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DE10000763B4 - Strömungsmessungs- und regelung - Google Patents

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DE10000763B4
DE10000763B4 DE10000763A DE10000763A DE10000763B4 DE 10000763 B4 DE10000763 B4 DE 10000763B4 DE 10000763 A DE10000763 A DE 10000763A DE 10000763 A DE10000763 A DE 10000763A DE 10000763 B4 DE10000763 B4 DE 10000763B4
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Strömungsmeß-System zum Messen der Abgasströmung von einem Abgasstutzen eines Verbrennungsmotors zu einem Einlaßstutzen des Motors, mit: einem Strömungsregelventil mit variabler Öffnung, angeordnet in einer Abgasrückführungsbahn zwischen dem Abgasstutzen und dem Einlaßstutzen des Motors, einem Bereich mit unveränderlicher Meßöffnung in der genannten Bahn und stromab des genannten Ventils, und einem Rechner zum Messen eines ersten Drucks stromab der genannten Meßöffnung, zum Messen eines Differenzdrucks über die genannte Meßöffnung und zum Berechnen eines Massenstroms, basierend auf dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Messen und Regeln von Gasströmungen unter Anwendung von Druckmessungen in Strömungsrichtung oberhalb und unterhalb einer Öffnung und insbesondere auf die Messung von Abgasrückführungsströmen mit einem Strömungsregelventil in Strömungsrichtung oberhalb der Öffnung.
  • Motorregelungssysteme erfordern eine genaue Steuerung der Abgasrückführung (EGR) zum Steuern von regulierten Emissionen und zum Erreichen einer Verbesserung der Kraftstoffausnutzung. Eine Art von Abgasrückführungssystemen führt das Abgas außen zurück vom Auspuffstutzen zum Ansaugstutzen, wobei ein Strömungsregelventil in die Bahn der Strömung zwischen Auspuffstutzen und Ansaugstutzen geschaltet ist. Üblicherweise wird dieses Ventil pneumatisch betätigt und von einer elektronischen Motorsteuerung geregelt.
  • Eine Möglichkeit der Regelung eines Abgasrückführungsstroms ist, eine Feedbackvariable zu nutzen, um zu erreichen, daß die aktuelle Abgasrückführungsströmung sich der gewünschten Abgasrückführungsströmung annähert. Ein Verfahren sieht vor, mit einem Differenzdruck zu arbeiten, der an einer Öffnung in der Bahn der Abgasströmung in Strömungsrichtung oberhalb des Strömungsregelventils gemessen wird. Der Differenzdruck kann dann verwendet werden, um auf die augenblickliche Abgasrückführungsströmung zu schließen. Die Differenzdruckmessung liefert eine ausreichende Korrelation zu der Abgasströmung, weil der Auspuffdruck in dem Bereich, in dem mit EGR gearbeitet wird, nur geringfügig variiert. Außerdem können Temperatureinflüsse berücksichtigt werden, weil die Temperatur an dem oberhalb gelegenen Auspuffstutzen korreliert werden kann mit den Betriebsbedingungen des Motors oder wegen verhältnismäßig geringfügiger Schwankungen unberücksichtigt bleiben kann. Schließlich wird eine Abweichung zwischen der tatsächlichen und der geforderten Gasrückführungsströmung benutzt, um ein Steuerungssignal zu erzeugen, das an das Strömungsregelventil geleitet wird. Das System kann auf diese Weise sowohl die Einflüsse des Alterns von Motor und Aggregat als auch sonstige Fehler in dem System kompensieren. Ein derartiges System ist in dem US-Patent 5.190.017 beschrieben.
  • Die Erfinder haben jedoch einen Nachteil des obengenannten Systems für den Fall erkannt, daß die Öffnung in Strömungsrichtung unterhalb des Ventils angeordnet ist, wie dies aus der US 4 164 206 A bekannt ist. Bei dieser Anordnung gelangt der Strom von dem Auspuff zunächst durch ein Strömungsregelventil und dann durch die Öffnung, bevor er in den Einlaßstutzen eintritt. In diesem Falle variiert der Druck oberhalb der Öffnung (in Strömungsrichtung unterhalb des Ventils) erheblich, und die hinsichtlich Differenzdruck und Strömung gemachten Annahmen treffen nicht mehr zu. Ferner ist die Temperatur in Strömungsrichtung oberhalb der Öffnung (unterhalb des Ventils) wegen der Strömungserweiterung in dem Ventil nicht mehr direkt korreliert mit den Betriebsbedingungen des Motors. Es tritt somit ein erheblicher Meßfehler auf, wenn eine Differenzdruckmessung mit einer in Strömungsrichtung unterhalb gelegenen Öffnung angewandt wird.
