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Dokumentenidentifikation DE69921023T2 24.02.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000965740
Titel Turboladersteuersystem für aufgeladene Verbrennungsmotoren, die mit einem geregelten Abgasrückführungssystem ausgerüstet sind
Anmelder Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa, JP
Erfinder Yoshida, Junichiro, Yokohama-shi, Kanagawa 230-0074, JP;
Sakamoto, Hiroki, Yokohama-shi, Kanagawa 233-0002, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69921023
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.06.1999
EP-Aktenzeichen 991113598
EP-Offenlegungsdatum 22.12.1999
EP date of grant 13.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.02.2005
IPC-Hauptklasse F02B 37/24
IPC-Nebenklasse F02D 21/08   F02D 33/02   C25B 11/12   E21B 43/10   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen eines Turbolade-Regelungssystems für einen Verbrennungsmotor mit Turbolader, der mit einem Abgasrückführungsregelungssystem ausgerüstet ist, und besonders Techniken der Kreuzkorrelation zwischen der Abgasrückführungsregelung (EGR, exhaust gas recirculation, Abgasrückführung) und der Turbolade-Regelung während EGR-Zuführung insbesondere bei Dieselmotoren, die mit einem Turbolader mit variabler Einstellung und mit einem Abgasrückführungssystem ausgerüstet sind.

Beschreibung des Stands der Technik

Ein Verbrennungsmotor früherer Bauart wird oft ausgerüstet mit einem Turbolader mit variabler Einstellung (oft ein "Turbolader mit variabler Düse" genannt), bei dem ein Einlassöffnungsbereich (oder die Größe einer Öffnung) zwischen jeweils zwei benachbarten Flügeln oder Lamellen eines Turbinenrads abhängig von den Motorbetriebszuständen variabel gesteuert wird. Eine solche variable Düsensteuerungsvorrichtung wurde offengelegt in der japanischen Patentvorveröffentlichung Nr. 58-176417. Andererseits haben fast alle Autoverbrennungsmotoren Abgasrückführungssysteme, die benutzt werden, um die Emission von Stickoxiden (NOx) von den Abgasen mittels eines Abfalls der Verbrennungstemperatur zu reduzieren, was durch Rückführung eines Teils der inerten Abgase über einen Einlassverteiler bewirkt wird. Ein solches EGR-System ist in der japanischen Patentvorveröffentlichung Nr. 60-230555 offengelegt worden. Einerseits ist EGR nützlich, um die Bildung von NOx zu verringern. Andererseits verschlechtert unerwünscht überschüssige EGR die Verbrennung, verringert dadurch die Leistungsabgabe des Motors und reduziert auch die Fahreignung des Fahrzeugs. In den vergangenen Jahren ist es wünschenswert geworden, eine hochgenaue EGR-Regelung zu erzielen unter Beachtung verschiedener Faktoren, nämlich der Motortemperatur (während eines Kaltstarts, während der Aufwärmzeit oder im aufgewärmten Zustand des Motors), der reduzierten, effektiven Öffnung eines EGR-Regelungsventils, die aufgrund von an dem EGR-Regelungsventil anhaftendem Schmieröl (Motoröl) oder Verbrennungsrückständen (Kohleablagerungen) vorkommt, den Veränderungen einer Einlassluftströmungsrate, die sich aufgrund von Veränderungen der Luftdichte ergeben, welche sich aus einer Veränderung der Umgebung von einer Fahrt in einer Tiefebene zu einer Fahrt im Hochland bei konstanter Motordrehgeschwindigkeit und Last ableiten, und der Verzögerung im Ladedruck (häufig "Turbo-Verzögerung" genannt) bei Motoren mit Turbolader im Übergangszustand, wie bei einem Übergang von normaler Geradeaus-Fahrt zu heftiger Fahrzeugbeschleunigung.

Zusammenfassung der Erfindung

Bisher gibt es keine Technik für Kreuzkorrelation zwischen der auf ein EGR-System wirkenden Abgasrückführungsregelung (EGR) und der auf einen Turbolader mit variabler Einstellung bei EGR-Zuführung wirkenden Turbosuperlade-Regelung (einfach: Turbolade-Regelung). Benzinmotoren nutzen eine vergleichsweise kleine Menge von EGR, so dass die Rate des zurückgeführten Abgases (einfach: die EGR-Rate) innerhalb eines vergleichsweise kleinen EGR-Ratenbereichs geeignet reguliert wird. Ein Turbosuperladezustand des Benzinmotors wird nicht so durch Abgasrückführung (EGR) beeinflusst. Im Gegensatz dazu verändert sich bei Dieselmotoren mit Turbolader, bei denen die EGR-Rate von einer vorbestimmten minimalen EGR-Rate (mit geschlossenem EGR-Regelungsventil) zu einer vorbestimmten maximalen EGR-Rate, bei der die Menge von EGR nahezu gleich der tatsächlich zugeführten Frischluftströmungsrate (der tatsächlichen Einlassluftströmungsrate) im weiten Bereich reguliert wird, die Abgasströmungsrate beträchtlich aufgrund der Veränderungen der EGR-Rate. Z. B. reduziert eine stark vergrößerte EGR-Rate die Abgasströmungsrate, wodurch die Energiezufuhr (einströmende Abgasströmung) zum Turbinenrad reduziert wird. Solch ein stark vergrößertes EGR hat einen großen Einfluss (d. h. einen bemerkenswerten Abfall im Ladedruck) auf den Turboladezustand. In diesem Fall ist es wünschenswert, die geregelte Menge (die Regelungsvariable) eines Strömungsratendrosselungsgrads oder eines Strömungsratenbegrenzungsgrads der Einlassseite des Turbinenrads des Turboladers zu vergrößern, (mit anderen Worten: die Größe der Öffnung der Einlassseite des Turbinenrads zu verringern), um so den durch den Turbolader erzeugten Ladedruck anzuheben. Allgemein wird eine gewünschte EGR-Rate für jeden Motorbetriebszustand unterschiedlich von anderen abhängig von der Motordrehgeschwindigkeit und der Belastung voreingestellt oder vorprogrammiert. Was Veränderungen in der gewünschten EGR-Rate betrifft, die für jeden Betriebsbereich vorbestimmt ist, ist es möglich, eine gewünschte Regelungsgröße des Turboladebetriebs des Turboladers, einfach gesagt eine Turbolade-Regelungsgröße, in Korrespondenz zu einer voreingestellten EGR-Rate für jeden Motorbetriebsbereich einzustellen. Ein solches System wurde offengelegt in der Patentveröffentlichung WO 96/32583. Jedoch besteht eine wachsende Tendenz eines unerwünschten Anstiegs des Ladedrucks während Übergangszuständen (vielmehr als während statischen Betriebszuständen), z. B. in einem Übergangszustand von Beschleunigung nach Kaltstart bis zum Abschluss des Aufwärmens des Motors. Wenn eingegebene Informationsdaten (Motordrehgeschwindigkeit, Motorbelastung, Motortemperatur und Ähnliches) innerhalb der jeweiligen EGR-Zulassungszonen oder -bereiche während einer Beschleunigungsoperation des kalten Dieselmotors oder während Start und Aufwärmen vom kalten Zustand liegen, wird die EGR-Rate abnehmend korrigiert oder EGR wird fast ganz gestoppt. In solch einem Übergangszustand, in dem eine vergrößerte Tendenz besteht, zwischen dem EGR-Zulassungsmode und dem EGR-Unterdrückungsmode umzuschalten, und unter der Annahme, dass die Turbolade-Regelung entsprechend einer relativ großen EGR-Rate ausgeführt wird, die für einen warmen Zustand des Motors geeignet ist, und somit die Regelungsgröße des Strömungsbegrenzungsgrads der Einlassseite des Turboladers in Richtung auf einen ansteigenden Ladedruck reguliert wird, gibt es eine Tendenz zu einem übermäßigen Anstieg des Ladedrucks. Danach werden beim Beschleunigen des Motors/Fahrzeugs die eingegebenen Informationsdaten wie Motortemperatur (oder Motorkühlmitteltemperatur), Motordrehgeschwindigkeit, Motorbelastung und Ähnliches außerhalb der EGR-Zulassungszone liegen und werden zu der EGR-Unterdrückungszone überführt, in welcher ein EGR-Mode unterdrückt wird. Bei einer solchen EGR-Unterdrückung neigt der Ladedruck dann, wenn die Regelungsgröße des Strömungsbegrenzungsgrads der Einlassseite des Turboladers groß gehalten bleibt, zu einem weiteren Anstieg aufgrund der angestiegenen Abgasströmung. Ferner gibt es ein Problem der gegenseitigen Beeinflussung (unerwünschte Regelungsschwingungen) zwischen dem EGR-Regelungssystem und dem Turbolade-Regelungssystem, wenn eine rückwirkende Regelung hinsichtlich des Turboladers während der Ausführung der EGR-Regelung oder während einer EGR-Zuführung durchgeführt wird. Ein bestimmtes Verfahren für die Bereitstellung einer stabilen Systemregelung und zum Vermeiden unerwünschter Regelungsschwingungen ist, die rückwirkende Regelung für den Turbolader nur während der Unterdrückung von EGR (oder nur in einem EGR-freien Bereich) auszuführen. Falls jedoch eine Rückwirkungskorrektur für die Turbolade-Regelungsgröße von einem Zeitpunkt aus geführt wird, an dem während des Übergangsbetriebszustands zu einem EGR-freien Bereich gewechselt wird, und wenn dann das Turbolade-Regelungssystem beginnt, den Ladedruck abnehmend zu korrigieren, kann es eine vergleichsweise große Verzögerung der Reaktionszeit geben. Aufgrund der Verzögerung der Reaktionszeit kann der Anstieg des Ladedrucks nicht zeitlich angemessen unterdrückt werden. Wie oben diskutiert, ist es im angegebenen Übergangszustand schwierig, eine befriedigende Kreuzkorrelationsregelung zwischen dem EGR-Regelungssystem und dem Turbolader mit variabler Einstellung während der EGR-Zuführung nur mittels rückwirkender Regelung zu erreichen.

Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, ein Turbolade-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor mit Turbolader vorzusehen, der mit einem Abgasrückführungssystem ausgerüstet ist, welches die oben angeführten Nachteile nach dem Stand der Technik vermeidet.

Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein Turbolade-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, das mit einem Turbolader mit variabler Einstellung und mit einem Abgasrückführungssystem ausgerüstet ist, das in der Lage ist, eine angemessene Turbolade-Leistung ohne Rücksicht auf einen Übergangsbetriebszustand oder einen statischen Betriebszustand vorzusehen, durch Regelung des Turboladers mit variabler Einstellung in Korrelation mit der EGR-Regelung.

Die angegebenen und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht durch ein Turbolade-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor mit Turbolader nach Anspruch 1.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Turbolade-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor mit Turbolader, das mit einem Abgasrückführungssystem ausgerüstet ist, welches einen Teil des inerten Abgases in vorbestimmten Betriebszuständen des Motors durch den Motor zurückführt, einen Turbolader mit variabler Einstellung, welcher den Turboladezustand variabel einstellt, Sensoren, welche die Betriebszustände des Motors erkennen, eine Turbolade-Regelungseinheit, die konfiguriert ist, um mit den Sensoren und dem Turbolader mit variabler Einstellung zwecks automatischer Korrektur des Turboladezustands elektronisch verbunden zu sein, wobei die Turbolade-Regelungseinheit umfasst: einen arithmetischen Berechnungsabschnitt der gewünschten EGR-Rate, der die gewünschte EGR-Rate als Funktion eines ersten, vorbestimmten Motorbetriebszustands der durch die Sensoren erkannten Betriebszustände arithmetisch berechnet, einen arithmetischen Berechnungsabschnitt der gewünschten Turbolade-Regelungsgröße, der die gewünschte Turbolade-Regelungsgröße des Turbolader mit variabler Einstellung als Funktion des ersten, vorbestimmten Motorbetriebszustands arithmetisch berechnet, einen Korrekturabschnitt der gewünschten EGR-Rate, der die gewünschte EGR-Rate korrigiert, und einen Korrekturabschnitt der gewünschten Turbolade-Regelungsgröße, der die gewünschte Turbolade-Regelungsgröße als Reaktion auf die an der gewünschten EGR-Rate durch den Korrekturabschnitt der gewünschten EGR-Rate durchgeführten Korrektur korrigiert.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung arbeitet ein Verfahren für die Regelung eines Turboladers mit variabler Einstellung, der in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, wie in Anspruch 9 beschrieben.

