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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuersystem entsprechend
des Oberbegriffs des unabhängigen
Anspruchs 1. Bei einer Brennkraftmaschine, wie z. B. einem Dieselmotor,
wird häufig
ein Abgas-Rückführungssystem
(EGR-System) verwendet, mit welchem ein Teil des Abgases zurückgeführt und
dadurch die Verbrennungstemperatur verringert wird, um die Abgabe
von Stickoxiden (NOX) zu reduzieren. Bei einigen herkömmlichen
Motorsteuersystemen wird in Dieselmotoren ein Luftmengenmesser verwendet,
der die Frischluft-Einlassmenge misst und die gemessene Frischluft-Einlassmenge an ein
Motorsteuersystem ausgibt, so dass eine Steuerung zur maximalen
Verringerung des Rauchgases und eine EGR-Steuerung ausgeführt werden
können.
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Ein
Beispiel für
ein solches Motorsteuersystem ist in Japanese Laid-Open Patent Publication
No. 2001–123873
veröffentlicht.
Ein Luftmengenmesser wird in ähnlicher
Weise in einigen Benzinmotoren verwendet, um die Frischluft-Einlassmenge
als Grundlage verschiedener Steuerungen des Benzinmotors zu messen.
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Vor
dem Hintergrund des oben Gesagten wird dem Fachmann aus dieser Veröffentlichung
ersichtlich, dass ein verbessertes Motorsteuersystem erforderlich
ist. Diese Erfindung widmet sich diesem Bedarf sowie anderen Forderungen,
die dem Fachmann aus dieser Offenlegung ersichtlich werden.
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Es
wurde herausgefunden, dass es unvermeidliche Ansprechverzögerungen
gibt, sowie dass Verzögerungen
entstehen zwischen der Ausgabe der gemessenen Frischluft-Einlassmenge
durch einen Luftmengenmesser und der Frischluft-Einlassmenge, die
tatsächlich
in die Brennkammer fließt,
und die aus dem Volumen im Lufteinlasskanal zwischen dem Luftströmungssensor
und der Brennkammer herrührt.
Darüber
hinaus wird ein Luftmengenmesser normalerweise vor dem Verdichter
und vor einem Ladeluftkühler
eines Turboladers einer mit einem Turbolader ausgestatteten Brennkraftmaschine
installiert. Das oben erwähnte
Volumen ist demzufolge relativ groß, woraus wiederum eine relativ
große
Verzögerung
resultiert. Durch diese Art der Ansprechverzögerung ergibt sich die Gefahr,
dass die Genauigkeit der Steuerung von Parametern wie z.B. der Kraftstoff-Einspritzmenge,
welche auf der Grundlage der gemessenen Frischluft-Einlassmenge
ausgeführt wird,
leidet. In Besonderen ergeben sich in Übergangsphasen, wie etwa dem
Beschleunigen oder dem Abbremsen, Verschlechterungen im Abgasverhalten
und bei der Leistungsabgabe.
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Darüber hinaus
erhöht
sich die eingelassene Luftmenge (entsprechend die Menge des eingelassenen Sauerstoffs),
die in die Brennkammer fließt,
im Vergleich zu der vom Luftmengenmesser gemessenen Frischluft-Einlassmenge,
wenn bei einer Brennkraftmaschine, die mit einem Abgas-Rückführungssystem
(EGR-System) ausgestattet ist, zurückgeführtes Abgas (EGR-Gas) nach
dem Luftmengenmesser in den Lufteinlasskanal eingelassen wird. Aus
diesem Grund wird die Menge an eingelassener Luft, die in die Brennkammer
fließt, unter
Beachtung der Menge des zurückgeführten Abgases
(EGR-Rate) geschätzt.
Weil es ferner Ansprechverzögerungen
und Verzögerungen
auf Grund des oben beschriebenen Luftvolumens gab, bis Änderungen der
Menge eingelassener Luft wegen des zurückgeführten Abgases auftreten. Es
war jedoch sehr schwierig, die Frischluft-Einlassmenge und die Gesamt-Einlassmenge,
welche in die Brennkammer strömt,
mit hinreichender Genauigkeit zu schätzen.