  • Ein System, bei welchem der Druckabfall über ein veränderliches Drosselorgan gemessen und zur Berechnung der Durchflussmenge herangezogen wird, ist aus der EP 565 485 B1 bekannt.
  • Eine Möglichkeit zur genaueren Messung der Strömung ist die Messung des absoluten Drucks in Strömungsrichtung oberhalb der Öffnung, des Differenzdrucks an der Öffnung und der Temperatur oberhalb der Öffnung. Auf diese Weise kann eine Korrelation zwischen den Drücken und der Temperatur benutzt werden, um die Abgasströmung zu messen, wenn Druck und Temperatur sich erheblich ändern. Andererseits kann diese Ausführung angewandt werden bei einem Strömungsregelventil, wenn der Druck in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils, der Differenzdruck an dem Ventil, die Temperatur oberhalb des Ventils und die Ventilfläche zur Strömungsmessung eingesetzt werden. Ein derartiges System ist in der US-Patentschrift 4.406.161 beschrieben.
  • Bei der oben beschriebenen Ausbildung haben die Erfinder einen Nachteil festgestellt. Diese Lösung erfordert es, daß die stromauf herrschende Temperatur bekannt ist. Daher ist ein Sensor erforderlich, der zusätzliche Kosten verursacht und unerwünscht ist. Außerdem geben Abschätzungen der Auspuffstutzentemperatur, die auf Betriebsbedingungen des Motors basieren, die Temperatur unterhalb eines Strömungsregelventils nur ungenau wieder. Ferner muß bei Anwendung der bekannten Lösungen auf das Strömungsregelventil die Ventilstellung und -öffnung gemessen werden, was zusätzliche Kosten verursacht.
  • Ein Ziel der hierunter beanspruchten Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems zur Messung der Abgasrückführung und ein Verfahren für ein Abgasrückführungssystem mit einem in Strömungsrichtung oberhalb liegenden Strömungsregelventil und einer in Strömungsrichtung unterhalb liegenden Meßöffnung.
  • Die genannten Ziele lassen sich bei gleichzeitiger Vermeidung von Nachteilen des Standes der Technik erreichen durch ein System zur Strömungsmessung zum Messen der Strömung von Abgas aus einem Auspuffstutzen eines Verbrennungsmotors zu einem Ansaugstutzen des Motors. Das System umfaßt ein Strömungsregelventil mit variabler Öffnung, das in der Bahn einer Abgasrückführung zwischen dem Auspuffstutzen und dem Ansaugstutzen des Motors angeordnet ist, einer in der Bahn und in Strömungsrichtung unterhalb des genannten Ventils befindlichen Öffnung mit unveränderlichem Querschnitt, einem Rechner zum Messen eines ersten Drucks in Strömungsrichtung unterhalb der genannten Meßöffnung, der einen Differenzdruck an der genannten Meßöffnung mißt und, basierend auf dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck, einen Massenstrom mißt.
  • Durch Verwendung einer Kombination des Differenzdrucks an der Öffnung und einer Korrektur als Funktion eines absoluten Drucks in Strömungsrichtung unterhalb der Öffnung, wobei die Öffnung in Strömungsrichtung unterhalb eines Strömungsregelventils liegt, erhält man eine Strömungsmessung, die Ergebnisse mit akzeptabler Sicherheit liefert und die Nachteile früherer Lösungen vermeidet. Mit anderen Worten, eine Annäherung unter Verwendung des Druckunterschieds an der Öffnung und des absoluten Drucks in Strömungsrichtung unterhalb der Öffnung ergibt eine genaue Strömungsmessung. Die Temperaturmessung in Strömungsrichtung oberhalb der Öffnung (unterhalb des Strömungsregelventils) ist inhärent mit umfaßt. Dieses Meßverfahren ist gerechtfertigt für den Spezialfall der Strömung durch eine in Strömungsrichtung unterhalb eines Ventils befindliche Öffnung, worin die Strömung ausgeht von einem Auspuffstutzen eines Verbrennungsmotors und einmündet in einen Einlaßstutzen des Motors.