Nach einem noch anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren für die Regelung eines Turboladers mit variabler Einstellung, der in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, wobei der Motor ein Abgasrückführungsregelungssystem, das einen Teil des inerten Abgases durch den Motor zurückführt und Sensoren hat, welche die Betriebszustände des Motors erkennen, ein Luftstrommesswerk, das die tatsächliche Lufteinlassströmungsrate erkennt, und eine elektronische Regelungseinheit hat, die konfiguriert ist, um mit den Sensoren, dem Luftstrommesswerk und dem Turbolader mit variabler Einstellung elektronisch verbunden zu sein für die automatische Regulierung des Turboladezustands des Turboladers mit variabler Einstellung, wobei das Verfahren umfasst: arithmetische Berechnung einer gewünschten EGR-Rate als Funktion eines ersten, vorbestimmten Motorbetriebszustands der Betriebszustände, die von den Sensoren erkannt werden, arithmetische Berechnung einer gewünschten Turbolade-Regelungsgröße des Turboladers mit variabler Einstellung als Funktion des ersten, vorbestimmten Motorbetriebszustands, Korrigieren der gewünschten EGR-Rate, Korrigieren der gewünschten Turbolade-Regelungsgröße als Reaktion auf die Korrekturen, die an der gewünschten EGR-Rate durchgeführt werden, wobei die Korrektur, die an der gewünschten Turbolade-Regelungsgröße als Reaktion auf die an der gewünschten EGR-Rate durchgeführten Korrekturen durchgeführt wird, ausgeführt wird als eine Korrekturaktion, die an einer vorwärts geführten Regelungsgröße ausgeführt wird, Abschätzen eines gewünschten Werts des Turboladezustands, arithmetische Berechnung eines Rückwirkungskorrekturwerts durch Vergleich des gewünschten Werts des Turboladezustands mit der tatsächlichen Lufteinlassströmungsrate, Ausführen der Rückwirkungskorrektur hinsichtlich der vorwärts geführten Regelungsgröße unter Verwendung des Rückwirkungskorrekturwerts (DUTS) unter einem vorbestimmten Betriebszustands des Motors.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Systemdiagramm, das eine Ausführungsform eines Turbolade-Regelungssystems der Erfindung veranschaulicht.

2 ist ein Blockdiagramm, das die Regelung und den Signaldatenfluss während der automatischen Turbolade-Regelung mit variabler Einstelldüse nach der Erfindung veranschaulicht.

3 ist ein Flussdiagramm, das die arithmetische Berechnung einer endgültigen, gewünschten Lufteinlassströmungsrate (QCSSP2) veranschaulicht, die für die Turbolade-Regelung notwendig ist.

4 zeigt eine erste Stufe einer arithmetischen Berechnungsroutine für einen Schaltverhältnisbasiswert, der notwendig ist, die Einlassöffnung einer Turbine mit variablen Flügeln eines Turboladers mit variabler Düse zu steuern, welche mit einer in 1 gezeigten elektronischen Regelungseinheit (ECU) verbunden ist.

5 ist eine weitere Stufe der arithmetischen Berechnungsroutine für den Schaltverhältnisbasiswert, die auf das in 4 gezeigte Flussdiagramm folgt.

6 ist eine erste Stufe einer arithmetischen Berechnungsroutine für einen endgültigen Schaltverhältniswert (LADUTY), der von der ECU ausgegeben wird.

7 ist eine weitere Stufe der arithmetischen Berechnungsroutine für den endgültigen Schaltverhältniswert (LADUTY).

8 ist ein schematisches Betriebsblockdiagramm, das die Funktion und Konstruktion des Turbolade-Regelungssystems und des EGR-Regelungssystems der Erfindung erläutert.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezug auf die Zeichnungen und besonders auf 1 wird nun das Turbolade-Regelungssystem der Erfindung beispielhaft dargestellt in einem turbogeladenen und zwischengekühlten Dieselmotor mit einem Turbolader mit variabler Düse (oder einem Turbolader mit variabler Einstellung) und einem Abgasrückführungsregelungssystem (EGR-System). Der Dieselmotor 1 ist elektronisch verbunden mit einem elektronisch konzentrierten Motorregelungssystem (ECCS) oder einem elektronischen Motorregelungssystem (ECU), welche in der Lage sind, verschiedene Motor-/Fahrzeugparameter über eine Anzahl von Motor-/Fahrzeugsensoren zu erfassen, um verschiedene Systeme und Vorrichtungen zu steuern, z. B. ein elektronisches Kraftstoffeinspriztsteuerungssystem, ein elektronisches Zündsystem, das EGR-Regelungssystem und den Turbolader mit variabler Einstellung, und um sicherzustellen, dass die Standards der Abgasemission und der Kraftstoffökonomie eingehalten werden. Wie in 1 gezeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 4 einen Turbolader mit variabler Einstellung, der häufig ein "Turbolader mit variabler Düse" genannt wird. Der Turbolader mit variabler Einstellung 4 umfasst ein Turbine 4a mit beweglichen Turbinenflügeln oder -lamellen und einer Kompressorpumpe 4B, um seinen Turboladezustand variabel einzustellen. Die Turbine 4a ist in einem Abgaskanal angeordnet, so dass das Turbinenrad durch das Abgas in Drehung versetzt wird, wohingegen die Kompressorpumpe 4B in einem Lufteinlasskanal (oder Zuführungskanal) 3 angeordnet ist. Das Turbinenrad hat denselben Schaft wie der Rotor der Kompressorpumpe und so wird die Kompressorpumpe in Synchronisation mit der Rotation des Turbinenrads angetrieben, um so einen hohen Druck der Frischluft zu produzieren, die durch ein Luftfilter 9 in den Einlasskanal 3 eingeführt wird. Die turbogeladene Luft wird in einen Zwischenkühler 11 geleitet, um so die turbogeladene Luft wieder abzukühlen und somit die Luftdichte zu verbessern. Der Turbolader 4 mit variabler Düse hat eine Vielzahl von beweglichen Turbinenflügeln oder -lamellen für variables Drosseln oder Begrenzen des Einlassöffnungsbereichs oder der Größe der Einlassöffnung der Turbine 4A. Um den Ladedruck zu vergrößern oder zu verringern, wird der Strömungsdrosselungsgrad oder der Strömungsbegrenzungsgrad eines jeden beweglichen Turbinenflügels mittels eines Stellglieds 5 eingestellt, welches mit den Turbinenflügeln gekoppelt ist. Tatsächlich ermöglicht das Stellglied der beweglichen Turbinenflügel, dass jeder Flügelwinkel derart verändert wird, dass das Abgas auf die Turbinenflügel oder -lamellen in einem bezeichneten Winkel und mit einer Geschwindigkeit auftrifft, welche für jeden Motordrehgeschwindigkeitsbereich geeignet sind. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Stellglied 5 ein mit Vakuum betriebenes Stellglied vom Membrantyp. Obgleich nicht deutlich gezeigt, umfasst das mit Vakuum betriebene Stellglied 5 eine Membraneinheit, eine Membrankammer und eine Antriebsstange, die mit den beweglichen Turbinenflügeln mechanisch verbunden ist. Der Hub der Antriebsstange wird mittels eines gesteuerten Vakuums gesteuert, welches der Membrankammer zugeführt wird. Das Vakuum wird produziert durch eine Vakuumpumpe 6, die nahe dem Motorzylinderblock angeordnet ist, und wird durch eine Vakuumleitung oder ein Vakuumrohr (ohne Bezugszeichen) über ein Einwegprüfventil 7 zu einem Vakuumreservoir 8 geleitet. Das in dem Reservoir 8 gespeicherte Vakuum wird zu einem im Schaltverhältnis gesteuerten elektromagnetischen Ventil 10 geführt. Die Membrankammer hat einen Signaleingang oder einen gesteuerten Vakuumeinlass, der mit einem Auslass des im Schaltverhältnis gesteuerten elektromagnetischen Ventils 10 verbunden ist, um das gesteuerte Vakuum in das mit Vakuum betriebene Stellglied 5 einzulassen. Wie aus der Verbindungslinie zwischen dem im Schaltverhältnis gesteuerten Ventil 10 und dem Luftfilter 9 zu erkennen ist, hat das im Schaltverhältnis gesteuerte Ventil 10 einen Einlass mit Atmosphärendruck, so dass der Einlass mit Atmosphärendruck (ein Entlüfter) in einem gesteuerten Schaltverhältnis oder mit einem gesteuerten Schaltfaktor, der von der ECU 14 bestimmt wird, zyklisch geöffnet und geschlossen wird. Das im Schaltverhältnis gesteuerte Ventil 10 ist vorgesehen, um das ankommende Vakuum mit der Atmosphäre auszudünnen. Somit wird Luft von teilweisem Vakuum (negativer Druck) in der Druckkammer des im Schaltverhältnis gesteuerten Ventils 10 mit der Atmosphäre von normalem Druck geeignet gemischt, und somit kann das abgegebene Vakuum (der gesteuerte negative Druck) von dem im Schaltverhältnis gesteuerten Ventil 10 auf eine Druckstufe angemessen reguliert werden, die höher als das ankommende Vakuum ist. Je niedriger eine Messung des Vakuums in der Membrankammer des mit Vakuum betriebenen Stellglieds 5 ist, desto größer ist der Hub der Antriebsstange des Stellglieds 5. Mit Anwachsen des gesteuerten Schaltverhältniswerts des pulsbreitenmodulierten Signals (des Regelungssignals), das dem im Schaltverhältnis gesteuertem Ventil 10 zugeführt wird, nimmt tatsächlich die Zuführungsrate des Atmosphärendrucks ab. Dies vergrößert das Vakuum, das an die Membrankammer des Stellglieds 5 abgegeben wird, und folglich nimmt der Strömungsbegrenzungsgrad der beweglichen Turbinenflügel der Turbine 4A zu. Mit anderen Worten: der Einlassöffnungsbereich der Turbine 4A wird reduziert. Wie oben beschrieben, vergrößert der vergrößerte Schaltverhältniswert des PWM-Signals, das dem im Schaltverhältnis gesteuerten Ventil 10 zugeführt wird, den Strömungsbegrenzungsgrad der Einlassseite der Turbine mit dem Ergebnis, dass die Abgasströmungsgeschwindigkeit zunimmt und damit der Ladedruck zunimmt. Wenn im Gegensatz der Schaltverhältnissignalwert abnimmt, der an das im Schaltverhältnis gesteuerte Ventil 10 abgegeben wird, dann nimmt die Zuführungsrate des Atmosphärendrucks zu. Dies verringert das Vakuum, das an die Membrankammer des Stellglieds 5 abgegeben wird, und somit nimmt der Strömungsbegrenzungsgrad der beweglichen Turbinenflügel der Turbine 4A ab. Wie oben diskutiert, wird ein verringerter Schaltverhältnissignalwert dazu verwendet, die Öffnung der Einlassseite der Turbine 4A mit beweglichen Turbinenflügeln zu vergrößern. Die vergrößerte Öffnung der Einlassseite der Turbine 4A mit beweglichen Turbinenflügeln reduziert die Abgasströmungsgeschwindigkeit, wodurch der Ladedruck reduziert wird. Wie in 1 zu sehen ist, umfasst das EGR-Regelungssystem der Ausführungsform einen Abgasrückführungskanal 12 (einfach als "EGR-Kanal" abgekürzt), der den Lufteinlasskanal 3 der stromabwärtigen Seite des Zwischenkühlers 11 mit dem Abgaskanal 2 des Motors 1 verbindet. Eine EGR-Regelungsventilvorrichtung 13 ist strömungsbezogen in der Mitte des EGR-Kanals 12 angeordnet. Die EGR-Regelungsventilvorrichtung 13 umfasst ein EGR-Regelungsventil und ein EGR-Ventilstellglied. Der EGR-Kanal 12 und die EGR-Regelungsventilvorrichtung 13 sind vorgesehen, um einen Teil das Abgases zurück durch den Ansaugverteiler oder den Einlasskanal 3 der stromabwärtigen Seite des Zwischenkühlers 11 zurückzuführen, wodurch die Produktion von Oxiden von Stickstoff (NOx) im Abgassystem reduziert wird. Das EGR-Ventilstellglied der EGR-Regelungsventilvorrichtung 13 ist mit dem EGR-Regelungsventil verbunden, um so die Öffnung des EGR-Regelungsventil einzustellen. Das EGR-Ventilstellglied umfasst gewöhnlich einen Schrittmotor (auch bekannt als ein schrittweise arbeitender Motor oder ein Schrittservomotor). Das EGR-Ventilstellglied (oder der Schrittmotor) ist über eine Signalleitung mit der Ausgabeschnittstelle oder einem Treiberschaltkreis der ECU 14 verbunden, so dass die Winkelschritte oder die im Wesentlichen gleichförmige Drehwinkelbewegungen des EGR-Ventilstellglieds elektromagnetisch bewirkt werden können abhängig von einem Steuerungssignal oder einem Treibersignal, das von der Ausgabeschnittstelle der ECU 14 ausgegeben wird und bezeichnend ist für eine gewünschte Öffnung des EGR-Regelungsventils. D. h., der Kommandowert der EGR-Regelungsventilöffnung wird als eine gewünschte Zahl von Winkelschritten des Schrittmotors arithmetisch berechnet. Durch Vergrößern der Zahl von Winkelschritten kann die EGR-Regelungsventilöffnung, einfach die EGR-Ventilöffnung, im Wesentlichen kontinuierlich von der voll geöffneten Position zu der vollständig geschlossenen Position gesteuert werden. Obgleich es in 1 nicht gezeigt ist, liegt ein Drosselventil (nicht gezeigt) auf konventionelle Weise in dem Lufteinlasskanal 3 gewöhnlich stromaufwärts von dem Zusammenströmungspunkt zwischen der Auslassöffnung des EGR-Kanals 12 und dem Lufteinlasskanal 3. Das Drosselventil besteht gewöhnlich aus einem Flügelventil. Das Öffnen und Schließen des Drosselventils 17 kann als Reaktion auf ein Steuerungssignal von der ECU 14 elektronisch gesteuert werden. Das Drosselventil wird betrieben zwischen einer Position des offenen Modes und einer Position des geschlossenen Modes. Auch wirken das EGR-Regelungsventil 13 und das elektronisch gesteuerte Drosselventil (nicht gezeigt) miteinander, um die Menge des zurückgeführten Abgases zu regulieren, so dass die Menge des NOx unter verschiedenen Betriebszuständen reduziert ist, wie etwa bei hoher Belastung, bei niedrigen Geschwindigkeiten, während des Kaltstarts und der Aufwärmzeit oder in einem Übergangszustand (in Gegenwart von Umgebungsveränderungen) von einer Fahrt in der Tiefebene zu einer Fahrt in hochgelegenem Gelände. Unter einem bestimmten Motorbetriebszustand, wenn z. B. ein großer Betrag an EGR verlangt ist, wird das Drosselventil zu einer Ventilposition bewegt, die so dicht wie möglich an ihrer geschlossenen Position liegt, um einen negativen Druck in dem Lufteinlassrohr stromabwärts von dem Drosselventil zu produzieren, wohingegen das EGR-Regelungsventil auf eine gewünschte EGR-Regelungsventilöffnung auf der Basis von dem bestimmten Motorbetriebszustand reguliert oder eingestellt wird. Wenn im Gegensatz weniger EGR verlangt wird oder kein Bedarf für EGR besteht, wird das Drosselventil in seine voll geöffnete Position bewegt, die mit der Position des geöffneten Modes korrespondiert. Bei Einstellung des Drosselventils in der Position des geschlossenen Modes wird der Differenzialdruck zwischen dem Druck in dem Abgassystem (einfach der Abgasdruck) und dem Druck in dem Einlasssystem, das den Einlassverteiler und den Sammler umfasst, zu dem Maximum vergrößert, wodurch die Rückführung des Abgases erleichtert wird. Im Folgenden werden Details der elektronischen Regelungseinheit (ECU) 14 beschrieben.

