DE102011080316A1

DE102011080316A1 - Verfahren und System zur Regelung der Abgasrückführung

Info

Publication number: DE102011080316A1
Application number: DE102011080316A
Authority: DE
Inventors: Mrdjan J. Jankovic; Amey Y. Karnik; Daniel Joseph Styles; Julie Helen Buckland
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: CN102374045A; DE102011080316B4; RU2569124C2; CN102374045B; US20120037134A1; RU2011133295A; US9181904B2

Abstract

Verfahren und Systeme zum Einstellen eines AGR-Ventils und einer oder mehrerer Ansaugdrosseln unter Ansprechen auf die Ausgabe eines Einlass-Sauerstoffsensors, um eine gewünschte AGR-Menge-Strom bereitzustellen, während das Motordrehmoment aufrechterhalten wird, sind bereitgestellt. Die Einstellungen werden koordiniert, um die verteilte Regelung der AGR-Ventile und Ansaugdrosseln zu verbessern und AGR-Strom zu ermöglichen, selbst wenn ein Stellglied begrenzt ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Regelung der Abgasrückführung in einem Motorsystem.
HINTERGRUND UND KURZDARSTELLUNG
In dem Bestreben, die strengen Abgasnormen der Bundesregierung zu erfüllen, können Motorsysteme mit Abgasrückführungssystemen (AGR) konfiguriert werden, wobei mindestens ein Teil des Abgases zum Motoreinlass rückgeführt wird. Solche AGR-Systeme ermöglichen eine Verringerung der Abgasemissionen und verbessern zudem die Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Zur Schätzung des AGR-Stroms und zur Regelung der AGR-Menge, die dem Motoreinlass zugeführt wird, können verschiedene Sensoren in das Motorsystem einbezogen werden.
Ein Beispiel für solch ein AGR-System wird von Tonetti et al. in US 7,267,117 veranschaulicht. Hierin ist ein Sauerstoffsensor in den Lufteinlass des Motors einbezogen, und auf Grundlage der Ausgabe des Sauerstoffsensors wird eine Regelungsvorrichtung konfiguriert, um die Stellung eines AGR-Ventils einzustellen, um dadurch für eine gewünschte AGR-Menge zu sorgen.
Jedoch haben die Erfinder hierin mögliche Probleme bei einem solchen System erkannt. Aufgrund der verteilten Stellung von AGR-Ventilen und Drosseln in Motorsystemen wie dem Motorsystem von Tonetti können Einstellungen des AGR-Ventils, die unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors erfolgen, verhältnismäßig langsam sein, was zu einer Verzögerung bei der Bereitstellung des gewünschten AGR-Stroms führt. Einstellungen des AGR-Ventils können auch vorübergehende Drehmomentänderungen verursachen, die möglicherweise kompensiert werden müssen. Verzögerungen und Mängel des AGR-Stroms können zu verschlechterter Motorleistung und Motoremissionen führen.
Daher können in einem Beispiel einige der obigen Probleme durch ein Verfahren zum Betreiben eines Motors einschließlich eines AGR-Kanals und eines Sauerstoffsensors mindestens teilweise angegangen werden. In einer Ausführungsform kann das Verfahren das Einstellen eines AGR-Ventils und einer ersten Ansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors umfassen, um eine gewünschte AGR-Menge bereitzustellen. Das Verfahren kann ferner das Einstellen einer zweiten Ansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors umfassen, um ein gewünschtes Drehmoment aufrechtzuerhalten.
In einem Beispiel kann ein Fahrzeugmotor ein verstärkter Motor einschließlich eines Turboladers sein, der zwischen dem Motoreinlass und dem Motorauslass gekoppelt ist. Ferner kann der verstärkte Motor einen AGR-Kanal beinhalten, um Abgasrückführung (AGR) zu ermöglichen. In einem Beispiel kann der AGR-Kanal ein Niederdruck-(ND-AGR)-Kanal sein, der konfiguriert ist, um einen Teil des Abgases von dem Motorauslass stromabwärts von einer Turboladerturbine zum Motoreinlass stromaufwärts von einem Turboladekompressor abzuzweigen. Zum Einstellen eines AGR-Mengenstroms, der durch den AGR-Kanal zum Motoreinlass abgezweigt wird, kann stromaufwärts von dem Kompressor ein AGR-Ventil in den AGR-Kanal einbezogen sein. Eine erste Luftansaugdrossel, die in einem Luftansaugkanal des Motoreinlasses stromaufwärts von dem Kompressor positioniert ist, kann in Übereinstimmung mit dem AGR-Ventil eingestellt werden, um eine Menge an Frischluft, die zum Verdünnen von Abgas aus dem AGR-Kanal benutzt wird, einzustellen. Durch Einstellen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel kann Frischluft mit Abgas aus dem AGR-Kanal an einem Mischpunkt in dem Ansaugkanal stromaufwärts von dem Kompressor gemischt werden, um für eine gewünschte AGR-Verdünnung und einen gewünschten AGR-Strom zu sorgen.
Die prozentuale Verdünnung des AGR-Stroms am und jenseits vom Mischpunkt kann von der Ausgabe eines Sauerstoffsensors abgeleitet werden, der in dem Gasstrom des Motoreinlasses stromabwärts von dem Mischpunkt des AGR-Ventils und der ersten Ansaugdrossel und stromaufwärts von einer zweiten Hauptansaugdrossel positioniert ist. Eine Motorregelungsvorrichtung kann konfiguriert sein, um auf Grundlage der Rückkopplung von der Sauerstoffsensorausgabe unter Benutzen eines Modells, das Verzögerungen der Verdünnungsausbreitung des AGR-Stroms vom Mischpunkt zu dem Motoreinlasspunkt berücksichtigt, eine prozentuale Verdünnung abzuschätzen. Beispielsweise kann das Modell verhältnismäßig große Verzögerungen zwischen der Betätigung des AGR-Ventils (und der ersten Drossel) und beobachteten Änderungen der Verdünnungskonzentration an dem Sauerstoffsensor kompensieren.
Daher kann auf Grundlage der Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors eine verfügbare AGR-Menge (Durchfluss, Menge, Verdünnung usw.) bestimmt werden. Auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen kann auch eine gewünschte AGR-Menge bestimmt werden. Die Motorregelungsvorrichtung kann dann das AGR-Ventil und die erste Luftansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors beispielsweise auf Grundlage von Rückinformationen bezüglich der verfügbaren AGR-Menge, abgeleitet von der Sauerstoffsensorausgabe, und von vorgekoppelten Informationen bezüglich der Stellung des AGR-Ventils und der ersten Ansaugdrossel einstellen, um für die gewünschte AGR-Menge zu sorgen. In einem Beispiel kann die Einstellung unter Ansprechen auf den Sauerstoffsensorausgang, der anzeigt, dass die AGR-Verdünnung größer als ein Schwellenwert ist, das Schließen des AGR-Ventils beinhalten, um in der AGR weniger verbranntes Abgas zuzuführen, während die erste Luftansaugdrossel geöffnet wird, um die Menge an Frischluftverdünnung der AGR zu erhöhen. Die Einstellungen des AGR-Ventils können mit den Einstellungen der ersten Luftansaugdrossel beispielsweise simultan oder sequenziell koordiniert sein. In einem Beispiel kann, während das AGR-Ventil geschlossen wird, die erste Luftansaugdrossel simultan proportional geschlossen werden. In einem anderen Beispiel kann die erste Luftansaugdrossel sich erst zu schließen beginnen, nachdem das AGR-Ventil eine Schwellenstellung gekreuzt hat. In noch anderen Beispielen können die Einstellungen auf Grundlage von Stellungsgrenzen des AGR-Ventils und der ersten Ansaugdrossel modifiziert werden. Wenn beispielsweise das AGR-Ventil begrenzt ist oder sich in einem nichtlinearen Betriebsbereich befindet, kann der gewünschte AGR-Strom weitgehend von der ersten Luftansaugdrossel geregelt werden, und wenn die erste Luftansaugdrossel begrenzt ist oder sich in einem nichtlinearen Betriebsbereich befindet, kann der gewünschte AGR-Strom weitgehend von dem AGR-Ventil geregelt werden. Auf diese Weise kann durch Einstellen sowohl des AGR-Ventils als auch der ersten Luftansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors eine schnellere und präzisere Regelung des AGR-Stroms erreicht werden.