  • Diese hier als erste Ausführungsform bezeichnete Ausführung arbeitet mit dem Produkt aus dem Druckunterschied an der Öffnung und einem Korrekturfaktor, wobei der Korrekturfaktor sich bezieht auf den Druck in Strömungsrichtung unterhalb der Öffnung.
  • Ein Vorteil der obigen Ausbildung der Erfindung ist, daß sich eine genauere Feedbacksteuerung der Abgasrückführung EGR erreichen läßt.
  • Ein weiterer Vorteil der oben beschriebenen Ausbildung der Erfindung ist, daß die genauere Feedbacksteuerung eine bessere Ausnützung des Kraftstoffs und bessere Fahreigenschaften verleiht.
  • Die oben beschriebene Ausbildung der Erfindung ergibt weiter noch den Vorteil geringerer Emissionen dank ständiger Feedback-Regelungsmöglichkeit.
  • Schließlich ist es ein Vorteil der oben beschriebenen Ausbildung der Erfindung, daß die Druckmessung in Strömungsrichtung unterhalb der Meßöffnung den doppelten Zweck erfüllt, einen Korrekturfaktor für die EGR-Strömung zu liefern und für andere Zwecke noch den Druck am Stutzen zu messen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine zweite Korrektur verwendet, um das Meßsystem noch weiter zu verbessern durch ein Verfahren zum Messen der Strömung von einem Motorauspuff zu einem Motoreinlaß, wobei die Strömung durch ein Strömungsregelventil und anschließend durch eine Öffnung mit unveränderlichem Querschnitt verläuft. Das Verfahren beinhaltet, daß ein Druckunterschied an der Meßöffnung bestimmt wird, ein für den Stutzendruck kennzeichnender Druck in Strömungsrichtung unterhalb der Meßöffnung gemessen wird, eine auf dem genannten Druck unterhalb der Meßöffnung und dem genannten Differenzdruck basierende Druck- und Temperaturkorrektur berechnet wird und eine auf dem genannten Druck unterhalb der Meßöffnung, dem genannten Differenzdruck und dem genannten Korrekturwert basierende Strömung berechnet wird.
  • Bei der Anordnung, bei der das Strömungsregelventil in Strömungsrichtung oberhalb und die Meßöffnung in Strömungsrichtung unterhalb angeordnet sind, beide zwischen dem Auspuffstutzen und dem Ansaugstutzen, umfaßt bei Anwendung des Stutzendrucks und des Druckabfalls an der Maßöffnung ein weiterer Näherungswert sowohl Druck- und Temperaturwirkungen infolge Expansion von kompressibler Strömung durch das Ventil. Diese nachstehend als zweite Ausführungsform bezeichnete Ausführung liefert gegenüber der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform ohne zusätzliche Meßsensoren erhöhte Genauigkeit. Bei der zweiten Ausführungsform wird ein weiterer Korrekturwert verwendet, der sowohl vom Differenzdruck an der Öffnung als auch vom Druck unterhalb der Öffnung abhängt. Auch ist hier eine Temperaturmessung oberhalb der Öffnung (unterhalb des Strömungsregelventils) entbehrlich.
  • Ein Vorteil der obigen Ausbildung der Erfindung ist, daß eine genauere Feedbacksteuerung der Abgasrückführung EGR erreicht wird.
  • Ein weiterer Vorteil der obigen Ausbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß die genauere Feedbackregelung bessere Ausnützung des Kraftstoffs und bessere Fahreigenschaften bewirkt.
  • Schließlich ist ein weiterer Vorteil der obengenannten Ausbildung der Erfindung, daß die konsequente Feedbackregelung geringere Emissionen gewährleistet.
  • Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird das angegebene Ziel erreicht und werden Nachteile des Standes der Technik ausgeschaltet durch ein Industrieprodukt, das ein Gehäuse, ein in dem genannten Gehäuse angeordnetes Strömungsregelventil, welches eine Öffnung variablen Querschnitts besitzt, die innerhalb einer Gasströmungsbahn angeordnet und an einen Einlaßabschnitt dieser Bahn angeschlossen ist, ferner eine Öffnung unveränderlichen Querschnitts innerhalb dieser Bahn und an einen Auslaßabschnitt dieser Bahn angeschlossen, einen ersten Differenzdrucksensor, angeschlossen an die genannte Öffnung unveränderlichen Querschnitts, um einen Differenzdruck an der genannten Öffnung unveränderlichen Querschnitts zu messen, und einen zweiten, zum Messen des Auslaßdrucks an den genannten Auslaßstutzen gekoppelten Drucksensor aufweist.
  • Ein Vorteil der obigen Ausbildung der Erfindung ist, daß eine genauere Feedbackregelung der Strömung erzielt wird.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Leser der Beschreibung ohne weiteres.
  • Die hier beschriebenen Ausgestaltungen und deren Vorteile werden deutlicher erkennbar anhand der Beschreibung einer die Erfindung zweckmäßig nutzenden Ausführungsform, die nachstehend als bevorzugte Ausführungsform bezeichnet wird. Dabei wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, die folgendes darstellen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Motors, an dem die Erfindung vorteilhafterweise einsetzbar ist;
  • 2A und 2B zwei weitere Ausbildungsformen der Erfindung; und
  • 3–5 Ablaufdiagramme verschiedener Routinen für die Steuerung der Rückführungsströmung EGR in häherer Programmiersprache.
  • Der Verbrennungsmotor 10, der mehrere Zylinder aufweist, von denen einer in 1 gezeichnet ist, wird durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 weist eine Verbrennungskammer 30 und Zylinderwände 32 mit darin befindlichem Kolben 36 auf, der mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Verbrennungskammer 30 steht mit dem Ansaugstutzen 44 bzw. dem Auspuffstutzen 48 über ein zugeordnetes Ansaugventil 52 bzw. Auspuffventil 54 in Verbindung. Der Abgas-Sauerstoffsensor 16 ist an den Auspuffstutzen 48 des Motors 10 oberhalb des Katalysators 20 angeschlossen.
  • Der Ansaugstutzen 44 ist über die Drosselklappe 66 mit dem Drosselklappengehäuse 64 verbunden. In den Ansaugstutzen 44 mündet außerdem eine Kraftstoffeinspritzdüse 68, die dazu dient, Kraftstoff entsprechend der von der Regelung 12 gesteuerten Impulsdauer (fpw) abzugeben. Der Kraftstoff wird der Einspritzdüse 68 von einem (nicht gezeigten) Kraftstoffsystem mit Kraftstofftank, Kraftstoffpumpe und Kraftstoffrail zugeführt. Ferner besitzt der Motor ein übliches verteilerloses Zündsystem 88, um der Verbrennungskammer 30 über die Zündkerze 92 nach Maßgabe der Regelung 12 den Zündfunken zu liefern. Bei der hier beschriebenen Ausführung ist die Regelung 12 ein üblicher Mikrocomputer, bestehend aus: Mikroprozessor 102, Eingangs/Ausgangskanälen 104, elektronischem Speicherchip 106, bei dem es sich im speziellen Beispiel um einen elektronisch programmierbaren Speicher handelt, Speicher 108 mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und einem üblichen Datenbus.
  • Der Regler 12 empfängt unterschiedliche Signale aus den mit dem Motor 10 gekoppelten Meßsonden, zusätzlich zu den zuvor genannten Signalen, und zwar: Luftmassenstrom (MAF) von dem mit dem Drosselklappengehäuse 14 verbundenen Luftmassenstrom-Sensor 110; Temperatur des Motorkühlmittels (ECT) von dem mit dem Kühlwassermantel 114 verbundenen Temperatursensor 112; eine Messung des Stutzendrucks (MAP) von einem mit dem Ansaugstutzen 44 verbundenen Ansaugdrucksensor 116; eine Messung der Drosselstellung (TP) von dem mit der Drosselklappe gekoppelten Drosselstellungssensor und ein die Motordrehzahl (N) anzeigendes Zündprofilpickupsignal (PIP) von dem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten Halleffektsensor 118.