Wie aus dem in 1 gezeigten Systemdiagram zu erkennen ist, umfasst die ECU 14 einen Mikrocomputer, der einen Speicher (ROM, RAM), eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (oder Eingabeschaltkreise und Ausgabeschaltkreise) und eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) umfasst. Der Speicher ist allgemein entworfen, um Informationsdaten von den Eingabe- und Ausgabeschnittstellen, vorprogrammierte Kennwertedaten und die Ergebnisse der laufenden arithmetischen Berechnungen zu speichern.

Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle ist die Vorrichtung, die den Transport von Daten zwischen den Eingabe- und Ausgabevorrichtungen, der CPU und dem Speicher ermöglicht. Ausgabesignale von der Eingabe-/Ausgabeschnittstelle werden verstärkt, um elektrische Lasten zu betreiben, nämlich das EGR-Ventilstellglied. Arithmetische und logische Abschnitte der CPU führen notwendige arithmetische Berechnungen durch, die in 3 bis 7 gezeigt sind. Die Ausgabeschnittstelle der ECU 14 ist mit dem Drosselklappenstellglied (nicht gezeigt), dem EGR-Ventilstellglied und dem im Schaltverhältnis gesteuerten Ventil 10 für den Turbolader 4 mit variabler Düse verbunden. Andererseits ist die Eingabeschnittstelle der ECU 14 mit verschiedenen Motor-/Fahrzeugsensoren verbunden, zum Empfang eines für die Motordrehgeschwindigkeit bezeichnenden Signals N, eines für die Menge der Kraftstoffeinspritzung bezeichnenden Signals Tp (das als ein Äquivalentwert für die Motorbelastung betrachtet wird), eines für den Atmosphärendruck bezeichnenden Signals Pa von einem Atmosphärendrucksensor 15 (der als ein Luftdichtesensor dient), eines für die Motortemperatur bezeichnenden Signals Tw von einem Motorkühlmitteltemperatursensor 16 (ein Wassertemperatursensor) und eines für die aktuelle Lufteinlassströmungsrate bezeichnenden Signals QAVNT von einem Luftströmungsmesser 17. Obgleich in der Ausführungsform der Atmosphärendrucksensor 15 verwendet wird, um Veränderungen der Luftdichte (Veränderungen der Umgebung) zu erkennen, kann ein Einlasslufttemperatursensor mit dem Atmosphärendrucksensor kombiniert werden, um die Veränderungen in der Umgebung genauer zu erfassen. Der Luftströmungsmesser 17 umfasst einen Hitzdrahtluftmengenflussmesser, der in dem Lufteinlasskanal unmittelbar stromabwärts von dem Luftfilter 9 angeordnet ist. Der Luftströmungsmesser 17 ist vorgesehen, um die aktuelle Strömungsrate QAVNT der Frischluft zu erfassen, die durch das Luftfilter hindurchgeht. Die Motordrehgeschwindigkeitsdaten N und die für die Menge der Kraftstoffeinspritzung bezeichnenden eingegebenen Informationsdaten Tp (die als ein repräsentativer Wert der Motorbelastung angesehen werden) werden allgemein als fundamentale Motorbetriebsparameter verwendet, die benötigt werden für die Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte. Wie später beschrieben wird, werden die eingegebenen Informationsdaten N und Tp auch verwendet für die Bestimmung einer gewünschten Einlassluftströmungsbasisrate (QCSSP1), einer gewünschten EGR-Rate (MEGRM), einer Korrektur oder Kompensation der gewünschten EGR-Rate (MEGRM) und einer Korrektur oder Kompensation der gewünschten Einlassluftströmungsbasisrate (QCSSP1), d. h. Bestimmung und Korrektur des im Schaltverhältnis gesteuerten Signalwerts des im Schaltverhältnis gesteuerten Ventils 10 (mit anderen Worten: die Regelungsgröße des Strömungsbegrenzungsgrads des Turboladers 4 mit variabler Düse). Das für den Atmosphärendruck bezeichnende Signal Pa von dem Sensor 15 wird verwendet, um die Regelungsgröße des Strömungsbegrenzungsgrads des Turboladers 4 mit variabler Düse zu korrigieren. Das für die Motortemperatur bezeichnende Signal Tw von dem Sensor 16 wird verwendet, um die gewünschte EGR-Rate zu korrigieren. Das für die aktuelle Einlassluftströmungsrate bezeichnenden Signals QAVNT von dem Luftströmungsmesser 17 wird für die rückwirkende Regelung der Einlassluftströmungsrate verwendet (, die einen Turboladezustand enthält).

Mit Bezug auf 2 wird das Blockdiagramm gezeigt, das die grundlegende Regelung und den Signaldatenfluss der Regelung des Turboladers mit variabler Düse nach der Ausführungsform veranschaulicht. Kurz gesagt wird ein Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 des im Schaltverhältnis gesteuerten Ventils 10 arithmetisch berechnet (welcher als eine vorwärts geführte Regelungsgröße dient). Zusätzlich wird eine endgültig gewünschte Einlassluftströmungsrate QCSSP2 oder eine gewünschte Einlassluftströmungsbasisrate QCSSP1 arithmetisch berechnet oder abgeschätzt, und es wird auch eine aktuelle Einlassluftströmungsrate QAVNT mittels eines Luftströmungsmessers 17 erkannt oder gemessen. In einer Rückwirkungsregelungsunterdrückungszone oder -bereich (Tp ≦ Tm), in der eine rückwirkende Regelung unterdrückt wird, wird die Einlassöffnung der Turbine 4A des Turboladers 4 mit variabler Düse einer Steuerung mit offener Schleife (oder Vorwärtsregelung) unterworfen, nach der der Schaltverhältniswert des im Schaltverhältnis gesteuerten Ventils 10 des Turboladers 4 mit variabler Düse auf der vorwärts wirkenden Regelungsgröße DUTB1 (oder dem korrigierten Schaltverhältnisbasiswert DUTB2) basiert. In einer Rückwirkungsregelungszulassungszone (Tp ≧ Tm), in der eine rückwirkende Regelung zugelassen ist, wird zuerst ein Rückwirkungskorrekturwert DUTS arithmetisch berechnet durch Vergleich (QCSSP2 – QAVNT) zwischen der endgültig gewünschten Einlassluftströmungsrate QCSSP2 und der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT und anschließend wird rückwirkende Regelung ausgeführt auf der Basis von sowohl der vorwärts wirkenden Regelungsgröße DUTB1 als auch dem rückwärts wirkenden Korrekturwert DUTS. Um die Genauigkeit der Regelung des Turboladers mit variabler Düse zu verbessern, werden ferner eine erste Korrekturoperation (ADF1; ADF2) auf der Basis von Veränderungen im Atmosphärendruck (Pa) und eine zweite Korrekturoperation (VNEGR2; VEGR) auf der Basis von Veränderungen der EGR-Rate genutzt. In der Ausführungsform wird in geeigneter Berücksichtigung von Veränderungen in der Einlassluftströmungsrate, die aufgrund der an der gewünschten EGR-Rate ausgeführten EGR-Ratenkorrektur (Z) vorkommen, die zuvor festgestellte, vorwärts wirkende Regelungsgröße DUTB1 angemessen korrigiert als die korrigierte, vorwärts wirkende Regelungsgröße (oder der korrigierte Schaltverhältnisbasiswert DUTB2 = DUTB1 × ADF2 × VEGR), und zusätzlich wird die gewünschte Einlassluftströmungsbasisrate QCSSP1 angemessen korrigiert als die korrigierte Einlassluftströmungsrate QCSSP1A (= QCSSP1 × ADF1 × VNEGR2).