Ferner können zudem die Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel mit Einstellungen einer zweiten Hauptansaugdrossel, die stromabwärts von der ersten Luftansaugdrossel positioniert ist, koordiniert werden, um vorübergehende Beeinträchtigungen des Drehmomentes, die durch Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Ansaugdrossel entstehen, zu verringern. Spezifisch kann die zweite Hauptansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors eingestellt werden, um ein gewünschtes Motordrehmoment aufrechtzuerhalten. In einem Beispiel kann die Einstellung der zweiten Hauptansaugdrossel nach der Einstellung des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel mit einer Verzögerungszeit erfolgen, um Ausbreitungsverzögerungen zu kompensieren.
Auf diese Weise können Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel koordiniert werden, um rasch und genau für die gewünschte AGR-Menge zu sorgen, während Einstellungen der Hauptansaugdrossel benutzt werden können, um sogar während der Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel für das gewünschte Drehmoment zu sorgen. Ferner können die Regelung und die Koordination der verteilten Ventile und Drosseln verbessert werden. Durch Benutzen von Einstellungen sowohl eines AGR-Ventils als auch einer ersten Luftansaugdrossel zur Schaffung des gewünschten AGR-Stroms können Einstellungen des AGR-Stroms möglich sein, selbst wenn eines der Stellglieder begrenzt ist oder sich innerhalb eines nichtlinearen Betriebsbereichs befindet. Zusätzlich kann durch Benutzen des Ausgangs eines einzelnen Sauerstoffsensors zum Durchführen aller Einstellungen die Benutzung mehrerer Sensoren (wie z. B. Luftstromsensoren, Abluft-Kraftstoff-Verhältnissensoren, Drucksensoren usw.) zum Bestimmen der AGR-Verdünnung verringert werden, wodurch Vorteile der Verringerung von Komponenten und Kosten ohne Beeinträchtigung der Systempräzision geschaffen werden.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind. Mit ihr ist nicht beabsichtigt, entscheidende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstandes auszuweisen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Zudem ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Ausgestaltungen eingeschränkt, die irgendwelche Nachteile beseitigen, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Abbildung eines Motors und eines zugehörigen Abgasrückführungssystems.
2 zeigt ein Fließdiagramm auf hoher Ebene, das ein Programm veranschaulicht, das zum Durchführen von Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Ansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe eines Einlass-Sauerstoffsensors gemäß der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann.
3 und 4 zeigen beispielhafte Ansätze zur Regelung der AGR-Verdünnungszuführung.
5 zeigt ein Fließdiagramm auf hoher Ebene, das ein Programm zum Auswählen einer Einstellung eines AGR-Ventils und einer ersten Ansaugdrossel, um für eine gewünschte Stufe an AGR-Regelungsautorität zu sorgen, veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Regeln der Verdünnung von Abgasen für die Abgasrückführung, die auf dem Ausgang eines Einlass-Sauerstoffsensors basieren. Wie in 1 gezeigt, kann ein verstärkter Motor mit einem Niederdruck-Abgasrückführungs-(AGR)-System konfiguriert sein, das ein AGR-Ventil zum Einstellen einer Abgasmenge beinhaltet, die zu dem Motoreinlass zurückgeführt wird. Der Motor kann ferner mehrere Ansaugdrosseln einschließlich mindestens einer ersten und einer zweiten Ansaugdrossel, die mit dem Motoreinlass gekoppelt sind, beinhalten, wobei die Drosseln konfiguriert sind, um eine Menge an Frischluft einzustellen, die zu dem Motoreinlass geleitet wird. Spezifisch kann die erste, stromaufwärtige Luftansaugdrossel eine Menge an Frischluft einstellen, die mit dem Abgas in dem AGR-Strom verdünnt wird, während eine zweite Hauptansaugdrossel, stromabwärts von der ersten Luftansaugdrossel und dem AGR-Ventil, den Strom eines Einlassgasstromes einstellen kann, der in den Motoreinlass eintritt. Ein Sauerstoffsensor, der mit dem Motoreinlass gekoppelt ist, kann konfiguriert sein, um den Sauerstoffgehalt des Einlassgasstromes abzuschätzen und eine Menge an AGR-Strom abzuleiten. Wie in 2 gezeigt, kann eine Motorregelungsvorrichtung auf Grundlage der Ausgabe des Sauerstoffsensors unter Benutzung eines Modells, das die Verdünnungsausbreitung der AGR von einem Mischpunkt stromabwärts von dem AGR-Ventil und der ersten Ansaugdrossel berücksichtigt, eine prozentuale Verdünnung des AGR-Stroms ableiten. Die Regelungsvorrichtung kann dann die Einstellung des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel durchführen, um für einen gewünschten AGR-Strom zu sorgen. Wie in 3 und 4 gezeigt, können bei dem Motor verschiedene Ansätze zur Schaffung der gewünschten AGR-Verdünnung benutzt werden. Wie in 5 gezeigt, kann eine Motorregelung auf Grundlage einer gewünschten Stufe der AGR-Regelungsautorität einen Ansatz aus den möglichen Optionen auswählen. Die Motorregelungsvorrichtung kann auf Grundlage der Ausgabe des Sauerstoffsensors auch die zweite Hauptansaugdrossel einstellen, um Beeinträchtigungen des Drehmomentes zu kompensieren, die durch die Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel entstehen. Auf diese Weise kann die Einstellung des AGR-Ventils und der Drossel besser koordiniert werden, um rasch und präzis für die gewünschte AGR-Menge zu sorgen, während das gewünschte Drehmoment aufrechterhalten wird. Ferner können durch Benutzen der Ausgabe eines einzelnen Sauerstoffsensors zum Ableiten der AGR-Verdünnung und Durchführen der Einstellungen die Vorteile einer Verringerung der Komponenten erzielt werden, ohne die Genauigkeit des Systems zu beeinträchtigen.
1 zeigt eine schematische Abbildung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 beinhaltet ein Motorsystem 8 einschließlich Motor 10, der mit Emissionsregelungssystem 22 gekoppelt ist. Motor 10 beinhaltet mehrere Zylinder 30. Motor 10 beinhaltet auch einen Einlass 23 und einen Auslass 25. Einlass 23 kann durch Ansaugkanal 42 Frischluft aus der Atmosphäre erhalten. Ansaugkanal 42 kann eine erste Luftansaugdrossel 82 beinhalten, die konfiguriert ist, um die Menge an Frischluft einzustellen, die durch Ansaugkanal 42 empfangen wird. Einlass 23 kann ferner eine zweite Hauptansaugdrossel 62 beinhalten, die über Ansaugkanal 42 mit dem Motoransaugkrümmer 44 fluidgekoppelt ist. Zweite Ansaugdrossel 62 kann stromabwärts von der ersten Ansaugdrossel 82 positioniert sein und kann konfiguriert sein, um den Strom einer Einlassgasströmung einzustellen, die in Motoransaugkrümmer 44 eintritt. Auslass 25 beinhaltet einen Abgaskrümmer 48, der zu einem Abgaskanal 45 führt, der Abgas über Endrohr 35 in die Atmosphäre leitet.
Motor 10 kann ein verstärkter Motor sein, der eine Verstärkungsvorrichtung, wie z. B. Turbolader 50, beinhaltet. Turbolader 50 kann einen Kompressor 52, der längs Ansaugkanal 42 angeordnet ist, und eine Turbine 54, die längs Abgaskanal 45 angeordnet ist, beinhalten. Kompressor 52 kann mindestens teilweise über Welle 56 durch Turbine 54 angetrieben werden. Das Maß an Verstärkung, das von dem Turbolader bereitgestellt wird, kann durch eine Motorregelungsvorrichtung variiert werden. Ein optionaler Ladungsnachkühler 84 kann stromabwärts von Kompressor 52 in den Ansaugkanal eingebunden sein, um die Temperatur der Ansaugluft zu senken, die vom Turbolader komprimiert wird. Spezifisch kann Nachkühler 84 stromabwärts von erster Ansaugdrossel 82 und stromaufwärts von zweiter Ansaugdrossel 62 eingebunden sein oder in den Ansaugkrümmer 44 integriert sein.
Emissionsregelungssystem 22, das mit Abgaskanal 45 gekoppelt ist, kann eine oder mehrere Emissionsregelungsvorrichtungen 70 beinhalten, die in einer kurzgekoppelten Stellung in den Auslass eingebaut ist. Eine oder mehrere Emissionsregelungsvorrichtungen können einen Partikelfilter, einen SCR-Katalysator, einen Dreiwegekatalysator, eine Mager-NOx-Falle, einen Oxidationskatalysator usw. beinhalten. Die Emissionsregelungsvorrichtungen können stromaufwärts und/oder stromabwärts (wie abgebildet) von Turbine 54 in Abgaskanal 45 positioniert sein.