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Bei
Brennkraftmaschinen mit einem einstellbaren Einlassventil ändert sich
der Betriebszustand. Besonders in Übergangsphasen gab es eine
Differenz zwischen der Frischluft-Einlassmenge, die von dem Luftmengenmesser
gemessen wurde, und der Gesamt-Einlassmenge, die tatsächlich in
die Zylinder gesaugt wurde. Es wurde ferner herausgefunden, dass
das Abgasverhalten und die Bedienbarkeit in derselben Weise durch
die wichtigsten Parameter beeinflusst wurden, welche die Menge eingelassener
Luft bestimmen; z.B. sind die geforderte Einspritzzeit oder die
Zündzeit
schwierig einzustellen, und es treten Unregelmäßigkeiten beim Luft-Kraftstoffgemisch
und Abweichungen bei den Verbrennungsanforderungen auf.
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Ein
Motorsteuersystem wie oben beschrieben ist aus
US 6.032.656 bekannt. Das bekannte
Dokument
US 6.032.656 beschreibt
im Besonderen eine integriertes Steuersystem für eine Brennkraftmaschine,
bei dem eine endgültige
Frischluft-Einlassmenge pro Zylinder auf der Grundlage der tatsächlichen
Frischluft-Einlassmenge pro Zylinder und dem Produkt aus Volumenverhältnis und
Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
geschätzt wird.
Die Frischluft-Einlassmenge pro Zylinder wird auf der Grundlage
eines Ausgangssignals eines Luftmengenmessers und der Drehzahl der
Brennkraftmaschine berechnet. Das Volumenverhältnis ist das Verhältnis aus
dem Volumen eines Zylinders und dem Volumen des Sammlers bzw. Einlassverteilers
im Einlasssystem. Um eine Verzögerung
bei der Luftströmung
zu berücksichtigen,
wird die endgültige
Frischluft-Einlassmenge pro
Zylinder auf der Grundlage der tatsächlichen Lufteinlassmenge und
der zuvor für
diesen Zylinder berechneten Menge berechnet.
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Es
ist eine Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Motorsteuersystem
wie oben beschrieben bereitzustellen, bei dem die Frischluft-Einlassmenge
mit großer
Genauigkeit geschätzt
werden kann, um eine Hochleistungs-Motorsteuerung zu ermöglichen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird dieses Ziel mittels eines Motorsteuersystems mit
den im unabhängigen
Anspruch 1 bezeichneten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
und mit Hilfe der begleitenden Zeichnungen beschrieben und erläutert.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines mit einem Motorsteuersystem
entsprechend eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Dieselmotors.
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2 ist
ein Flussdiagramm, welches die Berechnungsroutine veranschaulicht,
die von dem Motorsteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgenommen wird, um eine geschätzte
Frischluft-Einlassmenge und eine geschätzte Gesamt-Einlassmenge zu
erhalten.
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3 zeigt
zwei Ablaufdiagramme, welche die geschätzten und experimentell erhaltenen
Verbrennungsverhältnis-Kennlinien
nahe der Beschleunigungs-Übergangsphase
veranschaulichen.
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4 zeigt
zwei Ablaufdiagramme, welche die Kennlinien der Abgas-Rückführungsrate (EGR-Rate), der
Frischluft-Einlassmenge und der Kraftstoff-Einspritzmenge nahe der Beschleunigungs-Übergangsphase veranschaulichen.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, welches die Fahrzeug-Beschleunigungskennlinie
nahe der Beschleunigungs-Übergangsphase
zeigt.
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6 zeigt
Kennlinien, welche die Vorteile des Motorsteuersystems entsprechend
der vorliegenden Erfindung verdeutlichen.
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7 ist
ein Flussdiagramm, welches die Berechnungsroutine veranschaulicht,
die von dem Motorsteuersystem gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung vorgenommen wird, um eine geschätzte Frischluft-Einlassmenge
und eine geschätzte
Gesamt-Einlassmenge zu erhalten.
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Ausgewählte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Verweis auf die
Zeichnungen erläutert.