Details der Operation eines jeden in 2 gezeigten Blocks werden im Detail mit Bezug auf die Flussdiagramme von 3 bis 7 beschrieben.

Mit Bezug auf 3 wird nun die arithmetische Berechnungsroutine für eine gewünschte Einlassluftströmungsrate (oder eine endgültige Einlassluftströmungsrate QCSSP2) gezeigt. Die in 3 bis 7 gezeigten Routinen werden als zeitangestoßene Unterbrechungsroutinen periodisch ausgeführt, um nach jedem vorbestimmten Intervall wie mehrere Millisekunden oder mehrere 10 Millisekunden angestoßen zu werden.

In Schritt S1 wird eine gewünschte Einlassluftströmungsbasisrate QCSSP1 auf der Basis der für die Motordrehgeschwindigkeit bezeichnenden Daten N und der Motorbelastungsdaten (d. h. der für die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge bezeichnenden Daten (Tp) aus einer vorbestimmten, dreidimensionalen Kennwertetabelle arithmetisch berechnet, welche die Beziehung zwischen der Motordrehgeschwindigkeit (N), der Motorbelastung (Tp) und einer gewünschten Einlassluftströmungsbasisrate QCSSP1 veranschaulicht. Die gewünschte Einlassluftströmungsbasisrate QCSSP1 wird aus der vorbestimmten Kennwertetabelle ausgelesen oder eingestellt und berücksichtigt, dass EGR mit einer gewünschten EGR-Rate durchgeführt wird, die unter demselben Betriebszustand (derselben Motordrehgeschwindigkeit und Motorbelastung) eingestellt ist (siehe Schritt S31 von 5). In Schritt S2 wird ein von der Veränderung des Atmosphärendrucks abhängiger Korrekturfaktor ADF1 für die gewünschte Einlassluftströmungsbasisrate QCSSP1 auf der Basis der für den Atmosphärendruck bezeichnenden Signaldaten Pa von dem Sensor 13 und der für die Motorbelastung bezeichnenden Daten Tp aus einer vorbestimmten Kennwertetabelle ausgelesen. Es gib eine Verringerung der Luftdichte, hervorgerufen von einer Veränderung in der Umgebung von einer Fahrt in der Tiefebene zu einer Fahrt im Hochland. Auf den oben angeführten, von der Veränderung des Atmosphärendrucks abhängigen Korrekturfaktor ADF1 für die gewünschte Einlassluftströmungsbasisrate QCSSP1 wird Bezug genommen als einem "ersten Einlassluftströmungsratenkorrekturfaktor". Der erste Einlassluftströmungsratenkorrekturfaktor wird benötigt, um einen übermäßigen Anstieg im Ladedruck im Bereich hoher Motorbelastung zu kompensieren, wobei solch ein übermäßiger Anstieg des Ladedrucks auftreten kann, falls dieselbe gewünschte Einlassluftströmungsrate (während einer Fahrt in der Tiefebene) konstant gehalten wird. In Schritt S3 wird ein Grundwert (MEGRM) der gewünschten EGR-Rate (einfach die EGR-Basisrate) arithmetisch berechnet mittels eines Auslesens von einer vorprogrammierten, dreidimensionalen Kennwertetabelle, die repräsentativ ist für die Beziehung zwischen der Motordrehgeschwindigkeit N, der grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge Tp (äquivalent zu der Motorbelastung) und der EGR-Basisrate MEGRM. In Schritt S4 wird ein erste EGR-Ratenkorrekturfaktor KEGR1, der hauptsächlich für die Korrektur oder Kompensation der EGR-Basisrate (MEGRM) auf der Basis eines vorbestimmten Betriebsparameters (wie die Motorkühlmitteltemperatur Tw) außer der Motordrehgeschwindigkeit und der Motorbelastung verwendet wird, als eine Funktion f(Tw) der Motorkühlmitteltemperatur Tw aus einer vorbestimmten oder vorprogrammierten, zweidimensionalen Kennwertetabelle abgeleitet oder ausgelesen. Wie allgemein bekannt ist, gibt es das Problem vergrößerten Zylinderwandverschleißes, der auftritt aufgrund von an den Zylinderwänden anhaftenden Kohleablagerungen durch Abgasströmungen, die insbesondere bei niedrigen Motortemperaturen zurückgeführt werden. Somit ist die Kennwertetabelle der Wassertemperatur (Tw) zu dem ersten EGR-Ratenkorrekturfaktor KEGR1 entworfen, um den ersten EGR-Korrekturfaktor KEGR1 bei verringerter Wassertemperatur Tw (die als Motortemperatur angesehen wird) derart abzusenken, dass der erste EGR-Korrekturfaktor KEGR1 während des Kaltstarts des Motors auf einen vorbestimmten Minimalwert eingestellt wird, und um den ersten EGR-Korrekturfaktor KEGR1 allmählich entsprechend dem Anstieg der Wassertemperatur auf 1,0 anzuheben, und um den ersten EGR-Korrekturfaktor KEGR1 auf den Maximalwert (d. h. 1,0) einzustellen, nachdem der Motor aufgewärmt worden ist. In der gezeigten Ausführungsform ist der erste EGR-Korrekturfaktor KEGR1 definiert als ein Koeffizient, mit dem die EGR-Basisrate MEGRM multipliziert wird, und somit ist der erste EGR-Korrekturtaktor KEGR1 vorprogrammiert als ein Wert kleiner oder gleich "1". Obgleich in der gezeigten Ausführungsform die Motorkühlmitteltemperatur Tw als der vorbestimmte Betriebsparameter außer der Motordrehgeschwindigkeit und der Motorbelastung verwendet wird, der für die Bestimmung des ersten EGR-Ratenkorrekturfaktors KEGR1 benötigt wird, können auch die anderen Betriebsparameter wie Kraftstoffeinspritzzeitpunkte, Atmosphärendruck oder Ähnliches als der vorbestimmte Betriebsparameter außer der Motordrehgeschwindigkeit und der Motorbelastung verwendet werden. Die Einlassluftströmungsrate neigt zu Schwankungen wegen der EGR-Rate, die durch den ersten EGR-Ratenkorrekturfaktor KEGR1 verändert oder hauptsächlich korrigiert oder beeinflusst wird. Somit wird in Schritt S5 ein Einlassluftströmungsratenbasiskorrekturfaktor A arithmetisch berechnet als eine Veränderungsrate der Einlassluftströmungsbasisrate (präzise: der zugeführten Frischluftströmungsbasisrate pro Zylinder) auf der Basis der Motordrehgeschwindigkeit (N) und Motorbelastung (Tp) in einem besonderen Zustand, in dem die insgesamt zugeführte Gasströmungsrate (die zugeführte Frischluftströmungsrate plus die Menge des zurückgeführten Abgases) konstant gehalten wird. In der Ausführungsform wird der Einlassluftströmungsratenbasiskorrekturfaktor A arithmetisch berechnet als eine Funktion f(MEGRM, KEGR1) auf der Basis von sowohl der EGR-Basisrate MEGRM als auch des ersten EGR-Ratenkorrekturfaktors KEGR1 nach der folgenden ersten Gleichung (1) und der folgenden zweiten Gleichung (2). Wenn die EGR-Rate definiert ist als das Verhältnis der Abgasrückführungsmenge (EGR-Menge) zu der Einlassluftströmungsrate (der zugeführten Frischluftströmungsrate), dann wird die erste Gleichung (1) verwendet. Wenn die EGR-Rate definiert ist als das Verhältnis der EGR-Menge (der Menge des zurückgeführten Abgases) zu der insgesamt zugeführten Gasströmungsrate (der zugeführten Frischluftströmungsrate plus der EGR-Menge), dann wird die zweite Gleichung (2) verwendet. A = (1 + MEGRM)/(KEGR1 × MEGRM + 1)(1) A = (1 – KEGR1 × MEGRM)/(1 – MEGRM)(2)

Aktuell schwankt die insgesamt zugeführte Gasströmungsrate (definiert als die Summe der zugeführten Frischluftströmung pro Zylinder und eine EGR-Menge pro Zylinder) mit schwankender EGR-Rate aufgrund des ersten EGR-Ratenkorrekturfaktors KEGR1. Jedoch hat die Veränderungsrate in der insgesamt zugeführten Gasströmungsrate eine allgemein reguläre oder stetige Tendenz hinsichtlich der Veränderungsrate der EGR-Rate unter solchem Betriebszustand, dass EGR zum Motor mindestens ohne Verschlechterung der Verbrennung hinzugefügt oder abgeleitet wird. Deshalb ist es zu überprüfen oder zu bestimmen unnötig, wie die insgesamt zugeführte Gasströmungsrate durch Schwankungen der EGR-Rate über alle Betriebszustände des Motors beeinflusst wird. Aus den oben dargelegten Gründen kann ein Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz CQACC auf der Basis der Tendenzen der Veränderungsrate in der insgesamt zugeführten Gasströmungsrate bestimmt werden, die aufgrund der Schwankungen der EGR-Rate in dem spezifizierten Betriebszustand auftritt, dass EGR in den Motor mindestens ohne Verschlechterung der Verbrennung hinzugefügt wird oder abgeleitet wird. Der Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz CQACC bedeutet einen von volumetrischer Effizienz abhängigen Korrekturfaktor der Einlassluftströmungsrate, der mit einer Veränderung der volumetrischer Effizienz korrespondiert, die statt findet aufgrund der EGR-Rate, die durch den ersten EGR-Ratenkorrekturfaktor KEGR1 verändert oder hauptsächlich korrigiert wird. Somit ist eine Kennwertetabelle für den von volumetrischer Effizienz abhängigen Korrekturfaktor der Einlassluftströmungsrate CQACC vorprogrammiert in der Form einer zweidimensionalen Kennwertetabelle, welche nur den ersten EGR-Ratenkorrekturfaktor KEGR1 als Parameter verwendet. Mit anderen Worten: der von volumetrischen Effizienz abhängige Korrekturfaktor der Einlassluftströmungsrate CQACC wird repräsentiert als eine Funktion f(KEGR1) des ersten EGR-Ratenkorrekturfaktors KEGR1. Aktuell wird in Schritt S6 der oben angesprochene von volumetrischer Effizienz abhängige Korrekturfaktor der Einlassluftströmungsrate CQACC von der vorprogrammierten zweidimensionalen Kennwertetabelle auf der Basis des ersten EGR-Ratenkorrekturfaktors KEGR1 ausgelesen, welcher in Schritt S4 ermittelt wurde. In Schritt S7 wird der zusammengesetzte Korrekturfaktor Z für die gewünschte Einlassluftströmungsbasisrate CQACC1 durch die folgende Gleichung (3) berechnet. Z = A × CQACC(3) wo A den Einlassluftströmungsratenbasiskorrekturfaktor A bezeichnet, und CQACC den von volumetrischer Effizienz abhängigen Korrekturfaktor der Einlassluftströmungsrate bezeichnet.