Motor 10 kann ferner einen oder mehrere Abgasrückführungs-(AGR)-Kanäle zum Rückführen von mindestens einem Teil des Abgases von Abgaskanal 45 zu Ansaugkanal 42 beinhalten. Beispielsweise kann der Motor ein Niederdruck-AGR-System (ND-AGR-System) 72 mit einem ND-AGR-Kanal 73 beinhalten, der den Motorauslass stromabwärts von Turbine 54 mit dem Motoreinlass stromaufwärts von Kompressor 52 koppelt. ND-AGR-System 72 kann während Bedingungen, wie z. B. in der Gegenwart von Turbolader-Verstärkung und/oder wenn die Abgastemperatur über einem Schwellenwert liegt, betrieben werden. Zusätzlich kann durch Einstellen von erster Ansaugdrossel 82, ND-AGR-System 72 während Bedingungen, wie z. B. in Abwesenheit von Turbolader-Verstärkung oder in Gegenwart von geringen Verstärkungsmaßen, betrieben werden. Ein AGR-Ventil 39, das in ND-AGR-Kanal 73 stromaufwärts des Kompressors positioniert ist, kann konfiguriert sein, um eine Menge und/oder Rate von Abgas, das durch den AGR-Kanal abgezweigt wird, einzustellen. ND-AGR-Kanal 73 kann ferner einen ND-AGR-Kühler 74 beinhalten, der stromaufwärts oder stromabwärts von AGR-Ventil 39 positioniert ist (hierin stromabwärts von AGR-Ventil 39 abgebildet), um die Temperatur von Abgas zu senken, das in den Motoreinlass rückgeführt wird. In dieser Konfiguration kann der AGR-Kanal konfiguriert sein, um Niederdruck-AGR bereitzustellen, und AGR-Ventil 39 kann ein ND-AGR-Ventil sein. In alternativen Ausführungsformen kann auch ein Hochdruck-AGR-System (HD-AGR-System) (nicht gezeigt) eingebunden sein, wobei ein HD-AGR-Kanal konfiguriert sein kann, um mindestens etwas Abgas von dem Motorauslass stromaufwärts von der Turbine zu dem Motoreinlass stromabwärts von dem Kompressor abzuzweigen.
In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren innerhalb von ND-AGR-Kanal 73 positioniert sein, um eine Anzeige von einem oder mehreren von einem Druck, einer Temperatur und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, das durch den ND-AGR-Kanal rückgeführt wird, bereitzustellen. Abgas, das durch ND-AGR-Kanal 73 abgezweigt wird, kann bei Mischpunkt 90, der an der Verbindungsstelle von ND-AGR-Kanal 73 und Ansaugkanal 42 angeordnet ist, mit frischer Ansaugluft verdünnt werden. Spezifisch kann durch Einstellen von AGR-Ventil 39 in Koordination mit erster Luftansaugdrossel 82 (in dem Luftansaugkanal des Motoreinlasses stromaufwärts von dem Kompressor positioniert) eine Verdünnung des AGR-Stroms eingestellt werden.
Eine prozentuale Verdünnung des AGR-Stroms an und jenseits von Mischpunkt 90 kann von dem Ausgang eines Sauerstoffsensors 92 abgeleitet werden, der stromabwärts von dem Mischpunkt in dem Gasstrom des Motoreinlasses positioniert ist. Spezifisch kann Sauerstoffsensor 92 stromabwärts von erster Ansaugdrossel 82, stromabwärts von AGR-Ventil 39 und stromaufwärts von zweiter Hauptansaugdrossel 62 positioniert sein, so dass die AGR-Verdünnung an oder nahe bei der Hauptansaugdrossel genau bestimmt werden kann. Sauerstoffsensor 92 kann beispielsweise eine Breitbandsonde für Sauerstoff sein. Wie in 2 genau dargelegt, kann eine Motorregelungsvorrichtung die prozentuale Verdünnung des AGR-Stroms auf Grundlage der Rückkopplung von Sauerstoffsensor 92 unter Benutzen eines Modells, das Verzögerungen der Verdünnungsausbreitung des AGR-Stroms von Mischpunkt 90 zu Ansaugkrümmer 44 berücksichtigt, abschätzen. Beispielsweise kann das Modell verhältnismäßig große Verzögerungen zwischen der Betätigung des AGR-Ventils und beobachteten Änderungen der Verdünnungskonzentration bei Sauerstoffsensor 92 kompensieren. Die Regelungsvorrichtung kann dann AGR-Ventil 39 und erste Luftansaugdrossel 82 einstellen, um für eine gewünschte AGR-Verdünnung zu sorgen, wie hierin unter Bezugnahme auf 3 und 4 genau dargelegt. Durch Benutzen eines Verzögerungskompensationsmodells kann die Ansprechempfindlichkeit des Systems auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors wesentlich erhöht werden. In einem Beispiel kann die Verzögerungskompensation das Beschleunigen des Ansprechens des Systems um einen Faktor von 2 bis 5 ermöglichen.
Motor 10 kann mindestens teilweise durch ein Regelungssystem 14 einschließlich Regelungsvorrichtung 12 und durch Eingabe durch einen Fahrzeugführer über eine Eingabevorrichtung (nicht gezeigt) geregelt werden. Regelungssystem 14 ist konfiguriert, um Informationen von mehreren Sensoren 16 (verschiedene Beispiele dafür sind hierin beschrieben) zu empfangen und Regelsignale an mehrere Stellglieder 81 zu senden. Als ein Beispiel können zu Sensoren 16 Abgas-Sauerstoffsensor 126, gekoppelt mit Abgaskrümmer 48, Abgastemperatursensor 128 und Abgasdrucksensor 129, stromabwärts der Emissionsregelungsvorrichtung 70 in Endrohr 35 angeordnet, Sauerstoffsensor 92, gekoppelt stromaufwärts von Hauptansaugdrossel 62, und verschiedene Sensoren (nicht gezeigt) in ND-AGR-Kanal 73 gehören. Verschiedene Abgassensoren können auch in Abgaskanal 45 stromabwärts von Emissionsregelungsvorrichtung 70 eingebunden sein, wie z. B. Partikel-(PM)-Sensoren, NOx-Sensoren, Sauerstoffsensoren, Ammoniaksensoren, Kohlenwasserstoffsensoren usw. Andere Sensoren, wie z. B. zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können mit verschiedenen Stellen in dem Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Als ein anderes Beispiel können zu Stellgliedern 81 Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66, AGR-Ventil 39, erste Luftansaugdrossel 82 und Hauptansaugdrossel 62 gehören. Andere Stellglieder, wie z. B. eine Vielfalt an zusätzlichen Ventilen und Drosseln können mit verschiedenen Stellen in dem Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Regelungsvorrichtung 12 kann Eingabedaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingabedaten verarbeiten und unter Ansprechen auf die verarbeiteten Eingabedaten auf Grundlage von Anweisungen oder Code, die/der darin programmiert sind/ist und einem oder mehreren Programmen entsprechen/entspricht, die Stellglieder anregeln. Ein beispielhaftes Regelungsprogramm ist hierin unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Nun 2 zugewandt, die ein beispielhaftes Programm 200 zum Durchführen von Einstellungen an einem AGR-Ventil, einer ersten Luftansaugdrossel und einer Hauptansaugdrossel, um unter Aufrechterhalten des gewünschten Drehmomentes für eine gewünschte AGR-Verdünnung und einen gewünschten AGR-Strom zu sorgen, zeigt.
Bei 202 können Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder gemessen werden. Dazu können beispielsweise Motordrehzahl, vom Fahrer angefordertes Drehmoment, Motorkühlmitteltemperatur, Katalysatortemperatur, VCT, MAP, BP, MAT usw. gehören. Bei 204 kann auf Grundlage der geschätzten Betriebsbedingungen und des gewünschten Drehmomentes eine gewünschte AGR-Menge (EGR_ref) bestimmt werden. Dies kann das Bestimmen einer gewünschten prozentualen AGR-Verdünnung auf Grundlage von Drehzahl, Last, Motortemperatur und anderen Motorbetriebsbedingungen beinhalten. Bei 206 kann die Ausgabe des Einlass-Sauerstoffsensors empfangen werden. Bei 208 kann auf Grundlage der Sauerstoffsensorausgabe die verfügbare AGR-Verdünnung (EGR_%) bestimmt werden. In einem Beispiel kann die Sensorausgabe als eine Sensorspannung empfangen werden. Die Sensorspannung kann ein Maß für die Sauerstoffkonzentration des Einlass-Gasstroms sein. Daher kann auf Grundlage der Sauerstoffkonzentration die prozentuale Verdünnung der AGR in dem Einlass-Gasstrom, das heißt ein Verhältnis von Frischluft und rückgeführtem Abgas in dem Einlass-Gasstrorn, bestimmt werden.
