DE19912317A1 - Verfahren zur Regelung des Anteils der einer Brennkraftmaschine rückgeführten Abgasmenge - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Anteils der einer Brennkraftmaschine rückgeführten Abgasmenge

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung des Anteils der einer Brennkraftmaschine zugeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Gemischmenge, welche durch die rückgeführte Abgasmenge und eine Frischluftmenge gebildet wird, wird der Ist-Anteil der rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Gemischmenge mittels Sensoren aus Messungen der Temperatur der zugeführten Frischluftmenge, der Temperatur der rückgeführten Abgasmenge und der Temperatur der ingesamt zugeführten Gemischmenge ermittelt. Dieser Ist-Anteil der rückgeführten Abgasmenge wird an einen vorbestimmten Soll-Anteil angepaßt. Bei einem weiteren Verfahren wird der Ist-Anteil der rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Gemischmenge mittels wenigstens eines Sensors aus wenigstens einer Messung der Temperatur des aus der Brennkraftmaschine austretenden Abgases ermittelt und dieser Ist-Anteil der rückgeführten Abgasmenge wird an einen vorbestimmten Soll-Anteil angepaßt. Bei einem weiteren Verfahren wird der Ist-Anteil der rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Gemischmenge durch Messungen des Massenstroms der der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluftmenge und den Massenstrom der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Gemischmenge ermittelt und dieser Ist-Anteil der rückgeführten Abgasmenge wird an einen vorbestimmten Soll-Anteil angepaßt. Bei einem weiteren Verfahren wird die ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Anteils der einer Brennkraftmaschine rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Gemischmenge, welche durch die rückgeführ­ te Abgasmenge und eine Frischluftmenge gebildet wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Gattungsgemäße Verfahren sind beispielsweise aus der EP 05 74 614 A1, der DE 43 37 313 C1 oder der DE 42 38 068 A1 bekannt.
Die Rückführung von Abgas, welches eine Brennkraftma­ schine nach der erfolgten Verbrennung verläßt, und dessen Vermischung mit der zu der Brennkraftmaschine strömenden Frischluftmenge dient der Temperaturabsen­ kung während des Verbrennungsvorgangs, wodurch die NOx-Emissionen der Brennkraftmaschine vermindert wer­ den können. In der Praxis wird die Abgasrückführung hauptsächlich bei Diesel-Brennkraftmaschinen angewen­ det, sie kann jedoch auch bei Otto-Brennkraftmaschinen durchgeführt werden.
Die Menge bzw. die Masse des rückgeführten Abgases beeinflußt den in der Brennkraftmaschine ablaufenden Verbrennungsvorgang sehr stark und es hängen von die­ ser Abgasmasse das Luftverhältnis λ, die emittierten Schadstoffe (im wesentlichen NOx) sowie der Wirkungs­ grad des Verbrennungsvorgangs ab. Eine nicht optimale Masse rückgeführten Abgases kann daher zu unzulässig hohen Schadstoffemissionen oder einem starken Anstieg des Kraftstoffverbrauchs führen. Es ist aus diesem Grund sinnvoll, bei der Auslegung einer Brennkraftma­ schine die Menge des rückgeführten Abgases für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine sehr exakt abzu­ stimmen.
Hierfür dient als Maß die sogenannte Abgasrückführra­ te, welche durch den Quotienten der rückgeführten Ab­ gasmenge geteilt durch die der Brennkraftmaschine ins­ gesamt zugeführten Gemischmenge definiert ist. Die der Brennkraftmaschine insgesamt rückgeführte Gemischmenge setzt sich zusammen aus der rückgeführten Abgasmenge und der Frischluftmenge. In bekannter Weise kann hier­ bei die rückgeführte Abgasmenge über sogenannte Abgas­ rückführventile, welche von der Motorelektronik ge­ steuert werden, eingestellt werden.
