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Dokumentenidentifikation DE60114179T2 13.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001280990
Titel VERFAHREN ZUM REGELN EINES MOTORS MIT ABGASRÜCKFÜHRUNG
Anmelder DETROIT DIESEL CORPORATION, Detroit, Mich., US
Erfinder WEISMAN, Miller, Steve, Farmington Hills, US;
KRESO, Admir, Canton, US;
MAY, Andrew, Ann Arbor, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60114179
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.03.2001
EP-Aktenzeichen 019208644
WO-Anmeldetag 28.03.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/US01/10108
WO-Veröffentlichungsnummer 2001075292
WO-Veröffentlichungsdatum 11.10.2001
EP-Offenlegungsdatum 05.02.2003
EP date of grant 19.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.07.2006
IPC-Hauptklasse F02B 37/24(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02M 25/07(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren einer Brennkraftmaschine, die ein Abgasrückführungssystem enthält, und ein Rechner- lesbares Speichermedium.

Bei der Steuerung des Schwerlastbetriebs von Brennkraftmaschinen verwendet die herkömmliche Praxis elektronische Steuereinheiten, die flüchtige und nicht-flüchtige Speicher haben, Eingangs- und Ausgangs-Antriebsschaltkreise und einen Prozessor, der Anweisungen ausführt, um den Motor und seine verschiedenen Systeme und Sub-Systeme zu steuern. Eine besondere elektronische Steuereinheit ist mit zahlreichen Sensoren, Betätigern und weiteren elektronischen Steuereinheiten in Verbindung, um verschiedene Funktionen zu steuern, die verschiedene Aspekte der Speicherfeldeingabe, Übertragungssteuerung und vieles weitere enthalten.

Der Schwerlastbetrieb im Motorbetrieb ist jedoch extrem konkurrierend. An die Hersteller der Motoren werden erhöhte Anforderungen gestellt, um die Motoren auszulegen und zu bauen, um dadurch eine verbesserte Motorleistung, eine verbesserte Zuverlässigkeit und eine größere Haltbarkeit zu schaffen, während strengeren Emissions- und Geräuschanforderungen genügt wird.

Aus den vorgenannten Gründen ergibt sich die Notwendigkeit für ein verbessertes Steuerverfahren einer Brennkraftmaschine, die ein Abgasrückführungssystem (ein EGR-System) mit verbesserter Leistung und präziserer Steuerung als die vorhandenen Systeme enthält.

Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein verfahren des Steuerns einer Brennkraftmaschine mit einer verbesserten Leistung und präziseren Emissionssteuerungen zu schaffen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Rechner- lesbares Speichermedium zu schaffen, das darin Anweisungen gespeichert hat, die eine verbesserte Leistung und präzisere Emissionssteuerungen ermöglichen.

Die Aufgabe wird entsprechend der vorliegenden Erfindung durch ein Steuerverfahren einer Brennkraftmaschine gelöst, wobei der Motor eine Turbo-Lader (VGT) mit veränderbarer Geometrie enthält, angetrieben in Abhängigkeit zu einem VGT-Befehlssignal, wobei der Motor außerdem ein Abgasrückführungssystem (EGR) mit veränderbarer Strömung enthält, angetrieben in Abhängigkeit zu einem EGR-Befehlssignal, um Abgas zu einem Motor-Einlassgemisch zurück zu führen, wobei das Verfahren aufweist Bestimmen einer gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge des Einlassgemischs; Abschätzen einer tatsächlichen Kohlenstoffdioxidmenge des Einlassgemischs; Vergleichen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge mit der abgeschätzten tatsächlichen Kohlenstoffdioxidmenge, um ein Fehlersignal zu bestimmen; Bestimmen des EGR-Befehlssignals auf der Grundlage des Fehlersignals; und Bestimmen des VGT-Befehlssignals auf der Grundlage von zumindest einer Betriebsbedingung und zumindest teilweise auf der Grundlage des EGR-Befehlssignals.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge außerdem das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge auf der Grundlage eines Teiles in einem Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnis des Einlassgemischs auf.

Außerdem weist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge außerdem die bestimmte Kohlenstoffdioxidmenge auf der Grundlage eines Teiles eines Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses des Einlassgemischs auf. Außerdem weist selbst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge das Bestimmen einer Motordrehmomentforderung und das Bestimmen einer Motordrehzahl auf. Die gewünschte Kohlenstoffdioxidmenge beruht auf dem Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnis des Einlassgemischs, der Drehmomentforderung und der Motordrehzahl.

Außerdem weist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Bestimmen des EGR-Befehlssignal das Bestimmen des EGR-Befehlssignals weiter auf der Grundlage von zumindest eines Steuerungszuwachszeitraums auf. Noch genauer erfolgt das EGR-Befehlssignal außerdem auf der Grundlage eines Zuwachsnormalisierungszeitraumes.

Noch genauer weist das Bestimmen des VGT-Befehlssignals außerdem das Bestimmen eines führungskompensierten Signals auf der Grundlage des EGT-Befehlssignals auf; und das Bestimmen des VGT-Befehlssignals zumindest teilweise auf der Grundlage des führungskompensierten Signals.