Bei 210 kann auf Grundlage von tatsächlichem oder gewünschtem Luftstrom, EGR_ref, und Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. Lufttemperatur, BP, geschätzte AGR-Temperatur, Nach-AGR-Kühlerdruck usw., eine vorgekoppelte Stellung der ersten Luftansaugdrossel und des AGR-Ventils bestimmt werden. Bei 212 kann eine Rückkopplungseinstellung berechnet werden, die erforderlich ist, um zu ermöglichen, dass die verfügbare AGR-Verdünnung (EGR_%) an die gewünschte AGR (EGR_ref) angeglichen wird. Wie unter Bezugnahme auf 3 und 4 genau dargelegt, kann die Rückkopplungseinstellung auf Grundlage der Ausgabe des Sauerstoffsensors unter Benutzung von Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) und Verzögerungskompensation bestimmt werden, was es der Motorregelungsvorrichtung ermöglicht, trotz verhältnismäßig großer Verzögerungen der AGR-Zuführung und -Ausbreitung schneller auf die Sauerstoffsensorausgabe anzusprechen. Das Verzögerungskompensationsmodell kann auf dem transienten Verhalten von Sauerstoffkonzentrationen in dem AGR-Strom längs des Luftansaugkanals zwischen dem Mischpunkt und dem Sauerstoffsensor unter Ansprechen auf Änderungen der Betätigung von AGR-Ventil und/oder erster Luftansaugdrossel basieren. In einem Beispiel kann das Verzögerungskompensationsmodell eine modifizierte Variante eines Smith-Prädiktors sein. Smith-Prädiktoren als solche können für lineare Einzelsensor/Einzelstellglied-Kanäle benutzt werden. Hierin können die Modifikationen, die zum Bestimmen der AGR-Verdünnung und -Zuführung in den Smith-Prädiktor eingebunden sind, den Betrieb mit zwei nichtlinearen Stellgliedern (in diesem Fall das AGR-Ventil und die erste Luftansaugdrossel) ermöglichen sowie die doppelte Zählung der Einstellung verhindern, die benötigt wird, um auf eine Änderung der AGR-Verdünnung durch Rückkopplungs- und Vorkopplungskanäle anzusprechen.
Bei 214 können Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel auf Grundlage der Ausgabe des PI-Reglers bestimmt werden. Spezifisch können auf Grundlage der Ausgabe (y) des PI-Reglers und des Typs der gewünschten Regelungsaktion (wie z. B., ob die Einstellung sequentiell oder simultan erfolgen muss, oder eine alternative Regelungsaktion) eine Einstellung der ersten Luftansaugdrossel (u1) und eine Einstellung des AGR-Ventils (u2) bestimmt werden.
3 zeigt einen beispielhaften Ansatz 300 zur Regelung der AGR-Verdünnung und -Zuführung. Durch Benutzen von Rückkopplungsregelung von einem Sauerstoffsensor zusammen mit Verzögerungskompensation, die auf Verdünnungsausbreitung modelliert ist, kann eine prozentuale Verdünnung des Einlass-Gasstroms bestimmt werden, und auf Grundlage einer Differenz zwischen der prozentualen Verdünnung und der vorgekoppelten gewünschten Menge von AGR, können Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel durchgeführt werden, um für den gewünschten AGR-Strom zu sorgen.
Wie oben genau dargelegt, kann eine gewünschte AGR-Verdünnung, EGR_ref 302, auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und Fahreranforderung bestimmt und durch einen Filter verarbeitet werden. Eine vorgekoppelte Stellung des AGR-Ventils, EGR_valve_feedfwd 312, und die vorgekoppelte Stellung der ersten Luftansaugdrossel, AIT_feedfwd 310, können ebenfalls auf Grundlage des (tatsächlichen oder gewünschten) Luftstroms, EGR_ref, und Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. Lufttemperatur, barometrischer Druck, geschätzte AGR-Temperatur, Nach-AGR-Kühlerdruck usw. bestimmt werden.
Die verfügbare AGR-Verdünnung (EGR_%) 304 kann auf Grundlage der Ausgabe des Einlass-Sauerstoffsensors bestimmt werden, wobei eine Verzögerungskompensation 306 die Verdünnungsausbreitung berücksichtigt. In einem Beispiel kann ein verhältnismäßig einfaches Modell auf Grundlage einer Transport-(Zeit)-Verzögerung und eines Tiefpassfilters erster Ordnung, das Mischdynamik beschreibt, benutzt werden. Die Verzögerung und die Zeitkonstante des Filters als solche können von den Motorbetriebsbedingungen abhängen. In einem Beispiel, wenn die Motordrehzahl 2.500 U/min und die Motorlast 7 bar BMEP beträgt, kann die Verzögerung 0,34 s und die Zeitkonstante 0,25 s betragen.
Eine Rückkopplungseinstellung y kann dann von einem PI-Regler und einer PI-Regelung 308 auf Grundlage eines Vergleichs zwischen EGR_ref 302 und EGR_% 304 berechnet werden. Spezifisch kann die Rückkopplungseinstellung y berechnet werden, um sicherzustellen, dass die tatsächliche AGR-Verdünnung an der Hauptansaugdrossel der gewünschten AGR-Verdünnung entspricht. Im Anschluss an den Vergleich kann die Rückkopplungseinstellung y in Befehle u1 und u2 umgewandelt werden, die die Aktion von zwei Stellgliedern, d. h. dem AGR-Ventil bzw. der ersten Luftansaugdrossel, darstellen. Beispielsweise kann unter Ansprechen auf die Sauerstoffsensorausgabe, die anzeigt, dass die AGR-Verdünnung größer ist als ein Schwellenwert, eine Einstellung der Stellglieder das Schließen des AGR-Ventils und das Öffnen der ersten Luftansaugdrossel beinhalten.
In einem Beispiel kann das von dem PI-Regler benutzte Verzögerungskompensationsmodell eine modifizierte Variante eines Smith-Prädiktors mit Modifikationen sein, die zum Bestimmen der AGR-Verdünnung und -Zuführung in den Smith-Prädiktor eingebunden sind, den Betrieb mit den beiden nichtlinearen Stellgliedern (hierin das AGR-Ventil und die erste Luftansaugdrossel) ermöglichen sowie das doppelte Zählen der Einstellung, die zum Ansprechen auf eine Änderung der AGR-Verdünnung durch Rückkopplungs- und Vorkopplungskanäle erforderlich sind, zu verhindern. Somit kann das Verzögerungskompensationsmodell Änderungen der AGR-Verdünnung und -Ausbreitung von der geschätzten Menge am Mischpunkt der Frischluft und des rückgeführten Abgases (Mischpunkt 90 von 1) zu der Menge, die in dem Motoreinlass empfangen wird (nach Schätzung des Einlass-Sauerstoffsensors) berücksichtigen.
Es wird sich wieder 2 zugewandt, wobei bei 214 verschiedene Ansätze benutzt werden können, um die Ausgabe des PI-Reglers (y) in die Aktion der beiden Stellglieder, des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel, umzusetzen. In einem Beispiel können die Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel simultan erfolgen. Hierin können die Einstellungen das proportionale Öffnen der ersten Luftansaugdrossel, während das AGR-Ventil geschlossen wird, oder das proportionale Öffnen der ersten Ansaugdrossel, während das AGR-Ventil geschlossen wird, beinhalten. In einem Beispiel können der Befehl der ersten Luftansaugdrossel u1 und der Befehl des AGR-Ventils u2 bestimmt werden als: u1 = f₁(desired_air, desired_egr, BP) – K_AITy u2 = f₂(desired_air, desired_egr, BP) + K_EGRy wobei BP für den barometrischen Druck steht. Hierin können die y-Terme unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, um sicherzustellen, dass das AGR-Ventil sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt wie die erste Luftansaugdrossel. Das heißt, dass sich eines schließt, während sich das andere öffnet, und umgekehrt. Die Zunahmen K_AIT und K_EGR können mit der gewünschten AGR festgelegt werden, obwohl andere Parameter, die Betriebsbedingungen anzeigen, ebenfalls benutzt werden können, wie z. B. Luftstrom und Motordrehzahl. Beide Rückkopplungsbefehle können als solche gekürzt oder gefiltert werden, damit sie innerhalb eines gewünschten Bereichs bleiben. Beispielsweise können die Rückkopplungsbefehle für die Stellglieder zwischen einem ersten, unteren Schwellenwert und einem zweiten, oberen Schwellenwert begrenzt werden.