Bei solchen ausschließlich gesteuerten Systemen er­ folgt jedoch keine Rückmeldung der tatsächlich einge­ stellten Abgasrückführrate bzw. des Ist-Anteils der rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Gemischmenge an die Motorsteue­ rung, womit sich systematische Fehler, wie beispiels­ weise die Hysterese eines Ventils, Fehlfunktionen oder von außen auf das System einwirkende Störungen nicht erkennen lassen und somit nicht kompensiert werden können. Eine genaue Einstellung der rückgeführten Ab­ gasmenge ist somit nicht generell gewährleistet. Die Folge sind, wie bereits oben angeführt, erhöhte Abga­ semissionen bzw. ein ansteigender Kraftstoffverbrauch.
In verschiedenen Lösungsansätzen, beispielsweise gemäß den oben genannten Schriften wurde bereits versucht, diese Problematik durch eine Ermittlung des Ist- Anteils der rückgeführten Abgasmenge und eine entspre­ chende Regelung derselben zu beheben.
Bei der EP 05 74 614 A1 wird die Menge des rückgeführ­ ten Abgases unter Verwendung einer Venturi-Düse ermit­ telt.
Die DE 43 37 313 C1 schlägt einen Wärmespeicher zur Vergleichmäßigung der Abgastemperatur sowie eine Druckmeßeinrichtung, eine Temperaturmeßeinrichtung und ein Regelventil stromab des Wärmespeichers vor. Durch diese Elemente soll der rückgeführte Abgasmassenstrom ermittelt und durch ein Regelventil geregelt werden.
Bei der DE 42 38 068 A1 wird der Druck in der Abgas­ leitung gemessen und die Abgasrückführrate entspre­ chend geregelt.
Wird als Sensor beispielsweise eine handelsübliche λ- Sonde eingesetzt, so ergibt sich der Nachteil, daß unterhalb einer minimalen meßbaren Temperatur von ca. 150°C die Heizleistung des Sensors nicht ausreicht, um die für die Messung erforderliche Betriebstempera­ tur zu erreichen, wodurch sich erhöhte Meßungenauig­ keiten ergeben. Ein weiteres Problem ist die Meßunge­ nauigkeit von λ-Sonden bei Sauerstoffkonzentrationen von mehr als 19%. Insbesondere in der Teillast, in welcher sich hohe Sauerstoffkonzentrationen ergeben, kann daher die ermittelte Abgasrückführrate nicht als zuverlässig angesehen werden. Bei nicht korrekt ermit­ telter Abgasrückführrate ist jedoch eine exakte Rege­ lung derselben nicht möglich.
Bei der Regelung über den Druck in der Abgasleitung ist das Druckgefälle zwischen der Abgasentnahme und der Abgaszufuhr nicht konstant, woraus sich eine schwierige Regelung ergibt. Des weiteren können bei­ spielsweise durch Verschmutzung des Luftfilters Meßun­ genauigkeiten entstehen, welche sich in einer falsch eingestellten Abgasrückführrate niederschlagen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem der Anteil der einer Brennkraftmaschine rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Ge­ mischmenge sehr einfach und darüber hinaus sehr genau ermittelt und entsprechend dem berechneten Ist-Anteil auf einen vorbestimmten Soll-Anteil geregelt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die Temperatur der zugeführten Frischluftmenge, die Temperatur der rückgeführten Abgasmenge und die Temperatur der insgesamt zugeführten Gemischmenge kann der Ist-Anteil der rückgeführten Abgasmenge nach der Formel ARist = (TL-TG)/(TL-TR) in sehr einfacher Weise ermittelt werden. Durch eine entsprechende Rege­ lung kann der auf diese Art und Weise ermittelte Ist- Anteil der rückgeführten Abgasmenge dann an einen vor­ bestimmten, z. B. in einem Kennfeld abgelegten Soll- Anteil angepaßt werden.
Eine konstruktive Lösung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus dem kennzeich­ nenden Teil von Anspruch 4.
Hierdurch ist eine sehr einfache Anordnung in der Pe­ ripherie einer Brennkraftmaschine gegeben, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren mit einer hohen Zuverläs­ sigkeit durchgeführt werden kann.
Eine alternative Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 7.