Die vorerwähnte Aufgabe wird außerdem entsprechend der vorliegenden Erfindung durch ein Rechner- lesbares Speichermedium gelöst, das darin die Anweisungen gespeichert hat, die durch die Steuerung ausführbar sind, um ein Steuerverfahren einer Brennkraftmaschine auszuführen, wobei der Motor eine Turbolader VGT einer veränderbaren Geometrie, angetrieben in Abhängigkeit zu einem VGT-Befehlssignal enthält, der Motor weiter ein Abgasrückführungssystem EGR mit veränderbarer Strömung enthält, angetrieben in Abhängigkeit zu einem EGR-Befehlssignal, um das Abgas zu einem Motor-Einlassgemisch zurück zu führen, wobei das Medium außerdem Anweisungen zum Bestimmen einer gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge des Einlassgemischs enthält; Anweisungen für das Abschätzen einer Kohlenstoffdioxidmenge des Einlassgemischs; Anweisungen zum Vergleichen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge zu der tatsächlichen Kohlenstoffdioxidmenge, um ein Fehlersignal zu bestimmen; Anweisungen zum Bestimmen des EGR-Befehlssignals auf der Grundlage des Fehlersignals; und Anweisungen für das Bestimmen des VGT-Befehlssignals auf der Grundlage von zumindest einer Motorbedingung und zumindest teilweise auf der Grundlage des EGR-Befehlssignals.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Anweisungen für das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge außerdem Anweisungen für das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge auf der Grundlage von z. T. eines Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses des Einlassgemischs auf.

Vorzugsweise weisen die Anweisungen für das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge außerdem Anweisungen für das bestimmen einer Motordrehmomentanforderung auf; Anweisungen für das Bestimmen einer Motordrehzahl; und Anweisungen für das bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge auf der Grundlage des Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses des Einlassgemischs, der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl.

Noch genauer, die Anweisungen für das bestimmen des EGR-Befehlssignals weisen außerdem Anweisungen für das Bestimmen des EGR-Befehlssignals außerdem auf der Grundlage von zumindest des Steuerungszuwachszeitraums auf.

Entsprechend eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles weisen die Anweisungen für das bestimmen des EGR-Befehlssignals außerdem Anweisungen für das Bestimmen des EGR-Befehlssignals außerdem auf der Grundlage des Zuwachsnormalisierungszeitraumes auf.

Entsprechend noch eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles weisen die Anweisungen für das Bestimmen des VGT-Befehlssignals außerdem Anweisungen für das Bestimmen eines führungskompensierten Signals auf der Grundlage des EGR-Befehlssignals auf; und Anweisungen für das Bestimmen des VGT-Befehlssignals zumindest zum Teil auf der Grundlage des führungskompensierten Signals.

Die Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind für Motoren mit Verdichtungszündung geeignet, aber einige Ausführungsbeispiele sind ebenso für Motoren mit Funkenzündung geeignet.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen niedergelegt. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels mehrerer Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:

1 eine schematische grafische Darstellung einer Brennkraftmaschine und eines Motorsteuerungssystems ist, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel erstellt wurde.

2 ein Blockdiagramm ist, das ein EGR- und VGT-Steuersystem eines weiteren Ausführungsbeispieles darstellt;

3 ein Blockdiagramm ist, das ein Motorsteuerungssystem eines noch weiteren Ausführungsbeispiels darstellt;

4 ein Blockdiagramm ist, das ein Motorsteuerungssystem eines weiteren Ausführungssystems darstellt; und

5 ein Diagramm ist, das einen Zuwachsnormalisierungszeitraum gegen die Luftströmung in einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt.

In Bezug auf die 1 sind eine Brennkraftmaschine und die zugehörigen Steuersysteme und Subsysteme im Wesentlichen bei 10 angezeigt. Das System 10 enthält einen Motor 12, der einen Motor 12 enthält, der eine Mehrzahl von Zylindern hat, jeder durch einen Kraftstoffzuführer versorgt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Motor 12 eine Brennkraftmaschine mit Verdichtungszündung, z. B. eine Schwerlastbetrieb-Dieselkraftstoffmotor. Die Einspritzer nehmen unter Druck stehenden Kraftstoff aus einer Kraftstoffzuführung in einer bekannten Weise auf.

Verschiedene Sensoren sind mit einer Steuerung 22 über Eingangsanschlüsse 24 in elektrischer Verbindung. Die Steuerung 22 enthält vorzugsweise einen Mikrorechner 26 in Verbindung mit verschiedenen Rechner- lesbaren Speichermedien 28 über einen Daten- und Steuerungsbus 30. Die Rechner- lesbaren Speichermedien 28 können eine Anzahl von bekannten Vorrichtungen enthalten, die als Nur-Lesespeicher 32, Speicher mit wahlfreiem Zugriff 34 und nicht-flüchtiger Speicher mit wahlfreiem Zugriff 36 funktionieren.

Die Rechner- lesbare Speichermedien 28 haben darin gespeicherte Anweisungen, die durch die Steuerung 22 ausführbar sind, um Steuerverfahren der Brennkraftmaschine auszuführen, die ein Abgasrückführungsventil (ein EGR-Ventil) 66 mit veränderbarer Strömung und einen Turbolader 52 mit veränderbarer Geometrie enthalten. Die Programmanweisungen führen die Steuerung 22 mit den Anweisungen, die durch den Mikrorechner 26 ausgeführt wurden, um die verschiedenen Systeme und Sub-Systeme des Fahrzeuges zu steuern, und optional können die Anweisungen auch durch eine Anzahl von logischen Einheiten 50 ausgeführt werden. Die Eingangsanschlüsse 24 nehmen die Signale von verschiedenen Sensoren auf und die Steuerung 22 erzeugt Signale an den Ausgangsanschlüssen 38, die zu den verschiedenen Fahrzeugbauteilen gerichtet werden.