Wie aus Gleichung (3) zu erkennen ist, ist der endgültige Einlassluftströmungsratenkorrekturtaktor Z definiert als das Produkt von zwei Korrekturfaktoren A und CQACC. In Schritt S8 wird ein zweiter Einlassluftmengenkorrekturfaktor VNEGR2 für eine gewünschte Einlassluftströmungsrate QCSSP1 als eine Funktion f(Z) des zusammengesetzten Einlassluftströmungsratenkorrekturfaktor Z arithmetisch berechnet. In Schritt S9 wird die Einlassluftströmungsbasisrate QCSSP1 auf der Basis von sowohl des ersten Einlassluftmengenkorrekturfaktors ADF1 als auch des zweiten Einlassluftmengenkorrekturtaktors VNEGR2 entsprechend der folgenden Gleichung (4) korrigiert, um so eine korrigierte Einlassluftströmungsrate QCSSP1A zu ermitteln. QCSSP1A = QCSSP1 × ADF1 × VNEGR2(4)

In Schritt S10 wird ein Begrenzungswert QCSMAX der gewünschten Einlassluftströmungsrate auf der Basis von sowohl des für den Atmosphärendruck bezeichnenden Signaldaten Pa als auch der Motordrehgeschwindigkeitsdaten N aus einer vorbestimmten oder vorprogrammierten Kennwertetabelle arithmetisch berechnet. Der Begrenzungswert QCSMAX ist notwendig, um einen übermäßigen Anstieg der Drehgeschwindigkeit des Turboladers 4 aufgrund eines Abfallens des Differenzialdrucks zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck der Turbine 4A zu begrenzen oder zu vermeiden. Der Abfall des Differenzialdrucks tritt auf aufgrund eines Abfalls des Atmosphärendrucks Pa während einer Fahrt im Hochland. In Schritt S11 wird die Größe der korrigierten Einlassluftströmungsrate QCSSP1A durch den Begrenzungswert QCSMAX begrenzt, so dass der kleinere Wert von der Einlassluftströmungsrate QCSSP1A und des Begrenzungswerts QCSMAX durch einen so genannten Niedrig-Auswahl-Prozess MIN(QCSSP1A, QCSMAX) ausgewählt wird.

Nun wird Bezug genommen auf 4 bis 7, und es wird eine Folge von arithmetischen Berechnungen für die Berechnung eines endgültigen Schaltverhältniswerts (LADUTY) des pulsbreitenmodulierten Signals gezeigt, welches notwendig ist, um die Steuerung der Einlassöffnung des Turbine 4A des Turboladers 4 mit variabler Düse zu steuern. 4 und 5 zeigen die arithmetische Berechnungsroutine, die verwendet wird, um einen Schaltverhältnisbasiswert (DUTB1) und seinen korrigierten Wert (DUTB2) zu berechnen.

In Schritt S21 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine Zeitrate (&Dgr;N = Nneu – Nalt) der Veränderung der Motordrehgeschwindigkeit N (in Richtung ansteigender Motordrehgeschwindigkeit N) größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert DN1 ist. Nneu bezeichnet die zuletzt aktualisierten, eingegebenen Informationsdaten N(n) des für die Motordrehgeschwindigkeit bezeichnenden Signals N, wohingegen Nalt die eingegebenen Informationsdaten N(n–1) des Motordrehgeschwindigkeitsignals N bezeichnet, welche einen Zyklus vorher ermittelt wurden. In Schritt S22 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine Zeitrate der Veränderung (&Dgr;QAVNT = QAVNTneu – QAVNTalt) der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT (in Richtung eines Anstiegs der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT) größer als oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert DQ1 ist. QAVNTneu bezeichnet die zuletzt aktualisierten eingegebenen Informationsdaten QAVNT, wohingegen QAVNTalt die eingegebenen Informationsdaten QAVNT(n–1) des für die aktuelle Einlassluftströmungsrate bezeichnenden Signals bezeichnet, welche einen Zyklus vorher ermittelt wurden. D. h. der Suffix(n) oder neu bezeichnet den gegenwärtigen Wert, der durch die gegenwärtig durchlaufene Routine ermittelt wurde, wohingegen der Suffix(n–1) oder alt den vorherigen Wert bezeichnet, der beim vorherigen Durchlauf der Routine ermittelt wurde. Wenn die Antwort auf Schritt S21 negativ ist (Nein), oder wenn die Antwort in Schritt S22 negativ ist (nein), wird zu Schritt S23 verzweigt. In Schritt S23 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob der vorherige Wert DUTB1(n–1) des gewünschten Schaltverhältnisbasiswerts DUTB1 des im Schaltverhältnis gesteuerten Ventils 10 als eine Funktion f2(N, Tp) arithmetisch berechnet ist oder nicht. Aktuell existiert der vorherige Schaltverhältniswert DUTB1(n–1) unmittelbar nach Beginn der arithmetischen Berechnung nicht, und die Routine geht von Schritt S23 zu Schritt S24. In Schritt S24 wird der gewünschte Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 des Ventils 10 arithmetisch berechnet als eine erste vorbestimmte Funktion f1(N, Tp) der Motordrehgeschwindigkeit N und der Motorbelastung Tp (der grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge) aus einer vorbestimmten oder vorprogrammierten Kennwertetabelle, welche die Beziehung zwischen der Motordrehgeschwindigkeit (N), der Motorbelastung (Tp) und einem Schaltverhältnisbasiswert (DUTB1) veranschaulicht. Wenn die Antwort in Schritt S21 zustimmend ist (Ja) und die Antwort in Schritt S22 zustimmend ist (Ja), d. h. wenn die Anstiegsrate &Dgr;N der Motordrehgeschwindigkeit und die Anstiegsrate &Dgr;QAVNT der aktuellen Einlassluftströmungsrate beide groß sind und es somit eine erhöhte Tendenz zu einem übermäßigen Ladedruck gibt, geht die Routine zu Schritt S25. In Schritt S25 wird der gewünschte Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 des Ventils 10 arithmetisch berechnet als eine zweite vorbestimmte Funktion f2(N, Tp) der Motordrehgeschwindigkeit N und der Motorbelastung Tp (der Kraftstoffeinspritzbasismenge) aus einer vorbestimmten oder vorprogrammierten Kennwertetabelle, welche die Beziehung zwischen der Motordrehgeschwindigkeit (N), der Motorbelastung (Tp) und einem Schaltverhältnisbasiswert (DUTB1) veranschaulicht. Es wird bemerkt, dass ein Wert der zweiten vorbestimmten Funktion f2(N, Tp) so voreingestellt oder vorprogrammiert ist, dass er kleiner ist als ein Wert der ersten vorbestimmten Funktion f1(N, Tp) im selben Betriebszustand, d. h. in demselben Bereich der Motordrehgeschwindigkeit und der Motorbelastung (N, Tp). Mittels der Verzweigung von Schritt S21 zu Schritt S22 zu Schritt S25 wird die Regelungsgröße des Strömungsdrosselungsgrads der Turbine 4A mit beweglichen Flügeln des Turboladers 4 mit variabler Düse verringert, mit anderen Worten: die Einlassöffnung der Turbine 4A mit beweglichen Flügeln wird vergrößert. Folglich wird ein Anstieg der Drehgeschwindigkeit der Turbine 4A unterdrückt, wodurch ein Anstieg im Ladedruck unterdrückt wird. Wenn in diesem Zustand mindestens eine der in den Schritten S21 und S22 definierten Bedingungen unterfüllt ist, d. h. in dem Fall, in dem die Bedingung &Dgr;N < DN1 erfüllt ist, oder in dem Fall, in dem die Bedingung &Dgr;QAVNT < DQ1 erfüllt ist, geht die Routine zu S23. Zu diesem Zeitpunkt verzweigt die Routine zu Schritt S26, weil der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 in Schritt S25 bereits als die zweite Funktion f2(N, Tp) berechnet worden ist. In Schritt S26 wird geprüft, um zu bestimmen, ob eine erste verstrichene Zeit Td eine vorbestimmte Verzögerungszeit T1 erreicht hat. Die erste verstrichene Zeit Td wird gezählt oder gemessen von einem Zeitpunkt, an dem mindestens eine der Bedingungen der Schritte S21 und S22 nach Aktualisierung des Schaltverhältnisbasiswerts DUTB1 als zweite Funktion f2(N, Tp) in Schritt S25 erfüllt ist. Wenn die Antwort in Schritt S26 zustimmend ist (Ja), d. h., wenn die erste verstrichene Zeit Td nicht die vorbestimmte Verzögerungszeit T1 erreicht hat (im Fall von Td ≦ T1), geht die Routine von Schritt S26 zu Schritt S25. Deshalb wird die Verzweigung von Schritt S26 zu S25 wiederholt, bis die erste verstrichene Zeit Td die vorbestimmte Verzögerungszeit T1 erreicht hat (bis die Bedingung Td > T1 erfüllt ist). Folglich wird der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 für die vorbestimmte Verzögerungszeit T1 wiederholt als die zweite Funktion f2(N, Tp) berechnet. Danach, sobald die erste verstrichene Zeit Td die vorbestimmte Verzögerungszeit T1 erreicht hat, geht die Routine zu Schritt S27. In Schritt S27 wird eine zweite verstrichene Zeit TL gezählt oder gemessen von einem Zeitpunkt an, zu dem in Schritt S26 die Bedingung Td ≦ T1 nicht mehr erfüllt ist (d. h., wenn in Schritt S26 die Bedingung Td ≧ T1 erfüllt ist). Ferner wird in Schritt S27 die zweite verstrichene Zeit TL verglichen mit einer vorbestimmten Rampenzeit T2, d. h. es wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die zweite verstrichene Zeit TL kleiner als die vorbestimmte Rampenzeit T2 ist. Wenn die vorbestimmte Rampenzeit T2 noch nicht erreicht ist, d. h. wenn die Bedingung TL < T2 erfüllt ist, geht die Routine von Schritt S27 zu Schritt S28. In Schritt S28 wird der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 arithmetisch berechnet nach der folgenden Gleichung (5). DUTB1 = f2(N, Tp) + Ld × TL(5) wo f2(N, Tp) mit der vorbestimmten zweiten Funktion korrespondiert und Ld einen Rampenkoeffizienten (einen vorbestimmten positiven Wert) bezeichnet.

