicht die reale Abgastemperatur von einer statisch ermittelten Abgastemperatur y16.2 ab. Durch die Filterung in dem Funktionsblock 16.5 kann eine Annäherung der errechneten Abgastemperatur an die reale Abgastemperatur geschaffen werden.
  • Die 5 stellt als Blockschaltbild ein Gesamtmodell 17 zur Ermittlung der Temperatur des rückgeführten Abgases dar, welches auch als Abgasrückführmodell bezeichnet wird. Das Modell entspricht in seiner Struktur dem Frischgastemperaturmodell 15. Bei dem Abgasrückführmodell 17 wird aus einer Abgastemperatur TAbgas, welche die Ausgangsgröße des Funktionsblocks 16 (näher erläutert in der 4) darstellt, aus einem Massenstrom des rückgeführten Abgases dmAGR/dt, auch kurz Abgasrückführmassenstrom genannt, und aus weiteren für die Temperatur des rückgeführten Abgases relevanten Eingangsgrößen u17.3i die Abgasrückführtemperatur bzw. die Temperatur des rückgeführten Abgases TAGR ermittelt. Die Eingangsgrößen u17i des Funktionsblockes 17 der 2 umfassen den Abgasrückführmassenstrom dmAGR/dt und die Eingangsgrößen u17.3i. Das Abgasrückführmodell 17 stellt ein Gesamtmodell für die Abkühlung des rückgeführten Abgases durch den Kühler 9 der Rückführung 8 (siehe 1) dar und umfasst ein Abgasrückführkühlermodell.
  • In einem Basismodell 17.1 wird aus der Abgastemperatur TAbgas und dem Abgasrückführmassenstrom dmAGR/dt eine Basisabkühlung y17.1 berechnet. Diese Basisabkühlung entspricht einer Basisabkühlung bei einem Referenzzustand u17.3i0. In einem Korrek turmodell 17.3 wird aus dem Abgasrückführmassenstrom dmAGR/dt und den Eingangsgrößen u17.3i eine Korrekturgröße y17.3i für die Abkühlung y17.1 ermittelt. Hierbei wird mittels des Korrekturmodells 17.3 eine Abweichung der Eingangsgrößen u17.3i von Referenz- bzw. Initialeingangsgrößen u17.3i0 berücksichtigt. Diese Abweichung ist vorzugsweise als Differenz zwischen den Eingangsgrößen u17.3i und den Referenzeingangsgrößen u17.3i0 definiert. Alternativ kann sie auch als Quotient aus den Eingangsgrößen u17.3i und den Referenzeingangsgrößen u17.3i0 definiert sein. Die Referenzeingangsgrößen u17.3i0 sind vorab bestimmt und vorzugsweise in einem Feld 17.4 hinterlegt, welches wiederum bevorzugterweise in einem Speicherbereich eines Steuergeräts hinterlegt ist.
  • Die Eingangsgrößen u17.3i sind vorzugsweise eine Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors und/oder eine Umgebungstemperatur. Je Eingangsgröße u17.3i weist das Korrekturmodell 17.3 ein eigenes Modell auf. Bei dem Korrekturmodell 17.3 handelt es sich also um eine Gruppe von Korrekturmodellen. Ebenso ist jeder Eingangsgröße u17.3i eine Ausgangsgröße y17.3i des Korrekturmodells 17.3 zugeordnet. Die Korrekturwerte beziehungsweise der Korrekturwert y17.3i werden an einem Verknüpfungspunkt 17.2 zu der Basisabkühlung y17.1 unter Bildung einer korrigierten Abkühlung y17.2 addiert. Anstelle einer Addition kann an der Verknüpfungsstelle auch eine Multiplikation stattfinden, wenn dies vorteilhaft erscheint. Die korrigierte Abkühlung y17.2 wird an der Verknüpfungsstelle 17.6 von der aktuellen Abgastemperatur unter Bildung einer Abgastemperatur y17.6 mit berücksichtigter Kühlung in der Rückführung subtrahiert. Die Temperaturgröße y17.6 wird zur Dynamikkorrektur dem Filterblock 17.5 zugeführt, um bei der Bildung der Abgasrückführtemperatur TAGR einen realistischen Verlauf zu erhalten. Durch die gewählte Modellstruktur des Abgasrückführmodells 17 und die verwendeten abgasrückführtemperaturrelevanten Eingangsgrößen u17i gelingt es die Phänomenologie eines in einer Abgasrückführleitung vorgesehenen Kühlers wiederzugeben.