  • Das Abgas wird dem Ansaugstutzen 44 durch ein übliches, mit dem Auspuffstutzen 48 verbundenes EGR-Rohr 202, eine EGR-Ventilanordnung 200 und eine EGR-Öffnung 205 zugeleitet. Andererseits könnte das Rohr 202 auch als innengeführter Durchlaß in dem Motor ausgebildet sein, der die Verbindung zwischen dem Auspuffstutzen 48 und dem Ansaugstutzen 44 herstellt. Der Strömungssensor 206 ist zwischen der Ventilanordnung 200 und der Öffnung 205 mit dem EGR-Rohr 202 verbunden. Der Strömungssensor 206 steht außerdem mit dem Ansaugstutzen 44 in Verbindung. Anders ausgedrückt: Das Auspuffgas fließt von dem Auspuffstutzen 44 zunächst durch die Ventilanordnung 200, dann durch die EGR-Öffnung 205 zu dem Ansaugstutzen 44. Man kann dann sagen, daß die EGR-Ventilanordnung 200 sich in Strömungsrichtung oberhalb der Öffnung 205 befindet.
  • Der Strömungssensor 206 übermittelt eine Messung des Stutzendrucks (MAP) und des Druckabfalls an der Öffnung 205 (DP) an den Regler 12. Die Signale MAP und DP werden dann benutzt, um in später unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 zu beschreibender Weise die EGR-Strömung zu berechnen. Die EGR-Ventilanordnung 200 hat eine (nicht gezeichnete) Ventilstellung zum Steuern einer variablen Querschnittsverkleinerung in dem EGR-Rohr 202, wodurch die EGR-Strömung gesteuert wird. Die EGR-Ventilanordnung 200 kann entweder die EGR-Strömung durch das Rohr 202 minimal einschränken oder die EGR-Strömung durch das Rohr 202 vollständig unterbinden. Der Unterdruckregler 224 ist mit der EGR-Ventilanordnung 200 gekoppelt. Der Unterdruckregler 224 nimmt ein Betätigungssignal (226) von dem Regler 12 auf, um die Ventilstellung der EGR-Ventilanordnung 200 zu steuern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die EGR-Ventilanordnung 200 ein durch Unterdruck betätigtes Ventil. Jedoch kann, wie dem Fachmann bekannt, ein Strömungssteuerventil beliebiger Art verwendet werden, beispielsweise ein elektromagnetisch oder ein von einem Schrittmotor betätigtes Ventil.
  • In den 2A und 2B, insbesondere in 2A, ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der das Gehäuse 250 einen Kanal 252 mit Einlaßende 254 und Auslaßende 256 zeigt. Die veränderbare Öffnung 258 wird durch den Zapfen 260 des Ventils 200 gesteuert. Das Gehäuse 250 enthält ferner den Unterdruckregler 224, der mit dem Ventil 200 gekoppelt ist und dadurch den Zapfen verstellt. Der Weg 252 weist ferner eine mit dem Auslaßende 256 gekoppelte Öffnung 205 auf. Der Differenzdrucksensor 262 mißt den Druckunterschied an der Öffnung 205 und liefert das Differenzdrucksignal 266 in den Schaltkreis 268. Der Drucksensor 264 steht über den Meßweg 269 mit dem Auslaßende 256 in Verbindung und mißt den Druck in Strömungsrichtung unterhalb der Öffnung 205 und liefert das Drucksignal 270 an den Schaltkreis 268. Die Schaltung 268 berechnet entweder digital mittels fachüblicher Mikroprozessorkreise oder fachüblicher analoger Schaltkreise das Produkt aus den Signalen 266 und 270. Die Schaltung 268 liefert das Ergebnis dieser Berechnung dann in Form eines Signals 272.