In einem anderen Beispiel können die Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Ansaugdrossel gewichtet werden. Beispielsweise kann die Einstellung des AGR-Ventils eine erste, höhere Gewichtung aufweisen, während die Einstellung der ersten Luftansaugdrossel eine zweite, geringere Gewichtung aufweisen kann. In einem Beispiel kann, um dem AGR-Ventil bei der Zuführung der gewünschten Verdünnung oder Sauerstoffkonzentration eine dominante Rolle (höhere Gewichtung) zu geben, eine Tiefpassfilterung der PI-Regler-Ausgabe y bei der Berechnung des Befehls der ersten Luftansaugdrossel u1 benutzt werden. Als solches kann dies auch helfen, Störungen der Regelung der Hauptansaugdrossel, die durch die erste Luftansaugdrossel bedingt werden, zu verringern. Hierin kann der Befehl der ersten Luftansaugdrossel u1 bestimmt werden als:
In einem anderen Beispiel können die Einstellungen sequenziell sein, wobei die erste Luftansaugdrossel erst betätigt wird, wenn das AGR-Ventil eine vorbestimmte Stellung erreicht hat, aus der Regelungsautorität gelaufen ist oder in einen nichtlinearen Bereich in der Nähe des Endes seines Stellwegs eingetreten ist. Das heißt, die Einstellung der ersten Ansaugdrossel kann nach der Einstellung des AGR-Ventils erfolgen und kann ferner im Anschluss an die Einstellung des AGR-Ventils auf Grundlage der Stellung des AGR-Ventils erfolgen. Beispielsweise kann das Öffnen der ersten Luftansaugdrossel das Öffnen der ersten Luftansaugdrossel, nachdem das AGR-Ventil eine Schwellenstellung gekreuzt hat, beinhalten. Eine Freigabestrategie kann bestimmt werden als: if u2 > α, OR u2 < β, then u1 = f₁(desired_air, desired_egr, BP) – K_AITy else, u1 = f₁(desired_air, desired_egr, BP) wobei α bei oder nahe bei der geöffneten Stellung ist und β bei oder nahe bei der geschlossenen Stellung ist.
Somit kann in einem Beispiel das Einstellen der ersten Ansaugdrossel das vorgekoppelte Einstellen der ersten Ansaugdrossel beinhalten, wenn sich das AGR-Ventil vor einer Schwellenstellung befindet oder innerhalb eines linearen Betriebsbereiches, und Rückkopplungseinstellung der ersten Ansaugdrossel, wenn das AGR-Ventil sich jenseits der Schwellenstellung befindet oder außerhalb des linearen Betriebsbereichs (das heißt, wenn das AGR-Ventil sich innerhalb eines nichtlinearen Betriebsbereichs befindet). Ferner kann die Rückkopplungseinstellung der ersten Ansaugdrossel auf eine Richtung begrenzt sein, welche die Autorität des AGR-Ventils ergänzt. Vor der Schwellenstellung und/oder wenn es innerhalb des linearen Betriebsbereichs ist, kann das AGR-Ventil als solches eine höhere Regelungsautorität über den AGR-Strom aufweisen. Nach der Schwellenstellung und/oder wenn es außerhalb des linearen Betriebsbereichs ist (das heißt innerhalb des nichtlinearen Betriebsbereichs), kann das AGR-Ventil demgegenüber eine geringere Regelungsautorität über den AGR-Strom aufweisen. Unter solchen Bedingungen kann die erste Ansaugdrossel eingestellt werden, um für eine höhere Regelungsautorität über den AGR-Strom zu sorgen.
Sobald die Rückkopplung mit der ersten Luftansaugdrossel freigegeben ist, kann sie blockiert werden, wenn der Befehl des AGR-Ventils weiter von seinen Endpunkten ist (als α und β), um das zyklische Ein- und Austreten in/aus Rückkopplungspassagen zu verhindern und die Betätigung des AGR-Ventils zur Mitte seines Betätigungsbereichs zu verschieben. Eine Blockierstrategie kann bestimmt werden als: if u2 < (α – a), AND u2 > (β + b), then u1 = f₁(desired_air, desired_egr, BP)
Somit kann in einem Beispiel die Einstellung das Freigeben der ersten Ansaugdrossel beinhalten, wenn das AGR-Ventil vor einer Schwellenstellung positioniert (oder innerhalb eines ersten, linearen Betriebsbereichs) ist, und das Blockieren der ersten Ansaugdrossel beinhalten, wenn das AGR-Ventil an oder hinter der Schwellenstellung positioniert (oder innerhalb eines zweiten, nichtlinearen Betriebsbereichs) ist.
In einem noch anderen Beispiel, wie in 4 genau dargelegt, können die Einstellungen der ersten Luftansaugdrossel und des AGR-Ventils eingestellt werden, um einen gewünschten Druckwert zu liefern. Der Druckwert kann beispielsweise einen gewünschten Kompressoreinlassdruck oder einen gewünschten Unterdruck, das heißt Differenzdruck, über die erste Ansaugdrossel, das Niederdruck-Luftansaugsystem, den Niederdruck-AGR-Kanal oder das AGR-Ventil beinhalten. Das Niederdruck-Luftansaugsystem als solches bezieht sich auf den Abschnitt des Luftansaugsystems stromaufwärts von dem Kompressor einschließlich der ersten Luftansaugdrossel und Ansaugluftreinigern. Somit kann in einem Beispiel das Einstellen der ersten Ansaugdrossel das Einstellen der ersten Ansaugdrossel, um eine Schwellendruckdifferenz über das AGR-Ventil oder den Niederdruck-AGR-Kanal aufrechtzuerhalten, beinhalten. In einem anderen Beispiel kann das Einstellen der ersten Ansaugdrossel das Einstellen der ersten Ansaugdrossel, um einen Schwellendruckwert über den Turboladekompressor aufrechtzuerhalten, beinhalten. Solch eine dezentralisierte Regelungsstrategie für Einstellungen der ersten Luftansaugdrossel kann benutzt werden, um sicherzustellen, dass immer ein ausreichender Differenzdruck über das AGR-Ventil vorhanden ist (beispielsweise größer als ein Schwellenwert), wodurch das AGR-Ventil die Autorität erhält, die gewünschte AGR zu liefern.
Es wird sich 4 zugewandt, die einen beispielhaften Ansatz 400 zur Regelung der AGR-Verdünnung und Zuführung auf Grundlage eines gewünschten Druckwertes zeigt. Hierin kann ein gewünschter Kompressoreinlassdruck oder Differenzdruck, pressure_ref 402, auf Grundlage des gewünschten Luftstroms (air flow_ref) und der gewünschten AGR-Verdünnung, EGR_ref, bestimmt werden. Ein PI-Regler kann PI-Regelung 406 durchführen, indem er den gewünschten Druckwert, pressure_ref 402, mit einem gemessenen oder geschätzten Druck, pressure_meas 404, vergleicht, um einen Befehl der ersten Luftansaugdrossel u1 zu bestimmen. Vorgekoppelte Stellungsdaten der ersten Luftansaugdrossel und des AGR-Ventils können ebenfalls benutzt werden, um den Befehl der ersten Ansaugdrossel u1 und des AGR-Ventils u2 zu bestimmen.
Obwohl die oben erwähnten Beispiele die Befehle auf Grundlage von Rückkopplungs-PI-Regelung veranschaulichen, versteht es sich, dass in alternativen Ausführungsformen andere Regelungsmethodologien anstelle von oder zusätzlich zu PI-Regelung benutzt werden können, um einen Rückkopplungsbefehl auszuführen.
Es wird sich wieder 2 zugewandt, wobei in einem noch anderen Beispiel die bei 214 bestimmten Einstellungen das Einstellen der ersten Luftansaugdrossel nur mit einem vorgekoppelten Befehl, mit Anpassung, um langsame Änderungen des Drucks, wie z. B. sich langsam ändernde Druckabfälle, in dem Luftansaugsystem oder dem Abgassystem zu berücksichtigen, beinhalten können. In einem Beispiel können solche Druckänderungen aufgrund eines verstopften oder schmutzigen Luftfilters in dem Luftansaugsystem auftreten. Die Anpassungen an den vorgekoppelten Befehl können beispielsweise auf einer Differenz zwischen dem erwarteten oder modellierten AGR-Ventil-Befehl und dem tatsächlichen AGR-Ventil-Befehl im stationären Zustand basieren. Alternativ kann die Anpassung auf einer Differenz zwischen den Langzeitdurchschnittswerten der erwarteten und tatsächlichen AGR-Ventil-Befehle, wenn AGR angewendet wird, basieren. Solch ein Ansatz ermöglicht, dass das AGR-Ventil über die Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg in einem linearen Betriebsbereich gehalten wird, während durch die erste Luftansaugdrossel bewirkte Störungen der Hauptansaugdrosselregelung und der Drehmomentabgabe minimiert werden.