Eine Daten-, Diagnose- und Programmierungsschnittstelle 44 kann auch wahlweise mit der Steuervorrichtung 22 über einen Stecker 46 verbunden werden, um zwischen ihnen verschiedene Informationen auszutauschen. Die Schnittstelle 44 kann verwendet werden, um verschiedene Werte innerhalb der Rechner- lesbaren Speichermedien 28, z. B. Konfigurationsfestlegungen, Kalibrierungsvariable, Anweisungen für die EGR- und VGT-Steuerung und weiteres zu verändern.

Im Betrieb nimmt die Steuervorrichtung 22 Signale von den verschiedenen Fahrzeugsensoren auf und führt eine Steuerlogik, eingebettet in hardware und/oder software aus, um den Motor zu steuern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuervorrichtung 22 die DDEC-Steuervorrichtung, die von der Detroit Diesel Corporation, Detroit Michigan, erhältlich ist. Verschiedene weitere Merkmale dieser Steuervorrichtung werden ausführlich in einer Anzahl von verschiedenen U. S.-Patenten, erteilt an die Detroit Diesel Corporation, beschrieben.

Wie durch jemand, der auf diesem Gebiet der Technik Fachmann ist, eingeschätzt werden kann, kann die Steuerlogik in die hardware, firmware, software oder in Kombinationen derselben implementiert werden. Außerdem kann die Steuerlogik zusätzlich zu einem der verschiedenen Systeme oder Sub-Systeme des Fahrzeuges, die mit der mit der Steuervorrichtung 22 zusammenwirken, durch die Steuervorrichtung 22 ausgeführt werden. Außerdem kann, obwohl in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Steuervorrichtung 22 den Mikrorechner 26 enthält, eine von einer Anzahl der bekannten Programmierungs- und Berechnungstechnologien oder -strategien verwendet werden, um einen Motor in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel zu steuern.

Außerdem muss es geschätzt werden, dass die Motorsteuerung eine Information auf verschiedenen Wegen empfangen kann. Z. B. könnte die Motorsysteminformation über eine Datenverbindung bei einer digitalen Eingabe oder bei einer Sensoreingabe der Motorsteuervorrichtung empfangen werden.

In Fortsetzung zu dem Bezug auf die 1 sieht die Steuervorrichtung 22 eine verbesserte Motorleistung durch das Steuern des Abgasrückführungsventils 66 mit veränderbarer Strömung und durch Steuern des Turboladers 52 mit veränderbarer Geometrie vor. Der Turbolader 52 mit veränderbarer Geometrie enthält eine Turbine 54 und einen Kompressor 56. Der Druck des Motorabgases veranlasst die Turbine sich zu drehen. Die Turbine treibt den Kompressor, der typischerweise auf derselben Welle montiert ist. Der sich drehende Kompressor erzeugt einen Turbo-Verstärkungsdruck, der während der Verbrennung eine erhöhte Leistung entwickelt.

Ein Turbolader mit veränderbarer Geometrie hat zusätzlich zu der Rotorgruppe bewegbare Bauteile. Diese bewegbaren Bauteile können die Geometrie des Turboladers durch verändern der Fläche oder der Flächen der Turbinenstufe, durch die Abgase aus dem Motor strömen, und/oder den Winkel verändern, bei dem die abgase in die Turbine hinein- oder hinausströmen. In Abhängigkeit von der Geometrie des Turboladers führt der Turbolader verschiedene Mengen des Turbo-Verstärkungsdruckes zu dem Motor. Der Turbolader mit veränderbarer Geometrie kann elektronisch gesteuert werden, um die Größe des Turbo-Verstärkungsdruckes auf der Grundlage verschiedener Betriebsbedingungen zu verändern.

In einem Turbolader mit veränderbarer Geometrie ist das Turbinengehäuse für einen Motor überdimensioniert und die Luftströmung wird auf das gewünschte Niveau nach herunter gedrosselt. Es gibt verschiedene Anordnungen für den Turbolader. In einer Anordnung hat eine veränderbare Einlassdüse eine Kaskade aus veränderbaren Flügeln, die schwenkbar sind, um die Fläche und den Winkel zu verändern, bei dem die Strömung in das Turbinenrad eintritt. In einer weiteren Anordnung hat der Turbolader bewegbare Seitenwände, die die effektive Querschnittsfläche des Turbinengehäuses verändern. Es wird geschätzt, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele für den Turbolader mit veränderbarer Geometrie nicht auf einen besonderen Aufbau begrenzt sind.

D. h., der Ausdruck VGT, wie hierin verwendet, bedeutet irgendeine steuerbare Luftdruckvorrichtung, die die oben genannten Beispiele enthält, und enthalten einen angepassten Verlust-Absperrschieber.

Ein Abgasrückführungssystem leitet einen bemessenen Anteil des Abgases in den Einlassverteiler. Das Abgasrückführungssystem verdünnt die hereinströmende Kraftstoffladung und vermindert die Verbrennungstemperaturen, um das Niveau der Stickoxide zu vermindern. Die Abgasmenge, die zurückgeführt werden soll, wird durch das EGR-Ventil 66 und durch VGT gesteuert. In Übereinstimmung mit dem gewünschten Ausführungsbeispiel ist das EGR-Ventil ein veränderbares Strömungsventil, das durch die Steuervorrichtung 22 elektronisch gesteuert wird. Die Geometrie des Turboladers mit veränderbarer Geometrie wird auch durch die Steuervorrichtung 22 elektronisch gesteuert. Es wird geschätzt, dass es viele mögliche Konfigurationen für ein steuerbares EGR-Ventil gibt und die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht auf einen besonderen Aufbau für das EGR-Ventil begrenzt. Außerdem wird es geschätzt, dass verschiedene Sensoren bei dem EGR-Ventil die Temperatur und den Differentialdruck erfassen können, um die Motorsteuerung zu gestatten, um die Massenströmungsrate durch das Ventil zu bestimmen. Zusätzlich wird es geschätzt, dass verschiedene unterschiedliche Sensorkonfigurationen in verschiedenen Teilen des Abgasströmungsweges verwendet werden können, um der Steuervorrichtung 22 zu gestatten, die verschiedenen Massenströmungsraten durch das Abgassystem, einschließlich der Strömung durch das EGR-System und der Strömung durch den Kompressor und einige andere Strömungen zu bestimmen.

