DE102011089847B4

DE102011089847B4 - Maschinensteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102011089847B4
Application number: DE102011089847.6A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Asano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-24
Also published as: JP5310709B2; DE102011089847A1; JP2012136993A

Abstract

Maschinensteuervorrichtung (54), die an einem Verbrennungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine (10) angewendet ist, die ein externes EGR-Gerät (48) aufweist, das so betätigt wird, dass ein Teil eines Abgases, das von der Maschine abgegeben wird, über einen EGR-Durchtritt (45, 46) wieder in einen Einlassluftdurchtritt (12) zugeführt wird, mit:einem Sauerstoffkonzentrationsbereitstellungsabschnitt (B1) zum Bereitstellen einer Sauerstoffkonzentration in einem Einlassgas, das zu der Maschine (10) zugeführt wird, und einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das von der Maschine (10) abgegeben wird, durch einen Schätz- oder Erfassungsprozess;einem Rauchanstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B3, B4, B7, B8) zum Schätzen einer Rauchemissionsmenge in dem Abgas ausgehend von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas und Berechnen einer Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) ausgehend von einem aktuellen Wert einer geschätzten Rauchemissionsmenge und einem Bezugswert für eine Rauchmenge;einem NOx-Anstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B2, B4, B5, B6) zum Schätzen einer NOx-Emissionsmenge in dem Abgas ausgehend von der Sauerstoffkonzentration in dem Einlassgas und Berechnen einer NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi) ausgehend von einem aktuellen Wert einer geschätzten NOx-Emissionsgröße und einem Bezugswert für eine NOx-Menge; undeinem EGR-Steuerabschnitt (B9, B10, B11, B12) zum Steuern einer EGR-Menge durch das Betätigen des externen EGR-Geräts (48) ausgehend von der Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) und der NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi), wobeider Rauchanstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B3, B4, B7, B8) einen Sollwerteinstellabschnitt (B4) zum Berechnen und Einstellen eines Rauchsollwerts als Bezugswert für die Rauchmenge ausgehend von einem Betriebszustand der Maschine (10) aufweist, undder NOx-Anstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B2, B4, B5, B6) einen Sollwerteinstellabschnitt (B4) zum Berechnen und Einstellen eines NOx-Sollwerts als den Bezugswert für die NOx-Menge ausgehend von dem Betriebszustand der Maschine (10) aufweist,der Rauchanstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B3, B4, B7, B8) einen Berechnungsabschnitt (B8) für den integrierten Wert zum Berechnen eines integrierten Werts des Rauchsollwerts wie auch eines integrierten Werts der geschätzten Rauchemissionsmenge aufweist, wobei der Berechnungsabschnitt (B8) des integrierten Werts außerdem ein Rauchanstiegsverhältnis (Yi) des integrierten Werts der geschätzten Rauchemissionsmenge mit Bezug auf den integrierten Wert des Rauchsollwerts berechnet,der NOx-Anstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B2, B4, B5, B6) einen Berechnungsabschnitt (B6) eines integrierten Werts zum Berechnen eines integrierten Werts des NOx-Sollwerts wie auch eines integrierten Werts der geschätzten NOx-Emissionsmenge aufweist, wobei der Berechnungsabschnitt (B6) des integrierten Werts außerdem ein NOx-Anstiegsverhältnis (Xi) des integrierten Werts der geschätzten NOx-Emissionsmenge mit Bezug auf den integrierten Wert des NOx-Sollwerts weiter berechnet, undder EGR-Steuerabschnitt (B9, B10, B11, B12) das Sollverhältnis (α0/β0) der NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi) mit Bezug auf die Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) abhängig von dem Rauchanstiegsverhältnis (Yi) des integrierten Werts und dem NOx-Anstiegsverhältnis (Xi) des integrierten Werts ändert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinensteuervorrichtung, die an einem Verbrennungssteuersystem einer Maschine angewendet ist, die ein externes EGR-Gerät aufweist, gemäß dem ein Teil eines von der Maschine in einen Abgasdurchtritt gegebenen Abgases über einen Abgasrückführdurchtritt wieder in einen Einlassluftdurchtritt zugeführt wird.
Eine Maschinensteuervorrichtung dieser Art ist aus dem Stand der Technik bekannt, wie er z.B. in dem japanischen Patent Nr. 3 767 211 (Druckschrift JP 3 767 211 B2 ) offenbart ist, gemäß dem eine von einer Maschine abgegebene Rauchmenge reduziert wird. Der Rauch wird kurz nachdem ein Betriebszustand der Maschine zu einem beschleunigenden Betriebszustand geändert wurde, aufgrund von fehlender frischer Luft in der Maschine erzeugt, die in die Brennkammern der Maschine zuzuführen ist. In genauerem Detail wird gemäß dem voranstehend erwähnten Stand der Technik ein Öffnungsgrad eines EGR-Ventils, das in dem Abgasrückführdurchtritt bereitgestellt ist (EGR-Öffnungsgrad) in einer derartigen Weise eingestellt, dass eine Menge des über den Abgasrückführdurchtritt wieder in den Einlassluftdurchtritt zuzuführenden Abgases (d. h. eine Menge des externen EGR) reduziert wird.
Ein Sollwert für den EGR-Öffnungsgrad wird allgemein auf entsprechende Betriebszustände der Maschine als Wert einer externen EGR-Menge angepasst, um eine Abgabemenge von schädlichen, in dem Abgas enthaltenen Bestandteilen (eine Rauchemissionsmenge, eine NOx-Emissionsmenge usw.) auf einen Wert zu steuern, der niedriger als ein Grenzwert in einem gleichmäßigen Zustand eines Maschinenbetriebszustands ist, der einem derartigen Maschinenbetriebszustand entspricht, in dem eine ausreichende Zeit verstrichen ist, seit die Steuergrößen für verschiedene Stellglieder zum Steuern der Verbrennung der Maschine auf bestimmte Werte festgelegt wurden. Deswegen kann in einem Übergangszustand, in dem der Maschinenbetriebszustand geändert wird, eine tatsächliche externe EGR-Menge zu einer Menge unterschiedlich sein, die an einer Anpassungsarbeit vorgesehen ist. Dann kann der Verbrennungszustand nachteilig beeinträchtigt sein, und dabei die Rauchemissionsmenge oder die NOx-Emissionsmenge über die Grenzwerte hinausgehen.
Es wird vorgeschlagen, ein EGR-Ventil zu betätigen, um die externe EGR-Menge in dem Übergangszustand einzustellen, um die voranstehend beschriebene Situation zu vermeiden. Wenn die externe EGR-Menge erhöht wird, kann die NOx-Emissionsmenge reduziert werden, aber die Rauchemissionsmenge kann als Ergebnis davon erhöht werden, dass eine Sauerstoffkonzentration in der Einlassluft verringert ist. Wenn andererseits die externe EGR-Menge verringert wird, kann die Rauchemissionsmenge reduziert werden, aber die NOx-Emissionsmenge kann als Ergebnis davon erhöht werden, dass die Sauerstoffkonzentration in der Einlassluft erhöht ist. Wenn eine derartige Änderung der Rauchemissionsmenge und der NOx-Emissionsmenge mit Bezug auf die Änderung der externen EGR-Menge berücksichtigt wird, kann eine der Abgaben aus der Rauchemission und der NOx-Emission übermäßig erhöht werden, falls die externe EGR-Menge in dem Übergangszustand nicht geeignet eingestellt werden könnte. In einem Fall, dass eine der Mengen aus der Rauchemissionsmenge und der NOx-Emissionsmenge größer werden würden als der Grenzwert, kann es schwierig werden, die Steueremissionscharakteristiken der Maschine geeignet zu steuern.
