EP1639253A1 - Verfahren zur überwachung der abgasrückführung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur überwachung der abgasrückführung einer brennkraftmaschine

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Publication number
EP1639253A1
EP1639253A1 EP04738717A EP04738717A EP1639253A1 EP 1639253 A1 EP1639253 A1 EP 1639253A1 EP 04738717 A EP04738717 A EP 04738717A EP 04738717 A EP04738717 A EP 04738717A EP 1639253 A1 EP1639253 A1 EP 1639253A1
Authority
EP
European Patent Office
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exhaust gas
gas recirculation
determined
combustion chamber
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04738717A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Kassner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1639253A1 publication Critical patent/EP1639253A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0052—Feedback control of engine parameters, e.g. for control of air/fuel ratio or intake air amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/028—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the combustion timing or phasing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/49—Detecting, diagnosing or indicating an abnormal function of the EGR system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the exhaust gas recirculation of an internal combustion engine by means of pressure detection, in which exhaust gas is returned from an outlet side of a combustion chamber arrangement via an exhaust gas recirculation channel to an inlet side of the combustion chamber arrangement.
  • Such a method is specified in DE 42 03 235 A1.
  • successive pressure values and the successive pressure value differences are recorded in a suction line by means of a failure diagnosis device of an exhaust gas recirculation control device accumulated.
  • a failure diagnosis of the exhaust gas recirculation control device is carried out from the accumulated value by comparison with a predetermined value.
  • Exhaust gas recirculation is understood here to mean the metered introduction of exhaust gas from the output side of the internal combustion engine into the intake area.
  • an exhaust gas recirculation valve is usually controlled by the existing control device of the internal combustion engine as a function of various operating parameters of the internal combustion engine.
  • the valve does not dose the expected exhaust gas mass flow (e.g. due to incomplete opening of the valve due to contamination and deposits or cross-sectional reductions in the way of the exhaust gas from the exhaust gas side of the internal combustion engine to the air intake side), permissible limit values for the exhaust gas emissions are exceeded. steps and not optimal control signals (eg ignition timing) by the
  • Control device determined.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, with which the most reliable monitoring of the exhaust gas recirculation is achieved with the least possible effort.
  • a pressure curve is recorded in at least one combustion chamber and a thermodynamic parameter is determined therefrom as the actual value a setpoint value of the parameter taking into account the current operating point of the internal combustion engine is provided and a deviation between the setpoint value and the actual value is determined and that information about the current state of the exhaust gas recirculation compared to its normal state is obtained from the deviation.
  • the method makes use of the existing control device of the internal combustion engine, which is connected to sensors for the combustion chamber or cylinder pressure for at least one, for example each cylinder of the internal combustion engine to be monitored.
  • the control device also acts in the usual way on the exhaust gas recirculation valve in order to set the exhaust gas mass flow required for optimal operation of the internal combustion engine.
  • the course of the cylinder pressure and any variables derived therefrom are used as an input signal for various control functions in the control device.
  • Output signals from the controller are e.g. Control signals for the fuel metering and the control of the ignition of the fuel-air mixture.
  • the method is based on the known dependence of the combustion process on the relative proportion of the returned exhaust gas in the total filling of each cylinder with air and fuel.
  • the implementation of the fuel is determined using thermodynamic calculations.
  • the measured input pressure is the essential input variable for the thermodynamic calculation.
  • the result of this calculation for a generally complete combustion cycle is then compared in the control device with a target value.
  • the target value is generally unique in the test bench during the determination of the control parameters for the internal combustion engine for various relative proportions of the exhaust gas recirculation at the operating points of the internal combustion engine to be expected for monitoring (for example speed and air filling as well as the amount of control of the exhaust gas recirculation valve) determined.
  • An advantageous embodiment of the method for reliable monitoring of the exhaust gas recirculation consists in that a time difference or a crankshaft angle difference between a percentage energy conversion point and a reference time or reference angle known in the control device is used as the thermodynamic parameter.
  • a simple procedure with reliable measurement is favored in that the pressure curve is recorded by scanning at fixed crankshaft angles or time intervals, and the sampled pressure values are stored as a data sequence during at least part of a combustion cycle.