In einigen Ausführungsbeispielen kann es wünschenswert sein, einen Kühler 62 vorzusehen, um die Ladungsluft, die von dem Kompressor 56 kommt, zu kühlen. Ähnlich kann es in eineigen Ausführungsbeispielen wünschenswert sein, einen Kühler 68 vorzusehen, um die Strömung durch das EGR-System vor der Wiedereinleitung des Gases in dem Motor 12 zu kühlen.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele enthalten eine Steuerlogik, die verschiedene Eingangssignale, die verschiedene Motorbedingungen repräsentieren, verarbeitet, und seinerseits ein EGR-Befehlssignal und ein VGT-Signal schafft. Das EGR-Befehlssignal befielt eine Position für das Abgasrückführungsventil 66 mit veränderbarer Strömung, um die Gasströmung durch den Weg 64 zu steuern, während das VGT-Befehlssignal eine Geometrie für das VGT 52 befiehlt, um die Gasströmung durch den Pfad 60 zu steuern. In einem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die verschiedenen Techniken, die verwendet werden, um die EGR- und VGT-Befehlssignale zu bestimmen, bestens in der 2 gezeigt.

In der 2 stellt ein Blockdiagramm 80 die Funktionen der Steuerlogik dar, die die Anweisungen, ausgeführt durch die Steuervorrichtung 22, enthält, um eine verbesserte Motorleistung und eine verbesserte Emissionssteuerung zu schaffen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind insbesondere nützlich, die Emissionen bei Schwerlastbetrieb- Dieselmotoren zu verbessern. Das Verwenden der EGR-Technologie, um einen Anteil von Abgas mit der Einlassladung zu mischen, reduziert die Stickoxide (NOx), während die Kraftstoffökonomieauswirkung minimiert und die Haltbarkeit in Übereinstimmung mit den beschrieben Ausführungsbeispielen verbessert wird. In einem Turbo- geladenen Dieselmotor wird der Gegendruck, der notwendig ist, um die EGR-Strömung von dem Auslass zu den Einlassverteilern anzutreiben, mit dem Turbolader mit veränderbarer Geometrie erreicht. Die Steuerung der EGR-Strömungsrate kann über die VGT-Geometrieveränderung (z. B. durch die Flügelpositionsveränderung) über die EGR-Ventil-Positionsveränderung und vorzugsweise über beide erreicht werden. In bevorzugten Ausführungsbeispielen führt das verwendete Steuerverfahren zu Zwischenwirkungen zwischen den EGR- und den VGT-Systemen, die oberhalb der Fähigkeiten der vorhandenen Systeme liegen.

Es gibt viele beschriebene Ausführungsbeispiele, die voneinander unabhängig oder zusammen verwendet werden können. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden das EGR-Ventil und das VGT gleichzeitig und kontinuierlich gesteuert. D. h., die bevorzugten Ausführungsbeispiele sehen eine kontinuierliche, sich einstellende EGR-/VGT-Steuervorrichtung vor Bevorzugte Durchführungen verwenden eine gewünschte Einlassverteilungszusammensetzung im Hinblick auf die chemischen Bestandteile (O2, N2, CO2 und H2O) als ein festgelegter Punkt für die Steuervorrichtung. Die tatsächliche Menge dieser chemischen Bestandteile wird vorzugsweise aus einem vereinfachten Verbrennungsmodel berechnet.

In Fortsetzung des Bezugs auf die 2 werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Antriebs-Beschleunigerpositions-Sensoreingabesignal und eine Motordrehzahleingabe (U/min) in dem Block 82 aufgenommen. Der Block 82 verwendet eine Tabelle zum Aufsuchen, um eine Motordrehmomentanforderung festzustellen. Die Motordrehmomentanforderung repräsentiert eine Kraftstoffmenge, die für weitere Aspekte der Motorsteuerung, die hierin nicht gesondert beschrieben werden, z. B. für das Zylinderausgleichen, eingestellt werden kann. Außerdem wird es geschätzt, dass 2 eine bevorzugte Durchführung darstellt und dass verschiedene Aspekte der gezeigten Steuerstrategie bevorzugt, aber nicht unbedingt erforderlich sind. In dem Block 84 addiert ein Filter zweiter Ordnung eine Verzögerung zu der Drehmomentanforderung. Die Verzögerung wird addiert, um der langsameren Luftströmungswirkungen der Motorsteuerung zu gestatten, mit der schnelleren Antwortdrehmoment-Anforderungswirkung der Motorsteuerung Schritt zu halten. In dem Block 86 werden die Motordrehzahl und die gefilterte Drehmomentanforderung aufgenommen und gemeinsam mit anderen Motorbedingungen verarbeitet, was zu einer gewünschten Kraftstoffeinspritzung, einem gewünschten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, einer gewünschten Kraftstoffmenge und -schiendruck führt. Diese Faktoren steuern die Kraftstoffzuführung, die bei 88 angezeigt ist.