Die Druckschrift EP 1 790 840 A1 offenbart eine Steuerung für eine Brennkraftmaschine, die ausgehend von Verhältnissen von NOx-Anstiegsverhältnissen und Rauchanstiegsverhältnissen arbeitet.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Betrachtung der voranstehend geschilderten Probleme gemacht. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maschinensteuervorrichtung bereitzustellen, gemäß der es möglich ist, die Emissionscharakteristiken einer Maschine sogar in einem Übergangszustand eines Maschinenbetriebszustands geeignet zu steuern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Maschinensteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Maschinensteuervorrichtung (54) an einem Verbrennungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine (10) angewendet, die ein externes EGR-Gerät (48) aufweist, das so betätigt ist, dass ein Teil des von der Maschine abgegebenen Abgases in einen Einlassluftdurchtritt (12) über einen EGR-Durchtritt (45, 46) rezirkuliert wird. Die Maschinensteuervorrichtung weist einen Sauerstoffkonzentrationsbereitstellungsabschnitt (B1) auf, um durch einen Schätz- oder Erfassungsprozess eine Sauerstoffkonzentration in einem Einlassgas bereitzustellen, das zu der Maschine (10) zugeführt wird, und eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas bereitzustellen, das von der Maschine (10) abgegeben wird. Die Maschinensteuervorrichtung weist einen Rauchanstiegsratenberechnungsabschnitt (B3, B4, B7, B8) auf, um eine Rauchemissionsmenge in dem Abgas ausgehend von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu schätzen und eine Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) ausgehend von einem aktuellen Wert einer geschätzten Rauchemissionsmenge und einem Bezugswert für eine Rauchmenge zu berechnen. Die Maschinensteuervorrichtung weist einen NOx-Anstiegsratenberechnungsabschnitt (B2, B4, B5, B6) zum Schätzen einer NOx-Emissionsmenge in dem Abgas ausgehend von der Sauerstoffkonzentration in dem Einlassgas auf, um eine NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi) ausgehend von einem aktuellen Wert einer geschätzten NOx-Emissionsmenge und einem Bezugswert für eine NOx-Menge zu berechnen. Und die Maschinensteuervorrichtung weist einen EGR-Steuerabschnitt (B9, B10, B11, B12) auf, um eine EGR-Menge durch ein Betätigen des externen EGR-Geräts (48) ausgehend von der Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) und der NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi) zu steuern.
Gemäß dem voranstehend erwähnten Merkmal wird die externe EGR-Menge angepasst, um sowohl die Rauchanstiegsrate wie auch die NOx-Anstiegsrate zu steuern, wobei diese Anstiegsraten eingegeben werden. Als Ergebnis kann die externe EGR-Menge durch das Reflektieren von sowohl der Rauchanstiegsrate wie auch der NOx-Anstiegsrate gesteuert werden. Dann ist es möglich, zu verhindern, dass eine der Mengen aus der Rauchemissionsmenge und der NOx-Emissionsmenge sich übermäßig erhöht, so dass die Abgabecharakteristiken der Maschine geeignet gesteuert werden können.
Die voranstehend beschriebene und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich werden, die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht wird. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Ansicht, wie eine Systemstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Diagramm, das einen Anstieg einer Rauchemission bzw. einer NOx-Emission in einem Übergangszustand zeigt;
3 ein Diagramm, das eine Anstiegsratenausgleichssteuerung zeigt;
4 ein schematisches funktionelles Blockdiagramm, das die Anstiegsratenausgleichssteuerung zeigt; und
5 ein Flussdiagramm, das einen Prozess für die Anstiegsratenausgleichssteuerung zeigt.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen ein Steuergerät der vorliegenden Erfindung an einem Fahrzeug (Automobil) angewendet ist, das eine Brennkraftmaschine mit einem Lader (einem Turbolader) aufweist.
1 zeigt eine Systemstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Brennkraftmaschine 10, die in der Zeichnung gezeigt ist, ist eine Maschine der Art mit Zündung durch Verdichtung (eine Dieselmaschine). Ein Luftmengenmesser 14 zum Erfassen einer Einlassluftmenge (einer Frischluftmenge), ein Zwischenkühler 18 zum Abkühlen der Einlassluft, die durch einen Turbolader 16 (im Folgenden erläutert) aufgeladen wurde, und ein Drosselventil 20, von dem ein Öffnungsgrad durch ein Stellglied (ein einlassseitiges Stellglied 20a), wie z.B. einem Gleichstrommotor oder Ähnlichem gesteuert wird, sind in einem Einlassluftdurchtritt 12 der Maschine 10 in dieser Reihenfolge von einer stromabwärts liegenden Seite aus angeordnet. Das einlassseitige Stellglied 20a weist ebenfalls eine Funktion zum Erfassen des Öffnungsgrads des Drosselventils 20 auf.
Ein Speichertank 22 ist in dem Einlassluftdurchtritt 12 an einer stromabwärts liegenden Seite des Drosselventils 20 bereitgestellt. Ein Drucksensor 24 ist in dem Speichertank 22 zum Erfassen des Drucks (aufgeladener Druck) der durch den Einlassluftdurchtritt 12 strömenden Einlassluft bereitgestellt. Ein Temperatursensor 26 ist ebenfalls in dem Speichertank 22 bereitgestellt, um die Temperatur der durch den Einlassluftdurchtritt 12 strömenden Einlassluft zu erfassen. Eine stromabwärts liegende Seite des Speichertanks 22 ist mit jeder Brennkammer 28 von entsprechenden Zylindern der Maschine 10 verbunden.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 30 einer elektromagnetischen Art ist in der Brennkammer 28 der entsprechenden Zylinder der Maschine 10 in einer derartigen Weise bereitgestellt, dass ein vorderes Ende davon in die Brennkammer 28 ragt. Ein Hochdruckkraftstoff (Diesel) wird so von einer Sammelschiene (Common Rail) (nicht dargestellt) in das Kraftstoffeinspritzventil 30 zugeführt, dass der Hochdruckkraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 30 in die Brennkammer 28 eingespritzt wird.
Jede Öffnung aus einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung des entsprechenden Zylinders wird durch jedes Einlassventil 32 bzw. Auslassventil 34 geöffnet und geschlossen. Wenn das Einlassventil 32 geöffnet ist, wird die durch den Zwischenkühler 18 abgekühlte Einlassluft so in die Brennkammer 28 zugeführt, dass diese Einlassluft und der von dem Kraftstoffeinspritzventil 30 eingespritzte Kraftstoff einer Verbrennung ausgesetzt sind. Die Luft und der Kraftstoff, die der Verbrennung ausgesetzt wurden, werden als Abgas in einen Abgasdurchtritt 36 abgegeben, wenn das Auslassventil 34 geöffnet ist. Ein Kurbelwinkelsensor 40 ist an einer Position angrenzend an eine Abtriebswelle (eine Kurbelwelle 38) der Maschine 10 bereitgestellt, um einen Drehwinkel der Kurbelwelle 38 zu erfassen.
Der Turbolader 16 ist zwischen dem Einlassluftdurchtritt 12 und dem Abgasdurchtritt 36 bereitgestellt. Der Turbolader 16 ist aus einem Einlassluftverdichter 16a, der in dem Einlassluftdurchtritt 12 bereitgestellt ist, einer Abgasturbine 16b, die in dem Abgasdurchtritt 36 bereitgestellt ist, und einer sich drehenden Welle 16c zum miteinander Verbinden des Verdichters 16a und der Turbine 16b aufgebaut. In genauerem Detail wird die Abgasturbine 16b durch Energie des durch den Abgasdurchtritt 36 strömenden Abgases gedreht, und eine Drehenergie wird über die Drehwelle 16c zu dem Einlassluftverdichter 16a übertragen, so dass die Einlassluft durch den Einlassluftverdichter 16a verdichtet wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die Einlassluft durch den Turbolader 16 aufgeladen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Ladedruck durch den Turbolader 16 einstellbar sein. Wenn nämlich ein Öffnungsgrad in der variablen Leitschaufel (nicht dargestellt) des Turboladers 16 gesteuert wird, kann der Ladedruck eingestellt werden.