  • Combustion cycle is determined.
  • Energy of the fuel gas and p * dV mean the mechanical work given, and that a percentage of the energy conversion is determined from the heat quantity dQh supplied by integration via the crankshaft angle.
  • Reliable monitoring of exhaust gas recirculation is e.g. achieved by using the 50% energy turnover point as the percentage energy turnover point.
  • the measures for monitoring the exhaust gas recirculation are advantageous in that the deviation between the target value and the actual value is positive and negative. tive limit value is compared, the tolerances of the parameter calculation and the
  • Different possibilities for detecting the pressure curve consist in that the pressure curve is determined directly by means of a sensor arranged in at least one combustion chamber or indirectly.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the present essential parts of an internal combustion engine
  • Fig. 2 is a flow diagram of the monitoring of an exhaust gas recirculation.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a cylinder arrangement of an internal combustion engine with cylinders ZYL1, ZYL2 ... ZYLn between their (not ) the output side to its (also not shown) input side or its suction area is connected via an exhaust gas recirculation channel ARK to an exhaust gas recirculation valve ARV arranged therein for the exhaust gas recirculation AR.
  • Such an exhaust gas recirculation AR is usually provided together for all cylinders ZYL1 ... ZYLn, but an individual exhaust gas recirculation AR via respective exhaust gas recirculation channels ARK is also conceivable.
  • the control device ST is a conventional engine control device which fulfills a large number of monitoring and control functions of the internal combustion engine and is equipped, inter alia, with suitable storage devices, for example in order to store predetermined values and determined values and to carry out an error diagnosis.
  • FIG. 2 shows a process sequence for monitoring exhaust gas recirculation AR.
  • step S1 e.g. injection timing or ignition timing
  • thermodynamic characteristic variable characteristic of the exhaust gas recirculation is then determined in a step S5 and the setpoint value corresponding to the current operating parameters of the internal combustion engine is made available in a step S6 from a storage table or a previously stored curve.
  • a subsequent target value / actual value comparison in a step S7 it is determined whether the deviation is greater than a predetermined limit value. If not, it will determined in a step S8 whether the deviation between the target value and the actual value falls below a further predetermined limit value.
  • step S7 or step S8 If it is determined in step S7 or step S8 that the limit value has been exceeded or undershot, information about a fault in the exhaust gas recirculation or exhaust gas recirculation system is stored in step S9. This information can then be used to control a diagnostic display by means of the control device or to trigger further or other control functions, for example readjustment of the exhaust gas recirculation valve ARV to adapt to a soaked exhaust gas recirculation channel ARK.
  • the target value which is stored as a parameter in the control device, takes into account the current operating point of the internal combustion engine, e.g. according to the speed, the air filling or a set exhaust gas recirculation rate.
  • the two specified limit values take into account the tolerances when calculating the parameters and the target value.
  • Exhaust gas recirculation valve ARV can be influenced by the control device in such a way that the deviation between the setpoint and actual value is corrected. With this e.g. increasing contamination of the exhaust gas recirculation valve ARV or the exhaust gas recirculation channel ARK or the connecting lines can be compensated.
  • thermodynamic parameter mentioned is chosen so that it describes the course of combustion over time.
  • Known variables for this are the so-called firing process, which calculates and the total amount of heat released the so-called heating curve, which calculates the amount of heat supplied to the gas.
  • the percentage of energy conversion over the crankshaft angle is determined from the quantity dQh by integration via the crankshaft angle a. It is known from various studies that, for example, the crankshaft angle ⁇ E50% , at which 50% of the energy conversion took place, has a correlation with the relative proportion of the exhaust gas recirculation in the cylinder charge (exhaust gas recirculation rate). The 50%
  • thermodynamic parameter is present as the difference between the 50% energy conversion point and the currently determined ignition angle ⁇ z via the relationship
  • ⁇ ⁇ E50% - a z determined.
  • the relative exhaust gas recirculation rate can be determined with this variable.
  • the associated characteristic variable ⁇ S0l is determined as the target value from the stored data for the relevant combustion cycle.