  • Die 6 stellt ein Bockschaltbild eines Gesamtmodells zur Bestimmung eines Luftaufwands bzw. ein Luftaufwandsmodell 18 dar. In dem Luftaufwandmodell 18 wird aus einer Kraftstoffmenge mKraftstoff, einer Drehzahl des Verbrennungsmotors n und den Eingangsgrößen u18.3i ein Luftaufwand η ermittelt. Die Eingangsgrößen u18.i des Funktionsblocks 18 der 2 umfassen die Kraftstoffmenge mKraftstoff, die Drehzahl n und die Eingangsgrößen u18.3i.
  • Die Kraftstoffmenge mKraftstoff wird in einem Filterblock 18.5 unter Bildung einer gefilterten Kraftstoffmenge y18.5 gefiltert. Die gefilterte Kraftstoffmenge y18.5 und die Drehzahl n stellen die Eingangsgrößen zu einem Basismodell 18.1 dar, welches der Ermittlung eines Basisluftaufwands y18.1 dient. Bei dem Basismodell 18.1 handelt es sich vorzugsweise um ein Luftaufwandskennfeld, welches über die Drehzahl n und die Kraftstoffmenge mKraftstoff aufgespannt wird, wobei die Abhängigkeit von der Drehzahl n einen Strömungseffekt, und die Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge einen thermischen Effekt darstellt. Um diesen thermischen Effekt besser nachzubilden, wird die Kraftstoffmenge mKraftstoff bevorzugterweise vor Eintritt in das Basismodell 18.1 in dem Filterblock 18.5 gefiltert. Die Filterung erfolgt vorzugsweise durch ein Verzögerungsglied erster Ordnung. Der Basisluftaufwand y18.1 wird an einem Verknüpfungspunkt 18.2 mittels eines Korrekturwerts y18.3i korrigiert. Bei der Bildung des Korrekturwerts bzw. der Korrekturwerte y18.3i wird die Abweichung der Eingangsgrößen u18.3i von vordefinierten Referenz- bzw. Initialzuständen bzw. Referenzeingangsgrößen u18.3i0 berücksichtigt. Diese Abweichung ist vorzugsweise als Differenz zwischen Eingangsgrößen u18.3i und Initialgrößen u18.3i0 definiert. Die Referenzeingangsgrößen u18.3i0 werden vorzugsweise in einem Referenzgrößenmodell 18.4 ermittelt, welches die Drehzahl n und die Kraftstoffmenge mKraftstoff als Eingangsgrößen aufweist. Bei dem Referenzgrößenmodell 18.4 handelt es sich vorzugsweise um ein Kennfeld, das über der Kraftstoffmenge mKraftstoff und der Drehzahl n aufgespannt ist.
  • Die Eingangsgrößen u18.3i umfassen vorzugsweise eine Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors und eine Mischtemperatur, welche in einem vorhergegangenen, vorzugsweise in dem letzten, Rechenschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Funktionsblock 14 der 2 ermittelt worden ist. Bei der Mischtemperatur handelt es sich um die Temperatur, welche das Gasgemisch nach Zuführung des rückgeführten Abgases und vor Eintritt im einem Ansaugtrakt 4 (siehe 1) in den Verbrennungsmotor aufweist. Sowohl die Mischtemperatur als auch die Kühlwassertemperatur stellen eine thermische Beeinflussung des Luftaufwands dar, da der Luftaufwand das Verhältnis aus realer Frischgasmenge in einem Zylinder des Verbrennungsmotors zur theoretisch möglichen Frischgasmenge bezogen auf eine Referenzstelle, vorzugsweise die Mischstelle von Frischgas bzw. Frischluft und rückgeführtem Abgas, darstellt. Die reale Gasgemischmenge wird durch die Strömungsverluste zwischen Mischstelle und Zylinder, durch Aufheizung bzw. Abkühlung des Gasgemisches aufgrund umgebender Bauteile beeinflusst. Die Aufheizung bzw. Abkühlung des Gasgemisches aufgrund der umgebenden Bauteile führt zu einem Dichteverlust bzw. zu einer Dichteerhöhung des Gasgemisches.
  • Das Korrekturmodell 18.3 enthält je ein Modell bzw. je ein Kennfeld je Eingangsgröße u18.3i. Ebenso ist jeder Eingangsgröße u18.3i eine Ausgangsgröße bzw. ein Korrekturwert y18.3i zugeordnet. An einer Verknüpfungsstelle 18.2 wird der Korrekturwert bzw. werden die Korrekturwerte y18.3i zu dem Basisluftaufwand y18.1 unter Bildung des aktuellen Luftaufwands η addiert. Bei der Verknüpfungsstelle 18.2 kann es sich auch um eine Multiplikationsstelle handeln, wenn dies vorteilhaft erscheint.
