DE10332698A1

DE10332698A1 - Verfahren zur Regelung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10332698A1
Application number: DE10332698A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Engel; Rainer Buck; Thomas Bleile; Stefan Forthmann; Birgit Tichy; Thomas Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2023-07-19
Also published as: DE10332698B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Regelung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine (1) vorgeschlagen, bei der die Abgasrückführung mit hoher Genauigkeit eingeregelt werden kann. Dabei wird eine für eine Abgasrückführrate charakteristische Betriebsgröße der Brennkraftmaschine gewählt, die in Abhängigkeit einer Temperatur und/oder eines Druckes in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine (1) nach Zusammenführung von Frischluft und Abgas korrigiert wird, und diese Betriebsgröße auf einen Sollwert eingeregelt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Regelung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.

Verfahren zur Regelung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine sind bereits bekannt. Dabei wird wie beispielsweise aus der DE 196 03 472 C2 bekannt, zur Regelung der Abgasrückführung die Abgasrückführrate als Regelgröße verwendet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine für eine Abgasrückführrate charakteristische Betriebsgröße der Brennkraftmaschine gewählt wird, die in Abhängigkeit einer Temperatur und/oder eines Druckes in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine nach Zusammenführung von Frischluft und Abgas korrigiert wird, und dass diese Betriebsgröße auf einen Sollwert eingeregelt wird. Auf diese Weise kann auf ein Sollwertkennfeld für die Abgasrückführrate verzichtet werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Regelgröße die Abgasrückführrate verwendet wird, wobei die Abgasrückführrate als Quotient aus einem rückgeführten Abgasmassenstrom und einer Füllung der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei der Abgasmassenstrom aus der Differenz zwischen der Füllung und einem Frischluftmassenstrom bestimmt wird. Auf diese Weise lassen sich bei der Regelung der Abgasrückführung Füllungstoleranzen eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine, beispielsweise bedingt durch Exemplarstreuungen des Verbrennungsmotors oder durch Streuung eines Ladedrucks bei der Abgasrückführung berücksichtigen. Weiterhin lassen sich Streuungen im direkt oder indirekt gemessenen Frischluftmassenstrom sowie die Wirkung kleiner Leckagen in der Luftführung der Brennkraftmaschine bei der Regelung der Abgasrückführung berücksichtigen. Somit kann die Abgasrückführrate mit hoher Genauigkeit eingeregelt und die Regelung der Abgasrückführung besonders präzise ausgelegt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Füllung aus einem insbesondere Kraftstoffmassen- (oder Last-) Drehzahl- und eventuell temperaturabhängigen Kennfeld für den Luftaufwand in Abhängigkeit einer Temperatur und eines Druckes im Saugrohr nach der Zusammenführung von Frischluft und Abgas sowie einer Drehzahl der Brennkraftmaschine berechnet wird. Auf diese Weise lässt sich die Regelgröße für die Regelung der Abgasrückführung besonders einfach mit bereits vorhandenen Sensoren für Druck, Temperatur, Drehzahl und der bekannten Einspritzmasse der Brennkraftmaschine realisieren und erfordert daher keinen zusätzlichen Aufwand.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Regelgröße ein in Abhängigkeit von einem Druck und einer Temperatur in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine nach Zusammenführung von Frischluft und Abgas korrigierter Frischluftmassenstrom verwendet wird. Auf diese Weise lässt sich eine Regelung der Abgasrückführrate auf besonders einfache Weise unter Verwendung der Struktur einer vorhandenen Frischluftmassenregelung realisieren.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Frischluftmassenstrom mit einer Luftmassenmessvorrichtung, insbesondere einem Heißfilm-Luftmassenmesser, gemessen wird. Auf diese Weise wird ebenfalls sicher gestellt, dass zur Ermittlung der Regelgröße der Regelung der Abgasrückführung auf der bereits vorhandenen Sensorik der Brennkraftmaschine aufgebaut werden kann und kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Luftmassenmessvorrichtung bei unterbrochener Abgasrückführung mit Hilfe einer aus einem Kennfeld ermittelten Füllung abgeglichen wird. Auf diese Weise lassen sich Streuungen der von der Luftmassenmessvorrichtung ermittelten Frischluftmasse kompensieren und führen nicht zu einer Verfälschung der Regelgröße.