  • the control device also calculates
  • thermodynamic parameter ⁇ can also take place, for example, by replacing the ignition angle a z .
  • a possible realization of such a substitute size is, for example, the angle at which the spraying begins
  • crankshaft angle ⁇ E50% can be determined, which corresponds to the 50% energy conversion.
  • a crankshaft angle ⁇ Ek% that corresponds to a k% energy conversion.
  • thermodynamic parameter it is sufficient to record the pressure curve on only one cylinder, but it is also possible to record the pressure curves on several, in particular all, cylinders ZYL1 ... ZYLn for the calculation of the thermodynamic parameter.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen der Abgasrückführung (AGR) einer Brennkraftmaschine mittels Druckerfassung, bei dem Abgas von einer Auslassseite einer Brennraumanordnung über einen Abgasrückführungskanal (ARK) zu einer Einlassseite der Brennraumanordnung zurückgeführt wird. Eine zuverlässige Überwachung der Abgasrückführung mit relativ geringem Aufwand wird dadurch erreicht, dass in mindestens einem Brennraum (ZYL1 ... ZYLn) ein Druckverlauf erfasst wird und daraus eine thermodynamische Kenngröße als Ist-Wert ermittelt wird, dass ein den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine berücksichtigender Soll-Wert der Kenngröße bereitgestellt und eine Abweichung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert bestimmt wird und dass aus der Abweichung eine Information über den aktuellen Zustand der Abgasrückführung im Vergleich zu deren Normalzustand gewonnen wird.

Description

Verfahren zur Überwachung der Abqasrückführunq einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen der Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine mittels Druckerfassung, bei dem Abgas von einer Auslassseite einer Brennraumanordnung über einen Abgasrückführungskanal zu einer Einlassseite der Brennraumanordnung zurückgeführt wird.
Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren ist in der DE 42 03 235 A1 angegeben. Bei diesem bekannten Verfahren werden mittels einer Ausfalldiagnosevorrichtung einer Abgas-Rückführungs-Steuereinrichtung in einer Ansaugleitung aufeinander folgend Druckwerte erfasst und die aufeinander folgenden Druckwertdifferenzen akkumuliert. Aus dem akkumulierten Wert wird durch Vergleich mit einem vorgegebenen Wert eine Ausfalldiagnose der Abgasrückführ-Steuereinrichtung durchgeführt. Bei einem derartigen indirekten Verfahren müssen für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine sorgfältige Anpassungen vorgenommen werden, um Fehldiagnosen zu vermeiden. Der erforderliche Aufwand ergibt zusätzlich höhere Kosten.
Bei einem in der US 5,664,548 vorgeschlagenen weiteren Verfahren dieser Art werden auf der Auslassseite der Brennkraftmaschine Pulsamplituden der Abgasströmung erfasst, um den Zustand der Abgasrückführung zu ermitteln. Auch diese indirekte Vorgehensweise ist relativ aufwendig. Dabei sind weitere Sensoren nachteilig und insbesondere Sensoren, die dem Abgasstrom ausgesetzt sind, sind starken Temperaturbelastungen und Störungen durch Partikelablagerungen unterworfen.
Unter Abgasrückführung (AGR) ist vorliegend die dosierte Einleitung von Abgas von der Ausgangsseite der Brennkraftmaschine in den Ansaugbereich zu verstehen. Dazu wird üblicherweise durch die vorhandene Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ein Abgasrückführventil in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert. Wenn aber das Ventil nicht den erwarteten Abgasmassenstrom dosiert (z.B. wegen unvollständiger Öffnung des Ventils durch Verschmutzung und Ablagerungen oder Querschnittsverringerungen im Wege des Abgases von der Abgasseite der Brennkraftmaschine zur Luftansaugseite), werden zulässige Grenzwerte für die Abgasemissionen über- schritten und nicht optimale Steuersignale (z.B. Zündzeitpunkt) durch die
Steuervorrichtung ermittelt.