  • In einer anderen, in 2B dargestellten Ausführungsform stehen der Differenzsensor 262 und der Sensor 264 mit der (nicht gezeichneten) abwärts gerichteten Strömung über den zweiten Verbindungsweg 274 in Verbindung. Bei dieser Ausbildung können die Wege 256 und 274 an einen Ansaugstutzen eines Verbrennungsmotors angeschlossen werden. Dann stehen die Wege 274 und 256 über den Einlaßstutzen in Strömungsverbindung. Eine derartige Anordnung ist zu bevorzugen, wenn die Schaltung 268 auch das Signal 276 liefert, das den von dem Fühler 264 gemessenen Druck wiedergibt.
  • In 3 ist ein Programm zur Berechnung der EGR-Strömung (EM) dargestellt. Im Schritt 210 wird das Signal MAP von der Regelung 12 vom Sensor 206 gelesen und gibt ein Maß für den Druck in Strömungsrichtung unterhalb der Öffnung 205. Danach wird in Schritt 212 der Differenzdruck DP an der Öffnung 205 durch den Regler 12 von dem Sensor 206 gelesen. In Schritt 214 wird ein Korrekturfaktor CF1, der teilweise die Kompressibilitäts-Wirkungen der EGR-Strömung berücksichtigt, als von dem Signal MAP gemessener absoluter Druck berechnet. Andererseits würde, wenn der in Schritt 210 in Strömungsrichtung unterhalb gemessene Druck einen Druck gegenüber Atmosphärendruck bedeutete, der Korrekturfaktor CF1 als Summe des Drucks relativ zu Atmosphärendruck plus absoluter Druck gegen Atmosphärendruck berechnet. Dann wird in Schritt 216 die EGR-Strömung, EM, als Quadratwurzel des Produkts aus Korrekturfaktor CF1, Differenzdruck DP und Konstante K berechnet. Die Konstante K stellt ein Eichglied dar, das die Umrechnung der verschiedenen Einheiten und die Fläche der Öffnung 205 berücksichtigt. Auf diese Weise werden Druck- und Temperatureinflüsse infolge der Expansion der EGR-Strömung durch das Ventil 200 ausreichend aufgehoben und wird der Meßfehler verringert.
  • Das in 3 beschriebene Programm verwertet die Art der Strömung infolge der Expansion zunächst durch das Strömungsregelventil 200 und anschließend durch die Öffnung 205, wobei die Quelle der Strömung der Auspuffstutzen 48 und die Senke der Ansaugstutzen 44 des Verbrennungsmotors 10 ist. Wegen der typischen Bereiche von Druck und Temperatur am Auspuffstutzen und Druck am Einlaßstutzen (MAP) kann die EGR-Strömung angenähert ausgedrückt werden durch Verwendung des Produktes aus dem Druckunterschied (DP) an der Öffnung 205 und dem Druck (MAP) in Strömungsrichtung unterhalb der Öffnung 205, ohne daß die Temperatur in Strömungsrichtung oberhalb der Öffnung 205 (unterhalb des Strömungsregelventils 200) gemessen werden müßte.
  • In 4 ist demgegenüber ein anderes Programm zur Berechnung der EGR-Strömung (EM) dargestellt. In Schritt 310 wird das Signal MAP durch den Regler 12 von dem Sensor 206 gelesen und gibt ein Maß für den Druck unterhalb der Öffnung 205. Danach wird in Schritt 312 der Differenzdruck, DP, an der Öffnung 205 durch den Sensor 206 von dem Regler 12 gelesen. In Schritt 314 wird ein Korrekturfaktor, CF1, der teilweise den Kompressibilitätseffekt der EGR-Strömung berücksichtigt, berechnet als der von dem Signal MAP gemessene absolute Druck. Andererseits würde, wenn der in Schritt 310 gemessene in Strömungsrichtung unterhalb gemessene Druck ein auf Atmosphärendruck bezogener Druck wäre, der Korrekturfaktor CF1 berechnet als Summe des auf Atmosphärendruck bezogenen Drucks plus durch die Atmosphäre ausgeübtem Druck. In Schritt 316 wird dann der Korrekturfaktor CF2 als Funktion sowohl des Differenzdrucks DP als auch des in Strömungsrichtung unterhalb gemessenen Drucks MAP berechnet, worin k das Verhältnis der spezifischen Wärmen des Auspuffgases darstellt. Der Korrekturfaktor CF2 berücksichtigt ferner die Auswirkungen der Kompressibilität der EGR-Strömung. Danach wird in Schritt 318 der Korrekturfaktor CF3 berechnet