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Kennfeld zur Ermittlung der Füllung bei unterbrochener Abgasrückführung durch Vergleich der von der Luftmassenmessvorrichtung gemessenen Frischluftmasse mit der aus dem Kennfeld ermittelten Füllung abgeglichen wird. Auf diese Weise lassen sich Streuungen der von der Luftmassenmessvorrichtung gelieferten Messergebnisse durch Korrektur des Kennfeldes zur Berechnung der Füllung ausgleichen und eine fehlerhafte Auswirkung auf die Regelgröße ebenfalls vermeiden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Frischluftmassenstrom aus einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine und einem eingespritzten Kraftstoffmassenstrom bestimmt wird. Auf diese Weise wird ebenfalls eine Ermittlung der Frischluftmasse ermöglicht, die auf bereits vorhandener Sensorik der Brennkraftmaschine basiert, so dass kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Kennfeld zur Ermittlung der Füllung bei unterbrochener Abgasrückführung durch Vergleich der aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgasstrang der Brennkraftmaschine und dem eingespritzten Kraftstoffmassenstrom bestimmten Frischluftmassenstrom mit der aus dem Kennfeld ermittelten Füllung abgeglichen wird. Auch auf diese Weise kann eine fehlerhafte Ermittlung der Frischluftmasse durch entsprechenden Abgleich des Kennfeldes zur Ermittlung der Füllung ausgeglichen werden, um die Regelgröße nicht fehlerhaft zu beeinflussen.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn mit der Regelung eine gewünschte Abgasrückführrate und/oder Abgasemission eingestellt wird. Auf diese Weise lässt sich die Abgasemission minimieren.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine und
2 einen Ablaufplan zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 kennzeichnet 1 eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor 30, der beispielsweise als Otto-Motor oder als Dieselmotor ausgebildet sein kann. In Folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass der Verbrennungsmotor 30 ein Dieselmotor ist. Über eine Luftzufuhr 85 wird dem Verbrennungsmotor 30 zunächst über ein Luftfilter 15 in der durch Pfeile gekennzeichneten Strömungsrichtung Frischluft zugeführt. Dem Luftfilter 15 in Strömungsrichtung nachfolgend ist eine Luftmassenmessvorrichtung 5 in der Luftzufuhr 85 angeordnet. Bei der Luftmassenmessvorrichtung 5 kann es sich beispielsweise um einen Heißfilm-Luftmassenmesser handeln. Dem Heißfilm-Luftmassenmesser 5 in Strömungsrichtung nachfolgend ist in der Luftzufuhr 85 beispielhaft und optional ein Verdichter 20 angeordnet. Der Verdichter 20 kann dabei beispielsweise der Verdichter eines Abgasturboladers oder ein mit einem Elektromotor betriebener Verdichter sein oder ein Abgasturbolader und elektrischer Zusatzverdichter in Reihe. In diesem Beispiel soll angenommen werden, dass es sich um den Verdichter eines Abgasturboladers handelt. Dem Verdichter 20 in Strömungsrichtung nachfolgend ist in der Luftzufuhr 85 ein Ladeluftkühler 25 angeordnet. Der dem Ladeluftkühler 25 in Strömungsrichtung nachfolgende Teil der Luftzufuhr 85 wird im Folgenden auch als Saugrohr 65 bezeichnet. Dem Saugrohr 65 kann über einen Abgasrückführkanal 60 Abgas aus einem Abgasstrang 10 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt sein. In Strömungsrichtung der Einmündung des Abgasrückführkanals 60 in das Saugrohr 65 nachfolgend, ist im Saugrohr 65 ein Drucksensor 50 und ein Temperatursensor 55 angeordnet. Der Temperatursensor 55 und der Drucksensor 50 ermitteln somit Temperatur und Druck der gegebenenfalls um das rückgeführte Abgas angereicherten zugeführten und gegebenenfalls verdichteten Frischluft. Im Abgasrückführkanal 60 ist ein Abgasrückführventil 40 angeordnet, dessen effektiver Strömungsquerschnitt A von einer Motorsteuerung 70 angesteuert werden kann, um einen gewünschten Abgasmassenstrom m . _A oder eine gewünschte Abgasrückführrate einzustellen. Die Strömungsrichtung des Abgases im Abgasrückführkanal 60 ist ebenfalls durch einen Pfeil im Abgasrückführkanal 60 gekennzeichnet. In Strömungsrichtung des Abgases dem Abgasrückführventil 40 nachfolgend im Abgasrückführkanal 60 angeordnet ist optional ein Abgasrückführkühler 