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In 1 ist
zunächst
ein Motorsteuersystem für
eine Brennkraftmaschine, z.B. einen Turbolader-Dieselmotor 1,
gemäß eines
ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Motorsteuersystem entsprechend
der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch auf andere Brennkraftmaschinen
für Automobile
o.a. angewendet werden. Eine vergleichsweise große Menge an Abgas wird vorteilhaft
in den Motor 1 zurückgeführt (EGR).
Durch die Verwendung des Motorsteuersystems entsprechend der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
die Schätzgenauigkeit
der geschätzten
Frischluft-Einlassmenge,
die in die Brennkammer fließt,
auch in Übergangsphasen,
wie etwa beim Beschleunigen oder Abbremsen, zu erhöhen. Dadurch
lässt sich
nicht nur die Präzision
der Einstellung der Kraftstoff-Einspritzmenge verbessern, bei der
die erfasste Frischluft-Einlassmenge
als Variable verwendet wird, sondern auch das Abgas- und das Leistungsverhalten.
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Der
Motor 1 hat einen Abgaskanal 2 und einen Einlasskanal 3 mit
Sammler 3a. Ein Abgas- Rückführungskanal 4 verbindet
den Abgaskanal 2 mit dem Sammler 3a des Einlasskanals 3.
Der Betrieb des Motors 1 wird von einer Motorsteuereinheit 5 gesteuert.
Die Steuereinheit 5 schließt genauer gesagt vorteilhaft
einen mit einem Steuerprogramm versehenen Mikrocomputer ein, welcher
den Motor 1 wie unten ausgeführt steuert. Die Steuereinheit 5 kann
ebenso andere allgemein übliche
Komponenten einschließen,
wie etwa eine Eingabe-Schnittstelle, eine Ausgabe-Schnittstelle,
eine Speichereinheit wie z.B. einen Festwertspeicher (ROM) und einen
Schreib-Lese-Speicher (RAM). Der Mikrocomputer der Steuereinheit 5 ist
so programmiert, dass er die verschiedenen Komponenten des Motors 1 steuert.
Der Datenspeicher speichert Verarbeitungsergebnisse und Steuerprogramme,
welche vom Prozessor ausgeführt
werden. Die Steuereinheit 5 ist auf allgemein übliche Weise
mit den verschiedenen Komponenten des Motors 1 gekoppelt.
Der interne RAM der Steuereinheit 5 speichert den jeweiligen
Status der Flags und die verschiedenen Steuerdaten. Die Steuereinheit 5 ist
in der Lage, jede Komponente des Steuersystems entsprechend des
Steuerprogramms selektiv zu steuern. Dem Fachmann wird aus dieser
Offenlegung ersichtlich, dass die präzise Anordnung und die Algorithmen
für die Steuereinheit 5 jede
Kombination von Hardware und Software sein kann, welche die Funktionen
der vorliegenden Erfindung ausführt.
Mit anderen Worten, „Mittel
plus Funktion"-Beschreibungen,
wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen benutzt werden, sollen
jede Anordnung bzw. Hardware und/oder Algorithmus oder Software
einschließen,
welche eingesetzt werden können,
um die Funktion der „Mittel
plus Funktion"-Beschreibung
auszuführen.
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Die
Steuereinheit 5 der vorliegenden Erfindung ist grundlegend
so aufgebaut, dass sie ein Verfahren zur Erfassung einer Frischluft-Einlassmenge
nutzt, um einen erfassten Wert der durch den Einlasskanal 3 strömenden Frischluft-Einlassmenge
auszugeben, ein Volumeneffizienz-Berechnungsverfahren zur Berechnung eines
Volumeneffizienz-Äquivalenzwertes,
sowie ein Frischluft-Einlassmengen-Schätzverfahren, mit dem auf der
Grundlage von Veränderungen
des erfassten Frischluft-Einlassmengenwertes und des Volumeneffizienz-Äquivalenzwertes
eine geschätzte
Frischluft-Einlassmenge geschätzt
wird, die in die Brennkammern strömt.