  • In dem Luftaufwandsmodell 18 wird der aktuelle Luftaufwand ausgehend von einem Basisluftaufwand y18.1 errechnet. Alternativ läßt sich der aktuelle Luftaufwand η auch anhand der eingangs erwähnten Luftaufwandsgleichung
    Figure 00180001
    aus den Größen Frischgasmenge mLuft, Ladedruck p und Frischgastemperatur T berechnen, wobei R die individuelle Gaskonstante und Vh das Hubvolumen des Verbrennungsmotors darstellen. Die Berechungsmethoden sind mathematisch äquivalent. Die Berechnung ausgehend von einem Basisluftaufwand bietet den Vorteil, dass nur ein Wert, nämlich der Luftaufwand, bei einer Abweichung vom Referenzzustand anstelle von drei Werten (Druck, Temperatur und Frischgasmenge) korrigiert werden muß.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Abgasrückführmenge für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung, wobei die Abgasrückführmenge (rAGR, mAGR) aus einer Abgastemperatur (TAbgas) aus einer Frischgastemperatur (TLuft2), aus einer Frischgasmenge (mLuft) und/oder einem Luftaufwand (η) ermittelt wird, und die Frischgastemperatur (TLuft2) durch ein Frischgastemperaturmodell (15) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Frischgastemperaturmodell (15) adaptiv ausgeführt ist und ein Basismodell (15.1), welches der Ermittlung eines Basiswerts (y15.1) für eine Basistemperaturveränderung dient, und ein Korrekturmodell (15.3) umfasst, welches der Korrektur des Basiswerts (y15.1) mittels seiner Ausgangsgröße (y15.3i) dient, wenn eine Abweichung der Werte von für die Frischgastemperatur (TLuft2) relevanten Größen (u15.3i, dmLuft/dt) von Referenzwerten (u15.i0) dieser Größen vorliegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Wert der Frischgastemperatur (TLuft2) oder zumindest ein Teil des ermittelten Wertes der Frischgastemperatur (y15.5) gefiltert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur (TAbgas) durch ein adaptives Abgastemperaturmodell (16) ermittelt wird, das ein Basismodell (16.1), welches der Ermittlung eines Basiswerts (y16.1) für die Abgastemperatur (TAbgas) dient, und ein Korrekturmodell (16.3) umfasst, welches der Korrektur des Basiswerts (y16.1) mittels seiner Ausgangsgröße (y16.3i) dient, wenn eine Abweichung der Werte von für die Abgastemperatur (TAbgas) relevanten Größen (u16.3i) von Referenzwerten (u16.3i0) dieser Größen vorliegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Wert der Abgastemperatur (TAbgas) oder zumindest ein Teil des ermittelten Wertes der Abgastemperatur gefiltert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur des rückgeführten Abgases (TAGR) aus der Abgastemperatur (TAbgas) mittels eines adaptives Abgasrückführmodells (17) ermittelt wird, das ein Basismodell (17.1), welches der Ermittlung einer Basisabkühlung (y17.1) dient, und ein Korrekturmodell (17.3) umfasst, welches der Korrektur des Basiswerts (y17.1) mittels seiner Ausgangsgröße (y17.3i) dient, wenn eine Abweichung der Werte von für die Temperatur des rückgeführten Abgases (TAGR) relevanten Größen (u17.3i, dmAGR/dt) von Referenzwerten (u17.3i0) dieser Größen vorliegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des rückgeführten Abgases (TAGR) oder zumindest ein Teil der Temperatur des rückgeführten Abgases gefiltert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftaufwand (η) durch ein adaptives Luftaufwandmodell (18) ermittelt wird, das ein Basismodell (18.1), welches der Ermittlung eines Basiswerts (y18.1) für den Luftaufwand (η) dient, und ein Korrekturmodell (18.3) umfasst, welches der Korrektur des Basiswerts (y18.1) mittels seiner Ausgangsgröße (y18.3i) dient, wenn eine Abweichung der Werte von für den Luftaufwand (η) relevanten Größen (u18.3i) von Referenzwerten (u18.3i0) dieser Größen vorliegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Luftaufwands (η) ein ermittelter Wert einer Kraftstoffmenge (mKraftstoff) gefiltert wird.
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