In dem Block 90 wird eine gewünschte chemische Zusammensetzung für den Motorlufteinlass festgestellt. Die gewünschte Zusammensetzung bezieht sich auf die chemischen Bestandteile (O2, N2, CO2 und H2O). Der Kraftstoff pro Takt wird in dem Block 90 von dem Einspritzungssteuerblock 86 vorgesehen und der Block 90 sieht eine Kraftstoffgrenze pro Takt in dem Block 86 vor (z. B. kann der Kraftstoff bei niedrigen Luftströmungsbedingungen begrenzt werden). In dem Block 92 werden die tatsächlichen Strömungswerte für das EGR-System und das Turbolade-System, das Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnis und die chemische Zusammensetzung der Einlassgase berechnet. Die Berechnungen erfolgen auf der Grundlage eines vereinfachten Verbrennungsmodels und vereinfachter Motorsensor-Eingabesignale. Die gewünschten oder festgelegten Punktwerte in dem Block 90 werden durch Interpolation der Werte begründet, die innerhalb von fünf Paaren der Tabelle zum Aufsuchen enthalten sind. Jedes Paar der Tabelle zum Aufsuchen entspricht die erste Tabelle (94, 98) dem stabilisierten Turbolader-Verstärkungsdruck und die zweite Tabelle (96, 100) entspricht dem Null-Turbolader-Verstärkungsdruck. D. h., die erste Tabelle entspricht dem maximalen Sauerstoff pro Kraftstoff (pro Takt), während die zweite Tabelle dem minimalen Sauerstoff pro Kraftstoff entspricht. In Abhängigkeit von dem tatsächlichen Sauerstoff pro Kraftstoff, wie aus verschiedenen Messungen festgestellt worden ist, werden die gewünschten Werte zwischen zwei Tabellen für die Teilwerte interpoliert.

Z. B. werden die gewünschten Kohlenstoffdioxid- und die Luftwerte mit einer Interpolation zwischen den Tabellen 94, 96 festgestellt (wobei der Block 94 und der block 96 jeweils zwei Tabellen zum Aufsuchen entspricht). Ähnlich werden die gewünschten Werte für die Zeitpunktparameter, die Menge und den Schienendruck durch Interpolation (auf der Grundlage des Sauerstoffs pro Kraftstoff) zwischen den Tabellen 98 und 100 (wobei Block 98 und Block 100 jeweils drei Tabellen repräsentieren) festgestellt. In Übereinstimmung mit den beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen stellt die Steuerung 22 den EGR- und den VGT-Betrieb ein, um die gewünschten Werte bei Block 90 (die mit Interpolation berechnet werden) innerhalb der jeweiligen minimalen/maximalen Tabellen (jeweils 96, 100 und 94, 98) zu erreichen.

Aus dem Block 90 wird eine gewünschte Kohlendioxidmenge 110 festgestellt. Aus dem Block 92 wird eine tatsächliche Kohlenstoffdioxidmenge abgeschätzt. Es wird geschätzt, dass die Massen vorzugsweise als Masse pro Takt repräsentiert werden. Der Summator 114 vergleicht die gewünschte Kohlenstoffdioxidmenge 110 mit der tatsächlichen Kohlenstoffdioxidmenge 112, um das Kohlenstoffdioxidmengen-Fehlersignal festzustellen. Das EGR-Ventil wird durch ein EFR-Befehlssignal auf der Grundlage des Fehlersignals gesteuert Vorzugsweise stellt eine Steuervorrichtung, z. B. eine proportionale/integrale/abgeleitete Steuervorrichtung 16 (oder vorzugsweise mit einer nichtlinearen Kompensationseinheit, z. B. einem Smith-Kommandogerät) die EGR-Ventilposition ein, um eine gewünschte EGR- rate und eine gewünschte Kohlenstoffdioxidmenge zu erreichen. Außerdem ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen die EGR-Schleifen-Zuwachsnormalisierung innerhalb des Blocks 120 enthalten, um die Übergangsreaktion durch das Reduzieren der Wirkungen der schnellen Veränderungen in der Drehmomentanforderung zu reduzieren.

Nach der Schleifen-Zuwachsnormalisierung wird das resultierende EGR-Befehlssignal durch die Steuervorrichtung 22 (1) zu dem EGR-Ventil 122 zugeführt.

Vorzugsweise wird das EGR-Befehlssignal, wie nachstehend beschrieben, auch durch die VGT-Steuerung geleitet.

Beim Steuern der VGT 174 wird eine Basisgeometrie (die Flügelposition in der bevorzugten Durchführung) in dem Block 160 auf der Grundlage einer Drehmomentanforderung und einer Motordrehzahl festgesetzt. Die Befehlsbasisposition wird von dem Block 160 in den Block 161 geleitet. In dem Block 162 gestattet eine Bremsschnittstelle eine logische Motorbremssteuerung, um eine Befehlsbasisposition durch die normale VGT-Logik in dem Fall zu übergehen, dass der Motor in betrieb ist und als eine Motorbremse arbeitet. Das Motorbremsen verwendet den Motor als einen Kompressor, um geringere Energiemengen über einen längeren Zeitraum abzuleiten, was entgegengesetzt zu den normalen Fahrzeugbremsen ist, die eine große Energiemenge für einen kürzeren Zeitraum ableiten.