35, der das rückgeführte Abgas in seiner Temperatur reduziert. Wie bereits beschrieben, weist der Verbrennungsmotor 30 ausgangsseitig den Abgasstrang 10 auf, von dem der Abgasrückführkanal 60 abzweigt. Die Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang 10 ist in 1 ebenfalls durch einen Pfeil gekennzeichnet. In Strömungsrichtung der Abzweigung des Abgasrückführkanals 60 nachfolgend im Abgasstrang 10 angeordnet ist in diesem Beispiel eine Turbine 80 für den Abgasturbolader, die den Verdichter 20 antreibt. Der Turbine 80 in Strömungsrichtung nachfolgend im Abgasstrang 10 angeordnet ist eine Lambdasonde 45, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgasstrang 10 detektiert und ein entsprechendes Mess-Signal an die Motorsteuerung 70 abgibt. Über ein Einspritzventil 75 wird in diesem Beispiel gemäß 1 Kraftstoff direkt in den Brennraum des Verbrennungsmotors 30 eingespritzt, wobei der Verbrennungsmotor 30 in dem Fachmann bekannter Weise einen oder mehrere Zylinder umfassen kann und für jeden Zylinder ein oder mehrere Einspritzventile vorgesehen sein können. Gemäß 1 wird stellvertretend ein einziges Einspritzventil 75 dargestellt. Dieses wird zur Einstellung einer gewünschten einzuspritzenden Kraftstoffmasse von der Motorsteuerung 70 angesteuert. Am Verbrennungsmotor 30 ist weiterhin in dem Fachmann bekannter Weise ein Drehzahlsensor 90 angeordnet, der die Drehzahl des Verbrennungsmotors 30 ermittelt und ein entsprechendes Mess-Signal an die Motorsteuerung 70 abgibt. Auch der Temperatursensor 55 und der Drucksensor 50 sind mit der Motorsteuerung 70 verbunden und übertragen an diese ein Mess-Signal für die detektierte Temperatur bzw. ein Mess-Signal für den detektierten Druck. Für den Fall, dass in der Luftzufuhr 85 kein Verdichter angeordnet ist, handelt es sich bei dem vom Drucksensor 50 detektierten Druck um den Druck im Saugrohr 65 und damit den sogenannten Saugrohrdruck. In dem Fall, in dem der Verdichter 20, wie in 1 dargestellt, vorgesehen ist, detektiert der Drucksensor 50 den durch den Verdichter 20 erzeugten Ladedruck im Saugrohr 65. Ferner ist auch der Heißfilm-Luftmassenmesser 5 mit der Motorsteuerung 70 verbunden und übermittelt an diese ein Mess-Signal für den gemessenen Frischluftmassenstrom. Der Frischluftmassenstrom m . _L vereinigt sich im Saugrohr 65 bei der Einmündung des Abgasrückführkanals 60 mit dem Abgasmassenstrom m . _A zur Füllung m . _F des Verbrennungsmotors 30. Die Abgasrückführrate R ist definiert als
Mit der beschriebenen Definition der Füllung
ergibt sich die Abgasrückführrate R zu
Eine daraus abgeleitete Definition ist beispielsweise:
Dabei ist CO_2s die Kohlendioxidkonzentration im Saugrohr 65 und CO_2A die Kohlendioxidkonzentration im Abgasstrang 10.
Wenn der Abgasmassenstrom als Differenz zwischen der Füllung m . _F und dem Frischluftmassenstrom m . _L definiert wird, so ergibt sich aus den Gleichungen (2) und (3)
Die Füllung m . _F des Verbrennungsmotors 30 wird berechnet durch:
Dabei ist λ_A der sogenannte Luftaufwand, der das Verhältnis der tatsächlichen Füllung eines Zylinders des Verbrennungsmotors 30, beispielsweise in einem unteren Totpunkt des Kolbens des Zylinders, bezogen auf die maximal mögliche Füllung des Zylinders im unteren Totpunkt kennzeichnet. V_H ist das Hubvolumen des Verbrennungsmotors 30. n ist die Drehzahl des Verbrennungsmotors 30. P ist der vom Drucksensor 50 gemessene Druck im Saugrohr 65. R ist die allgemeine Gaskonstante. T ist die vom Temperatursensor 55 gemessene Temperatur im Saugrohr 65 in Strömungsrichtung nach Einmündung des rückgeführten Abgases.
Die Gleichung (6) stellt ein Kennfeld dar, dessen Ausgangsgröße die Füllung m . _F ist und deren Eingangsgrößen der Druck P, die Temperatur T, die Motordrehzahl n und der Luftaufwand λ_A als Funktion der Motordrehzahl n, der Motorlast und eventl. der Temperatur T sind.
Der Luftaufwand λ_A kann in einer Eichmessung bei unterbrochener Abgasrückführung durch Auflösung der Gleichung (6) nach dem Luftaufwand λ_A als Ausgangsgröße eines Kennfeldes bestimmt werden. Die Eingangsgrößen des Kennfelds sind die Motordrehzahl n, die Last und eventl. die Temperatur T. Zur Bestimmung der Füllung m . _F für die Eichmessung kann eigens ein Luftmassenmessgerät im Saugrohr 65 in Strömungsrichtung, z.B. vor dem Luftfilter 15 angeordnet werden. Die Last kann bspw. aus der eingespritzten Kraftstoffmasse in bekannter Weise bestimmt werden.