Neben den vorstehend genannten Verfahren zur Überwachung der Abgasrückführung sind noch verschiedene andere Grundprinzipien bekannt. Hierzu gehören eine Messung und Überwachung der durch die aktive Abgasrückführung hervorgerufenen Temperaturänderungen, wobei sich ein Temperatursensor zwischen dem Abgasrückführventil und dem Ansaugbereich befindet, wie z.B. in der US 6,085,732 angegeben. Auch eine Messung und Überwachung des durch die aktive Abgasrückführung hervorgerufenen Gasmassenstroms ist vorgeschlagen worden. In der DE 42 24 21 9 A1 ist eine Überwachung des Stickoxyds im Abgas mit einem NOx-Sensor und Rückschluss auf die Rate der Abgasrückführung vorgeschlagen, während die DE 42 1 6 044 A1 eine Beobachtung des Anstiegs der Verbrennungsaussetzer-Rate mit zunehmender Öffnung des Abgasrückführ- ventils offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereit zu stellen, mit dem bei möglichst geringem Aufwand eine möglichst zuverlässige Überwachung der Abgasrückführung erreicht wird.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass in mindestens einem Brennraum ein Druckverlauf erfasst wird und daraus eine thermodynamische Kenngröße als Ist-Wert ermittelt wird, dass ein den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine berücksichtigender Soll- Wert der Kenngröße bereitgestellt und eine Abweichung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert bestimmt wird und dass aus der Abweichung eine Information über den aktuellen Zustand der Abgasrückführung im Vergleich zu deren Normalzustand gewonnen wird .
Mit diesen Maßnahmen wird ein direktes Verfahren erhalten, wobei das System zur Überwachung der Abgasrückführung keine zusätzliche Sensoren benötigt und der Verbrennungsablauf direkt analysiert wird. Das Verfahren macht sich die vorhandene Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine zunutze, die mit Aufneh- mern für den Brennraum- bzw. Zylinderdruck für zumindest einen, beispielsweise jeden zu überwachenden Zylinder der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Steuereinrichtung wirkt in üblicher Weise auch auf das Abgasrückführventil, um den für den optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine erforderlichen Abgas- Massenstrom einzustellen. Der Verlauf des Zylinderdrucks und gegebenenfalls davon abgeleitete Größen werden als Eingangssignal für verschiedene Steuerungsfunktionen in der Steuereinrichtung verwendet. Ausgangssignale der Steuerung sind z.B. Steuersignale für die Kraftstoffzumessung und die Steuerung der Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches.
Das Verfahren beruht auf der bekannten Abhängigkeit des Verbrennungsablaufs von dem relativen Anteil des zurückgeführten Abgases an der Gesamtfüllung jedes Zylinders mit Luft und Kraftstoff. Je gößer dieser relative Anteil an Abgas ist, desto länger dauert die Umsetzung des Kraftstoffes während der Verbrennung. Dies ist durch den Charakter des Abgases als Inert-Gas zu erklären, das keinen Beitrag zur chemischen Reaktion von Kraftstoff und Luft-Sauerstoff lie- fert. Die Bestimmung der Umsetzung des Kraftstoffes erfolgt durch die Anwendung thermodynamischer Berechnungen. Wesentliche Eingangsgröße der ther- modynamischen Berechnung ist der gemessene Zylinderdruck. Das Resultat dieser Berechnung für einen in der Regel vollständigen Verbrennungszyklus wird dann in der Steuereinrichtung mit einem Soll-Wert verglichen. Der Soll-Wert wird vorzugsweise während der Ermittlung der Steuerparameter für die Brennkraftmaschine für verschiedene relative Anteile der Abgasrückführung an den für die Überwachung zu erwartenden Betriebspunkten der Brennkraftmaschine (z.B. Drehzahl und Luftfüllung sowie Betrag der Ansteuerung des Abgasrückführven- tils) in der Regel im Prüfstand einmalig ermittelt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens für eine zuverlässige Überwachung der Abgasrückführung besteht darin, dass als thermodynamische Kenngröße eine Zeitdifferenz oder eine Kurbelwellen-Winkeldifferenz zwischen einem prozentualen Energieumsatzpunkt und einem in der Steuereinrichtung be- kannten Bezugszeitpunkt oder Bezugswinkel zugrunde gelegt wird.