Hierbei kann der Ist-Anteil der rückgeführten Abgas­ menge durch die Temperatur des aus der Brennkraftma­ schine austretenden Abgases ermittelt werden. Die Er­ finder haben nämlich überraschenderweise eine signifi­ kante lineare Abhängigkeit der rückgeführten Abgasmen­ ge von der Abgastemperatur festgestellt. Wenn hierbei andere, die Temperatur des aus der Brennkraftmaschine austretenden Abgases beeinflussenden Faktoren, z. B. eine erhöhte Ansauglufttemperatur, von der Steuerung der Brennkraftmaschine erkannt werden, so ergibt sich eine sehr einfache Ermittlung der rückgeführten Abgas­ menge, wobei die Zusammenhänge beispielsweise in einem Kennfeld abgelegt sein könnten. Mit Hilfe des ermit­ telten Ist-Anteils ist dann eine Regelung auf den Soll-Anteil sehr einfach möglich.
Eine konstruktive Lösung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 7 ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 8.
Durch den lediglich einen notwendigen Temperatursensor ergibt sich ein besonders einfacher und störunanfälli­ ger Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Eine weitere alternative Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 11.
Auch durch die Messung der der Brennkraftmaschine zu­ geführten Frischluft im Verhältnis zu der der Brenn­ kraftmaschine insgesamt zugeführten Luftmasse, welche aus dem Hubvolumen in sehr einfacher Weise berechnet werden kann, ist eine exakte Ermittlung der rückge­ führten Abgasmenge möglich.
Eine konstruktive Lösung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 11 ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 13.
Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung werden vor­ teilhafterweise ausschließlich Bauteile verwendet, die sehr einfach zu handhaben sind und zuverlässige Meßer­ gebnisse garantieren.
Eine weitere alternative Lösungsmöglichkeit der Aufga­ be ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil von An­ spruch 14.
Durch die Regelung der rückgeführten Abgasmenge über den Stickoxidgehalt im Abgas kann dieser Wert, welcher einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten sollte, direkt als Eingangsgröße für eine Regelung verwendet werden.
Eine konstruktive Lösung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 14 ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 15.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Vorrichtung zur Durchführung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine zweite Vorrichtung zur Durchführung eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 3 eine dritte Vorrichtung zur Durchführung eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Brenn­ kraftmaschine 1 mit mehreren ebenfalls schematisch dargestellten Brennräumen 2. Zu der Brennkraftmaschine 1 führt eine bekannte Ansaugleitung 3, in welcher sich von der Brennkraftmaschine 1 ausgehend ein Ladeluft­ kühler 4 sowie ein Verdichter 5 eines Abgasturboladers 6 befindet. Zwar weist die Brennkraftmaschine 1 im beschriebenen Ausführungsbeispiel den Abgasturbolader 6 auf, dieser ist jedoch nicht zwingend notwendig. Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich sowohl um eine Diesel- als auch um eine Otto-Brennkraftmaschine 1 handeln.
An der Brennkraftmaschine 1 ist des weiteren in an sich bekannter Weise eine Abgasleitung 7 angeschlos­ sen, durch welche in den Brennräumen 2 erzeugtes Abgas A die Brennkraftmaschine 1 verlassen kann. In der Ab­ gasleitung 7 befindet sich eine Turbine 8, welche Teil des Abgasturboladers 6 ist und mit dem Verdichter 5 in an sich bekannter, jedoch nicht dargestellter Weise mechanisch verbunden ist. Von der Abgasleitung 7 zweigt vor der Turbine 8 eine Abgasrückführleitung 9 ab, welche auf der gegenüberliegenden Seite in die Ansaugleitung 3 mündet. Durch die Abgasrückführleitung 9 ist es in an sich bekannter Weise möglich, der Brennkraftmaschine 1 einen gewissen Anteil des in den Brennräumen 2 erzeugten Abgases A rückzuführen. Dieser Anteil wird rückgeführte Abgasmenge R genannt. Zusam­ men mit einer in die Ansaugleitung 3 eintretenden Frischluftmenge L bildet sie eine der Brennkraftma­ schine 1 insgesamt zugeführte Gemischmenge G.