als Funktion der Strömung durch den Motor, MAF. Der Korrekturfaktor CF3 berücksichtigt Variationen des Auspuffdrucks. Die Funktion h stellt eine Funktion dar, die den Luftstrom durch den Motor (MAF) in Beziehung setzt zu dem Auspuffdruck, und wird experimentell bestimmt. Außerdem kann die Funktion h auch eine Korrektur für den Luftdruck umfassen. Mit anderen Worten, der Auslaßdruck wird berechnet als Funktion sowohl von MAF als auch vom Luftdruck. Die Wirkung des barometrischen Drucks auf den Auspuffdruck wird ebenfalls experimentell bestimmt. Der Luftdruck kann entweder gemessen oder nach allgemein bekannten Verfahren bestimmt werden. Dann wird in Schritt 320 die EGR-Strömung, EM, berechnet als Funktion der Korrekturfaktoren CF1, CF2, CF3, Differenzdruck DP und Konstante K. Auf diese Weise werden unter zusätzlicher Komplexität Druck- und Temperatureffekte, die auf die Expansion der EGR-Strömung durch das Ventil 200 zurückzuführen sind, weiter reduziert, und der Meßfehler wird weiter herabgesetzt.
  • In 5 wird ein Programm für die Regelung der EGR-Strömung beschrieben. In Schritt 410 wird die gewünschte EGR-Strömung DESEM, als Funktion der Betriebsbedingungen des Motors, einschließlich Motordrehzahl (bestimmt aus dem Signal PIP) und Luftstrom (MAF) berechnet. Dann wird der gemäß 3 oder 4 ermittelte Wert von EM von DESEM subtrahiert, um ein Fehlersignal, ERROR, zu erzeugen. In Schritt 414 wird dann das Betätigungssignal 226 berechnet als Funktion (f) des Signals ERROR. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Funktion (f) eine PID-Regelung dar. Statt dessen kann die Funktion (f) eine beliebige Art von Feedback oder Feedforward-Regelung an sich bekannter Art darstellen.
  • Damit ist die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform abgeschlossen. Der Fachmann wird sich anhand dieser Beschreibung zahlreiche Abänderungen und abweichende Ausführungen vorstellen können, die im Rahmen der Erfindung liegen. Der Umfang der Erfindung soll daher durch die nachfolgenden Patentansprüche bestimmt sein.

Claims (20)

  1. Strömungsmeß-System zum Messen der Abgasströmung von einem Abgasstutzen eines Verbrennungsmotors zu einem Einlaßstutzen des Motors, mit: einem Strömungsregelventil mit variabler Öffnung, angeordnet in einer Abgasrückführungsbahn zwischen dem Abgasstutzen und dem Einlaßstutzen des Motors, einem Bereich mit unveränderlicher Meßöffnung in der genannten Bahn und stromab des genannten Ventils, und einem Rechner zum Messen eines ersten Drucks stromab der genannten Meßöffnung, zum Messen eines Differenzdrucks über die genannte Meßöffnung und zum Berechnen eines Massenstroms, basierend auf dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck.
  2. System nach Anspruch 1, worin der genannte Rechner den genannten Strom, basierend auf einem Produkt aus dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck berechnet.
  3. System nach Anspruch 1, worin der genannte Rechner den genannten Strom, basierend auf dem Produkt aus dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck, multipliziert mit einer Funktion einer Summe aus dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck berechnet.
  4. System nach Anspruch 3, worin die genannte Funktion eine Potenzfunktion ist, wobei die genannte Potenz in Beziehung zu einer Eigenschaft des Abgases steht.
  5. System nach Anspruch 1, worin der genannte Rechner außerdem das genannte Strömungsregelventil steuert, basierend auf dem genannten berechneten Massenstrom.
  6. System nach Anspruch 5, worin der genannte Rechner außerdem einen Soll-Rückführungsstrom berechnet, basierend auf Betriebsdaten des Motors, und das genannte Strömungsregelventil, basierend auf dem genannten Soll-Rückführungsstrom und dem genannten berechneten Massenstrom steuert.