Für die Regelung der Abgasrückführung wird ein Abgasrückführungsratensollkennfeld ermittelt. Dabei wird in ausreichend vielen Betriebspunkten des Motors (Drehzahl, Last) der Strömungs-Querschnitt des Abgasrückführventils 40 durch Ansteuerung von der Motorsteuerung 70 variiert und die daraus resultierenden Schadstoffemissionen im Abgasstrang 10 gemessen, beispielsweise der Anteil der NO_x-Emissionen und/oder der Partikelemissionen. Der Strömungsquerschnitt des Abgasrückführventils 40 wird dabei mittels eines varüerbaren Tastverhältnisses eines pulsweitenmodulierten Signals derart eingestellt, dass eine gewünschte bzw. vorgegebene Rate für die genannten Schadstoffemissionen erreicht wird, womit die gesuchte Abgasrückführrate definiert ist. Das dieser Emission zugeordnete Tastverhältnis hat wiederum einen entsprechenden effektiven Strömungsquerschnitt A des Abgasrückführventils 40 zur Folge. Der Abgasmassenstrom m . _A ist proportional zum Produkt aus dem effektiven Strömungsquerschnitt A und der Wurzel aus einem Druckabfall ☐P über dem Abgasrückführventil 40, der in 1 dargestellt ist. Wird dieser Abgasmassenstrom m . _A auf die Füllung m . _F bezogen, so ergibt sich ein Sollwert für die Abgasrückführrate als Ausgangsgröße des genannten Abgasrückführratensollkennfeldes. Das Abgasrückführratensollkennfeld kann dabei ebenfalls im Rahmen einer Eichmessung ermittelt werden, für die ja wie beschrieben eine eigene Messvorrichtung für die Füllung m . _F vorgesehen sein kann.
Zusätzlich kann zur Bestimmung des Abgasmassenstroms m . _A für die Eichmessung eigens jeweils ein Drucksensor vor und nach dem Abgasrückführventil 40 vorgesehen sein, um den Druckabfall ΔP über dem Abgasrückführventil 40 zu messen. Anstelle des Abgasrückführventils 40 kann auch eine Venturidüse oder ein sonst geeignetes Stellglied verwendet werden. Im Betrieb des Fahrzeugs kann dann aus der Motordrehzahl n, die vom Drehzahlsensor 90 ermittelt wird, und der bekannten Last anhand des Abgasrückführratensollkennfeldes der zugeordnete Sollwert für die Abgasrückführrate R gemäß Gleichung (3) ermittelt werden. Die Füllung m . _F kann dabei gemäß Gleichung (6) aus dem Kennfeld für den Luftaufwand λ_A in Abhängigkeit der aktuellen Motordrehzahl n, des aktuellen Drucks P und der aktuellen Temperatur T ermittelt werden.
Am einfachsten kann das Abgasrückführratensollkennfeld durch Auswertung der Gleichung
bestimmt werden:
– Variation der Abgasrückführung durch Verstellen des Abgasrückführventils bis eine gewünschte Emission erreicht ist, in ausreichend vielen Betriebspunkten des Motors (Drehzahl, Last).
– Messung von m . _L am Prüfstand
– Berechnung von m . _F durch Messung von P₂ und T₂ und n durch
λ_A wird dabei einer vorausgegangenen Eichmessung entnommen, P₂, T₂ sind die Messwerte für den Druck und die Temperatur, die mit „goldenen" Sensoren gemessen wurden, d.h. mit Sensoren, die eine im Wesentlichen fehlerfreie Messung gewährleisten.
Der so ermittelte Sollwert für die Abgasrückführrate wird zusammen mit einem Istwert für die Abgasrückführrate einem in 1 nicht dargestellten Regler zugeführt, der beispielsweise in der Motorsteuerung 70 hardware- und/oder softwaremäßig integriert sein kann. Abhängig von der Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert für die Abgasrückführrate R gibt der Regler ein Tastverhältnis für die pulsweitenmodulierte Ansteuerung des effektiven Strömungsquerschnitts A des Abgasrückführventils 40 vor, um den Istwert für die Abgasrückführrate R dem Sollwert anzunähern. Für den Istwert der Abgasrückführrate wird der Frischluftmassenstrom m . _L beispielsweise mit dem Heißfilm-Luftmassenmesser 5 gemessen. Die Füllung m . _F wird in beschriebener Weise gemäß Gleichung (6) aus dem Kennfeld für den Luftaufwand λ_A und abhängig von der aktuellen Motordrehzahl n, dem aktuellen Druck P und der aktuellen Temperatur T berechnet. Der Istwert für die Abgasrückführrate R wird dann aus dem Frischluftmassenstrom m . _L und der berechneten Füllung m . _F gemäß Gleichung (5) berechnet.
Alternativ zu der beschriebenen Abgasrückführregelung mit der Abgasrückführrate als Regelgröße kann auch eine Regelung des Frischluftmassenstroms m . _L erfolgen. Dies geschieht beispielsweise wie folgt:
– Variation der Abgasrückführung durch Verstellen des Abgasrückführventils bis eine gewünschte Emission erreicht ist, in ausreichend vielen Betriebspunkten des Motors (Drehzahl, Last).
– Messung von m . _L am Prüfstand
– Messung von P₂ und T₂
P₂, T₂ sind die Messwerte für den Druck und die Temperatur, die mit „goldenen" Sensoren gemessen wurden, d.h. mit Sensoren, die eine im Wesentlichen fehlerfreie Messung gewährleisten. Auch die Messung des Frischluftmassenstroms m . _L erfolgt mit Hilfe eines „goldenen" Sensors in Form eines fehlerfrei messenden Luftmassenmessers. Auf diese Weise werden für die einzelnen Betriebspunkte des Motors Wertetripel (m . _L, P₂, T₂) gebildet, die im folgenden auch als (m10, p20, T20) bezeichnet werden.