Die Abgasrückführung dient der Temperaturabsenkung während des Verbrennungsvorgangs in den Brennräumen 2, wodurch die Stickoxid-Emissionen der Brennkraftmaschi­ ne 1 verringert werden. Die rückgeführte Abgasmenge R beeinflußt das Luftverhältnis λ, die emittierten Schadstoffe sowie den Wirkungsgrad des Verbrennungs­ prozesses sehr stark. Um die rückgeführte Abgasmenge R aus diesem Grund möglichst genau regeln zu können, ist es notwendig, den Anteil derselben an der gesamten Gemischmenge G vorher bzw. zeitgleich möglichst genau bestimmen zu können. Dieser Anteil der rückgeführten Abgasmenge R an der der Brennkraftmaschine 1 insgesamt zugeführten Gemischmenge G wird auch als Abgasrück­ führrate AR bezeichnet.
In der Abgasrückführleitung 9 befinden sich ein Abgas­ rückführkühler 10 sowie ein Abgasrückführventil 11. Die Steuerung des Abgasrückführventils 11 erfolgt durch eine zentrale elektronische Steuereinrichtung 12, welche über eine Steuerleitung 13 mit der Brenn­ kraftmaschine 1 verbunden ist. Von der Steuerleitung 12 geht eine weitere Steuerleitung 13a zu dem Abgas­ rückführventil 11 aus.
Die Brennkraftmaschine 1 wird folgendermaßen betrie­ ben: über den Verdichter 5 wird die Frischluftmenge L in die Ansaugleitung 3 eingeleitet. In dem Ladeluft­ kühler 4 wird der Frischluftmenge L Wärme entzogen und ab der Einmündung der Abgasrückführleitung 9 in die Ansaugleitung 3 wird die Frischluftmenge L mit der rückgeführten Abgasmenge R vermischt, wodurch sich die insgesamt zugeführte Gemischmenge G ergibt.
Diese Gemischmenge G wird den Brennräumen 2 der Brenn­ kraftmaschine 1 zur Verbrennung zugeführt. Das bei dieser Verbrennung in den Brennräumen 2 in bekannter Weise entstehende Abgas A strömt in die Abgasleitung 7. Vor dem Erreichen der Turbine 8 wird dem Abgas A ein Teilstrom entnommen, nämlich die rückgeführte Ab­ gasmenge R. Dieser rückgeführten Abgasmenge R wird in dem Abgasrückführkühler 10 Wärme entzogen, wonach sie das Abgasrückführventil 11 durchströmt und der Frisch­ luftmenge L zugemischt wird. Durch das Abgasrückführ­ ventil 11 ist es möglich, den Anteil der rückgeführten Abgasmenge R zu verändern, und zwar indem der Öff­ nungsquerschnitt des Abgasrückführventils 11 von der Steuereinrichtung 12 gemäß einem Soll-Anteil ARsoll der rückgeführten Abgasmenge R, welcher z. B. in einem Kennfeld abgelegt sein kann, eingestellt wird.
Um eine vernünftige Regelung der rückgeführten Abgas­ menge R gemäß dem oben erwähnten Soll-Anteil ARsoll zu erreichen, ist es notwendig, den Ist-Anteil ARist der rückgeführten Abgasmenge R möglichst genau festzustel­ len. Hierfür sind in der Ansaugleitung 3 ein Tempera­ tursensor SL zur Messung der Temperatur TL der zuge­ führten Frischluftmenge L und ein Temperatursensor SG zur Messung der Temperatur TG der insgesamt zugeführ­ ten Gemischmenge G vorgesehen. In der Abgasrückführ­ leitung 9 befindet sich ein Temperatursensor SR zur Messung der Temperatur TR der rückgeführten Abgasmenge R. Der Temperatursensor SR ist hierbei zwischen dem Abgasrückführkühler 10 und dem Abgasrückführventil 11 angeordnet, wodurch die Temperatur TR der bereits ge­ kühlten rückgeführten Abgasmenge R gemessen wird.