Eine einfache Vorgehensweise mit zuverlässiger Messung wird dadurch begünstigt, dass der Druckverlauf durch Abtasten zu festen Kurbelwellen-Winkeln oder Zeitabständen erfasst wird und die abgetasteten Druckwerte als Datenfolge während zumindest eines Teils eines Verbrennungszyklus abgespeichert werden.
Eine für die Auswertung vorteilhafte Vorgehensweise wird auch dadurch erreicht, dass die thermodynamische Kenngröße auf der Grundlage des Druckverlaufs aus einem Brennverlauf, bei dem die insgesamt freigewordene Wärme- menge berechnet wird, oder aus einem Heizverlauf, bei dem die dem Brenngas zugeführte Wärmemenge berechnet wird, während zumindest eines Teils eines
Verbrennungszyklus ermittelt wird.
Zum Ermitteln der thermodynamischen Kenngröße ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Heizverlauf nach dem Zusammenhang dQh = dU + p*dV berechnet wird, wobei dQh die zugeführte Wärmemenge, dU die Erhöhung der inneren
Energie des Brenngases und p *dV die abgegebene mechanische Arbeit bedeuten, und dass aus der zugeführten Wärmemenge dQh durch Integration über den Kurbelwellen-Winkel ein prozentualer Anteil des Energieumsatzes ermittelt wird.
Im Einzelnen ergibt sich ein günstiger Verfahrensablauf dadurch, dass der prozentuale Energieumsatzpunkt nach der Formel
Q, = [n/(n-1 )] *p,*(VI+ 1-VM) *[l /(n-1 )] + VI*(pI+ pM ) berechnet wird, wobei n den Polytropenexponenten, p den Druck im Brennraum, V das Zylindervolumen und i einen laufenden Index des abgetasteten und gespeicherten Zylinderdrucks von Beginn bis zum Ende eines Berechnungsintervalls bedeuten, oder aus einer aus dieser Formel abgeleiteten Formel berechnet wird, und dass der prozentuale Energieumsatz durch Integration der Wärmemengen Qi über einen vollständigen Arbeitszyklus nach Bestimmen des 1 00 %-Energieumsatzes ermittelt und daraus der dem prozentualen Energieumsatz entsprechende Kurbelwellen-Winkel bestimmt wird.
Eine zuverlässige Überwachung der Abgasrückführung wird z.B. dadurch erzielt, dass als prozentualer Energieumsatzpunkt der 50 % Energieumsatzpunkt zugrunde gelegt wird.
Weiterhin sind für die Überwachung der Abgasrückführung die Maßnahmen vorteilhaft, dass die Abweichung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert mit einem positiven und nega- tiven Grenzwert verglichen wird, die die Toleranzen der Kenngrößenberechnung und des
Soll-Wertes berücksichtigen.
Verschiedene Möglichkeiten zum Erfassen des Druckverlaufs bestehen darin, dass der Druckverlauf direkt mittels eines in mindestens einem Brennraum angeordneten Sensors oder indirekt bestimmt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich dadurch, dass die ermittelten Abgasrückführungsdaten in der Steuereinrichtung für eine Fehlerdiagnose mit Fehlerabspeicherung und/oder Fehleranzeige und/oder für Steuerungs- zwecke, insbesondere Nachregulierung eines Abgasrückführventils, ausgewertet werden.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung vorliegend wesentlicher Teile einer Brennkraftmaschine und
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm der Überwachung einer Abgasrückführung.
Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Zylinderanordnung einer Brennkraftmaschine mit Zylindern ZYL1 , ZYL2 ... ZYLn, die zwischen ihrer (nicht dargestellten) Ausgangsseite zu ihrer (ebenfalls nicht dargestellten) Eingangsseite beziehungsweise ihrem Ansaugbereich über einen Abgasrückführkanal ARK mit darin angeordnetem Abgasrückführventil ARV für die Abgasrückführung AR verbunden ist. Üblicherweise ist dabei für alle Zylinder ZYL1 ... ZYLn gemeinsam eine derartige Abgasrückführung AR vorgesehen, jedoch auch eine individuelle Abgasrückführung AR über jeweilige Abgasrückführkanäle ARK ist denkbar. Die Zylinder ZYL1 ... ZYLn sind mit jeweiligen Druckaufnehmern PA für den Brennraum- bzw. Zylinderdruck versehen, deren Signale einer Steuereinrichtung ST zur Verarbeitung, Auswertung und gegebenenfalls Ansteuerung des Abgasrückführventils ARV zugeführt werden. Bei der Steuereinrichtung ST handelt es sich um eine übliche Motor-Steuereinrichtung, die eine Vielzahl von Überwachungs- und Steuerungsfunktionen der Brennkraftmaschine erfüllt und unter anderem mit geeigneten Speichereinrichtungen versehen ist, um z.B. vorgegebene Werte und ermittelte Werte abzuspeichern und etwa eine Fehlerdiagnose durchzuführen.
Fig. 2 zeigt einen Verfahrensablauf bei der Überwachung der Abgasrückführung AR.
Nach einem Beginn eines Arbeitszyklus in einem Schritt S1 (z.B. Einspritzzeitpunkt oder Zündzeitpunkt) wird in einem Schritt S2 der Zylinderdruck bei vorzugsweise einem festen Kurbelwellenwinkel abgetastet und erfasst und in einem Schritt S3 gespeichert. Anschließend wird in einem Schritt S4 festgestellt, ob der Arbeitszyklus (z.B. bei einem bestimmten abgefallenen Zylinderdruck oder Kurbelwellenwinkel) beendet ist. Falls der
Arbeitszyklus nicht beendet ist, werden die vorangegangenen Schritte wiederholt, bis das Ende des Arbeitszyklus festgestellt wird. Danach wird der Ist-Wert einer für die Abgasrückführung charakteristischen thermodynamischen Kenngröße in einem Schritt S5 ermittelt und aus einer Speichertabelle oder einem zuvor gespeicherten Kurven- verlauf in der Steuereinrichtung der den aktuellen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine entsprechende Soll-Wert in einem Schritt S6 bereit gestellt. Bei einem anschließenden Soll-Wert/lst-Wert-Vergleich in einem Schritt S7 wird festgestellt, ob die Abweichung größer als ein vorgegebener Grenzwert ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird in einem Schritt S8 festgestellt, ob die Abweichung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert einen weiteren vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Falls in dem Schritt S7 oder dem Schritt S8 festgestellt wird , dass der Grenzwert überschritten beziehungsweise unterschritten ist, wird in einem Schritt S9 eine Information über einen Fehler bei der Abgasrückführung beziehungsweise des Abgasrückführsystems gespeichert. Mit dieser Information kann dann mittels der Steuereinrichtung eine Diagnoseanzeige gesteuert oder es können weitere oder andere Steuerungsfunktionen, beispielsweise eine Nachregulierung des Abgasrückführventils ARV zur Anpassung an einen versotteten Abgas- rückführkanal ARK, ausgelöst werden.
Der Soll-Wert, der als Parameter in der Steuereinrichtung abgelegt ist, berücksichtigt den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine z.B. entsprechend der Drehzahl, der Luftfüllung oder einer eingestellten Abgasrückführrate. Die beiden vorgegebenen Grenzwerte berücksichtigen die Toleranzen bei der Kenngrößenberechnung und des Soll- Wertes.
Für die Anzeige der abnormalen Abgasrückführung AR oder für die Durchführung anderer Steuerungsfunktionen wird üblicherweise eine bestimmte Anzahl von Überschreitungen abgewartet, um die Zuverlässigkeit der Auswertung zu erhöhen.
In einer Erweiterung der Steuer- bzw. Diagnosefunktion kann die Ansteuerung des
Abgasrückführventils ARV durch die Steuereinrichtung so beeinflusst werden, dass die Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert ausgeregelt wird. Damit können z.B. zunehmende Verschmutzungen des Abgasrückführventils ARV oder des Abgasrückführkanals ARK bzw. der Verbindungsleitungen kompensiert werden.