Der Basisgeometrieblock 160 dient als ein Vorwärts-Zuführmerkmal für die VGT-Steuerung, um die Übergangsreaktion zu verbessern und auch die rückführungslose Steuerung zu ermöglichen, wenn diese gewünscht wird, was nachstehend beschrieben wird.

Das EGR-Befehlssignal wird durch die Spitzen-Kompensationslogik 140 aufgenommen, um ein Spitzen- kompensiertes Signal auf der Grundlage des EGR-Befehlssignals festzulegen. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen synchronisiert dieser Abschnitt der Steuerkreis gleichzeitig die EGR-Ventil und VGT-Geometrie-Steuerung. Besonders wenn die EGR-Ventilsteuerung nicht ausreicht, die gewünschte EGR-Rate zu erreichen, wird die VGT-Geometrie modifiziert, um die Luftströmung durch die Turbine zu erhöhen, bis die gewünschte EGR-Strömung erreicht ist. Die Spitzeneinheit 140 verbessert die Übergangsreaktion, um die Turbo-Verstärkungsverzögerung zu kompensieren. D. h., wenn die EGR-Ventilsteuerung nicht ausreichend ist, den gewünschten Kohlenstoffdioxidgehalt in dem Motoreinlass zu erreichen, erhöht die erhöhte Strömung durch die Turbine den Gesamtluftstrom, was den Gegendruck erhöht, der das Kohlenstoffdioxid, der in den Abgasen durch den Rückführungsweg enthalten ist, antreibt, was zu einem Erhöhen der Kohlenstoffdioxidmasse pro Takt bei dem Einlass führt, wobei aber die Turbine weniger effizient wird.

Im Block 132 modifiziert eine zusätzliche Kompensationseinheit auf der Grundlage der EGR-Ventilposition die Spitzenkompensationsausgabe. Wie gezeigt, nimmt ein Summator ein Signal der gewünschten Luft pro Takt und ein Signal einer tatsächlichen Luft pro Takt auf und stellt einen Luftfehler fest. Der Spitzenkompensator 140 und der zusätzliche Kompensator 142 sehen den Luftfehler voraus und übertreiben, wenn es erwartet wird, dass das EGR-Ventil öffnet. Der Luftfehler, festgestellt in Block 144 und/oder die Basisgeometrie (z. B. die Flügelposition), wie in Block 160 festgestellt, werden verwendet, um das VGT-Befehlssignal festzustellen.

Vorzugsweise linearisieren in Block 148 die Normalisierungswerte, die in dem Block 148 enthalten sind, den Regelzuwachs der PID-Steuerung 150 und dienen als ein veränderbarer Schalter zwischen offenen und geschlossenen Regelsteuerannäherungen. D. h., bei geringen Luftströmungsbedingungen (niedrige Motordrehzahl und niedriger Drehmomentanforderung) reduziert der Normalisierungsfaktor den Luftfehler auf null oder auf einen ausreichend niedrigen Wert, um so effektiv bedeutungslos beim Steuern der VGT 174 zu sein. D. h., bei niedrigen Luftströmungsbedingungen beseitigt die Normalisierung effektiv das Luftfehlersignal, das von der Basisgeometrie ausgeht (das vorwärts- Zuführmerkmal), um den VGT in einer offenen Regelkreisart zu steuern. Wenn andererseits die Luftströmung ein ausreichenden Niveau erreicht springt der Zuwachsnormalisierungsfaktor von Null auf einen ausreichend großen Wert, um die VGT 174 zu steuern und die PID-Steuervorrichtung 150 zu linearisieren. Wenn sich die Luftströmung fortsetzt, um sich zu erhöhen, vermindert sich der Normalisierungsfaktor wegen den höheren Luftströmungen, wobei die PID-Steuervorrichtung 150 effektiver wird. Eine beispielhafte Durchführung für den Normalisierungsblock 148 ist in der 5 bei 230 gezeigt. Wie gezeigt ist die Zuwachsnormalisierungseinheit bei niedrigen Luftströmungen Null. Die Luftströmung wird vorzugsweise als eine Funktion der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl festgestellt. Wenn einmal die signifikante Luftströmung vorhanden ist (Bezugszeichen 232), wird der Zuwachsnormalisierungsfaktor signifikant erhöht, um sich von der effektiv ausschließlich offenen Regelsteuerung des VGT mit dem vorwärts- Zuführmerkmal in die geschlossene Regelsteuerung des VGT (mit dem vorwärts- Zuführmerkmal) zu verändern. Wenn die Luftströmung fortfährt, sich zu erhöhen, wird das Zuwachsnormalisierungsmerkmal reduziert, wie bei 234 angezeigt.

Wie durch den Summator 152 gezeigt, sieht die Basisflügelposition (oder eine andere geeignete Geometrieanzeige in Abhängigkeit von der Durchführung) von dem Block 160 im Wesentlichen die Steuerung des VGT-Befehlssignals vor, während das Signal, abgeleitet von dem Luftfehler, die Feinabstimmung (mit Ausnahme bei niedrigen Luftströmungsbedingungen, wo der Luftfehleranteil effektiv ignoriert und die offene Regelsteuerung verwendet wird) vorsieht. Durch die Ausgabe des Summators 152 begrenzt der Begrenzer 170 das VGT-Befehlssignal sofern erforderlich, um das Turbo-Überdrehen zu verhindern. Z. B. gibt es bei höheren Höhen die fortgesetzten Anforderungen für mehr Sauerstoff, was zu einem Turbo-Überdrehen führen kann. Diese Situation wird durch eine Turbo-Drehzahlgrenze bei Block 172 verhindert. Nach dem Begrenzen wird, falls dies notwendig ist, das VTG-Befehlssignal auf das VGT 174 angewandt. Wie bereits oben erläutert wird das EGR-Befehlssignal (mit einer Spitzenkompensation) verwendet, um das Luftfehlersignal einzustellen, um die Feinabstimmung des VGT-Befehlssignals vorzusehen. Weil solch eine fortwährende simultane Steuerung von sowohl dem EGR-, als auch dem VGT-System die Wirkungen dieser Systeme aufeinander gestattet, sollte sie in die Überlegung während der Steuerstrategie einbezogen werden. Die Spitzeneinheit 140 verbessert die Übergangsreaktion. Demzufolge wirkt die Regelsteuerung in den entgegengesetzten Richtungen, die die EGR-Ventilposition einstellen, falls die gewünschte Verstärkung (oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis) nicht erreicht wird.