Wie aus dem zweiten Term (Ld × TL) der rechten Seite der Gleichung (5) zu erkennen ist, steigt die Summe der zweiten Funktion f2(N, Tp) und des Produkts (Ld × TL) des Rampenkoeffizienten Ld und der zweiten verstrichenen Zeit TL an. Der Rampenkoeffizient wird vorbestimmt oder vorprogrammiert, so dass der Schaltverhältnisbasiswert (DUTB1), der als die Summe {f2(N, Tp) + Ld × TL} der zweiten Funktion f2(N, Tp) und des Produkts (Ld × TL) ermittelt wird, mit einer vorbestimmten Zeitrate des Anstiegs allmählich ansteigt, welche durch den Rampenkoeffizienten definiert ist, und sich dann einem Wert der vorbestimmten ersten Funktion f1(N, Tp) nähert, die aus der Gleichung DUTB1 = f1(N, Tp) im selben Bereich von Motordrehgeschwindigkeit und Motorbelastung ermittelt wird. Sobald die zweite verstrichene Zeit TL in Schritt S27 die vorbestimmte Rampenzeit T2 erreicht, geht die Routine von Schritt S27 zu Schritt S24, in dem der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 arithmetisch als die erste vorbestimmte Funktion f1(N, Tp) berechnet wird. Unter gleichbleibenden Betriebsbedingungen oder in gleichbleibendem Betriebszustand (siehe den Übergang von Schritt S21 oder Schritt S22 über Schritt S23 zu Schritt S24) wird der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 nach der ersten vorbestimmten Funktion f1(N, Tp) eingestellt. Im Gegensatz wird unter sich verändernden Betriebsbedingungen oder in verändertem Betriebszustand (siehe den Übergang von Schritt S21 über Schritt S22 zu Schritt S23), wenn es eine vergrößerte Tendenz eines Anstiegs im Ladedruck gibt, wird der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 nach der zweiten vorbestimmten Funktion f2(N, Tp) eingestellt. Die Einstellung des Schaltverhältnisbasiswerts DUTB1 nach der zweiten vorbestimmten Funktion f2(N, Tp) wird für die vorbestimmte Verzögerungszeit T1 beibehalten, nachdem der Betriebszustand aus einem Übergangsbetriebszustand herauskommt. Danach steigt der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 von dem Wert der zweiten Funktion f2(N, Tp) allmählich mit der vorbestimmten Zeitrate des Anstiegs, die durch den Rampenkoeffizienten Ld definiert ist, auf den Wert der ersten Funktion f1(N, Tp) an. Das soll ausdrücken, dass der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 in der vorbestimmten Rampenzeit T2 von dem kleineren Wert der zweiten Funktion f2(N, Tp) zu dem größeren Wert der ersten Funktion f1(N, Tp) wiederhergestellt wird. Somit kann der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 des im Schaltverhältnis gesteuerten Ventils oder des Steuerungsventils 10 des Turboladers mit variabler Düse (VNT) in dem Übergangszustand schnell und effektiv auf einen vergleichsweise kleinen Schaltverhältniswert eingestellt werden, der durch die zweite Funktion f2(N, Tp) definiert ist. Andererseits wird die Wiederherstellung des Schaltverhältnisbasiswerts DUTB1 von dem vergleichsweise kleinem Schaltverhältniswert der zweiten Funktion f2(N, Tp) zu dem vergleichsweise großen Wert der ersten Funktion f1(N, Tp) allmählich durchgeführt durch die Vorsehung einer vorbestimmten Verzögerungszeit T1 und einer vorbestimmten Rampenzeit T2. Dies vermeidet unerwünschte Systemkopplung. Auf diese Weise wird die arithmetische Verarbeitung für den Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 des Steuerungsventils 10 des Turboladers mit variabler Düse ausgeführt. Dann wird in Schritt S29 ein von Veränderungen im Atmosphärendruck abhängiger Korrekturtaktor ADF2 für den Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 auf der Basis der für den Atmosphärendruck bezeichnenden Signaldaten Pa von einer vorbestimmten zweidimensionalen Kennwertetabelle ausgelesen. Alternativ kann der Korrekturfaktor ADF2 auf der Basis der für den Atmosphärendruck bezeichnenden Signaldaten Pa und der für die Motorbelastung bezeichnenden Daten Tp von einer vorbestimmten dreidimensionalen Kennwertetabelle auf dieselbe Weise wie der erste Einlassluftmengenkorrekturfaktor ADF1 (siehe Schritt S2) ausgelesen werden. Auf den zuvor angesprochenen, vom Atmosphärendruck abhängigen Korrekturfaktor ADF2 für den Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 wird Bezug genommen als einem "ersten Schaltverhältnisbasiskorrekturfaktor". Aus denselben Gründen, wie mit Bezug auf die Verwendung des ersten Einlassluftmengenkorrekturfaktors ADF1 in Schritt S2 von 3 angegeben wurde, ist der erste Schaltverhältnisbasiskorrekturfaktor ADF2 notwendig, einem übermäßigen Anstieg des Ladedrucks zu kompensieren, der von der abgesenkten Luftdichte während einer Fahrt im Hochland herrührt, und effektiv den Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 zu korrigieren, der als die vorwärts wirkende Regelungsgröße für den Strömungsbegrenzungsgrad der Turbine 4A mit beweglichen Flügeln des Turbolader 4 mit variabler Düse dient, (siehe die in Schritt S37 von 5 bezeichnete Gleichung).

Mit Bezug auf 5 wird eine Folge von arithmetischen Berechnungen gezeigt, die notwendig sind für die Korrektur des Schaltverhältnisbasiswerts DUTB1 (der vorwärts wirkende Regelungsgröße für den Strömungsbegrenzungsgrad der Turbine 4A mit beweglichen Flügeln) unter angemessener Berücksichtigung von Veränderungen in der Einlassluftströmungsrate, die aufgrund von Veränderungen der gewünschten EGR-Rate MEGRM vorkommen. Auf dieselbe Weise wie in den Schritten S3 bis S7 (Teil der in 3 gezeigten arithmetischen Berechnungsroutine der gewünschten Einlassluftströmungsrate), werden in den Schritten S31 bis S35 (Teil der in 5 gezeigten arithmetischen Berechnung des korrigierten, Schaltverhältnisbasiswerts DUTB2) die gewünschte EGR-Rate MEGRM, der erste EGR-Ratenkorrekturfaktor KEGR1, der Einlassluftströmungsratenbasiskorrekturfaktor A, der von volumetrischer Effizienz abhängige Einlassluftströmungsratenkorrekturfaktor CQACC und der zusammengesetzte Einlassluftströmungsratenkorrekturfaktor Z in den Schritten S31, S32, S33, S34 und S35 in der Reihenfolge arithmetisch berechnet. In Schritt S36 wird ein zweiter Schaltverhältniswertbasiskorrekturfaktor VEGR für den Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 als eine Funktion f2(Z) des zusammengesetzten Einlassluftströmungsratenkorrekturfaktors Z arithmetisch berechnet. In Schritt S37 wird der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 auf der Basis von sowohl des ersten Schaltverhältniswertkorrekturfaktors ADF2 als auch des zweiten Schaltverhältniswertbasiskorrekturfaktors VEGR entsprechend der folgenden Gleichung (6) korrigiert, um so den korrigierten Schaltverhältnisbasiswert DUTB2 zu ermitteln. DUTB2 = DUTB1 × ADF2 × VEGR(6)

Nun wird Bezug genommen auf 6 und 7, und dort wird die arithmetische Berechnungsroutine gezeigt, die verwendet wird, um einen endgültigen Schaltverhältniswert (LADUTY) auf der Basis des korrigierten Schaltverhältniswerts DUTB2 zu berechnen.

In Schritt S41 wird ein rückwirkender Korrekturwert DUTS für den korrigierten Schaltverhältniswert DUTB2 als eine Funktion f(QCSSP2 – QAVNT) der Abweichung (QCSSP2 – QAVNT) der endgültig gewünschten Einlassluftströmungsrate QCSSP2 von der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT arithmetisch berechnet. Der rückwirkende Korrekturwert DUTS korrespondiert mit einem Korrekturwert des Schaltverhältniswerts des PWM-Signals, das dem im Schaltverhältnis gesteuerten Ventil (das Steuerungsventil 10 des Turboladers (VNT) mit variabler Düse) in einem Rückwirkungssystem mit geschlossener Schleife des Turboladers mit variabler Düse zugeführt wird, in dem das ausgegebene Steuerungssignal eine lineare Kombination eines Fehlersignals (proportionaler Term) und seinem Integral (integrierender Term) ist. Aus diesem Grund wird der rückwirkende Korrekturwert DUTS bezeichnet als ein "PI-Regelungsschaltverhältniskorrekturwert". Es wird bemerkt, dass der rückwirkende Korrekturwert DUTS verwendet wird, um den korrigierten Schaltverhältniswert DUTB2 (die vorwärts wirkende Regelungsgröße für den Strömungsbegrenzungsgrad der Turbine 4A mit beweglichen Flügeln) zu korrigieren durch Addieren des rückwirkenden Korrekturwerts DUTS zu dem korrigierten Schaltverhältnisbasiswert DUTB2 (siehe Schritt S51 von 7). In Schritt S42 wird ein so genannter DT1-Regelungsschaltverhältniskorrekturwert DUTDT auf der Basis der Anstiegsrate &Dgr;QAVNT in der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT (oder der Ableitung dQAVNT/dt, welche die zeitbezogene Veränderungsrate der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT hinsichtlich t ist) arithmetisch berechnet oder aus vorbestimmten oder vorprogrammierten Tabellendaten ausgelesen. Der so genannte DT1-Regelungsschaltverhältniskorrekturwert DUTDT auf der Basis der Anstiegsrate &Dgr;QAVNT ist notwendig, um den übermäßigen Anstieg des Ladedrucks effektiv zu unterdrücken, der in der Gegenwart einer großen Anstiegsrate &Dgr;QAVNT vorkommt. In Schritt S43 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Anstiegsrate &Dgr;N der Motordrehgeschwindigkeit N über einem vorbestimmten Schwellwert DN2 liegt. In Schritt S44 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Anstiegsrate &Dgr;QAVNT der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT über einem vorbestimmten Schwellwert DQ2 liegt. Wenn die Antwort zu Schritt S43 zustimmend ist (Ja) und die Antwort zu Schritt S44 zustimmend ist (Ja), entscheidet der Prozessor der ECU 14, dass der Motor/das Fahrzeug in einem Zustand starker Beschleunigung ist, in dem eine vergrößerte Neigung für die Turbine 4A des Turboladers 4 mit variabler Düse existiert, übermäßig zu rotieren. Somit geht die Routine zu Schritt S45. In Schritt S45 wird für die Ermittlung des endgültigen Schaltverhältniswerts LADUTY der korrigierte Schaltverhältnisbasiswert DUTB2 des von der ECU an das im Schaltverhältnis gesteuerte Ventil 10 ausgegebenen PWM-Signals durch den DT1-Regelungsschaltverhältniskorrekturwert DUTDT entsprechend der folgenden Gleichung (7) korrigiert. LADUTY = DUTB2 – DUTDT(7) wo der DT1-Regelungsschaltverhältniskorrekturwert DUTDT ein positiver Wert ist. Wie aus der Gleichung (7) zu erkennen ist, wird der endgültige Schaltverhältniswert LADUTY durch den Korrekturwert DUTDT abnehmend korrigiert, und als ein Ergebnis nimmt die Regelungsgröße des Strömungsbegrenzungsgrads der Turbine 4A mit beweglichen Flügeln des Turboladers 4 mit variabler Düse ab, d. h. die Einlassöffnung der Turbine 4A mit beweglichen Flügeln wird vergrößert, und somit wird ein übermäßiger Anstieg im der Drehgeschwindigkeit des Turboladers 4 unterdrückt. Wenn unter dieser Bedingung die Anstiegsrate &Dgr;QAVNT der aktuellen Einlassluftströmungsrate geringer als der vorbestimmte Schwellwert DQ2 wird, d. h. falls die Bedingung &Dgr;QAVNT < DQ2 erfüllt wird, geht die Routine von Schritt S44 zu Schritt S46. In Schritt S46 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Abweichung der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT eine Abweichung kleiner als eine vorbestimmte Stufe QCSSPA bezüglich der endgültig gewünschten Einlassluftströmungsrate QCSSP2 erreicht. D. h., die Differenz (QCSSP2 – QCSSPA) zwischen der endgültig gewünschten Einlassluftströmungsrate QCSSP2 und der vorbestimmten Stufe QCSSPA wird verglichen mit der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT, die durch einen Luftströmungsmesser 17 erkannt wird. Wenn die Antwort auf Schritt S46 zustimmend ist (Ja), d. h. in dem Fall, dass die Bedingung QCSSP2 – QCSSPA < QAVNT erfüllt ist, geht die Routine zu Schritt S47. In Schritt S47 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Anstiegsrate &Dgr;QAVNT über einem vorbestimmten Schwellwert DQ3 (< DQ2) liegt. Wenn die Antwort auf Schritt S47 zustimmend ist (Ja), d. h. wenn die Bedingung &Dgr;QAVNT ≧ DQ3 erfüllt ist, geht die Routine zu Schritt S45, in dem die Einlassöffnung der Turbine 4A mit beweglichen Flügeln durch den DT1-Regelungsschaltverhältniskorrekturwert DUTDT zunehmend korrigiert wird, und wodurch die aktuelle Einlassluftströmungsrate QAVNT sich schneller der endgültig gewünschten Einlassluftströmungsrate QCSSP2 nähern kann, während ein Überschwingen effektiv unterdrückt wird. Wenn der Prozessor bestimmt, dass die Anstiegsrate &Dgr;N (= Nneu – Nalt) der Motordrehgeschwindigkeit in Schritt S43 kleiner als der vorbestimmte Schwellwert DN2 wird, oder wenn in Schritt S46 die Bedingung (QCSSP2 – QCSSPA ≧ QAVNT) erfüllt ist, oder wenn in Schritt S47 die Bedingung &Dgr;QAVNT < DQ3 erfüllt ist, geht die Routine zu Schritt S48, die in 7 gezeigt ist. In Schritt S48 berechnet der Prozessor arithmetisch ein Entscheidungskriterium Tm, das notwendig ist, um zu bestimmen, ob eine Rückwirkung auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs (QCSSP2 – QAVNT) zwischen der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT und der endgültig gewünschten Einlassluftströmungsrate QCSSP2 unterdrückt oder zugelassen werden sollte. Konkret ist das Entscheidungskriterium für eine Rückwirkung definiert als Ausdruck einer grenzwertigen Kraftstoffeinspritzmenge Tm, durch die die Rückwirkungsregelungsunterdrückungszone von der Rückwirkungsregelungszulassungszone getrennt ist. In Schritt S48 wird die grenzwertige Kraftstoffeinspritzmenge Tm, die notwendig für die Rückwirkungsregelungsunterdrückung ist, als eine Funktion f(N) der Motordrehgeschwindigkeitsdaten N aus einer vorprogrammierten Tabelle arithmetisch berechnet, welche die Beziehung zwischen der Motordrehgeschwindigkeit N und der grenzwertigen Kraftstoffeinspritzmenge Tm veranschaulicht. In Schritt S49 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob der für die Kraftstoffeinspritzbasismenge bezeichnenden Daten Tp (die als ein repräsentativer Wert der Motorbelastung angesehen wird) für die Entscheidung über die Rückwirkungsregelungsunterdrückungszone unter der grenzwertige Kraftstoffeinspritzmenge Tm liegt. Wenn die Antwort auf Schritt S49 zustimmend ist (Ja), d. h., wenn die Bedingung Tp ≦ Tm erfüllt ist, bestimmt die ECU, dass der gegenwärtige Betriebszustand in der Rückwirkungsregelungsunterdrückungszone liegt. Danach geht die Routine zu Schritt S50. In Schritt S50 wird der endgültige Schaltverhältniswert LADUTY durch den korrigierten Schaltverhältnisbasiswert DUTB2 aktualisiert. Falls im Gegensatz die Antwort auf Schritt S49 negativ ist (Nein), d. h. im Fall von Tp > Tm, bestimmt die ECU, dass der gegenwärtige Betriebszustand in der Rückwirkungsregelungszulassungszone liegt. Auf diese Weise erkennt Schritt S49 die Rückwirkungsregelungszulassungszone, und die Routine geht von Schritt S49 zu Schritt S51. In Schritt S51 wird der endgültige Schaltverhältniswert LADUTY berechnet durch Addieren des Rückwirkungskorrekturwerts DUTS (der in Schritt S41 von 6 berechnet wurde) zu dem korrigierten Schaltverhältnisbasiswert DUTB2. Folglich wird das PWM-Signal des Schaltverhältniswerts, der als Summe (lineare Kombination) der vorwärts wirkenden Regelungsgröße DUTB2 und des Rückwirkungskorrekturwerts DUTS ermittelt wird, an das im Schaltverhältnis gesteuerte Ventil 10 ausgegeben.