Soll die Regelung des Frischluftmassenstroms m . _L charakteristisch für die Regelung der Abgasrückführrate sein, so muss als Regelgröße ein korrigierter Frischlufmassenstrom m . _L korr verwendet werden, wobei die Korrektur des Frischluftmassenstroms m . _L in Abhängigkeit vom Druck und/oder der Temperatur im Saugrohr 65 nach Zusammenführung von Frischluft und Abgas erfolgt.
Somit erhält man beispielsweise für den Sollwert des korrigierten Frischluftmassenstroms m . _L korrsoll: m .L korrsoll = m10·(p2/p20)·(T20/T2) (6a)wobei p2 der vom Drucksensor 50 gemessene aktuelle Druck im Saugrohr 65 und T2 die vom Temperatursensor 55 gemessene aktuelle Temperatur im Saugrohr 65 sind. Der aktuelle Druck p2 und die aktuelle Temperatur T2 im Saugrohr 65 kennzeichnen dabei den aktuellen Zustand der Füllung im Saugrohr 65 nach Zumischung des Abgases zur Frischluft. Wird der korrigierte Sollwert m .L korrsoll für den Frischluftmassenstrom eingestellt, so erhält man die gewünschten Abgasemissionswerte. Der Istwert für den Frischluftmassenstrom m .L wird beispielsweise durch Messung mit dem Heißfilm-Luftmassenmesser 5 ermittelt. Der Istwert für den Frischluftmassenstrom wird dann im Rahmen einer Frischluftmassenstromregelung in dem Fachmann bekannter Weise dem korrigierten Sollwert m .L korrsoll nachgeführt.
Es kann nun vorkommen, dass der vom Heißfilm-Luftmassenmesser 5 gemessene Frischluftmassenstrom m . _L stark streuen kann, beispielsweise wenn der Heißfilm-Luftmassenmesser 5 durch Verschmutzung driftet. Diese Drift kann nun wie folgt kompensiert werden: Im Betrieb des Verbrennungsmotors 30 wird in stationären Betriebsphasen das Abgasrückführventil 40 geschlossen. Auf diese Weise wird sicher gestellt, dass kein Abgas in das Saugrohr 65 rückgeführt wird. Der Frischluftmassenstrom m . _L entspricht dann der Füllung m . _F. Der vom Heißfilm-Luftmassenmesser 5 ermittelte Messwert für den Frischluftmassenstrom m . _L ist somit gleichzeitig ein Messwert für die Füllung m . _F. Dieser Messwert wird verglichen mit der gemäß Gleichung (6) berechneten Füllung m . _F in Abhängigkeit des vom Drucksensor 50 gemessenen aktuellen Druckes P, der vom Temperatursensor 55 gemessenen aktuellen Temperatur T und der vom Drehzahlsensor 90 gemessenen aktuellen Motordrehzahl n. Durch das Verhältnis zwischen dem über die Gleichung (6) berechneten Wert für die Füllung m . _F und dem vom Heißfilm-Luftmassenmesser 5 gemessenen Wert m . _F können die vom Heißfilm-Luftmassenmesser 5 gemessenen Werte für den Frischluftmassenstrom m . _L dann im zukünftigen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 auch bei geöffnetem Abgasrückführventil 40 korrigiert werden, so dass der Heißfilm-Luftmassenmesser 5 auf diese Weise abgeglichen werden kann. Da die Abgasrückführrate R gemäß Gleichung (5) in Abhängigkeit des Quotienten der Frischluftmasse m . _L und der Füllung m . _F definiert ist, kürzen sich Fehler, des durch die Gleichung (6) beschriebenen Druck-Temperatur-Drehzahl-Systems in erster Näherung heraus. Durch den Abgleich des Heißfilm-Luftmassenmessers 5 werden diese Fehler nämlich in gleicher Größenordnung auch auf die Messwerte des Heißfilm-Luftmassenmessers 5 übertragen. Somit kann die Abgasrückführrate R mit hoher Genauigkeit eingeregelt werden. Fehler des Druck-Temperatur-Drehzahl-Systems gemäß der Gleichung (6) können aus einem fehlerhaft arbeitenden Drucksensor 50, einem fehlerhaft arbeitenden Temperatursensor 55 und/oder einem fehlerhaft arbeitenden Drehzahlsensor 90 herrühren.
Dabei kürzen sich Fehler des Druck-Temperatur-Drehzahl-Systems gemäß dem Kennfeld nach Gleichung (6) und/oder Fehler des Heißfilm-Luftmassenmessers 5 bei der Quotientenbildung zur Ermittlung der Abgasrückführrate R gemäß Gleichung (5) in erster Näherung heraus, weil diese Fehler durch den beschriebenen Abgleich sowohl im Zähler, als auch im Nenner des Bruches in Gleichung (5) entsprechend auftauchen.