Die genannte thermodynamische Kenngröße wird so gewählt, dass sie den zeitlichen Ablauf der Verbrennung beschreibt. An sich bekannte Größen hierfür sind der sogenannte Brennverlauf, der die insgesamt freigewordene Wärmemenge berechnet und der sogenannte Heizverlauf, der die dem Gas zugeführte Wärmemenge berechnet. Der
Heizverlauf ist einfacher zu berechnen, da z.B. die Wandwärmeverluste nicht berücksichtigt werden, und wird durch den Zusammenhang dQh = dU + p*dV bestimmt, wobei dQh die zugeführte Wärmemenge, dU die Erhöhung der inneren Ener- gie des Gases und p*dV die abgegebene mechanische Arbeit bedeuten. Aus der Größe dQh wird durch Integration über den Kurbelwellenwinkel a der prozentuale Anteil des Energieumsatzes über dem Kurbelwellenwinkel ermittelt. Aus verschiedenen Untersuchungen ist bekannt, dass z.B. der Kurbelwellenwinkel σE50 %, bei dem 50% des Energieumsatzes erfolgt sind, eine Korrelation mit dem relativen Anteil der Abgas- rückführung an der Zylinderfüllung (Abgasrückführrate) aufweist. Dabei ist der 50 %-
Energieumsatz allerdings noch nicht eindeutig der Abgasrückführrate zuordenbar.
Um eine eindeutige Zuordnung zu erhalten, wird vorliegend die thermodynamische Kenngröße als Differenz aus dem 50 %-Energieumsatzpunkt und dem aktuell ermittelten Zündwinkel σz über den Zusammenhang
Δσ = σE50 % - az bestimmt. Mit dieser Größe kann die relative Abgasrückführrate ermittelt werden. In der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine ist der Zusammenhang zwischen der Abgasrückführrate und der Kurbelwinkeldifferenz Δσ in Form von Daten, z.B. als Kennfeld oder Funktion Δσso), = f(AGR-Rate) gespeichert. Diese Funktion ist gegebenenfalls um weitere Betriebsparameter zu erweitern.
Für die von der Steuereinrichtung ST eingestellte Ansteuerung des Abgasrückführventils ARV wird die zugehörige Kenngröße ΔσS0l, als Sollwert aus den gespeicherten Daten für den betreffenden Verbrennungszyklus ermittelt. Zudem berechnet die Steuereinrichtung
ST aus dem Zylinderdrucksignal beziehungsweise der Datenfolge des abgetasteten Druckverlaufs den dem 50 %-Energieumsatzpunkt entsprechenden 50 %-Zündwinkel
^Eδo %> der nach Subtraktion des aktuellen Zündwinkels az die Ist-Größe Δσist ergibt.
Bei Brennkraftmaschinen ohne Fremdzündung kann die thermodynamische Kenngröße Δα auch zum Beispiel durch Ersetzen des Zündwinkels az erfolgen. Eine mögliche Realisierung einer solchen Ersatzgröße ist z.B. der Winkel des Spritzbeginns für den
Kraftstoff.
Eine einfache Möglichkeit zur Berechnung des 50 %-Kurbelwellenwinkels (50 %- Energieumsatz-Winkel) in der Steuereinrichtung ergibt die Formel Q, = [n/(n-1 )] *pl* {V,+1-VM) + [1 /(n-1 )] *Vl* (pl+ 1-pM ) wobei Qj die Wärmemenge, n den Polytropenexponenten, p den Zylinderdruck, V das jeweilige Zylindervolumen und i den laufenden Index des abgetasteten und gespeicherten Zylinderdrucks von Beginn bis Ende des Berechnungsintervalles darstellen, das nicht notwendig den gesamten Verbrennungszyklus umfassen muss. Es kann eine Einschränkung auf einen relevanten Teil des Verbrennungszyklus im Bereich der
Energiefreisetzung aus dem Kraftstoff erfolgen.
Nach Integration der Wärmemengen Qi über den vollständigen Arbeitszyklus, d.h. bis zur Bestimmung des 100 %-Energieumsatzwertes, kann der Kurbelwellenwinkel σE50 % ermittelt werden, der dem 50 %-Energieumsatz entspricht. Ähnlich ist es auch denkbar, einen Kurbelwellenwinkel αEk % zu ermitteln, der einem k %-Energieumsatz entspricht.