Dies bedeutet bei den Tafeln 94, 96 bei niedrigerem Sauerstoff pro Kraftstoff, der Wert in dem minimalen CO2-Tabelle befiehlt eine gewünschte Kohlenstoffdioxidmenge von Null. Die obere CO2-Tabelle ist die gewünschte CO2-Menge bei einem oberen Sauerstoff pro Kraftstoff. Der niedrige CO2 bildet ein niedriges Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem das gewünschte CO2 Null ist. D. h., wenn der Motor bereits bei fettem Kraftstoff läuft, werden die Tabellen 94 und 96 derart interpoliert, dass die gewünschte Kohlenstoffdioxidmenge Null ist. Somit kann die Funktion, die verwendet wird, um zwischen den beiden Kohlenstoffdioxidtabellen zu interpolieren, signifikant anders sein, als die Funktion, die verwendet wird, um zwischen den beiden Luftmengentabellen zu interpolieren. Außerdem wird es geschätzt, dass die Interpolation zwischen irgendwelchen zwei Tafeln nicht auf die lineare Interpolation begrenzt ist, sondern andere Formen annehmen kann.

Vorteilhafterweise und wie bereits bei den Blöcken 86 und 90 erwähnt, ist die gesamte Steuerung des Luftsystems VGT/EGR direkt mit der KraftstoffSteuervorrichtung 86 verbunden. Während der normalen Motorbetriebsbedingungen wirkt das Luftsystem, um den Kraftstoffsystemanforderungen zu folgen, um die gewünschte Motorleistung zu erreichen. Jedoch während eines marginalen Betriebs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleicht sich das Luftsystem an, um die Hauptsteuerung zu werden, die die maximale Kraftstoffzuführung bestimmt, um einen übermäßigen Rauch und insbesondere Emissionen zu begrenzen, wie durch die Kraftstoffgrenze pro Takt angezeigt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das nicht notwendigerweise auf die in der 2 und der 3 gezeigten Steuertechnologien begrenzt ist, stellt ein Rückkopplungs-Steuersystem für einen Motor auf der Grundlage der gewünschten chemischen Einlassart bei 190 dar. Bei Block 192 wird die gewünschte chemische Einlassart auf der Grundlage der Motorbetriebs-Eingangssignale 194 und 196 (z. B. der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl) festgestellt. Der Summator 198 vergleicht die gewünschte chemische Einlassart 192 mit der tatsächlichen chemischen Einlassart, die aus einem Model 202 abgeschätzt wird. Das Model enthält verschiedene Motorbetriebsbedingungen, die von dem Motor 200 gemessen worden. Ein Fehler zwischen der gewünschten chemischen Einlassart und der tatsächlichen chemischen Einlassart wird zu der Steuervorrichtung 204, die den Motor 200 steuert, hindurchgeleitet, um die tatsächliche chemische Einlassart entsprechend des Artenmodels zu der gewünschten chemischen Einlassart, die auf den Motorbedingungen basiert, in der Spur zu halten. Z. B. kann die gewünschte relative Massenmenge pro Takt (und/oder die tatsächliche Masse pro Takt) für verschiedene chemische Arten, z. B. O2, N2, CO2 und H2O bei dem Motoreinlass bestimmt werden. Die tatsächlichen chemischen Einlassartenzusammensetzung kann empirisch modelliert werden und die Fehler in der Zusammensetzung werden durch die Summierungslogik 198 festgestellt. Die Steuervorrichtung 204 steuert den Motor um die tatsächliche chemische Artenzusammensetzung zu der gewünschten nachzuspüren. Die Rückkopplungssteuerungs-Technologien der chemischen Arten können im Wesentlichen verwendet werden, um den Motor in Übereinstimmung mit den Ausführungsbeispielen, oder in dem bevorzugten, in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zu steuern.

In der 4 ist ein weiteres System im Wesentlichen bei 210 angezeigt. In dem System 210 stellt eine EGR-Steuervorrichtung 212 ein EGR-Befehlssignal fest, dass zu einem EGR-Ventil 214 mit veränderbarer Strömung durchgeleitet wird. Das EGR-Befehlssignal wird auch zu dem Spitzenkompensationsblock 216 durchgeleitet. Die VGT-Steuervorrichtung 218 nimmt verschiedene Motoreingangssignale zusätzlich zu einem Eingangssignal von dem Kompensationsblock 216 auf. Die VGT-Steuervorrichtung 218 stellt das VGT-Befehlssignal auf der Grundlage von zumindest teilweise dem EGR-Befehlssignal (vorzugsweise mit einer Spitzenkompensation bei Block 216) fest, um die VGT 220 zu steuern.