Alternativ kann es vorgesehen sein, dass eine Driftkompensation des Heißfilm-Luftmassenmesser 5 wie beschrieben nicht vorgesehen sein soll. Der Heißfilm-Luftmassenmesser 5 wird dann nicht abgeglichen und kann deshalb nur ein mehr oder weniger streuendes Mess-Signal für die Frischluftmasse m . _L liefern. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, das Kennfeld zur Ermittlung der Füllung m . _F gemäß Gleichung (6) abzugleichen, obwohl dieses nicht unbedingt fehlerhaft sein muss. Auch in diesem Fall wird zum Abgleich das Abgasrückführventils 40 derart von der Motorsteuerung 70 angesteuert, dass der effektive Strömungsquerschnitt A vollständig geschlossen ist und keine Abgasrückführung stattfinden kann. Wiederum wird der Messwert des Heißfilm-Luftmassenmessers 5 mit dem gemäß Gleichung (6) berechneten Wert für die Füllung m . _F verglichen und das Verhältnis der beiden Messwerte zur Korrektur des Kennfeldes gemäß Gleichung (6) und damit zum Abgleich des Kennfeldes gemäß Gleichung (6) verwendet. Dabei kann die in einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 ermittelte Korrektur des Kennfeldes nach Gleichung (6) auch auf sämtliche Betriebspunkte dieses Kennfeldes übertragen werden. Eine genauere Lösung besteht darin, in beschriebener Weise mehrere Vergleichsmessungen durchzuführen und somit für mehrere Betriebspunkte jeweils eine eigene Korrektur des Kennfeldes gemäß Gleichung (6) durchzuführen und die Korrekturwerte für nicht untersuchte Betriebspunkte zu interpolieren.
Somit ist die Ermittlung der Frischluftmasse m . _L durch den Heißfilm-Luftmassenmesser 5 und die Berechnung der Füllung m . _F gemäß dem abgeglichen Kennfeld nach Gleichung (6) in erster Näherung wiederum mit dem gleichen Fehler behaftet, der sich bei Berechnung der Abgasrückführrate R gemäß Gleichung (5) herauskürzt, so dass der Istwert für die Abgasrückführrate R, wie auch beim vorherigen Beispiel, sehr genau bestimmt werden kann und die Abgasrückführrate durch den Regler mit hoher Genauigkeit eingeregelt werden kann.
In einer weiteren alternativen Betriebsform wird die Frischluftmasse m . _L aus einem eingespritzten Kraftstoffmassenstrom m . _K und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ wie folgt berechnet:
Dabei wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ mit Hilfe der Lambdasonde 45 ermittelt. Der eingespritzte Kraftstoffmassenstrom m . _K wird in dem Fachmann bekannter Weise in der Motorsteuerung 70 aus einem Kennfeld zur Kraftstoffmassensteuerung ermittelt.
Ist dabei die Ermittlung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ durch die Lambdasonde 45 und/oder die Ermittlung des Kraftstoffmassenstroms m . _K aus dem Kennfeld fehlerhaft, so führt dies zu einer fehlerhaften Berechnung des Frischluftmassenstroms m . _L gemäß Gleichung (7). Dies kann wiederum dadurch kompensiert werden, dass bei geschlossenem Abgasrückführventil 40 und damit vollständig unterdrückter Abgasrückführung der gemäß Gleichung (7) berechnete Wert für den Frischluftmassenstrom m . _L, der in diesem Fall der Füllung m . _F entspricht mit dem gemäß dem Kennfeld nach Gleichung (6) ermittelten Wert für die Füllung m . _F verglichen und ins Verhältnis gesetzt wird. Durch dieses Verhältnis kann dann in der beschriebenen Weise entweder die fehlerhafte Lambdasonde 45 und/oder das fehlerhafte Kennfeld zur Kraftstoffmassensteuerung oder das Kennfeld gemäß Gleichung (6) abgeglichen werden.
Auch dabei kürzen sich Fehler des Druck-Temperatur-Drehzahl-Systeins gemäß Gleichung (6) und/oder Fehler der Lambdasonde 45 und/oder Fehler des Kennfeldes zur Kraftstoffmassensteuerung bei der Bildung der Abgasrückführrate R gemäß Gleichung (5) in erster Näherung heraus, weil diese Fehler durch den Abgleich sowohl im Zähler, als auch im Nenner des Bruches in Gleichung (5) entsprechend auftreten.
Weist der gemäß Gleichung (7) ermittelte Frischluftmassenstrom m . _L starke und vor allein unterschiedliche lokale Fehler auf so kann beispielsweise das Kennfeld gemäß Gleichung (6) entsprechend in mehreren Punkten abgeglichen werden, da ein einmaliger Abgleich und dessen Anwendung auf das gesamte Kennfeld nach Gleichung (6) in diesem Fall nicht mehr ausreicht.