In der Steuereinrichtung 12, welche über Steuerleitun­ gen 13b, 13c und 13d mit sämtlichen genannten Tempera­ tursensoren SR, SG und SL verbunden ist, wird aus den gemessenen Temperaturen TR, TG und TL der Ist-Anteil ARist der rückgeführten Abgasmenge R ermittelt und der Ist-Anteil ARist der rückgeführten Abgasmenge R wird an den oben genannten vorbestimmten Soll-Anteil ARsoll angepaßt. Die Berechnung des Ist-Anteils ARist der rückgeführten Abgasmenge R erfolgt nach der Formel:
ARist = (TL-TG)/(TL-TR)
Diese Formel ergibt sich durch Umstellen der nähe­ rungsweise geltenden Gleichung:
G × TG = L × TL + R × TR, wobei
G = Massenstrom der gesamten Gemischmenge G
L = Massenstrom der Frischluftmenge L
R = Massenstrom der rückgeführten Abgasmenge R
Neben der Berechnung der Abgasrückführrate AR bzw. der rückgeführten Abgasmenge R ermöglichen die Temperatur­ sensoren SR und SL auch eine Überwachung der Funktion des Ladeluftkühlers 4 und des Abgasrückführkühlers 10, z. B. zur Selbstdiagnose.
Statt der dargestellten Version mit den Temperatursen­ soren SR, SG und SL wäre es auch möglich, lediglich zwei nicht dargestellte Temperatursensoren zu verwen­ den, welche dann die Differenztemperaturen TL-TC und TL-TR messen würden. Auch hieraus könnte mit der oben angegebenen Formel der Ist-Anteil ARist der rück­ geführten Abgasmenge R ermittelt werden.
Ist die Abgasrückführrate AR auf diese Art und Weise ermittelt, erfolgt über die Steuereinrichtung 12 eine Anpassung derselben an den vorgegebenen Soll-Anteil ARsoll, und zwar ebenfalls über die Steuerleitung 13a auf das Abgasrückführventil 11.
Eine Vereinfachung der Messung kann sich ergeben, wenn durch den Ladeluftkühler 4 und den Abgasrückführkühler 10 die Temperaturen TL und TR auf genau definierte Werte eingestellt werden. Es ist in einem solchen Fall nämlich nur die Messung der Temperatur TG notwendig, um auf den Ist-Anteil ARist der rückgeführten Abgasmen­ ge R zu kommen, da die anderen beiden Temperaturen TL und TR ja als bekannt vorausgesetzt werden können. Die Regelung des Ist-Anteils ARist auf den Soll-Anteil ARsoll kann wie oben erläutert erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit zur Berechnung des Ist- Anteils ARist der rückgeführten Abgasmenge R kann durch die Messung der Temperatur TA des gesamten die Brenn­ räume 2 der Brennkraftmaschine 1 verlassenden Abgases A gegeben sein.
Hierzu ist in der Abgasleitung 7 ein Temperatursensor SA angeordnet, welcher durch eine weitere Steuerlei­ tung 13e mit der Steuereinrichtung 12 verbunden ist. Es wurde hier eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Ist-Anteil ARist der rückgeführten Abgasmenge R an der der Brennkraftmaschine 1 insgesamt zugeführten Ge­ mischmenge G, also der Abgasrückführrate AR, und der Temperatur TA des gesamten Abgases A in allen Betrieb­ spunkten der Brennkraftmaschine 1 festgestellt. Auf diese Art und Weise kann ein Kennfeld erstellt werden, wodurch es möglich ist, den Ist-Anteil ARist der rück­ geführten Abgasmenge R sehr genau festzustellen und über die Steuereinrichtung 12 die Steuerleitung 13a und das Abgasrückführventil 11 entsprechend an den vorbestimmten Soll-Anteil ARsoll anzupassen.
In Fig. 1 sind somit zwei Möglichkeiten dargestellt, von denen entweder diejenigen mit den Temperatursenso­ ren SR, SG und SL oder diejenigen mit dem Temperatur­ sensor 5A zur Anwendung kommen.
Fig. 2 zeigt eine alternative Möglichkeit zur Regelung des Anteils der der Brennkraftmaschine 1 rückgeführten Abgasmenge R, wobei der Aufbau der Brennkraftmaschine 1, der Brennräume 2, der Ansaugleitung 3, des Lade­ luftkühlers 4, des Abgasturboladers 6, der Abgaslei­ tung 7, der Abgasrückführleitung 9, des Abgasrückführ­ kühlers 10, des Abgasrückführventils 11 sowie der Steuereinrichtung 12 der in Fig. 1 dargestellten An­ ordnung entspricht.