In einem Beispiel kann solch ein Ansatz des Benutzens einer Vorkopplungseinstellung der ersten Luftansaugdrossel in Verbindung mit einer sequentiellen Einstellung der ersten Luftansaugdrossel und des AGR-Ventils benutzt werden, wobei die Rückkopplungseinstellung der ersten Luftansaugdrossel nur freigegeben wird, wenn das AGR-Ventil aus der Regelungsautorität gelaufen oder in einen nichtlinearen Bereich eingetreten ist. Solch ein kombinierter Ansatz kann ermöglichen, dass das System verhältnismäßig schnelle Änderungen von Bedingungen, wie z. B. aufgrund von Verdichtung von Schnee, kompensiert.
In einem noch anderen Beispiel kann das AGR-Ventil nur mit einem Vorkopplungsbefehl eingestellt oder in eine feste Stellung gebracht werden, während die erste Luftansaugdrossel mit einem Rückkopplungsbefehl auf Grundlage der Ausgabe des PI-Reglers (y) geregelt wird, um so die gewünschte AGR-Menge zuzuführen. Das heißt, die Einstellung kann das vorgekoppelte Einstellen des AGR-Ventils beinhalten, während die erste Ansaugdrossel durch Rückkopplung eingestellt wird, um für die gewünschte AGR-Menge zu sorgen.
In einem noch anderen Beispiel können die Einstellungen modifiziert werden, falls cm primäres Stellglied begrenzt ist. In einem Beispiel kann das AGR-Ventil das primäre Stellglied sein und aufgrund von Sättigung nicht in der Lage sein, den gewünschten AGR-Strom zuzuführen. Hierin können die AGR-Regelung und der gewünschte AGR-Strom erreicht werden, indem das andere Stellglied, hierin die erste Luftansaugdrossel, benutzt wird. Die Stellgliedbefehle können bestimmt werden als: if u2 > α, then u1 = f₁(desired_air, desired_egr, BP) – K_AITy u2 = min(α, f₂(desired_air, desired_egr, BP) + K_EGRy) else, u1 = f₁(desired_air, desired_egr, BP) u2 = f₂(desired_air, desired_egr, BP) + K_EGRy) wobei α bei oder nahe bei der geöffneten Stellung ist.
In einem Beispiel kann die Einstellung während einer ersten Bedingung, wenn das AGR-Ventil begrenzt ist, das Halten des AGR-Ventils in einer ersten Stellung beinhalten, während die erste Ansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors eingestellt wird, um für die gewünschte AGR-Menge zu sorgen. Die Einstellung kann während einer zweiten Bedingung, wenn die erste Ansaugdrossel begrenzt ist, ferner das Halten der ersten Ansaugdrossel in einer zweiten Stellung beinhalten, während das AGR-Ventil unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors eingestellt wird, um für die gewünschte Menge an AGR zu sorgen.
In einem noch anderen Beispiel, wie in 3 gezeigt, kann die prozentuale AGR-Verdünnung, die an dem Mischpunkt von Frischluft und rückgeführtem Abgas (Mischpunkt 90 von 1) zugeführt wird, auf Grundlage der Befehle, die an die Stellglieder ausgegeben werden (u1 und u2) und/oder der gemessenen Stellungen zusammen mit anderen Variablen geschätzt werden, und die Ausgabe kann in das Verzögerungskompensationsmodell einbezogen werden, um weitere Einstellungen der Stellgliedbefehle zu ermöglichen.
Wie unter Bezugnahme auf 5 genau dargelegt, kann eine Regelungsvorrichtung auf Grundlage einer gewünschten Stufe der AGR-Regelungsautorität einen Ansatz aus den oben dargelegten verschiedenen Optionen auswählen. Beispielsweise kann während Bedingungen, wenn eine höhere Stufe an AGR-Regelungsautorität gewünscht wird, wie z. B. wenn Abgastemperaturen niedriger als ein Schwellenwert sind, ein Ansatz ausgewählt werden, der ermöglicht, dass die Autorität der AGR-Regelung (und gegebenenfalls des AGR-Ventils) größer ist. In einem anderen Beispiel kann, während Bedingungen, wenn eine niedrige AGR-Regelungsautorität gewünscht wird, wie z. B. wenn Abgastemperaturen höher als ein Schwellenwert sind, ein Ansatz ausgewählt werden, der ermöglicht, dass die Autorität der AGR-Regelung (und gegebenenfalls des AGR-Ventils) niedriger ist, zumindest zeitweise. Durch Auswählen eines Ansatzes zum Einstellen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel auf Grundlage der gewünschten AGR-Regelungsautorität kann besser für die gewünschte AGR-Regelung gesorgt werden.
Bei 216 kann eine Einstellung der zweiten Hauptansaugdrossel auf Grundlage der Ausgabe des Sauerstoffsensors bestimmt werden, um während der Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel ein gewünschtes Drehmoment aufrechtzuerhalten. In einem Beispiel kann unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors, die anzeigt, dass die AGR-Verdünnung größer als ein Schwellenwert ist, das AGR-Ventils geschlossen werden, während die erste Luftansaugdrossel geöffnet wird, um für den gewünschten AGR-Strom zu sorgen. Hierin kann die zweite Hauptansaugdrossel ebenfalls unter Ansprechen auf eine Anzeige der AGR-Verdünnung auf Grundlage der Ausgabe des Sauerstoffsensors eingestellt werden, um Drehmomenttransienten zu verringern, die während der Einstellung des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel auftreten. Beispielsweise kann sich die zweite Hauptansaugdrossel in die offene Richtung bewegen, wenn die AGR-Verdünnung größer ist als in der geschlossenen Richtung, wenn die AGR-Verdünnung kleiner ist. Bei 218 können das AGR-Ventil, die erste Luftansaugdrossel und die zweite Hauptansaugdrossel gemäß den bestimmten Einstellungen eingestellt werden. In einem Beispiel kann die Einstellung der zweiten Ansaugdrossel im Anschluss an die Einstellung des AGR-Ventils und der ersten Ansaugdrossel mit einer Verzögerungszeit erfolgen, um Änderungen des AGR-Stroms Rechnung zu tragen, und Verzögerungen der AGR-Strompropagation, von dem Zeitpunkt und Ort der Einstellung der ersten Luftansaugdrossel und des AGR-Ventils bis zum Zeitpunkt und Ort des Stromsendens durch den Sauerstoffsensor. Beispielsweise kann die Verzögerungszeit gefiltert werden, um sich den AGR-Konzentrationsmischeffekten und einem lag effect erster Ordnung aufgrund axialer Diffusion zu nähern. In einem anderen Beispiel kann die Verzögerungszeit auf dem Abstand zwischen den Drosseln, der AGR-Durchflussmenge, den Motorbetriebsbedingungen usw. basieren. Ebenso kann die Einstellung der zweiten Ansaugdrossel auch gefiltert werden, um sich AGR-Konzentrationsmischeffekten und einem lag effect erster Ordnung aufgrund axialer Diffusion zu nähern. Auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen kann von daher durch Betätigen sowohl des AGR-Ventil als auch der ersten Luftansaugdrossel oder durch Betätigen nur des AGR-Ventils für den gewünschten AGR-Strom gesorgt werden. Somit können während einer ersten Bedingung, wie z. B. wenn die erste Ansaugdrossel innerhalb eines linearen Betriebsbereichs ist (das heißt, die erste Ansaugdrossel ist nicht nah daran, völlig offen oder völlig geschlossen zu sein), das AGR-Ventil und die erste Ansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors eingestellt werden, um für den gewünschten AGR-Strom zu sorgen. Im Vergleich dazu können während eines zweiten Zustandes, wie z. B. wenn die erste Ansaugdrossel innerhalb eines nichtlinearen Betriebsbereichs ist, beispielsweise die erste Ansaugdrossel nahe einer geschlossenen Stellung ist, die ersten Ansaugdrossel eingestellt werden, um in einer Richtung verbesserter Linearität unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors eingestellt werden, um für den gewünschten AGR-Strom zu sorgen. Beispielsweise kann die erste Ansaugdrossel auf eine weniger geschlossene, d. h. mehr geöffnete Stellung hin bewegt werden. Wahlweise kann das AGR-Ventil auch unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors eingestellt werden, um für den gewünschten AGR-Strom zu sorgen. In einem Beispiel kann die erste Bedingung eine kleinere Druckdifferenz über das AGR-Ventil beinhalten, während die zweite Bedingung eine größere Druckdifferenz über das AGR-Ventil beinhalten kann. Wenn die Druckdifferenz über das AGR-Ventil hierin kleiner ist, können Einstellungen der ersten Ansaugdrossel in Verbindung mit Einstellungen des AGR-Ventils vorteilhaft benutzt werden, um für den gewünschten AGR-Strom zu sorgen. Wenn demgegenüber die Druckdifferenz über das AGR-Ventil größer ist, kann ein breiterer Bereich von Einstellungen des AGR-Ventils möglich sein, und somit könnten zusätzliche Einstellungen der ersten Luftansaugdrossel nicht erforderlich sein. Während der ersten oder zweiten Bedingung kann von daher die zweite, stromabwärtige Ansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors eingestellt werden, um das gewünschte Drehmoment aufrechtzuerhalten.