Durch die beschriebenen Abgleichmöglichkeiten können Füllungstoleranzen des Verbrennungsmotors 30 berücksichtigt werden, die beispielsweise durch Exemplarstreuungen des Verbrennungsmotors 30 oder durch Streuung des Ladedrucks bei Verwendung des Verdichters 20 im Bereich der Abgasrückführung bedingt sein können. Die Füllungsstreuungen oder -toleranzen des Verbrennungsmotors 30 werden dabei kompensiert, selbst wenn der Heißfilm-Luftmassenmesser 5 dann nicht mehr den physikalisch korrekten Frischluftmassenstrom m . _L anzeigt bzw. die Lambdasonde 45 nicht mehr das physikalisch korrekte Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ detektiert bzw. das Kennfeld für die Kraftstoffmassensteuerung nicht mehr den physikalisch korrekten Kraftstoffmassenstrom m . _K liefert bzw. das Kennfeld zur Füllungsberechnung gemäß Gleichung (6) nicht mehr die physikalisch korrekte Füllung m . _F liefert.
Entsprechend kann durch den beschriebenen Abgleich auch die Wirkung kleiner Leckagen in der Luftzufuhr 85 sowohl im Niederdruckbereich in Strömungsrichtung vor dem Verdichter 20, als auch im Hochdruckbereich in Strömungsrichtung nach dem Verdichter 20 kompensiert werden.
Die Dynamik der Messung der Temperatur T durch den Temperatursensor 55 kann zusätzlich in dem Fachmann bekannter Weise durch ein physikalisches Modell des durch die Luftzufuhr 85 uden Abgasrückführkanal 60 gebildeten Luftsystems verbessert werden, so dass die Bestimmung der Füllung m . _F gemäß dem Kennfeld nach Gleichung (6) genauer und weniger fehlerbehaftet ist.
Im Folgenden wird der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft anhand des Ablaufplans gemäß 2 beschrieben. Nach dem Start des Programms ermittelt die Mo torsteuerung 70 in der beschriebenen Weise abhängig von der Motordrehzahl n und der Last den aktuellen Sollwert für die Abgasrückführrate R. Wird alternativ der korrigierte Frischluftmassenstrom als Regelgröße verwendet, so ermittelt die Motorsteuerung 70 gemäß Gleichung (6a) den korrigierten Sollwert m . _L korrsoll für den Frischluftmassenstrom. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 105 verzweigt.
Bei Programmpunkt 105 ermittelt die Motorsteuerung 70 die aktuelle Füllung m . _F anhand des Kennfeldes nach Gleichung (6). Wird alternativ der korrigierte Frischluftmassenstrom als Regelgröße verwendet, so entfällt Programmpunkt 105. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 110 verzweigt.
Bei Programmpunkt 110 ermittelt die Motorsteuerung 70 entweder aus dem vom Heißfilm-Luftmassenmesser 5 gelieferten Mess-Signal oder aus dem von der Lambdasonde 45 gelieferten Mess-Signal und dem Kennfeld zur Kraftstoffmassensteuerung den aktuellen Frischluftmassenstrom m . _L in der beschriebenen Weise. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 115 verzweigt.
Bei Programmpunkt 115 berechnet die Motorsteuerung 70 aus der aktuellen Füllung m . _F und dem aktuellen Frischluftmassenstrom m . _L gemäß Gleichung (5) den Istwert für die Abgasrückführrate R. Wird alternativ der korrigierte Frischluftmassenstromn als Regelgröße verwendet, so nimmt die Motorsteuerung 70 den bei Programmpunkt 110 ermittelten aktuellen Frischluftmassenstrom als Istwert für die Frischluftmassenstromregelung. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 120 verzweigt.
Bei Programmpunkt 120 führt die Motorsteuerung 70 mit Hilfe des entsprechenden Reglers durch Vergleich des Sollwerts für die Abgasrückführrate R mit dem Istwert für die Abgasrückführrate R einen Regelschritt durch und steuert das Abgasrückführventil 40 mittels eines geeigneten Tastverhältnisses pulsweitenmoduliert an, um den Istwert für die Abgasrückführrate R dem Sollwert anzunähern. Wird alternativ der korrigierte Frischluftmassenstrom als Regelgröße verwendet, so führt die Motorsteuerung 70 mit Hilfe eines entsprechenden Reglers durch Vergleich des korrigierten Sollwerts für den Frischluftmassenstrom mit dem Istwert für den Frischluftmassenstrom einen Regelschritt durch und steuert das Abgasrückführventil 40 mittels eines geeigneten Tastverhältnisses pulsweitenmoduliert an, um den Istwert für den Frischluftmassenstrom dem korrigierten Sollwert anzunähern. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 125 verzweigt.
Bei Programmpunkt 125 prüft die Motorsteuerung 70, ob der Regelvorgang beendet wurde, beispielsweise durch einen Motorstopp, oder ob ein Abgleich des Heißfilm-Luftmassenmessers 5, des Kennfeldes gemäß Gleichung (6), der Lambdasonde 45 oder des Kennfeldes zur Kraftstoffmassensteuerung durchgeführt werden soll. Trifft eine der genannten Bedingungen zu, so wird zu einem Programmpunkt 130 verzweigt, andernfalls wird zu Programmpunkt 100 zurück verzweigt.