Ein Abgasreinigungsgerät 42 und ein A/F-Sensor 44 (Luft-Kraftstoffsensor) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas sind entsprechend in dieser Reihenfolge an einer stromabwärts liegenden Seite des Turboladers 16 in dem Abgasdurchtritt 36 bereitgestellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein DPF (Dieselpartikelfilter) zum Fangen von PM (Partikelbestandteilen = Rauch) in dem Abgas, ein NOx-Katalysator zum Reinigen von NOx in dem Abgas, ein Sauerstoffkatalysator zum Reinigen von HC und CO in dem Abgas oder Ähnliches als Abgasreinigungsgerät 42 verwendet werden.
Ein Teil des in den Abgasdurchtritt 36 abgegebenen Abgases wird mit einem Abgasrückführdurchtritt wie z.B. einem Hochdruck-EGR-Durchtritt 45 und einem Niederdruck-EGR-Durchtritt 46 wieder in den Einlassluftdurchtritt 12 zugeführt. In genauerem Detail ist der Abgasdurchtritt 36 einer stromaufwärts liegenden Seite der Abgasturbine 16b über den Hochdruck-EGR-Durchtritt 45betrieblich mit dem Einlassluftdurchtritt 12 einer stromabwärts liegenden Seite des Drosselventils 20 (d.h., der Setztank 22) verbunden. Ein EGR-Ventil 48 ist in dem Hochdruck-EGR-Durchtritt 45 bereitgestellt, um eine Durchtrittsfläche davon anzupassen. Das EGR-Ventil 48 ist ein elektronisch gesteuertes Ventil, von dem ein Öffnungsgrad (ein EGR-Öffnungsgrad) durch ein Stellglied (ein EGR-Stellglied 48a) wie z.B. einen Gleichstrommotor oder Ähnliches gesteuert werden kann. Ein Teil des in den Abgasdurchtritt 36 abgegebenen Abgases wird abhängig von dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils 48 als externes EGR wieder in den Einlassluftdurchtritt 12 zugeführt, nachdem das Abgas durch einen EGR-Kühler 50 abgekühlt wurde. Das EGR-Stellglied 48a weist ebenfalls eine Funktion zum Erfassen des EGR-Öffnungsgrads auf.
Der Abgasdurchtritt 36 einer stromabwärts liegenden Seite der Abgasturbine 16b ist an einer stromaufwärts liegenden Seite des Einlassluftverdichters 16 über den Niederdruck-EGR-Durchtritt 46 mit dem Einlassdurchtritt 12 verbunden. Ein Abgasdrosselventil 52 ist in dem Abgasdurchtritt 36 an einer stromabwärts liegenden Seite eines Abzweigabschnitts des Niederdruck-EGR-Durchtritts 46 bereitgestellt (an dem der Durchtritt 46 von dem Durchtritt 36 abgezweigt ist). Das Abgasdrosselventil 52 ist ein elektronisch gesteuertes Ventil, von dem ein Öffnungsgrad durch ein Stellglied (ein abgasseitiges Stellglied 52a) wie z.B. ein Gleichstrommotor oder ähnliches gesteuert wird. Ein Teil des in den Abgasdurchtritts 36 abgegebenen Abgases wird abhängig von einem Öffnungsgrad eines niederdruckseitigen EGR-Ventils (nicht gezeigt) ebenfalls als externes EGR wieder in den Einlassdurchtritt 12 zugeführt, nachdem das Abgas durch einen niederdruckseitigen EGR-Kühler (nicht gezeigt) abgekühlt wurde. Das abgasseitige Stellglied 52a weist ebenfalls eine Funktion zum Erfassen des Öffnungsgrads des abgasseitigen Drosselventils 52 auf.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU 54) zum Steuern eines Maschinensystems ist aus einem Mikrocomputer aufgebaut, der eine gut bekannte CPU, ein ROM, ein RAM usw. aufweist. Ein Ausgangssignal von einem Beschleunigungssensor 56 zum Erfassen einer Betriebshubgröße eines Beschleunigerpedals (eine Pedaltrittgröße) durch einen Fahrzeugfahrer wie auch andere Ausgangssignale von dem Luftstrommesser 14, dem Drucksensor 24, dem Temperatursensor 26, dem Kurbelwinkelsensor 40, dem A/F-Sensor 44, dem einlassseitigen Stellglied 20a, dem EGR-Stellglied 48a, dem abgasseitigen Stellglied 52a werden in die ECU 54 eingegeben. Die ECU 54 führt gemäß den Eingangssignalen von den entsprechenden Sensoren verschiedene Arten von in dem ROM gespeicherten Steuerprogrammen aus, um eine Verbrennungssteuerung der Maschine 10 einschließlich einer Kraftstoffeinspritzsteuerung durch das Kraftstoffeinspritzventil 30, einer Abgasrückführsteuerung (einer externen EGR-Steuerung) durch das EGR-Stellglied 48a und Ähnliches, einer Ladedrucksteuerung durch den Turbolader 16 usw. durchzuführen.
Die Kraftstoffeinspritzsteuerung wird erläutert. Ein angefordertes Moment für die Maschine 10 wird als erstes gemäß einer Maschinendrehzahl ausgehend von den Ausgängen des Kurbelwinkelsensors 40 und der Betriebshubgröße des Beschleunigerpedals (der Pedaltrittgröße) ausgehend von den Ausgängen des Beschleunigungssensors 56 berechnet. Ein Anweisungswert für das Kraftstoffeinspritzventil 30 wird ausgehend von dem voranstehend berechneten angeforderten Moment für die Maschine so berechnet, dass eine Leistungszufuhr zu dem Kraftstoffeinspritzventil 30 ausgehend von dem Anweisungswert gesteuert wird. Als Ergebnis wird ein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt, der eine Menge entsprechend dem voranstehend beschriebenen Anweisungswert aufweist.
In der Ladedrucksteuerung wird eine Leistungszufuhr zu dem Turbolader 16 so gesteuert, dass ein Ladedruck ausgehend von dem Ausgang von dem Drucksensor 24 so gesteuert wird, dass er näher an einem Sollwert liegt.
In der externen EGR-Steuerung wird die Leistungszufuhr zu dem EGR-Stellglied 48a so gesteuert, dass der EGR-Öffnungsgrad ausgehend von dem Ausgang von dem EGR-Stellglied 48a so gesteuert ist, dass er näher an einem Sollwert liegt (ein EGR-Sollöffnungsgrad).
Der EGR-Sollöffnungsgrad wird im Voraus z.B. durch Experimente festgelegt (angepasst). Die externe EGR wird gemäß dem EGR-Sollöffnungsgrad so ausgeführt, dass eine Menge des Rauchs wie auch eine Menge von NOx, die von der Maschine 10 abgegeben werden, in einem solchen Maschinenbetriebszustand (einem beständigen Zustand) entsprechend kleiner als Grenzwerte sind, in dem eine ausreichende Zeitmenge verstrichen ist, seit Steuergrößen der entsprechenden Stellglieder für die Verbrennungssteuerung festgelegt wurden.
In genauerem Detail werden ein Sollwert für die Rauchemission (ein Rauchsollwert), der auf einen Wert eingestellt ist, der niedriger als ein vorbestimmter Grenzwert für die Rauchemission ist (ein Rauchgrenzwert) wie auch ein Sollwert für die NOx-Emission (ein NOx-Sollwert), der als ein Wert niedriger als sein vorbestimmter Grenzwert für die NOx-Emission eingestellt ist (ein NOx-Grenzwert) für entsprechende Maschinendrehzahlen und ein angefordertes Moment der Maschine (oder eine Kraftstoffeinspritzmenge von dem Kraftstoffeinspritzventil 30) festgestellt, die Parameter sind, die den Maschinenbetriebszustand anzeigen, und die verteilt sind. Und ein derartiger EGR-Öffnungsgrad wird als EGR-Sollöffnungsgrad festgestellt, gemäß dem jeder der aktuellen Werte für die Rauchemission und die NOx-Emission entsprechend gesteuert werden, damit sie näher an dem Rauchsollwert und dem NOx-Sollwert liegen, obwohl die Maschinendrehzahl und das angeforderte Maschinenmoment verteilt sind.