Allerdings ist hierbei lediglich der Temperatursensor SG zur Ermittlung der Temperatur TG der der Brenn­ kraftmaschine 1 insgesamt zugeführten Gemischmenge G in der Ansaugleitung 3 vorhanden. Des weiteren sind in der Ansaugleitung 3 ein Drucksensor DG sowie eine Luftmassenmeßeinrichtung 14 vorgesehen. Hierbei sind Temperatursensor SG, Drucksensor DG sowie Luftmassen­ meßeinrichtung 14 Bauteile, welche an sehr vielen Brennkraftmaschinen 1 bereits serienmäßig vorhanden sind. In der Abgasleitung 7 befindet sich ein Sauer­ stoffsensor 15. Der Temperatursensor SG ist in Strö­ mungsrichtung hinter dem Ladeluftkühler 4 angeordnet und mit der Steuereinrichtung 12 über die Steuerlei­ tung 13c verbunden. Der Drucksensor DG befindet sich ebenfalls in Strömungsrichtung hinter dem Ladeluftküh­ ler 4 und ist über eine Steuerleitung 13f an die Steu­ erleitung 12 angeschlossen. Die Luftmassenmeßeinrich­ tung ist vor dem Verdichter 5 angebracht, ihre Verbin­ dung mit der Steuerleitung 12 ist über eine Steuerlei­ tung 13g realisiert. Der Sauerstoffsensor 15 weist eine Steuerleitung 13h mit der Steuereinrichtung 12 auf.
Die Abgasrückführrate AR kann aus der Formel:
AR = 1-L/G
errechnet werden, wobei:
L = Massenstrom der Frischluftmenge L
G = Massenstrom der gesamten Gemischmenge G
Hierbei wird also die Abgasrückführrate AR aus der der Brennkraftmaschine 1 insgesamt zugeführten Gemischmen­ ge G und der Frischluftmenge L ermittelt. Hierzu kann der Wert L mit Hilfe der Luftmassenmeßeinrichtung 14 gemessen werden, wohingegen der Wert G aus der idea­ len Gasgleichung:
G = (λa2 × pG × VH × n)/(2 × RG × TG)
errechnet werden kann, wobei:
λa2 = Liefergrad der Brennkraftmaschine 1
pG = Absolutdruck der gesamten Gemischmenge G
VH = Hubvolumen der Brennkraftmaschine 1
RG = Gaskonstante
n = Drehzahl der Brennkraftmaschine 1
TG = Absoluttemperatur der gesamten Gemischmenge G
Der Wert λa2 kann in einem Kennfeld abgelegt sein und der Absolutdruck pG wird durch den Drucksensor DG er­ mittelt, wohingegen das Hubvolumen VH und die Gaskon­ stante RG bekannte Werte sind. Somit ergibt sich eine einfache Ermittlung des Ist-Anteils ARist der rückge­ führten Abgasmenge R an der Brennkraftmaschine 1 ins­ gesamt zugeführten Gemischmenge G.
Dann wird durch die Steuereinrichtung 12 der Ist- Anteil ARist der rückgeführten Abgasmenge R an den festgelegten Soll-Anteil ARsoll angepaßt.
Im Vollast- oder Instationärbetrieb der Brennkraftma­ schine 1 wäre zusätzlich eine Überwachung des Verbren­ nungsluftverhältnisses λ sinnvoll, um einerseits die dort maximal mögliche NOx-Minderung darzustellen, bei Vermeidung einer Überschreitung der Rauchgrenze. Eine solche Überwachung kann beispielsweise über den in Fig. 2 dargestellten Sauerstoffsensor 15 erfolgen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Regelung des Ist-Anteils ARist der der Brennkraftmaschine 1 rückge­ führten Abgasmenge R, wobei der prinzipielle Aufbau wiederum derselbe wie in Fig. 1 und Fig. 2 ist. Aller­ dings ist hierbei in der Abgasleitung 7 hinter der Turbine 8 ein Stickoxidsensor 16 angeordnet. Der Stickoxidsensor 16 ermittelt die aktuelle Konzentrati­ on von Stickoxiden im gesamten Abgas A und meldet die­ se über eine Steuerleitung 13i an die Steuereinrich­ tung 12. Diese kann dann den Öffnungsquerschnitt des Abgasrückführventils 11 so regeln, daß die gemessene Konzentration von Stickoxiden einem in Kennfeldform über den Parametern der Brennkraftmaschine 1, z. B. Last- und Drehzahl, abgespeicherten Soll-Wert an Stickoxiden entspricht. Die rückgeführte Abgasmenge R kann mit Hilfe dieses geschlossenen Regelkreises di­ rekt auf die Emission von Stickoxiden geregelt werden.