Bei Programmpunkt 130 veranlasst die Motorsteuerung 70 ein Schließen des Abgasrückführventils 40 und damit eine vollständige Unterbrechung der Abgasrückführung. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 135 verzweigt.
Bei Programmpunkt 135 berechnet die Motorsteuerung 70 mit Hilfe des Kennfeldes nach Gleichung (6) die aktuelle Füllung m . _F. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 140 verzweigt.
Bei Programmpunkt 140 bestimmt die Motorsteuerung 70 den aktuellen Frischluftmassenstrom m . _L mit Hilfe des Heißfilm-Luftmassenmessers 5 oder mit Hilfe der Lambdasonde 45 und des Kennfeldes zur Kraftstoffmassensteuerung in der beschriebenen Weise. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 145 verzweigt.
Bei Programmpunkt 145 führt die Motorsteuerung 70 in der beschriebenen Weise den Abgleich des Kennfeldes gemäß Gleichung (6) oder den Abgleich des Heißfilm-Luftmassenmessers 5, wenn bei Programmpunkt 140 der aktuelle Frischluftmassenstrom m . _L über den Heißfilm-Luftmassenmesser 5 bestimmt wurde, oder den Abgleich der Lambdasonde 45 und/oder des Kennfeldes zur Kraftstoffmassensteuerung, wenn der aktuelle Frischluftmassenstrom m . _L mittels der Lambdasonde 45 und des Kennfeldes zur Kraftstoffmassensteuerung ermittelt wurde, in der beschriebenen Weise durch. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 150 verzweigt.
Bei Programmpunkt 150 prüft die Motorsteuerung 70, ob die Regelung der Abgasrückführung beendet wurde, beispielsweise auf Grund eines Motorstopps. Ist dies der Fall, so wird das Programm verlassen, andernfalls wird zu Programmpunkt 100 zurück verzweigt.
Eine weitere Variante zur Ermittlung der Abgasrückführrate R besteht darin, neben der Füllung m . _F mit Hilfe des Kennfeldes gemäß Gleichung (6) den Istwert für den Abgasmassenstrom m . _F direkt zu berechnen, beispielsweise mit Hilfe der bereits beschriebenen Bezie hung
Die Abgasrückführrate R wird dann mit Hilfe von Gleichung (3) ermittelt. Dabei gibt es aber nicht die zuvor beschriebenen Abgleichmöglichkeiten, weil Zähler und Nenner im Bruch gemäß Gleichung (3) nicht mehr innerhalb der gleichen physikalischen Größe ermittelt werden. Mit anderen Worten ist ein Abgleich durch Sperren des Abgasrückführventils 40 nicht möglich, weil dann der Abgasmassenstrom m . _A gleich Null wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann hardware- oder softwaremäßig in der Motorsteuerung 70 implementiert sein.

Claims

Verfahren zur Regelung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine für eine Abgasrückführrate charakteristische Betriebsgröße der Brennkraftmaschine (1) gewählt wird, die in Abhängigkeit einer Temperatur und/oder eines Druckes in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine (1) nach Zusammenführung von Frischluft und Abgas korrigiert wird, und dass diese Betriebsgröße auf einen Sollwert eingeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße die Abgasrückführrate verwendet wird, wobei die Abgasrückführrate als Quotient aus einem rückgeführten Abgasmassenstrom und einer Füllung der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird und wobei der Abgasmassenstrom aus der Differenz zwischen der Füllung und einem Frischluftmassenstrom bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung aus einem Kennfeld des Luftaufwands λ_A in Abhängigkeit einer Temperatur und eines Druckes in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine (1) nach Zusammenführung von Frischluft und Abgas sowie einer Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße ein in Abhängigkeit von einem Druck und einer Temperatur in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine (1) nach Zusammenführung von Frischluft und Abgas korrigierter Frischluftmassenstrom verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluftmassenstrom mit einer Luftmassenmessvorrichtung (5), insbesondere einem Heißfilmluftmassenmesser, gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmassenmessvorrichtung (5) bei unterbrochener Abgasrückführung mit Hilfe einer aus einem Kennfeld ermittelten Füllung abgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennfeld zur Ermittlung der Füllung bei unterbrochener Abgasrückführung durch Vergleich der von der Luftmassenmessvorrichtung (5) gemessenen Frischluftmasse mit der aus dem Kennfeld ermittelten Füllung abgeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluftmassenstrom aus einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Abgasstrang (10) der Brennkraftmaschine (1) und einem eingespritzten Kraftstoffmassenstrom bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennfeld zur Ermittlung der Füllung bei unterbrochener Abgasrückführung durch Vergleich der aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgasstrang (10) der Brennkraftmaschine (1) und dem eingespritzten Kraftstoffmassenstrom bestimmten Frischluftmassenstrom mit der aus dem Kennfeld ermittelten Füllung abgeglichen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Regelung eine gewünschte Abgasrückführrate Abgasemission eingestellt wird.