Für die beschriebene Bestimmung der thermodynamischen Kenngröße reicht es, den Druckverlauf an nur einem Zylinder zu erfassen, es können aber auch die Druckverläufe an mehreren, insbesondere allen Zylindern ZYL1 ... ZYLn für die Berechnung der thermodynamischen Kenngröße erfasst werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Überwachen der Abgasrückführung (AR) einer Brennkraftmaschine mittels Druckerfassung, bei dem Abgas von einer Auslassseite einer Brennraumanordnung über einen Abgasrückführungskanal (ARK) zu einer Einlassseite der Brennraumanordnung zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Brennraum (ZYL1 ... ZYLn) ein Druckverlauf erfasst wird und daraus eine thermodynamische Kenngröße als Ist-Wert ermittelt wird, dass ein den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine berücksichtigender Soll-Wert der Kenngröße bereitgestellt und eine Abweichung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert bestimmt wird und dass aus der Abweichung eine Information über den aktuellen Zustand der Abgasrückführung im Vergleich zu deren Normalzustand gewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als thermodynamische Kenngröße eine Zeitdifferenz oder eine Kurbelwellen- Winkeldifferenz (Δα) zwischen einem prozentualen Energieumsatzpunkt (σEK %) und einem in der Steuereinrichtung (ST) bekannten Bezugszeitpunkt oder Bezugswinkel (αz) zugrunde gelegt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf durch Abtasten zu festen Kurbelwellen-Winkeln oder
Zeitabständen erfasst wird und die abgetasteten Druckwerte als Datenfolge während zumindest eines Teils eines Verbrennungszyklus abgespeichert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermodynamische Kenngröße auf der Grundlage des Druckverlaufs aus einem Brennverlauf, bei dem die insgesamt freigewordene Wärmemenge berechnet wird, oder aus einem Heizverlauf, bei dem die dem Brenngas zugeführte Wärmemenge berechnet wird, während zumindest eines Teils eines Verbren- nungszyklus ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizverlauf nach dem Zusammenhang dQh = dU + p*dV berechnet wird, wobei dQh die zugeführte Wärmemenge, dU die Erhöhung der inneren Energie des Brenngases und p*dV die abgegebene mechanische Arbeit bedeuten, und dass aus der zugeführten Wärmemenge dQh durch Integration über den Kur- belwellen-Winkel ein prozentualer Anteil des Energieumsatzes ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der prozentuale Energieumsatzpunkt nach der Formel Q, = ln/(n-^ )] *pi* (\/]+ V,X^ /(n--\ )] + ]* (p + pX berechnet wird, wobei n den Polytropenexponenten, p den Druck im Brennraum, V das Zylindervolumen und i einen laufenden Index des abgetasteten und gespeicherten Zylinderdrucks von Beginn, bis zum Ende eines Berechnungs- intervalls bedeuten, oder aus einer aus dieser Formel abgeleiteten Formel berechnet wird, und dass der prozentuale Energieumsatz durch Integration der Wärmemengen Qjüber einen vollständigen Arbeitszyklus nach Bestimmen des 100 %-Energieumsatzes ermittelt und daraus der dem prozentualen Energieumsatz entsprechende Kurbelwellen-Winkel (αES0 %) bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als prozentualer Energieumsatzpunkt der 50 %-Energieumsatzpunkt zugrunde gelegt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert mit einem positiven und negativen Grenzwert verglichen wird, die die Toleranzen der Kenngrößenberechnung und des Sollwertes berücksichtigen.
9. Verfahren nach einem der vorhandenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf direkt mittels eines in mindestens einem Brennraum (ZYL1
... ZYLn) angeordneten Sensors oder indirekt bestimmt wird.
1 0. Verfahren nach einem der vorhandenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Abgasrückführungsdaten in der Steuereinrichtung für eine
Fehlerdiagnose mit Fehlerabspeicherung und/oder Fehleranzeige und/oder für Steuerungszwecke, insbesondere Nachregulierung eines Abgasrückführventils (ARV) ausgewertet werden.
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