Gleichermaßen wäre auch eine Regelung auf einen bei­ spielsweise gesetzlich festgelegten Stickoxid-Grenz­ wert denkbar. In diesem Fall müßte der Durchsatz, an Stickoxiden aus der Konzentration an Stickoxiden in der Abgasleitung 7, welcher durch den Stickoxidsensor 16 gemessen werden kann, und der Multiplikation dieses Wertes mit der Summe aus einem gemessenen oder berech­ neten Luftdurchsatz und einem applizierten Kraftstoff­ massenstrom errechnet werden und nach Division durch die Leistung im jeweiligen Betriebspunkt somit die spezifische Emission an Stickoxiden in g/kwh ermittelt werden.
Zusätzlich zu dem Stickoxidsensor 16 könnte auch eine λ-Sonde in der Abgasleitung 7 angeordnet werden, wel­ che die Abgasrückführrate AR bei Unterschreitung eines vorher festgelegten Grenzwertes λmin begrenzen könnte, um einen unzulässigen Anstieg an Partikeln zu vermei­ den.

Claims (15)

1. Verfahren zur Regelung des Anteils der einer Brennkraftmaschine rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Ge­ mischmenge, welche durch die rückgeführte Abgas­ menge und eine Frischluftmenge gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Anteil (ARist) der rückgeführten Abgasmenge (R) an der der Brennkraftmaschine (1) insgesamt zugeführten Gemischmenge (G) mittels Sensoren aus Messungen der Temperatur (TL) der zugeführten Frischluftmenge (L), der Temperatur (TR) der rück­ geführten Abgasmenge (R) und der Temperatur (TG) der insgesamt zugeführten Gemischmenge (G) ermit­ telt wird, und daß dieser Ist-Anteil (ARist) der rückgeführten Abgasmenge (R) an einen vorbestimm­ ten Soll-Anteil (ARsoll) angepaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Anteil (ARist) der rückgeführten Abgasmenge (R) an der der Brennkraftmaschine (1) insgesamt zugeführten Gemischmenge (G) nach der Formel ARist = (TL-TG)/(TL-TR) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluftmenge (L) und die rückgeführte Ab­ gasmenge (R) auf vorbestimmte Temperaturen (TL bzw. TR) abgekühlt werden, und daß die Temperatur (TG) der insgesamt zugeführten Gemischmenge (G) gemessen wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Brennkraftmaschine, mit welcher mindestens eine Frischluftleitung und mindestens eine Abgasleitung verbunden sind, und mit einem in einer Abgasrückführleitung angeordne­ ten Abgasrückführventil, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (SL) zur Messung der Tempera­ tur (TL) der zugeführten Frischluftmenge (L), ein Temperatursensor (SR) zur Messung der Temperatur (TR) der rückgeführten Abgasmenge (R) und ein Tem­ peratursensor (SG) zur Messung der Temperatur (TG) der insgesamt zugeführten Gemischmenge (G) vorge­ sehen sind.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Brennkraftmaschine, mit welcher mindestens eine Frischluftleitung und mindestens eine Abgasleitung verbunden sind, und mit einem in einer Abgasrückführleitung angeordne­ ten Abgasrückführventil, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatursensoren zur Messung von Differenz- Temperaturen (TL-TG) und (TL-TR) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, mit einer Brennkraftmaschine, mit wel­ cher mindestens eine Frischluftleitung und minde­ stens eine Abgasleitung verbunden sind, und mit einem in einer Abgasrückführleitung angeordneten Abgasrückführventil, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Temperatursensor (SG) zur Messung der Temperatur (TG) der insgesamt zugeführten Ge­ mischmenge (G) vorgesehen ist.