Der Rauchgrenzwert wie auch der NOx-Grenzwert können so festgelegt werden, dass sie Emissionscharakteristiken treffen, die in einer vorher bestimmten Betriebsart verlangt sind (z.B. NEDC-Betriebsart, LA#4-Betriebsart und ähnliche), in denen ein Kraftstoffverbrauchsverhältnis, eine Emission usw. gemessen werden. Genauer können der Rauchgrenzwert wie auch der NOx-Grenzwert für entsprechende Maschinenbetriebszustände der Maschine 10 so festgelegt werden, damit ein Gesamtwert der Rauchemission wie auch ein Gesamtwert der NOx-Emission, die die gesamte Betriebsart abdecken, kleiner als ein verlangter Wert (ein Wert, der die Regelungssteuerung für die Emission erfüllt) gemacht ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jeder der Werte aus Rauchgrenzwert und NOx-Grenzwert als Wert für das Abgas festgelegt, das sich in dem Abgasdurchtritt 36 an einer stromaufwärts liegenden Seite des Abgasreinigungsgeräts 42 befindet.
Es ist möglich, die tatsächliche Menge des externen EGR zu erreichen, die im Wesentlichen gleich einem solchen Wert ist, von dem angenommen wird, dass er den EGR-Sollöffnungsgrad festlegt, wenn der tatsächliche EGR-Öffnungsgrad auf den EGR-Sollöffnungsgrad gesteuert wird. Jedoch kann die tatsächliche Menge des externen EGR in einem Übergangszustand, in dem eine ausreichende Zeit zum Steuern des tatsächlichen EGR-Öffnungsgrads auf den EGR-Sollöffnungsgrad noch nicht verstrichen ist, von der Menge des externen EGR variieren, von der angenommen ist, dass sie den EGR-Sollöffnungsgrad festlegt. Wenn die tatsächliche Menge des externen EGR von dem Sollwert variiert, kann eine Menge des Einlassgases (d.h., ein Gemisch der frischen Luft und des EGR-Gases), das zu der Maschine 10 zuzuführen ist, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas wie auch die Sauerstoffkonzentration in dem Einlassgas sich von solchen Werten zum Realisieren der gewünschten Verbrennung variieren. Dann kann die Rauchemission erhöht werden, um größer zu werden als der Rauchgrenzwert, oder die NOx-Emission kann erhöht werden, um größer zu werden als der NOx-Grenzwert.
Wenn z.B. der EGR-Öffnungsgrad geändert wird, wird die Menge des externen EGR geändert. Wenn nämlich der EGR-Öffnungsgrad erhöht wird, wird die Menge des externen EGR erhöht und dabei die Sauerstoffkonzentration in dem Einlassgas verringert. Dann wird die NOx-Emission verringert, während die Rauchemission erhöht werden kann. Wenn andererseits der EGR-Öffnungsgrad verringert wird, wird die Menge des externen EGR verringert und dabei die Sauerstoffkonzentration in dem Einlassgas erhöht. Dann wird die Rauchemission reduziert, während die NOx-Emission erhöht werden kann. Exkursionen der Rauchemission und der NOx-Emission mit Bezug auf die Änderung des EGR-Öffnungsgrads werden durch eine durchgehende Linie (eine Ausgleichslinie) A in 2 bezeichnet. Die Rauchemission und die NOx-Emission können in dem Übergangszustand größer als die entsprechenden Grenzewerte werden.
Wenn darüber hinaus die Kraftstoffeinspritzmenge von dem Kraftstoffeinspritzventil 30 geändert wird, wird die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas geändert. Eine bestimmte Zeit (eine Rückführ-Verzögerungszeit) ist von einem Zeitpunkt an notwendig, an dem die Kraftstoffeinspritzmenge auf einen Zeitpunkt geändert wird, an dem ein Teil des Abgases in die Brennkammer 28 als das EGR zugeführt wird (die Sauerstoffkonzentration davon wurde durch eine derartige Kraftstoffeinspritzung geändert). Als Ergebnis können die Rauchemission und die NOx-Emission größer als die Grenzwerte werden. Wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils 20 geändert wird, wird die Einlassluftmenge ebenfalls geändert.
Insbesondere wenn das Fahrzeug beschleunigt wird, können die Rauchemission oder ähnliches bemerkenswert größer als der Grenzwert werden. Es wird nämlich die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem Anstieg des von der Maschine angeforderten Moments während der Beschleunigung des Fahrzeugs erhöht. Jedoch besteht hier eine Zeitverzögerung (eine Ladeverzögerung) von einem Zeitpunkt an, an dem die Einlassluft durch den Turbolader 16 aufgeladen wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem die aufgeladene Einlassluft in die Brennkammer 28 zugeführt wird. Deswegen ist die Einlassluftmenge (die frische Luft) für die erhöhte Kraftstoffeinspritzmenge zu knapp. Als Ergebnis kann die Rauchemission stark über den Grenzwert erhöht werden, wie in 2 durch B (bezeichnet durch ein „Δ“) bezeichnet ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden, um das voranstehend beschriebene Problem zu lösen (das übermäßige Ansteigen des Rauchs und/oder NOx), ein Rauchanstiegsverhältnis (ein Verhältnis der Rauchemission mit Bezug auf den Rauchsollwert) und ein NOx-Anstiegsverhältnis (ein Verhältnis der NOx-Emissionen mit Bezug auf den NOx-Sollwert) in die ECU 54 eingegeben, um eine Anstiegsverhältnis-Ausgleichssteuerung durchzuführen, wenn der EGR-Öffnungsgrad gesteuert wird. Wie aus 3 ersichtlich ist, (bezeichnet durch „□“), wird gemäß der Ausgleichssteuerung der vorliegenden Erfindung jeder Anstieg der Rauchemission und NOx-Emission über den entsprechenden Grenzwert während des Übergangszustands zu einem bestimmten Ausmaß toleriert, aber eine derartige Situation, in der eine der Emissionen aus Rauchemission und NOx-Emission übermäßig über den entsprechenden Grenzwert erhöht wird, kann vermieden werden. Als Ergebnis wird sowohl die Rauchemission wie auch die NOx-Emission unterdrückt, stark über den Grenzwert erhöht zu werden.
Die Anstiegsverhältnis-Ausgleichssteuerung wird mit Bezug auf 4 erläutert.
4 ist ein schematisches funktionelles Blockdiagramm, das einen Prozess für eine Anstiegsverhältnis-Ausgleichssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Ein Sauerstoffkonzentrationsschätzabschnitt B1 schätzt ausgehend von einem Ladedruck „P“, einer Einlasslufttemperatur „Tmp“, ausgehend von der Ausgabe des Temperatursensors 26, einer Frischluftmenge „Luft“ ausgehend von der Ausgabe von dem Luftstrommesser 14, einer Kraftstoffeinspritzmenge „Q“ (oder dem von der Maschine verlangten Moment „Trq“) von dem Kraftstoffeinspritzventil 30 die Sauerstoffkonzentration in dem Einlassgas (die Einlassgassauerstoffkonzentration), das in die Brennkammer 28 zugeführt wird, und die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas (die Abgassauerstoffkonzentration), die von der Brennkammer 28 abgegeben wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform schätzt der Schätzabschnitt B1 von Zeit zu Zeit die Einlassgassauerstoffkonzentration und die Abgassauerstoffkonzentration durch ein vorbestimmtes Modell zum Schätzen der Sauerstoffkonzentration.