  7. System nach Anspruch 6, worin der genannte Rechner den genannten Strom, basierend auf einem Produkt aus dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck berechnet.
  8. System nach Anspruch 6, worin der genannte Rechner den genannten Strom, basierend auf einem Produkt aus dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck, multipliziert mit einer Funktion einer Summe aus dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck berechnet.
  9. System nach Anspruch 8, worin die genannte Funktion eine Potenzfunktion ist und die genannte Potenz in Beziehung zu einer Abgaseigenschaft steht.
  10. System nach Anspruch 7, worin der genannte Rechner den genannten Strom, basierend auf einer Quadratwurzel aus dem genannten Produkt aus dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck berechnet.
  11. System nach Anspruch 8, worin der genannte Rechner den genannten Strom, basierend auf einer Quadratwurzel aus dem genannten Produkt aus dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck, multipliziert mit der genannten Funktion der Summe aus dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck berechnet.
  12. Industrieprodukt, umfassend: ein Gehäuse, ein in dem genannten Gehäuse befindliches Strömungsregelventil, das eine Öffnung variablen Querschnitts innerhalb einer Gasströmungsbahn aufweist und mit einem Einlaßabschnitt der genannten Bahn verbunden ist, eine Meßöffnung unveränderlichen Querschnitts, angeordnet innerhalb der Bahn und verbunden mit einem Auslaßabschnitt der genannten Bahn, einen ersten, mit der genannten Meßöffnung unveränderlichen Querschnitts verbundenen Differenzdrucksensor zum Messen eines Differenzdrucks über die genannte Meßöffnung unveränderlichen Querschnitts, und einen zweiten, mit dem genannten Auslaßabschnitt verbundenen Drucksensor zum Messen des Auslaßdrucks.
  13. Industrieprodukt nach Anspruch 12, außerdem umfassend eine Schaltung zum Erzeugen eines Signals, das für ein Produkt aus dem genannten Differenzdruck und dem genannten Auslaßdruck, basierend auf dem genannten ersten Sensor und dem genannten zweiten Sensor, steht.
  14. Industrieprodukt nach Anspruch 12, außerdem umfassend eine Schaltung zum Erzeugen eines Signals, das für eine Quadratwurzel aus dem genannten Produkt aus dem genannten Differenzdruck und dem Auslaßdruck, basierend auf dem ersten Sensor und dem genannten zweiten Sensor, steht.
  15. Verfahren zum Messen einer Strömung von einem Motorauslaß zu einem Motoreinlaß, die durch ein Strömungsregelventil und anschließend durch eine Meßöffnung mit unveränderlichem Querschnitt verläuft, mit folgenden Schritten: Messen eines Druckunterschieds über die Meßöffnung, Messen eines für den Stutzendruck kennzeichnenden, in Strömungsrichtung unterhalb der Meßöffnung herrschenden Drucks, Berechnen einer Druck- und Temperaturkorrektur, basierend auf dem genannten in Strömungsrichtung unterhalb herrschenden Drucks und dem genannten Differenzdruck, und Berechnen einer Strömung, basierend auf dem genannten in Strömungsrichtung unterhalb herrschenden Druck, dem genannten Differenzdruck und der genannten Korrektur.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, worin der genannte Schritt der Berechnung der Druck- und Temperaturkorrektur außerdem den Schritt umfaßt, die genannte Druck- und Temperaturkorrektur, basierend auf einer Funktion einer Summe aus dem genannten in Strömungsrichtung unterhalb herrschenden Druck und dem genannten Differenzdruck zu berechnen.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, ferner den Schritt umfassend: Veränderung der genannten berechneten Strömung, basierend auf der Luftströmung des Motors.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, ferner den Schritt umfassend: Veränderung der genannten berechneten Strömung, basierend auf dem Wert des Luftdrucks.
  19. Verfahren nach Anspruch 15, ferner den Schritt umfassend: die Steuerung des Strömungsregelventils, basierend auf der genannten berechneten Strömung.
  20. Verfahren nach Anspruch 16, worin es sich bei der genannten Funktion um eine Potenzfunktion handelt, wobei die Potenz sich auf eine Abgaseigenschaft bezieht.
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