7. Verfahren zur Regelung des Anteils der einer Brennkraftmaschine rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Ge­ mischmenge, welche durch die rückgeführte Abgas­ menge und eine Frischluftmenge gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Anteil (ARist) der rückgeführten Abgasmenge (R) an der der Brennkraftmaschine (1) insgesamt zugeführten Gemischmenge (G) mittels wenigstens eines Sensors aus wenigstens einer Messung der Temperatur (TA) des aus der Brennkraftmaschine (1) austretenden Abgases (A) ermittelt wird, und daß dieser Ist-Anteil (ARist) der rückgeführten Abgas­ menge (R) an einen vorbestimmten Soll-Anteil (ARsoll) angepaßt wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, mit einer Brennkraftmaschine, mit wel­ cher mindestens eine Frischluftleitung und minde­ stens eine Abgasleitung verbunden sind, und mit einem Abgasrückführventil, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Temperatursensor (SA) zur Messung der Temperatur (TA) des aus der Brennkraftmaschine (1) austretenden Abgases (A) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (SA) stromabwärts von Brenn­ räumen (2) zwischen der Brennkraftmaschine (1) und einem Abgasrückführkühler (10) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (SA) stromabwärts von Brenn­ räumen (2) zwischen der Brennkraftmaschine (1) und einem Abgasturbolader (6) angeordnet ist.
11. Verfahren zur Regelung des Anteils der einer Brennkraftmaschine rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Ge­ mischmenge, welche durch die rückgeführte Abgas­ menge und eine Frischluftmenge gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Anteil (ARist) der rückgeführten Abgasmenge (R) an der der Brennkraftmaschine (1) insgesamt zugeführten Gemischmenge (G) durch Messungen des Massenstroms (L) der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Frischluftmenge (L) und des Massen­ stroms (G) der der Brennkraftmaschine (1) insge­ samt zugeführten Gemischmenge (G) ermittelt wird, und daß dieser Ist-Anteil (ARist) der rückgeführten Abgasmenge (R) an einen vorbestimmten Soll-Anteil (ARsoll) angepaßt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenstrom (G) der der Brennkraftmaschine (1) insgesamt zugeführten Gemischmenge (G) mit Hilfe des Drucks (pG) in der insgesamt zugeführten Gemischmenge (G) und der Temperatur (TG) der zuge­ führten Gemischmenge (G) ermittelt wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11 oder 12, mit einer Brennkraftmaschine, mit welcher mindestens eine Frischluftleitung und mindestens eine Abgasleitung verbunden sind, und mit einem in der Abgasrückführleitung angeordneten Abgasrückführventil, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ansaugleitung (3) wenigstens eine Luft­ massenmeßeinrichtung (14) zur Messung des Massen­ stroms (L) der der Brennkraftmaschine (1) zuge­ führten Frischluftmenge (L), wenigstens ein Druck­ sensor (DG) zur Messung des Drucks (pG) der der Brennkraftmaschine (1) insgesamt zugeführten Ge­ mischmenge (G) und wenigstens ein Temperatursensor (SG) zur Messung der Temperatur (TG) der der Brennkraftmaschine (1) insgesamt zugeführten Ge­ mischmenge (G) vorgesehen ist.
14. Verfahren zur Regelung des Anteils der einer Brennkraftmaschine rückgeführten Abgasmenge an der der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Ge­ mischmenge, welche durch die rückgeführte Abgas­ menge und eine Frischluftmenge gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die rückgeführte Abgasmenge (R) auf einen vorbe­ stimmten Gehalt an Stickoxiden im Abgas (A) gere­ gelt wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, mit einer Brennkraftmaschine, mit welcher mindestens eine Frischluftleitung und min­ destens eine Abgasleitung verbunden sind, und mit einem in einer Abgasrückführleitung angeordneten Abgasrückführventil, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor (16) zur Messung des Anteils der Stickoxide im Abgas vorgesehen ist.
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