Noch genauer werden die Einlassgassauerstoffkonzentration und die Abgassauerstoffkonzentration ausgehend von den folgenden Prozessen geschätzt. Als ein erster Prozess wird die Einlassgasmenge, die in die Brennkammer 28 zuzuführen ist, ausgehend von den Eingaben des Ladedrucks „P“ und der Einlasslufttemperatur „Tmp“ geschätzt. Als zweiter Prozess wird die Menge des externen EGR, die von dem Hochdruck-EGR-Durchtritt 54 und dem Niederdruck-EGR-Durchtritt 46 in den Einlassluftdurchtritt 12 strömt, ausgehend von der geschätzten Einlassgasmenge wie auch der Frischluftmenge „Luft“ berechnet. Als ein dritter Prozess wird die Abgassauerstoffkonzentration ausgehend von der Frischluftmenge „Luft“ geschätzt, die in die Brennkammer 28 zugeführt wird, der Menge der externen EGR und der Kraftstoffeinspritzmenge „Q“ (oder des für die Maschine angeforderten Moments „Trq“) von dem Kraftstoffeinspritzventil 30. Gemäß der voranstehenden Prozesse ist es möglich, von Zeit zu Zeit die Einlassgassauerstoffkonzentration und die Abgassauerstoffkonzentration zu schätzen, während ein Einfluss durch das von der Brennkammer 28 abgegebene und teilweise in den Einlassluftdurchtritt 12 über den Hochdruck-EGR-Durchtritt 45 und den Niederdruck-EGR-Durchtritt 46 zurückgeschobene Abgas berücksichtigt wird.
Ein Lernprozess kann ausgeführt werden, um eine Variation (einen Modellfehler) zwischen der geschätzten Sauerstoffkonzentration und der tatsächlichen Sauerstoffkonzentration zu reduzieren. Der Lernprozess kann ausgehend von der tatsächlichen Sauerstoffkonzentration von der Ausgabe des A-F-Sensors 44 ausgeführt werden. Der Lernprozess kann bevorzugt ausgeführt werden, wenn eine Variation der Sauerstoffkonzentration zwischen einer stromaufwärts liegenden Seite und einer stromabwärts liegenden Seite des Abgasreinigungsgeräts 42 klein ist.
Ein NOx-Emissionschätzabschnitt B2 berechnet ausgehend von der Einlassgassauerstoffkonzentration, der Maschinendrehzahl „NG“ und dem von der Maschine angeforderten Moment „Trq“ (oder der Kraftstoffeinspritzmenge „Q“ von dem Kraftstoffeinspritzventil 30) einen Schätzwert für die NOx-Emission (einen geschätzten NOx-Wert). Da die NOx-Emission erhöht wird, wenn die Einlassgassauerstoffkonzentration höher wird, ist die Einlassgassauerstoffkonzentration in einem der Parameter in der voranstehenden Berechnung des geschätzten NOx-Werts enthalten. Da zusätzlich die NOx-Emission durch die Verbrennungstemperatur in den entsprechenden Betriebsbedingungen der Maschine 10 beeinflusst ist, und die Verbrennungstemperatur mit der Maschinendrehzahl „NE“ und dem von der Maschine angeforderten Moment „Trq“ korreliert werden kann (die beide Parameter sind, die die Maschinenbetriebszustände bezeichnen), werden auch die Maschinendrehzahl „NE“ und das von der Maschine angeforderte Moment „Trq“ in den Parametern in der voranstehend beschriebenen Berechnung für den geschätzten NOx-Wert enthalten. Zum Beispiel kann der geschätzte NOx-Wert unter Verwendung eines Kennfelds oder einer mathematischen Formel berechnet werden, wobei der geschätzte NOx-Wert mit der Einlassgassauerstoffkonzentration, der Maschinendrehzahl „NE“ und dem von der Maschine angeforderten Moment „Trq“ korreliert wird.
Ein Rauchemissionsschätzabschnitt B3 berechnet einen geschätzten Wert für die Rauchemission (einen geschätzten Rauchwert) ausgehend von der Abgassauerstoffkonzentration, der Maschinendrehzahl „NE“ und dem von der Maschine angeforderten Moment „Trq“ (oder der Kraftstoffeinspritzmenge „Q“ von dem Kraftstoffeinspritzventil 30). Da die Rauchemission erhöht wird, wenn die Abgassauerstoffkonzentration kleiner wird, ist die Abgassauerstoffkonzentration in einem der Parameter in der voranstehenden Berechnung des geschätzten Rauchwerts enthalten. In der gleichen Weise sind die Maschinendrehzahl „NE“ und das von der Maschine angeforderte Moment „Trq“ hinsichtlich des NOx-Emissionschätzabschnitts B2 ebenfalls in den Parametern in der voranstehend beschriebenen Berechnung des geschätzten Rauchwerts enthalten, da die Rauchemission durch die Verbrennungstemperatur in den entsprechenden Betriebszuständen der Maschine 10 beeinflusst ist. Zum Beispiel kann der geschätzte Rauchwert unter Verwendung eines Kennfelds oder einer mathematischen Formel berechnet werden, wobei der geschätzte Rauchwert mit der Abgassauerstoffkonzentration, der Maschinendrehzahl „NE“ und dem von der Maschine angeforderten Moment „Trq“ korreliert ist.
Ein Sollwerteinstellabschnitt B4 stellt einen NOx-Sollwert und einen Rauchsollwert ausgehend von der Maschinendrehzahl „NE“ und dem von der Maschine angeforderten Moment „Trq“ ein.
Ein erster NOx-Anstiegsverhältnis-Berechnungsabschnitt B5 berechnet ein erstes NOx-Anstiegsverhältnis „ΔNOx“ (eines sofortigen Werts) durch das Teilen von jedem geschätzten NOx-Wert durch jeden NOx-Sollwert. Ein zweiter NOx-Anstiegsverhältnis-Berechnungsabschnitt B6 berechnet ein zweites NOx-Anstiegsverhältnis „Xi“ (eines integrierten Werts) durch das Teilen von jedem integrierten Wert des geschätzten NOx-Werts durch jeden integrierten Wert des NOx-Sollwerts.
Ein erster Rauchanstiegsverhältnis-Berechnungsabschnitt B7 berechnet ein erstes Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ (eines sofortigen Werts) durch Teilen von jedem geschätzten Rauchwert durch jeden Rauchsollwert. Ein zweiter Rauchanstiegsverhältnis-Berechnungsabschnitt B8 berechnet ein zweites Rauchanstiegsverhältnis „Yi“ (eines integrierten Werts) durch das Teilen jedes integrierten Werts des geschätzten Rauchwerts durch jeden integrierten Wert des Rauchsollwerts.
Ein Parameterberechnungsabschnitt B9 berechnet eine Steuergröße (einen Steuerparameter „δ“) für die Anstiegsverhältnis-Ausgleichssteuerung. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Sollverhältnis des NOx-Anstiegsverhältnis „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ als „α0/β0“ ausgedrückt, wobei jeder der Koeffizienten „α0“ und „β0“ größer als null ist (α0, β0 > 0) und eine Formel „α0 + β0= 1“ erfüllt.
Der Steuerparameter „δ“ wird gemäß einer folgenden Gleichung (c1) unter Verwendung der Steuerkoeffizienten „α“ und „β“ (α, β > 0) berechnet, damit ein tatsächliches Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ auf das Sollverhältnis „α0/β0“ gesteuert wird: $" δ = β \times (Δ NOX) - α \times (Δ PM) "$
$" α = (α 0^{2} \times β i) / (α 0^{2} \times β i + β 0^{2} \times α i) "$
$" β = (β 0^{2} \times α i) / (α 0^{2} \times β i + β 0^{2} \times α i) "$
worin $α i = Xi/ (Xi+Yi)$
$β i = Xi/ (Xi+Yi)$
Eine technische Bedeutung des Steuerverfahrens zum Verwenden der voranstehenden Gleichung (c1) wird erläutert.
In den voranstehenden Gleichungen ist jeder der Koeffizienten „ai“ und „ßi“ durch Verwendung des NOx-Anstiegsverhältnisses „Xi“ des integrierten Werts und des Rauchanstiegsverhältnisses „Yi“ des integrierten Werts definiert, wobei das NOx-Anstiegsverhältnis „Xi“ und das Rauchanstiegsverhältnis „Yi“ jeweils Geschichten des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ und des Rauchanstiegsverhältnisses „ΔPM“ reflektieren.
Gemäß der voranstehenden Gleichungen (c2) und (c3) werden in einem Fall, in dem ein Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „Xi“ (der integrierte Wert) mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „Yi“ (der integrierte Wert) der Sollwert „α0/β0“ wird, jeder der Koeffizienten „ai“ und „βi“ jeweils „α0“ und „β0“. Dann wird jeder der Steuerkoeffizienten „α“ und „β“ entsprechend „α0“ und „β0“.