Es wird sich nun 5 zugewandt, die ein beispielhaftes Programm 500 zum Auswählen eines Ansatzes zur Koordination der Einstellungen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel auf Grundlage einer gewünschten AGR-Regelungsautorität zeigt.
Bei 502 können Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder gemessen werden. Diese können beispielsweise Motordrehzahl, Last, Motortemperatur, Katalysatortemperatur beinhalten. Bei 504 kann bestimmt werden, ob AGR-Regelungsautorität gewünscht wird. In einem Beispiel kann ein größeres Maß an AGR-Regelungsautorität gewünscht werden, wenn Abgastemperaturen niedriger sind, beispielsweise niedriger als ein Schwellenwert. Während solcher Bedingungen kann AGR-Regelung vorteilhaft benutzt werden, um durch Verringern der Klopftendenz des Motors die Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder Leistungsfähigkeit zu verbessern. In einem anderen Beispiel kann ein kleineres Maß an AGR-Regelungsautorität gewünscht werden, wenn Abgastemperaturen erhöht sind, beispielsweise höher als ein Schwellenwert. Hierin kann eine Motorregelungsvorrichtung Einstellungen eine höhere Regelungsautorität geben, die bessere Kontrolle über Drehmomenttransienten und -beeinträchtigungen ermöglichen, und AGR-Regelung kann eine geringere Autorität gegeben werden, zumindest vorübergehend.
Falls eine höhere AGR-Regelungsautorität gewünscht wird, dann kann bei 506 die Regelungsvorrichtung aus den verschiedenen verfügbaren Optionen einen Ansatz auswählen, der eine höhere AGR-Regelungsautorität gibt. In einem Beispiel, wie hierin gezeigt, können Ansätze, die dem AGR-Ventil eine höhere Regelungsautorität geben (als der ersten Luftansaugdrossel) auch eine höhere AGR-Regelungsautorität geben. Somit kann die Regelungsvorrichtung Einstellungen auswählen, die ermöglichen, dass das AGR-Ventil eine höhere Regelungsautorität über AGR-Einstellungen aufweist. Als ein Beispiel kann die Regelungsvorrichtung bei 510 einen Ansatz auswählen, wobei die erste Luftansaugdrossel und das AGR-Ventil simultan in entgegengesetzte Richtungen eingestellt werden. Wie vorher dargelegt, kann dies das proportionale Schließen der ersten Luftansaugdrossel, während das AGR-Ventil geöffnet wird, beinhalten. In einem Beispiel kann solch ein Ansatz simultaner Einstellung benutzt werden, wenn ein breiterer Bereich an AGR-Regelung gewünscht wird. Alternativ kann die Regelungsvorrichtung bei 511 einen Ansatz auswählen, wobei die erste Luftansaugdrossel und das AGR-Ventil sequentiell eingestellt werden. Wie vorher dargelegt, kann dies zuerst das Betätigen des AGR-Ventils und anschließend das Betätigen oder Anschalten der ersten Luftansaugdrossel erst nachdem das AGR-Ventil eine vorbestimmte Stellung erreicht (oder eine Schwellenstellung gekreuzt) hat, beinhalten. In einem Beispiel kann zuerst das AGR-Ventil innerhalb eines linearen Betriebsbereichs betätigt werden. Dann, wenn das AGR-Ventil nahe beim Ende oder außerhalb des linearen Bereichs ist, kann die erste Luftansaugdrossel betätigt werden. Solch ein Ansatz sequenzieller Einstellung kann beispielsweise benutzt werden, wenn ein engerer Bereich der AGR-Regelung gewünscht wird.
Alternativ kann bei 512 die Regelungsvorrichtung einen Ansatz auswählen, wobei die erste Luftansaugdrossel eingestellt wird, um über dem AGR-Ventil einen gewünschten Druck oder Differenzdruck aufrechtzuerhalten, um die Regelungsautorität des AGR-Ventils zu bewahren. Aufgrund der Stellung des AGR-Ventils gegenüber dem Turbolader in einem Beispiel kann der gewünschte Differenzdruck über das AGR-Ventil durch Einstellen der ersten Luftansaugdrossel bereitgestellt werden, um einen gewünschten Kompressoreinlassdruck oder einen gewünschten Differenzdruck über den Kompressor oder einen gewünschten Differenzdruck über das Niederdruck-Luftansaugsystem aufrechtzuerhalten. In einem Beispiel kann solch ein druckbasierter Ansatz während des Betriebs eines verstärkten Motors ausgewählt werden.
Alternativ kann bei 513 die Regelungsvorrichtung einen Ansatz auswählen, wobei die erste Luftansaugdrossel nur mit feed-forward Einstellungen eingestellt wird, während das AGR-Ventil durch feed-forward und Rückkopplungseinstellungen eingestellt wird. Wie vorher genau dargelegt, kann dies das feed-forward Betätigen der ersten Luftansaugdrossel, wenn das AGR-Ventil in einem linearen Betriebsbereich ist, und das Rückkopplungs-Betätigen der ersten Luftansaugdrossel, wenn das AGR-Ventil außerhalb des linearen Betriebsbereichs ist, beinhalten.
Falls keine höhere AGR-Regelungsautorität gewünscht wird, dann kann bei 508 die Regelungsvorrichtung aus den verschiedenen verfügbaren Optionen einen Ansatz auswählen, der eine niedrigere AGR-Regelungsautorität gibt. In einem Beispiel, wie hierin gezeigt, können Ansätze, die dem AGR-Ventil eine niedrigere Regelungsautorität geben (als der ersten Luftansaugdrossel) auch eine niedrigere AGR-Regelungsautorität geben. In einem anderen Beispiel können Ansätze, die Regelungsautorität auf die erste Luftansaugdrossel übertragen, auch eine niedrigere AGR-Regelungsautorität geben. Somit kann die Regelungsvorrichtung Einstellungen auswählen, die ermöglichen, dass das AGR-Ventil eine niedrigere Regelungsautorität über AGR-Einstellungen aufweist. Von daher kann niedrigere AGR-Regelungsautorität gewünscht werden, um bessere Kontrolle über vorübergehende Drehmomentbeeinträchtigungen zu ermöglichen. Als ein Beispiel kann bei 514 die Regelungsvorrichtung einen Ansatz auswählen, wobei die das AGR-Ventil mit feed-forward Einstellungen eingestellt wird, während die erste Luftansaugdrossel durch feed-forward und Rückkopplungseinstellungen eingestellt wird.
In einem Beispiel kann das feed-forward Betätigen des AGR-Ventils das Setzen des AGR-Ventils auf eine vorbestimmte Stellung beinhalten, wobei die Stellung auf Motorbetriebsbedingungen basiert. Alternativ kann bei 515 die Regelungsvorrichtung einen Ansatz auswählen, wobei der gewünschte AGR-Strom weitgehen von der ersten Luftansaugdrossel bereitgestellt wird.
Auf diese Weise können das AGR-Ventil und die erste Ansaugdrossel eingestellt werden, um höhere AGR-Regelungsautorität bereitzustellen, wenn eine Abgastemperatur niedriger ist als ein Schwellenwert, und niedrigere AGR-Regelungsautorität bereitzustellen, wenn die Abgastemperatur höher als die Schwelle ist. Durch Einstellen der Reihenfolge der Einstellungen auf Grundlage der gewünschten AGR-Regelungsautorität kann die AGR-Regelung verbessert werden. Durch Einstellen eines AGR-Ventils und einer ersten Luftansaugdrossel in einer koordinierten Weise unter Ansprechen auf die Ausgabe eines Sauerstoffsensors kann die Regelung der verteilten Ventile und Drosseln besser erreicht werden, wodurch die AGR-Strömungsregelung verbessert wird. Durch Benutzen eines AGR-Ventils und einer ersten Luftansaugdrossel zur Bereitstellung von AGR-Strom kann AGR-Regelung erreicht werden, selbst wenn eines der Stellglieder begrenzt ist oder sich innerhalb eines nichtlinearen Betriebsbereichs befindet. Außerdem kann durch Benutzen der Ausgabe eines Sauerstoffsensors zum Einstellen des AGR-Stroms die Notwendigkeit mehrerer Sensoren zur Schätzung der AGR verringert werden. Durch Einstellen der Hauptansaugdrossel in Koordination mit dem AGR-Ventil und der ersten Luftansaugdrossel kann das gewünschte Drehmoment bereitgestellt werden, während der AGR-Strom eingestellt wird. Durch Verbessern von Motor-AGR-Vorgängen kann die Leistungsfähigkeit des Motors verbessert werden.