Nun wird Bezug genommen auf 8, und es wird das vereinfachte Betriebsblockdiagramm gezeigt, das die stark ausgewogene, integrierte Regelung zwischen der EGR-Regelung und der Regelung des Turboladers mit variabler Düse erläutert. Wie in 8 zu sehen ist, wird in dem System der Ausführungsform zuerst die Motorbetriebszustände (N, Tp, Tw und Ähnliches) erkannt (siehe den Block 101). Auf der Basis der eingegebenen Informationsdaten (besonders der Motordrehzahl und Motorbelastung), die bezeichnend für die Motorbetriebszustände sind, wird die gewünschte EGR-Rate MEGRM arithmetisch berechnet (siehe den Block 102), und gleichzeitig wird die gewünschte Turbolade-Regelungsgröße oder der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 arithmetisch berechnet (siehe den Block 105). Mindestens eine Korrekturaktion wie eine von der Motortemperatur abhängige Korrektur (auf der Basis der Betriebszustände außer der Motordrehgeschwindigkeit und der Motorbelastung) wird hinsichtlich der gewünschten EGR-Rate MEGRM durchgeführt (siehe den Block 103). Z. B. kann die von der Motortemperatur abhängige EGR-Ratenkorrektur durchgeführt werden durch Multiplizieren der gewünschten EGR-Rate MEGRM mit dem ersten Korrekturfaktor, der in den Schritten S4 oder S32 bezeichnet ist. EGR-Regelung wird ausgeführt entsprechend der korrigierten EGR-Rate (siehe den Block 104). Um Veränderungen in der Einlassluftströmungsrate genau zu erfassen, die aufgrund von Veränderungen oder Korrekturaktionen der EGR-Rate auftreten, wenn die Korrekturaktion auf den Basiswert MEGRM der gewünschten EGR-Rate durch den Korrekturabschnitt der gewünschten EGR-Rate oder Block 103 durchgeführt wird, korrigiert der Korrekturabschnitt der gewünschten Turbolade-Regelungsgröße oder Block 106 in zeitlich angemessener Weise die gewünschte Turbolade-Regelungsgröße als Reaktion auf die Korrekturaktion der gewünschten EGR-Rate MEGRM, so dass der zweite Korrekturfaktor VEGR des Schaltverhältnisbasiswerts DUTB1 arithmetisch berechnet wird und die Korrekturfaktoren KEGR1 und Z berücksichtigt, die mit der Korrekturaktion für die EGR-Rate in den Schritten S32 bis S36 von 5 korreliert sind. Deshalb kann der Bereich der Einlassöffnung der Turbine 4A mit beweglichen Flügeln des Turboladers 4 mit variabler Düse als Reaktion auf die Veränderung der gewünschten EGR-Rate effektiv korrigiert werden und somit ein optimaler Turboladezustand beibehalten werden, der für die Motorbetriebsbedingungen passend ist. Mit anderen Worten: die gewünschte Turbolade-Regelungsgröße (oder der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1) für das Steuerungsventil 10 des Turboladers mit variabler Düse wird angemessen korrigiert durch den zweiten Korrekturfaktor VEGR in Korrelation mit Veränderungen in der EGR-Rate (siehe den Pfeil, der von dem Block 103 auf den Block 106 gerichtet ist). Wie oben dargelegt, kann die Turbine 4A mit beweglichen Flügeln des Turboladers 4 mit variabler Düse optimal gesteuert werden als Reaktion auf einen gesteuerten Schaltverhältniswert LADUTY des pulsbreitenmodulierten (PWM) Regelungssignals, das dem im Schaltverhältnis gesteuerten Ventil 10 zugeführt wird (siehe den Block 107), wobei der Schaltverhältniswert angemessen eingestellt wird unter angemessener Berücksichtigung der Veränderungen der Einlassluftströmungsrate, die aufgrund von Veränderungen der EGR-Rate auftreten. Darüber hinaus wird eine Korrekturaktion, die an der Turbolade-Regelungsgröße oder dem gesteuerten Schaltverhältniswert als Reaktion auf die an der gewünschten EGR-Rate MEGRM durchgeführten Korrekturaktion durchgeführt wird, als eine Korrekturaktion für die vorwärts geführte Regelungsgröße DUTB1 durchgeführt. Deshalb kann der Turboladezustand des Turboladers 4 schnell auf einen stabilen Zustand gebracht werden mittels einer Korrektur, die im Voraus ausgeführt wird vor der aktuellen Veränderung im Turboladezustand, d. h. vor der Veränderung im Turboladezustand, die aufgrund der Veränderung der gewünschten EGR-Rate auftreten wird. Dies verhindert die Verzögerung der Reaktionszeit des Systems, wodurch eine Verschlechterung der Fahreignung vermieden wird. Unter vorbestimmten Betriebsbedingungen wird der Rückwirkungskorrekturwert DUTS zu der vorwärts wirkenden Regelungsgröße DUTB2 hinzugefügt, so dass die Rückwirkungskorrektur an der gewünschten Turbolade-Regelungsgröße oder der vorwärts wirkenden Regelungsgröße DUTB1 (DUTB2) durchgeführt wird, und die Rückwirkungsregelung wird durchgeführt durch Vergleich der endgültigen Einlassluftströmungsrate QCSSP2 mit der aktuellen Einlassluftströmungsrate QAVNT. Deshalb kann der aktuelle Turboladezustand des Turboladers 4 mit variabler Düse genau auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Ferner wird die Rückwirkungsregelung in der Rückwirkungsunterdrückungszone während der EGR-Regelung unterdrückt, und statt dessen wird eine Vorwärtsregelung mit offener Schleife ausgeführt auf der Basis der vorwärts wirkenden Regelungsgröße DUTB1 (DUTB2). Dies vermeidet unerwünschte gegenseitige Beeinflussung zwischen dem EGR-Regelungssystem und dem Regelungssystem des Turboladers mit variabler Düse, wodurch eine stabile Regelung des Turboladers sichergestellt wird. Selbst während der Rückwirkungsunterdrückung wird die vorwärts wirkende Regelungsgröße DUTB1 entsprechend der Veränderung (KEGR1, Z) in der gewünschten EGR-Rate angemessen korrigiert als korrigierte vorwärts wirkende Regelungsgröße DUTB2 (siehe Schritt S37 von 5). Dies stellt einen angemessenen Turboladezustand in der Rückwirkungsunterdrückungszone während der EGR-Regelung sicher. Die an der vorwärts wirkenden Regelungsgröße durchgeführte Korrekturaktion, die von der Veränderung der gewünschten EGR-Rate insbesondere während einer Motor-/Fahrzeugbeschleunigung abhängt, ist wirksam, um einen schnellen Anstieg im Ladedruck zu vermeiden, wobei solch ein Druckanstieg auftreten wird, wenn von der EGR-Zulassungsregion zu der nicht-EGR-Region gewechselt wird. Wie in 3 oder 5 zu sehen ist, wird zusätzlich die Korrekturaktion der gewünschten EGR-Rate MEGRM angesehen als die Veränderung der Einlassluftströmungsrate und wird reflektiert als ein Korrekturwert der Einlassluftströmungsrate. D. h., die Korrektur, die an der gewünschten EGR-Rate durchgeführt wird, wird umgewandelt als der Korrekturwert der Einlassluftströmungsrate von Frischluft, die dem Motor zugeführt wird, und somit wird die gewünschte Einlassluftströmungsbasisrate QCSSP1 oder der Schaltverhältnisbasiswert DUTB1 für die Regelung des Turboladers mit variabler Düse angemessen korrigiert auf der Basis der Korrekturfaktoren KEGR1 und Z, die notwendig sind, um die gewünschte EGR-Rate MEGRM zu korrigieren. Dies stellt befriedigende Kreuzkorrelationsregelung zwischen dem EGR-Regelungssystem und dem Regelungssystem des Turboladers mit variabler Düse sicher. In der Ausführungsform werden als Korrekturfaktoren für die Einlassluftströmungsrate auf der Basis der Veränderung der gewünschten EGR-Rate die von der Luftdichte abhängigen Korrekturfaktoren (ADF1, ADF2) verwendet zusätzlich zu dem von der Motorkühlmitteltemperatur abhängigen Korrekturtaktor (dem ersten EGR-Ratenkorrekturfaktor) KEGR1. D. h., es wird der Luftdichtesensor wie etwa ein Atmosphärendrucksensor ein Einlasslufttemperatursensor oder Ähnliches zusätzlich zu dem Sensor der Motorkühlmitteltemperatur verwendet. Die Genauigkeit der Regelung des Turboladers mit variabler Düse kann deutlich verbessert werden, da der gesteuerte Schaltverhältniswert DUTB2 (die vorwärts wirkende Regelungsgröße) auf befriedigende Weise die Veränderung der gewünschten EGR-Rate reflektiert auf der Basis der Veränderung der Luftdichte wie auch der Veränderung der Motortemperatur.

Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. P10-167175 (eingereicht am 15. Juni 1998) wird hier durch Bezug eingebracht.

Während oben eine Beschreibung der die Erfindung ausführenden bevorzugten Ausführungsformen gegeben wurde, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen begrenzt ist, die hier gezeigt und beschrieben wurden, sondern dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne dass vom Umfang dieser Erfindung abgewichen wird, wie durch die folgenden Ansprüche definiert.


Anspruch[de]
  1. Turbolader-Regelungssystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, die ein Abgasrückführungs-Steuerungssystem aufweist, das einen Teil des inerten Abgases durch die Brennkraftmaschine unter vorgegebenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine rückführt, mit

    – einem verstellbaren Turbolader (4) zum variablen Einstellen eines Aufladungszustandes; und

    – einer Turbolader-Regelungseinheit (14) zum Regeln des verstellbaren Turboladers (4),

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die Turbolader-Regelungseinheit (14) angepasst ist, um eine geregelte Soll-Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) des verstellbaren Turboladers (4) in Reaktion auf eine Korrektur (KEGR1) zu korrigieren, die bei einer EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) für das Abgasrückführungs-Steuerungssystem durchgeführt wird, und die geregelte Sollquantität (DUTB1; DUTB2) des verstellbaren Turboladers (4) derart korrigiert wird, dass eine Turbinen-Einlassöffnung des verstellbaren Turboladers (4) in Reaktion auf eine abnehmende Korrektur (KEGR1) zunimmt, die bei der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) durchgeführt wird.
  2. Turbolader-Regelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbolader-Regelungseinheit (14) konfiguriert ist, um mit Sensoren elektronisch verbunden zu sein, die einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine und des verstellbaren Turboladers (4) zum automatischen Regulieren des Aufladungszustandes erfassen, wobei die Turbolader-Regelungseinheit (14) umfasst:

    (i) ein arithmetisches EGR-Sollgeschwindigkeits-Berechnungsmittel zum arithmetischen Berechnen der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) als eine Funktion eines ersten vorgegebenen Maschinen-Betriebsparameters der Maschinen-Betriebsbedingungen einschließlich der Maschinengeschwindigkeit und/oder der Maschinenlast,

    (ii) Mittel zur arithmetischen Berechnung der geregelten Soll-Aufladungsquantität zum arithmetischen Berechnen der geregelten Soll-Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) des verstellbaren Turboladers (4) als eine Funktion des ersten vorgegebenen Maschinen-Betriebsparameters,

    (iii) EGR-Sollgeschwindigkeits-Korrekturmittel zur Korrektur der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM), und

    (iv) Mittel zur Korrektur der geregelten Soll-Aufladungsquantität zur Korrektur der geregelten Soll-Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) in Reaktion auf die Korrektur, die bei der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) durch das EGR-Sollgeschwindigkeits-Korrekturmittel durchgeführt wird, um die geregelte Soll-Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) zu optimieren, die durch die Korrektur (KEGR1) beeinflusst wird, die bei der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) durchgeführt wird.
  3. Turbolader-Regelungssystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur, die bei der geregelten Soll-Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) in Reaktion auf die für die EGR-Sollgeschwindigkeit durchgeführte Korrektur durchgeführt wird, als ein Korrekturvorgang ausgeführt wird, der bei einer vorwärtsgesteuerte Quantität durchgeführt wird.
  4. Turbolader-Regelungssystem nach Anspruch 3, ferner aufweisend einen Luftdurchflussmesser zum Erfassen einer tatsächlichen Einlassluft-Durchflussgeschwindigkeit (QAVNT) und Mittel zum arithmetischen Berechnen des Soll-Aufladungszustand, das einen Sollwert (QCSSP2) des Aufladungszustandes schätzt, wobei die Regelung so durchgeführt wird, dass die rückgekoppelte Korrektur, die auf einem Vergleich des Sollwertes (QCSSP2) des Aufladungszustandes mit der tatsächlichen Einlassluft-Durchflussgeschwindigkeit (QAVNT) beruht, bezüglich der vorwärtsgesteuerten Quantität unter einer vorgegebenen Maschinen-Betriebsbedingung durchgeführt wird.
  5. Turbolader-Regelungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des verstellbaren Turboladers (4) verhindert wird und eine Steuerung nur auf der Basis der vorwärtsgesteuerten Quantität durchgeführt wird, wenn das Abgasrückführungs-Steuerungssystem die EGR-Steuerung durchführt.
  6. Turbolader-Regelungssystem nach wenigsten einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Korrektur der geregelten Soll-Aufladungsquantität ein Umwandlungsmittel umfasst zum Umwandeln der Korrektur, die bei der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) durchgeführt wird, in einen Korrekturwert (VNEGR2) einer Einlassluft-Durchflussgeschwindigkeit der in die Maschine eingeleiteten Frischluft und ein arithmetisches Berechnungsmittel zum arithmetischen Berechnen eines Korrekturwertes (VEGR) des verstellbaren Turboladers (4) beruhend auf dem Korrekturwert (VNEGR2) der Einlassluft-Durchflussgeschwindigkeit, wodurch das Mittel zur Korrektur der geregelten Soll-Aufladungsquantität die geregelte Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) durch den Korrekturwert (VEGR) des verstellbaren Turboladers (4) korrigiert.
  7. Turbolader-Regelungssystem nach wenigsten einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Korrektur der EGR-Sollgeschwindigkeit die EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) als eine Funktion eines zweiten vorgegebenen Maschinen-Betriebsparameters korrigiert, der vom ersten vorgegebenen Maschinen-Betriebsparameter unterschiedlich ist.
  8. Turbolader-Regelungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite vorgegebene Maschinen-Betriebsparameter die Maschinentemperatur und/oder den Umgebungsdruck und/oder die Einlassluft-Temperatur umfasst.
  9. Verfahren zum Regeln eines verstellbaren Turboladers (4), der in einer Brennkraftmaschine verwendet wird, wobei die Brennkraftmaschine ein Abgasrückführungs-Steuerungssystem aufweist, das einen Teil des inerten Abgases durch die Maschine rückführt, und Sensoren zum Erfassen der Betriebsbedingungen der Maschine sowie eine elektronische Regelungseinheit, die konfiguriert ist, um mit den Sensoren und dem verstellbaren Turbolader (4) elektronisch verbunden zu sein zum automatischen Regulieren des Aufladungszustandes des verstellbaren Turboladers (4), wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch

    (i) arithmetisches Berechnen einer EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) des Abgasrückführungs-Steuerungssystems in Abhängigkeit von den Maschinen-Betriebsbedingungen;

    (ii) arithmetisches Berechnen einer geregelten Soll-Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) des verstellbaren Turboladers (4) in Abhängigkeit von den Maschinen-Betriebsbedingungen;

    (iii) Durchführen einer abnehmenden Korrektur (KEGR1) bei der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM);

    (iv) Korrigieren der geregelten Soll-Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) des verstellbaren Turboladers (4), so dass eine Turbinen-Einlassöffnung des verstellbaren Turboladers (4) in Reaktion auf die abnehmende Korrektur (KEGR1) zunimmt, die bei der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) als eine Funktion eines ersten vorgegebenen Maschinen-Betriebsparameters der Maschinen-Betriebsbedingungen einschließlich der Maschinengeschwindigkeit und/oder der Maschinenlast berechnet wird und die geregelte Soll-Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) des verstellbaren Turboladers (4) als eine Funktion der ersten vorgegebenen Maschinen-Betriebsbedingung berechnet wird und der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) als eine Funktion einer zweiten vorgegebenen Maschinen-Betriebsbedingung berechnet wird, die von dem ersten vorgegebenen Maschinen-Betriebsparameter unterschiedlich ist, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfasst:

    – Durchführen der Korrektur, die bei der geregelten Soll-Aufladungsquantität (DUTB1) in Reaktion auf der abnehmende Korrektur der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) durchgeführt wird, als ein Korrekturvorgang, der bei einer vorwärtsgesteuerten Quantität durchgeführt wird;

    – Schätzen eines Sollwertes (QCSSP2) des Aufladungszustandes;

    – arithmetisches Berechnen eines Rückkopplungs-Korrekturwertes (DUTS) durch Vergleichen des Sollwertes (QCSSP2) des Aufladungszustandes mit der tatsächlichen Einlassluft-Durchflussgeschwindigkeit (QAVNT);

    – Durchführen der Rückkopplungskorrektur bezüglich der vorwärtsgesteuerten Quantität, wobei der Rückkopplungs-Korrekturwert (DUTS) unter einer vorgegebenen Maschinen-Betriebsbedingung verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend die Schritte

    – Verhindern der Regelung des verstellbaren Turboladers (4) und

    – Durchführen der Steuerung nur auf der Basis der vorwärtsgesteuerten Quantität,

    wenn das Abgasrückführungs-Steuerungssystem die EGR-Steuerung durchführt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, ferner umfassend die Schritte:

    – Umwandeln der Korrektur, die bei der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) durchgeführt wird, in einen Korrekturwert (VNEGR2) einer Einlassluft-Durchlassgeschwindigkeit von Frischluft, die in die Maschine eingeleitet wird;

    – arithmetisches Berechnen eines Korrekturwertes (VEGR) des verstellbaren Turbolader (4) auf der Basis des Korrekturwertes (VNEGR2) der Einlassluft-Durchflussgeschwindigkeit, so dass die geregelte Soll-Aufladungsquantität (DUTB1; DUTB2) durch den Korrekturwert (VEGR) des verstellbaren Turboladers (4) korrigiert wird.
  13. Verfahren nach den Ansprüchen 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite vorgegebene Maschinen-Betriebsparameter die Maschinentemperatur und/oder den Umgebungsdruck und/oder die Einlassluft-Temperatur umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt

    – Korrigieren der EGR-Sollgeschwindigkeit (MEGRM) als eine Funktion einer zweiten vorgegebenen Maschinen-Betriebsbedingung der Betriebsbedingungen, die durch die Sensoren erfasst sind, ausgenommen der ersten vorgegebenen Maschinen-Betriebsbedingung.
Es folgen 8 Blatt Zeichnungen






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