Ein Grund zum Verwenden der Steuerkoeffizienten „α“ und „ß“ anstelle der Koeffizienten „α0“ und „β0“ ist es, zu verhindern, dass das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ in dem Fall eines längeren Zeitmaßstabs stark von dem Sollverhältnis „α0/β0“ verschoben wird. Der längere Zeitmaßstab entspricht z.B. nicht einem Fall eines mikroskopischen Zeitmaßstabs, in dem die sofortigen Werte berechnet werden, sondern einem Fall, in dem die gesamte Berechnung des Rauchanstiegsverhältnisses „Yi“ ausgeführt wird, und dabei ein Zeitmaßstab wesentlich länger als der mikroskopische Maßstab ist.
In der voranstehenden Gleichung (c1) ist es möglich, wenn „α“ und „ß“ auf „α0“ und „β0“ fixiert sind, und der Steuerparameter „δ“ durch eine Regelung auf Null „0“ eingestellt ist, eine derartige Situation zu vermeiden, in der eine der Emissionen aus der Rauchemission und der NOx-Emission bemerkenswert erhöht wird. Sogar wenn das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ in dem mikroskopischen Zeitmaßstab durch die Regelung auf das Sollverhältnis „α0/β0“ gebracht wird, kann das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ in dem längeren Zeitmaßstab stark von dem Sollverhältnis „α0/β0“ verschoben sein. Dies ist deswegen der Fall, da eines der Anstiegsverhältnisse größer als das andere Anstiegsverhältnis werden kann, was von einem Verhalten des Fahrers für eine Fahrt des Fahrzeugs, einer betrieblichen Verzögerung von verschiedenen Arten von Stellgliedern für die Verbrennungssteuerung usw. abhängen kann.
Wenn andererseits die Steuerkoeffizienten „α“ und „β“ wie in den Gleichungen (c2) und (c3) definiert sind, mit anderen Worten ausgedrückt, wenn ein Sollverhältnis „α/β“ für die Steuerkoeffizienten in jedem Steuerzyklus ausgehend von dem Rauchanstiegsverhältnis „Yi“ für den integrierten Wert und dem NOx-Anstiegsverhältnis „Xi“ für den integrierten Wert geändert wird, kann das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ zuletzt in dem längeren Zeitmaßstab auf das Sollverhältnis „α0/β0“ gebracht werden.
Wenn das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ dazu tendiert, in dem längeren Zeitmaßstab kleiner als das Sollverhältnis „α0/β0“ zu werden, wird das Verhältnis des Koeffizienten „ai“ mit Bezug auf den Koeffizienten „ßi“ kleiner als das Sollverhältnis „α0/β0“, und dabei wird der Steuerkoeffizient „α“ größer als der Koeffizient „α0“, während der Steuerkoeffizient „β“ kleiner als der Koeffizient „β0“ wird. Als Ergebnis ist der Anstieg des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ erlaubt, während der Anstieg des Rauchanstiegsverhältnisses „ΔPM“ beschränkt ist.
Wenn andererseits das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ dazu tendiert, größer als das Sollverhältnis „α0/β0“ in dem längeren Zeitmaßstab zu werden, wird das Verhältnis des Koeffizienten „ai“ mit Bezug auf den Koeffizienten „ßi“ größer als das Sollverhältnis „α0/β0“, und dabei wird der Steuerkoeffizient „α“ kleiner als der Koeffizient „α0“, während der Steuerkoeffizient „β“ größer als der Koeffizient „β0“ wird. Als Ergebnis ist der Anstieg des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ beschränkt, während der Anstieg des Rauchanstiegsverhältnisses „ΔPM“ erlaubt ist.
Die voranstehenden Gleichungen (c2) und (c3) sind so standardisiert, dass eine Summe der Steuerkoeffizienten „α“ und „β“ ein vorbestimmter Wert „1“ wird, wenn die Steuerkoeffizienten „α“ und „β“ berechnet werden. Dies dient dazu, eine Situation zu vermeiden, in der ein Proportionalfaktor „Kp“ und ein Integralfaktor „Ki“ in jedem Steuerzyklus in einem Regelungsabschnitt B10 (im Folgenden erläutert) gemäß dem NOx-Anstiegsverhältnis „ΔNOx“ und dem Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ geändert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt können sogar in einem Fall, in dem das NOx-Anstiegsverhältnis „ΔNOx“ und das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ zueinander gleich sind, aber wenn die absoluten Figuren dieser Anstiegsverhältnisse voneinander unterschiedlich sind, die Werte für den Steuerparameter „δ“ (der erforderlich ist, um das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ zu dem Sollverhältnis „α0/β0“ zu machen) zueinander unterschiedlich sein. In einem derartigen Fall ist es notwendig, den Proportionalfaktor „Kp“ und den Integralfaktor „Ki“ an das NOx-Anstiegsverhältnis „ΔNOx“ und das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ anzupassen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind jedoch zum Zweck der Vereinfachung der Anpassungsfähigkeitsarbeit für den Proportionalfaktor „Kp“ und den Integralfaktor „Ki“ die Steuerkoeffizienten „α“ und „β“ in jedem Steuerzyklus standardisiert, um die Situation zu vermeiden, dass der Proportionalfaktor „Kp“ und der Integralfaktor „Ki“ in jedem Steuerzyklus abhängig von dem NOx-Anstiegsverhältnis „ΔNOx“ und dem Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ geändert werden.
Der Regelungsabschnitt B10 berechnet ausgehend von dem Steuerparameter „δ“ eine Regelungsgröße (Rückkopplungssteuergröße) für das EGR-Stellglied 48a. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Regelungsgröße durch eine Proportional-Integralsteuerung ausgehend von dem Steuerparameter „δ“ berechnet. Genauer wird die Regelungsgröße als Summe eines Proportionalabschnitts erhalten, der durch das Multiplizieren des Steuerparameters „δ“ mit dem Proportionalfaktor „Kp“ und einem Integralabschnitt, der die gesammelte Größe eines Wertes ist, der durch das Multiplizieren des Steuerparameters „δ“ mit dem Integralfaktor „Ki“ berechnet wird.
Ein Vorkopplungssteuerabschnitt B11 berechnet eine Vorkopplungssteuergröße (den EGR-Sollöffnungsgrad) für das EGR-Stellglied 48a ausgehend von der Maschinendrehzahl „NE“ und dem von der Maschine angeforderten Moment „Trq“.
Ein Additionsabschnitt B12 berechnet eine finale Betriebsgröße für das EGR-Stellglied 48a durch das Hinzuzählen der Regelungsgröße und der Vorwärtskopplungssteuergröße zueinander.
Wenn die Leistungszufuhr zu dem EGR-Stellglied 48a ausgehend von der finalen Betriebsgröße gesteuert wird, wird der tatsächliche EGR-Öffnungsgrad auf eine derartige Position gesteuert, gemäß der das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ zu dem Sollverhältnis „α0/β0“ gebracht ist.
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess für die Anstiegsverhältnis-Ausgleichssteuerung zeigt. Der Prozess wird durch die ECU 54 in einem vorbestimmten Steuerzyklus ausgeführt.
An einem Schritt S10 führt die ECU 54 einen Prozess aus, die Einlassluftsauerstoffkonzentration und die Abgassauerstoffkonzentration zu schätzen.
An einem Schritt S12 führt die ECU 54 einen Prozess aus, den geschätzten NOx-Wert und den geschätzten Rauchwert zu berechnen. An einem Schritt S14 führt die ECU 54 einen Prozess aus, den NOx-Sollwert und den Rauchsollwert einzustellen.
An einem Schritt S16 führt die ECU 54 einen Prozess aus, das NOx-Anstiegsverhältnis „ΔNOx“, das NOx-Anstiegsverhältnis „Xi“ des integrierten Werts, das Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ und das Rauchanstiegsverhältnis „Yi“ des integrierten Werts zu berechnen. Die ECU 54 kann zusätzlich einen solchen Prozess ausführen, gemäß dem das NOx-Anstiegsverhältnis „Xi“ wie auch das Rauchanstiegsverhältnis „Yi“ für einen vorbestimmten Zeitraum initialisiert wird.