Während die Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsbeispiele alle möglichen Formen der Erfindung erläutern und beschreiben. Vielmehr sind die Worte, die in der Beschreibung verwendet werden, eher Worte der Beschreibung als der einer Begrenzung und es wird verstanden, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen genau festgelegt sind, abzuweichen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (12), wobei der Motor (12) einen Turbolader VGT (52, 174) von veränderbarer Geometrie enthält, angetrieben in Abhängigkeit von einem VGT-Befehlssignal, wobei der Motor (12) außerdem aufweist ein Abgasrückführungssystem EGR (66) mit veränderbarer Strömung, angetrieben in Abhängigkeit von einem EGR-Befehlssignal, um Abgas in ein Motoreinlassgemisch zurückzuführen, wobei das Verfahren aufweist:

    Bestimmen einer gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) des Einlassgemisches;

    Abschätzen einer tatsächlichen Kohlenstoffdioxidmenge (112) des Einlassgemisches;

    Vergleichen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) mit der tatsächlichen Kohlenstoffdioxidmenge (112), um ein Fehlersignal (146) zu bestimmen;

    Bestimmen des EGR-Befehlssignales auf der Grundlage des Fehlersignales (146); und

    Bestimmen des VGT-Befehlssignales auf der Grundlage von zumindest einem Motorzustand und zumindest teilweise auf der Grundlage des EGR-Befehlssignales.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) außerdem aufweist:

    Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) teilweise auf der Grundlage eines Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses des Einlassgemisches.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Festlegen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) außerdem aufweist:

    Bestimmen einer Motordrehmomentanforderung (82);

    Bestimmen einer Motordrehzahl; und

    Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) auf der Grundlage des Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses des Einlassgemisches, der Drehmomentanforderung (82) und der Motordrehzahl.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bestimmen des EGR-Befehlssignales außerdem aufweist:

    Bestimmen des EGR-Befehlssignales außerdem auf der Grundlage von zumindest einer Steuerungsgewinnkurve.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bestimmen des EGR-Befehlssignales außerdem aufweist:

    Bestimmen des EGR-Befehlssignales außerdem auf der Grundlage einer Gewinnnormalisierungskurve (120).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen des VGT-Befehlssignales außerdem aufweist:

    Bestimmen eines ausgangskompensierten Signales (140) auf der Grundlage des EGR-Befehlssignales; und

    Bestimmen des VTG-Befehlssignales, zumindest teilweise auf der Grundlage des ausgangskompensierten Signales (140).
  7. Computer- lesbares Speichermedium (28), das darin Anweisungen gespeichert hat, die durch eine Steuerung (22) ausführbar sind, um ein Steuerverfahren einer Brennkraftmaschine (12) auszuführen, wobei der Motor (12) einen Turbolader VGT (52, 174) von veränderbarer Geometrie enthält, angetrieben in Abhängigkeit von einem VGT-Befehlssignal, der Motor (12) außerdem aufweist ein Abgasrückführungssystem EGR (66) mit veränderbarer Strömung, angetrieben in Abhängigkeit von einem EGR-Befehlssignal, um Abgas in ein Motoreinlassgemisch zurückzuführen, wobei das Medium außerdem aufweist:

    Anweisungen zum Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) des Einlassgemisches;

    Anweisungen für das Abschätzen einer tatsächlichen Kohlenstoffdioxidmenge (112) des Einlassgemisches;

    Anweisungen für das Vergleichen einer gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) mit der tatsächlichen Kohlenstoffdioxidmenge (112), um ein Fehlersignal (146) festzustellen;

    Anweisungen zum Bestimmen des EGR-Befehlssignales auf der Grundlage eines Fehlersignales (146) auf der Grundlage des Fehlersignales (146); und

    Anweisungen zum Bestimmen des VGT-Befehlssignales auf der Grundlage von zumindest einem Motorzustand und zumindest teilweise auf der Grundlage des EGR-Befehlssignales.
  8. Medium nach Anspruch 7, wobei die Anweisungen für das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) außerdem aufweisen:

    Anweisungen zum Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) teilweise auf der Grundlage eines Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses des Einlassgemisches.
  9. Medium nach Anspruch 8, wobei die Anweisungen zum Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge (110) außerdem aufweisen:

    Anweisungen zum Bestimmen einer Motordrehmomentanforderung (82):

    Anweisungen zum bestimmen einer Motordrehzahl; und

    Anweisungen zum bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge auf der Grundlage des Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses des Einlassgemisches, der Drehmomentanforderung (82) und der Motordrehzahl.
  10. Medium nach Anspruch 9, wobei die Anweisungen zum Bestimmen des EGR-Befehlssignales außerdem aufweisen:

    Anweisungen zum Bestimmen des EGR-Befehlssignales außerdem auf der Grundlage von zumindest der Steuerungsgewinnkurve.
  11. Medium nach Anspruch 10, wobei die Anweisungen zum bestimmen des EGR-Befehlssignales außerdem aufweisen:

    Anweisungen zum bestimmen des EGR-Befehlssignales außerdem auf der Grundlage einer Gewinnnormalisierungskurve (120).
  12. Medium nach Anspruch 11, wobei die Anweisungen für das Bestimmen des VGT-Befehlssignales außerdem aufweisen:

    Anweisungen zum Bestimmen eines ausgangskompensierten Signales (140) auf der Grundlage eines EGR-Befehlssignales; und

    Anweisungen zum Bestimmen des VGT-Befehlssignales zumindest teilweise auf der Grundlage des ausgangskompensierten Signales (140).
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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