Es ist zu beachten, dass die beispielhaften Regelungs- und Schätzprogramme, die hierin einbezogen sind, mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemausgestaltungen benutzt werden können. Die spezifischen Programme, die hierin beschrieben sind, können eine oder mehrere oder eine beliebige Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgeregelt, Interrupt-geregelt, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, darstellen. Verschiedene veranschaulichte Vorgänge, Operationen oder Funktionen können schlichtweg in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen ausgelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, ist aber zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. In Abhängigkeit von der jeweils angewendeten Strategie können ein oder mehrere der veranschaulichten Vorgänge oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Vorgänge einen graphischen Code darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Motorregelungssystem programmiert werden muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7267117 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Motors einschließlich eines AGR-Kanals und eines Sauerstoffsensors, umfassend: Einstellen eines AGR-Ventils und einer ersten Ansaugdrossel unter Ansprechen auf eine Ausgabe des Sauerstoffsensor, um eine gewünschte AGR-Menge bereitzustellen; und Einstellen einer zweiten Ansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors, um ein gewünschtes Drehmoment aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Ansaugdrossel stromabwärts von der ersten Ansaugdrossel und stromabwärts von dem AGR-Ventil positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Sauerstoffsensor stromabwärts von der ersten Ansaugdrossel, stromabwärts von dem AGR-Ventil und stromaufwärts von der zweiten Ansaugdrossel positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Motor einen Turbolader beinhaltet und der AGR-Kanal einen Motorauslass, stromabwärts von der Turbine, mit einem Motoreinlass, stromaufwärts vom Kompressor, verbindet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das AGR-Ventil in dem AGR-Kanal stromaufwärts von dem Kompressor positioniert ist und wobei die erste Ansaugdrossel in einem Luftansaugkanal des Motoreinlasses stromaufwärts von dem Kompressor positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Motor ferner stromaufwärts oder stromabwärts von dem AGR-Ventil einen AGR-Kühler beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des AGR-Ventils und der ersten Luftansaugdrossel das Anzeigen, unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors, einer AGR-Verdünnung, die höher als ein Schwellenwert ist, das Schließen des AGR-Ventils und das Öffnen der ersten Luftansaugdrossel beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Öffnen der ersten Luftansaugdrossel das proportionale Öffnen der ersten Luftansaugdrossel, während das AGR-Ventil geschlossen wird, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Öffnen der ersten Luftansaugdrossel das Öffnen der ersten Luftansaugdrossel, nachdem das AGR-Ventil eine Schwellenstellung gekreuzt hat, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einstellen der zweiten Ansaugdrossel, unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors, das Anzeigen einer AGR-Verdünnung, die höher als ein Schwellenwert ist, das Öffnen der zweiten Ansaugdrossel beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Einstellung der zweiten Ansaugdrossel gefiltert wird, um sich AGR-Konzentrationsmischeffekten zu nähern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste AGR-Ventil und die erste Ansaugdrossel unter Ansprechen auf ein Modell betrieben werden, welches Transportverzögerung und Mischeffekte darstellt, die in einem Lufteinlass des Motors zwischen einem Mischpunkt und dem Sauerstoffsensor auftreten.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Einstellung ferner das Einstellen des AGR-Ventils und der ersten Ansaugdrossel, um höhere AGR-Regelungsautorität bereitzustellen, wenn eine Abgastemperatur niedriger ist als ein Schwellenwert, und niedrigere AGR-Regelungsautorität bereitzustellen, wenn die Abgastemperatur höher als die Schwelle ist, beinhaltet.
Verfahren zum Betreiben eines Motors einschließlich eines Sauerstoffsensors und eines AGR-Kanals, der zwischen einem Motoreinlass und einem Motorauslass gekoppelt ist, umfassend während einer ersten Bedingung das Einstellen eines AGR-Ventils und einer ersten Ansaugdrossel unter Ansprechen auf eine Ausgabe des Sauerstoffsensors, um eine gewünschte AGR-Menge bereitzustellen; und während einer zweiten Bedingung das Einstellen nur des AGR-Ventils unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors, um die gewünschte AGR-Menge bereitzustellen; und während der ersten oder zweiten Bedingung das Einstellen einer zweiten Ansaugdrossel stromabwärts von der ersten Ansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors, um ein gewünschtes Drehmoment aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Bedingung die erste Ansaugdrossel innerhalb eines linearen Betriebsbereichs beinhaltet und die zweite Bedingung die erste Ansaugdrossel innerhalb eines nichtlinearen Betriebsbereichs beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei während der ersten Bedingung die Einstellung der zweiten Ansaugdrossel der Einstellung der ersten Ansaugdrossel und des AGR-Ventils mit einer Verzögerungszeit folgt, wobei die Verzögerungszeit und die Einstellung der zweiten Ansaugdrossel gefiltert werden, um AGR-Konzentrationsmischeffekte zu nähern.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei während der ersten Bedingung das Einstellen der ersten Ansaugdrossel das Einstellen der ersten Ansaugdrossel beinhaltet, um eine Schwellenwertdruckdifferenz über das AGR-Ventil aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei während der ersten Bedingung das Einstellen der ersten Ansaugdrossel das feed-forward Einstellen der ersten Ansaugdrossel, wenn das AGR-Ventil innerhalb eines linearen Betriebsbereichs ist, und das Rückkopplungs-Einstellen der ersten Ansaugdrossel, wenn das AGR-Ventil außerhalb des linearen Betriebsbereichs ist, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Rückkopplungseinstellung der ersten Ansaugdrossel abgeschaltet wird, wenn sich das AGR-Ventil an einer Schwellenstellung befindet.
Motorsystem, umfassend: einen Motoreinlass; einen Motorauslass; einen Turbolader einschließlich eines Kompressors und einer Turbine, der zwischen dem Motoreinlass und dem Motorauslass gekoppelt ist; einen Niederdruck-AGR-Kanal, der konfiguriert ist, um mindestens etwas Abgas von dem Motorauslass stromabwärts von der Turbine zum Motoreinlass stromaufwärts des Kompressors umzuleiten; ein erstes AGR-Ventil, das in dem AGR-Kanal stromaufwärts von dem Kompressor positioniert und konfiguriert ist, um eine Menge an Abgas, die durch den AGR-Kanal umgeleitet wird, einzustellen; eine erste und eine zweite Ansaugdrossel, die mit dem Motoreinlass gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Menge an Frischluft einzustellen, die zum Motoreinlass geleitet wird, wobei die zweite Ansaugdrossel stromabwärts von der ersten Ansaugdrossel und dem AGR-Ventil positioniert ist; einen Sauerstoffsensor, der mit dem Motoreinlass stromaufwärts von der zweiten Ansaugdrossel und stromabwärts von der ersten Ansaugdrossel und dem AGR-Ventil gekoppelt ist; ein Regelungssystem mit computerlesbaren Anweisungen zum Einstellen des ersten AGR-Ventils und der ersten Ansaugdrossel unter Ansprechen auf eine Ausgabe des Sauerstoffsensors, um ein gewünschte AGR-Menge zu dem Motoreinlass bereitzustellen; und Einstellen der zweiten Ansaugdrossel unter Ansprechen auf die Ausgabe des Sauerstoffsensors, um ein gewünschtes Motordrehmoment aufrechtzuerhalten, wobei die Einstellung der zweiten Ansaugdrossel nach der Einstellung der ersten Ansaugdrossel und des AGR-Ventils mit einer Verzögerungszeit erfolgt.
System nach Anspruch 20, wobei die erste Ansaugdrossel ferner eingestellt wird, um einen Schwellendruckwert über den Kompressor aufrechtzuerhalten.
System nach Anspruch 20, wobei die erste Ansaugdrossel ferner eingestellt wird, um einen Schwellendruck über den Niederdruck-AGR-Kanal aufrechtzuerhalten.
System nach Anspruch 20, wobei die erste Ansaugdrossel ferner eingestellt wird, um einen Schwellendruck stromaufwärts von dem Kompressor aufrechtzuerhalten.