An einem Schritt S18 führt die ECU 54 einen Prozess aus, den Steuerparameter „δ“ ausgehend von dem NOx-Anstiegsverhältnis „ΔNOx“ und dem Rauchanstiegsverhältnis „ΔPM“ zu berechnen. Und an einem Schritt S20 führt die ECU 54 einen Prozess aus, die Leistungszufuhr zu dem EGR-Stellglied 48a ausgehend von der Summe der Regelungsgröße und der Vorkopplungssteuergröße zu steuern.
Wenn der Schritt S20 vollendet ist, geht der Prozess der 5 zu einem Ende.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Vorteile erhalten werden.

(1) Die Leistungszufuhr zu dem EGR-Stellglied 48a wird ausgehend von dem zusätzlichen Wert der Regelungsgröße gesteuert, der ausgehend von dem Steuerparameter „δ“ und der Vorkopplungssteuergröße berechnet wird. Als Ergebnis ist es sogar in dem Übergangszustand des Betriebszustands der Maschine 10 möglich, eine derartige Situation zu vermeiden, dass jede der Emissionen aus der Rauchemission und der NOx-Emission übermäßig erhöht wird. Mit anderen Worten ist es möglich, bevorzugt eine derartige Situation zu vermeiden, dass die Rauchemission höher werden kann als der Rauchgrenzwert, oder dass die NOx-Emission höher werden kann als der NOx-Grenzwert. Da außerdem die externe EGR-Steuerung ausgehend von dem einzelnen Steuerparameter „δ“ ausgeführt wird, ist es ebenfalls möglich die externe EGR-Steuerung einfach und geeignet auszuführen, um das übermäßige Ansteigen der Rauchemission oder der NOx-Emission zu vermeiden.
(2) Die Steuerkoeffizienten „α“ und „β“, die zum Berechnen des Steuerparameters „δ“ verwendet werden, werden unter Verwendung des NOx-Anstiegsverhältnisses „Xi“ des integrierten Werts und des Rauchanstiegsverhältnisses „Yi“ des integrierten Werts berechnet, so dass das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „Xi“ des integrierten Werts mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „Yi“ des integrierten Werts auf das Sollverhältnis „α0/β0“ gesteuert wird. Als Ergebnis ist es möglich, nicht nur die externe EGR-Steuerung durch das Reflektieren des Verhaltens des Fahrers für die Fahrzeugfahrt auszuführen, sondern auch die Emissionscharakteristik in der Maschine 10 geeignet zu steuern, damit sie die Regelanforderungen für die Emission erfüllen.

(Modifikationen)
Die voranstehend beschriebene Ausführungsform kann auf die folgenden Weisen modifiziert werden.
(M-1) Ein Verfahren zum Quantifizieren von Anstiegsraten (wie z.B. des NOx-Anstiegsverhältnisses „ΔNOx“ und des Rauchanstiegsverhältnisses „ΔPM“) sollte nicht auf das Verfahren der voranstehend beschriebenen Ausführungsform begrenzt sein. Zum Beispiel können die Anstiegsraten auf die folgenden Weisen berechnet werden. Die Anstiegsrate für das NOx kann als ein Wert definiert sein, der durch das Subtrahieren des geschätzten NOx-Werts von dem NOx-Sollwert berechnet wird. Die Anstiegsrate für den Rauch kann ähnlich als ein Wert definiert sein, der durch das Subtrahieren des geschätzten Rauchwerts von dem Sollrauchwert berechnet wird. In diesem Fall wird die externe EGR-Menge so gesteuert, dass jeder der aktuellen Werte für die entsprechenden Anstiegsraten gesteuert werden kann, kleiner zu sein als ein vorbestimmter Wert.
Zusätzlich muss ein Bezugswert, der verwendet wird, wenn die Anstiegsraten für das NOx und den Rauch quantifiziert werden, nicht auf den voranstehend beschriebenen Sollwert begrenzt sein (den NOx-Sollwert, den Rauchsollwert). Wenn z.B. der Bezugswert als Null definiert ist, entsprechen sowohl die NOx-Anstiegsrate wie auch die Rauchanstiegsrate dem geschätzten NOx-Wert und dem geschätzten Rauchwert. Deswegen kann die externe EGR-Menge so ausgeführt werden, dass ein Wert, der durch das Dividieren des geschätzten NOx-Werts durch den geschätzten Rauchwert berechnet wird, gesteuert werden kann, ein Sollwert zu sein.
Darüber hinaus kann die NOx-Anstiegsrate und die Rauchanstiegsrate quantifiziert werden, wie folgt:
Ein Sollwert für die Abgassauerstoffkonzentration und ein Sollwert für die Einlassgassauerstoffkonzentration, gemäß dem die Rauchemission und die NOx-Emission entsprechend gesteuert werden, niedriger als die Grenzwerte zu sein, werden entsprechend für jeden Betriebszustand der Maschine eingestellt. Die Rauchanstiegsrate kann als Variation zwischen einem geschätzten Wert und dem Sollwert für die Abgassauerstoffkonzentration definiert sein, während die NOx-Anstiegsrate als Variation zwischen einem geschätzten Wert und dem Sollwert für die Einlassgassauerstoffkonzentration definiert sein kann. Ein Verfahren zum Anpassen der externen EGR-Menge wird weiter erläutert, wenn die voranstehenden Anstiegsraten als Eingangsinformation verwendet werden. Die NOx-Anstiegsrate wird durch das Subtrahieren des Sollwerts für die Einlassgassauerstoffkonzentration von dem geschätzten Wert für die Einlassgassauerstoffkonzentration berechnet, während die Rauchanstiegsrate durch das Subtrahieren des Sollwerts für die Abgassauerstoffkonzentration von dem geschätzten Wert der Abgassauerstoffkonzentration berechnet wird. Dann wird die externe EGR-Menge so eingestellt, dass ein Verhältnis dieser Anstiegsraten ein Sollverhältnis sein wird.
(M-2) Gemäß der voranstehenden Ausführungsform werden die aktuellen Werte für die Rauchemission und die NOx-Emission entsprechend durch den Rauchemissionsschätzabschnitt B3 und den NOx-Emissionsschätzabschnitt B2 geschätzt.
Jedoch können Sensoren in dem Abgasdurchtritt 36 zwischen der Maschine 10 und dem Abgasreinigungsgerät 42 bereitgestellt sein, um entsprechend die Rauchemission und die NOx-Emission zu erfassen.
(M-3) Gemäß der voranstehenden Ausführungsform wird jede der Konzentrationen aus der Einlassgassauerstoffkonzentration und der Abgassauerstoffkonzentration durch den Sauerstoffkonzentrationsschätzabschnitt (B1) geschätzt. Jedoch kann ein Sensor (ein A/F-Sensor) zum Erfassen der Einlassgassauerstoffkonzentration und der Abgassauerstoffkonzentration bereitgestellt sein.
(M-4) Gemäß der voranstehenden Ausführungsform wird die externe EGR-Menge durch das Steuern des Öffnungsgrads des EGR-Ventils 48 angepasst. Jedoch kann die externe EGR-Menge durch das Steuern des Öffnungsgrads des Drosselventils 20 durch die Steuerung der Leistungszufuhr zu dem Stellglied 20a angepasst werden. In einem derartigen Vorgang wird der Druck in dem Speichertank 22 verringert werden, da der Öffnungsgrad des Drosselventils 20 kleiner wird. Deswegen wird die externe EGR-Menge zu dem Einlassluftdurchtritt 12 über den Hochdruck-EGR-Durchtritt 45 größer. Alternativ kann die externe EGR-Menge durch das Steuern des Öffnungsgrads des Abgasdrosselventils 52 durch die Steuerung der Leistungszufuhr zu dem abgasseitigen Stellglied 52a angepasst werden. In diesem Vorgang wird der Druck in dem Abgasdurchtritt 36 an der stromaufwärts liegenden Seite des Abgasdrosselventils 52 erhöht, da der Öffnungsgrad des Abgasdrosselventils 52 kleiner wird. Deswegen wird die externe EGR-Menge zu dem Einlassluftdurchtritt 12 über den Niederdruck-EGR-Durchtritt 46 größer.
(M-5) Ein Verfahren zum Einstellen der Grenzwerte muss nicht auf das der voranstehenden Ausführungsform begrenzt sein. In einem Fall eines entsprechenden Einstellens der Grenzwerte für die Rauchemission und die NOx-Emission an der stromabwärts liegenden Seite des Abgasreinigungsgeräts 42 kann jeder der Grenzwerte auf einen kleineren Wert eingestellt sein, da ein Reinigungsgrad durch das Abgasreinigungsgerät 42 für den Rauch und das NOx größer wird.
(M-6) Ein Verfahren zum Berechnen des Steuerparameters „δ“ muss nicht auf das der voranstehenden Ausführungsform begrenzt sein. Zum Beispiel kann das Steuerparameter „δ“ durch die folgende Gleichung (c4) berechnet werden, so dass das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses „Xi“ des integrierten Werts mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis „Yi“ des integrierten Werts auf das Sollverhältnis „α0/β0“ gesteuert wird: $" δ = β 0 \times Xi - α 0 \times Yi "$
(M-7) Die Brennkraftmaschine, mit der die vorliegende Erfindung angewendet wird, sollte nicht auf die Maschine der Art mit Verdichtungszündung begrenzt sein. Die Erfindung kann auf eine Maschine der Art mit Funkenzündung angewendet werden, wie z.B. auf eine Benzinmaschine der Art mit direkter Einspritzung.

Claims

Maschinensteuervorrichtung (54), die an einem Verbrennungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine (10) angewendet ist, die ein externes EGR-Gerät (48) aufweist, das so betätigt wird, dass ein Teil eines Abgases, das von der Maschine abgegeben wird, über einen EGR-Durchtritt (45, 46) wieder in einen Einlassluftdurchtritt (12) zugeführt wird, mit: einem Sauerstoffkonzentrationsbereitstellungsabschnitt (B1) zum Bereitstellen einer Sauerstoffkonzentration in einem Einlassgas, das zu der Maschine (10) zugeführt wird, und einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das von der Maschine (10) abgegeben wird, durch einen Schätz- oder Erfassungsprozess; einem Rauchanstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B3, B4, B7, B8) zum Schätzen einer Rauchemissionsmenge in dem Abgas ausgehend von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas und Berechnen einer Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) ausgehend von einem aktuellen Wert einer geschätzten Rauchemissionsmenge und einem Bezugswert für eine Rauchmenge; einem NOx-Anstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B2, B4, B5, B6) zum Schätzen einer NOx-Emissionsmenge in dem Abgas ausgehend von der Sauerstoffkonzentration in dem Einlassgas und Berechnen einer NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi) ausgehend von einem aktuellen Wert einer geschätzten NOx-Emissionsgröße und einem Bezugswert für eine NOx-Menge; und einem EGR-Steuerabschnitt (B9, B10, B11, B12) zum Steuern einer EGR-Menge durch das Betätigen des externen EGR-Geräts (48) ausgehend von der Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) und der NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi), wobei der Rauchanstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B3, B4, B7, B8) einen Sollwerteinstellabschnitt (B4) zum Berechnen und Einstellen eines Rauchsollwerts als Bezugswert für die Rauchmenge ausgehend von einem Betriebszustand der Maschine (10) aufweist, und der NOx-Anstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B2, B4, B5, B6) einen Sollwerteinstellabschnitt (B4) zum Berechnen und Einstellen eines NOx-Sollwerts als den Bezugswert für die NOx-Menge ausgehend von dem Betriebszustand der Maschine (10) aufweist, der Rauchanstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B3, B4, B7, B8) einen Berechnungsabschnitt (B8) für den integrierten Wert zum Berechnen eines integrierten Werts des Rauchsollwerts wie auch eines integrierten Werts der geschätzten Rauchemissionsmenge aufweist, wobei der Berechnungsabschnitt (B8) des integrierten Werts außerdem ein Rauchanstiegsverhältnis (Yi) des integrierten Werts der geschätzten Rauchemissionsmenge mit Bezug auf den integrierten Wert des Rauchsollwerts berechnet, der NOx-Anstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B2, B4, B5, B6) einen Berechnungsabschnitt (B6) eines integrierten Werts zum Berechnen eines integrierten Werts des NOx-Sollwerts wie auch eines integrierten Werts der geschätzten NOx-Emissionsmenge aufweist, wobei der Berechnungsabschnitt (B6) des integrierten Werts außerdem ein NOx-Anstiegsverhältnis (Xi) des integrierten Werts der geschätzten NOx-Emissionsmenge mit Bezug auf den integrierten Wert des NOx-Sollwerts weiter berechnet, und der EGR-Steuerabschnitt (B9, B10, B11, B12) das Sollverhältnis (α0/β0) der NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi) mit Bezug auf die Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) abhängig von dem Rauchanstiegsverhältnis (Yi) des integrierten Werts und dem NOx-Anstiegsverhältnis (Xi) des integrierten Werts ändert.
Maschinensteuervorrichtung (54) nach Anspruch 1, wobei der EGR-Steuerabschnitt (B9, B10, B11, B12) die EGR-Menge steuert, damit ein Verhältnis der NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi) mit Bezug auf die Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) auf ein Sollverhältnis (α0/β0) gesteuert wird.
Maschinensteuervorrichtung (54) nach Anspruch 1, wobei der Rauchanstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B3, B4, B7, B8) ein Verhältnis der Rauchemissionsmenge zu der Rauchsollmenge als Rauchanstiegsrate (ΔPM, Yi) berechnet, und der NOx-Anstiegsverhältnisberechnungsabschnitt (B2, B4, B5, B6) ein Verhältnis der NOx-Emissionsmenge zu der NOx-Sollmenge als NOx-Anstiegsrate (ΔNOx, Xi) berechnet.
Maschinensteuervorrichtung (54) nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei der Sollwerteinstellabschnitt (B4) den Rauchsollwert für die Rauchemissionsmenge und den NOx-Sollwert für die NOx-Emissionsmenge einstellt, die jeweils kleiner als entsprechende Grenzwerte sind, und der EGR-Steuerabschnitt (B9, B10, B11, B12) die EGR-Menge steuert, damit jede Menge aus der geschätzten Rauchemissionsmenge und der geschätzten NOx-Emissionsmenge kleiner als die entsprechenden Grenzwerte wird.
Maschinensteuervorrichtung (54) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem mit: einem Turbolader (16), der zwischen dem Einlassluftdurchtritt (12) und dem Abgasdurchtritt (36) bereitgestellt ist, um die Einlassluft aufzuladen, die in die Maschine (10) zugeführt wird, wobei das externe EGR-Gerät aus zumindest einem der folgenden Ventile aufgebaut ist; einem EGR-Ventil (48), das in einem Hochdruck-EGR-Durchtritt (45) bereitgestellt ist, um den Abgasdurchtritt (36) an einer stromaufwärts liegenden Seite einer Abgasturbine (16b) des Turboladers (16) mit dem Einlassluftdurchtritt (12) zu verbinden; einem Abgasdrosselventil (52), das in dem Abgasdurchtritt (36) an einer stromabwärts liegenden Seite eines Abzweigpunkts eines Niederdruck-EGR-Durchtritts (46) bereitgestellt ist, der den Abgasdurchtritt (36) an einer stromabwärts liegenden Seite der Abgasturbine (16b) mit dem Einlassluftdurchtritt (12) verbindet; und einem Drosselventil (20), das in dem Einlassluftdurchtritt (12) an einer stromaufwärts liegenden Seite eines Verbindungspunkts für den Hochdruck-EGR-Durchtritt (45) bereitgestellt ist.
Maschinensteuervorrichtung (45) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Maschine (10) eine Brennkraftmaschine der Art mit Zündung durch Verdichtung ist.