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Ein
Abgas-Rückführungsventil 6 befindet
sich im Abgas-Rückführungskanal 4 und
ist operativ mit der Motorsteuereinheit 5 verbunden. Der Öffnungsgrad
des Abgas-Rückführungsventils 6 kann
von einem Schrittmotor oder einer anderen Einrichtung, die eine
stufenlose Steuerung des Öffnungsgrads
des Abgas-Rückführungsventils 6 ermöglicht,
stufenlos gesteuert werden Der Öffnungsgrad
des Abgas-Rückführungsventils 6 wird
von der Motorsteuereinheit 5 so gesteuert, dass eine Abgas-Rückführungsrate
als Antwort auf die Betriebsbedingungen erhalten wird, die der Motorsteuereinheit 5 von
verschiedenen Betriebsbedingungs-Sensoren signalisiert werden. Der Öffnungsgrad
des Abgas-Rückführungsventils 6 wird
mit anderen Worten stufenlos so gesteuert (Abgas-Rückführungs-Steuerverfahren),
dass die Abgas-Rückführungsrate
stufenlos auf eine Ziel-Abgas-Rückführungsrate
gesteuert wird, welche von der Motorsteuereinheit 5 eingestellt
wird. Die Abgas-Rückführungsrate
wird beispielsweise auf einen großen Wert eingestellt, wenn
der Motor 1 bei geringer Drehzahl und geringer Last betrieben
wird. Wenn Motordrehzahl und -last sich vergrößern, verringert sich die Abgas-Rückführungsrate.
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Ein
Verwirbelungs-Steuerventil 9 befindet sich im Einlasskanal 3 in
der Nähe
eines Lufteinlassstutzens des Motors 1. Das Verwirbelungs-Steuerventil 9 ist
so aufgebaut, dass es je nach Betriebsbedingungen des Motors 1 eine
verwirbelte Strömung
in der Brennkammer 19 erzeugt. Das Verwirbelungs-Steuerventil 9 wird von
einem Steller (nicht gezeigt) angetrieben. Es öffnet und schließt sich
in Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuereinheit 5.
Das Verwirbelungs-Steuerventil 9 wird vorteilhaft bei geringer
Last und geringer Drehzahl geschlossen, um eine verwirbelte Strömung in
der Brennkammer zu erzeugen. Bei dem Verwirbelungs-Steuerventil 9 handelt
es sich um eine Lufteinstellungseinrichtung, welche von einem Lufteinstellungsabschnitt
der Steuereinheit 5 gesteuert wird, um die in die Brennkammer
eingezogene Frischluft- Einlassmenge
zu beeinflussen. Bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Frischluft-Einlassmengen-Schätzabschnitt
der Steuereinheit 5 so aufgebaut, dass der Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
auf Grundlage eines Betriebszustands des Verwirbelungs-Steuerventils 9 angepasst
wird, der von dem Lufteinstellungsabschnitt der Steuereinheit 5 erfasst
wird. Dies wird weiter unten genauer beschrieben.
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Der
Motor 1 ist ferner vorteilhaft mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 10 mit
gemeinsamer Kraftstoffleitung ausgerüstet. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung 10 mit
gemeinsamer Kraftstoffleitung wird der Kraftstoff durch eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 komprimiert
und anschließend
durch eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 12 geleitet, um
sich in einem Sammler 13 zu sammeln (Common-Rail-Technologie).
Der Kraftstoff wird dann von diesem Sammler 13 aus auf
eine Vielzahl von Kraftstoff Einspritzdüsen 14 für jeden Zylinder
des Motors verteilt. Die Steuereinheit 5 ist so aufgebaut,
dass sie das Öffnen
und Schließen
der einzelnen Kraftstoff-Einspritzdüsen 14 steuert, durch
welche der Kraftstoff in die Zylinder des Motors eingespritzt wird.
Der Kraftstoffdruck im Sammler 13 wird durch einen Druckregler
(nicht gezeigt) stufenlos eingestellt und ein Kraftstoffdrucksensor 15 zum
Erfassen des Kraftstoffdrucks befindet sich in dem Sammler 13.
Der Kraftstoffdrucksensor 15 ist so aufgebaut, dass er
an die Steuereinheit 5 ein Kraftstoffdrucksignal ausgibt,
welches den Kraftstoffdruck im Sammler 13 angibt.
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Ein
Kraftstofftemperatursensor 16 ist vor der Kraftstoffpumpe 11 angeordnet.
Der Kraftstofftemperatursensor 16 ist so aufgebaut, dass
er die Kraftstofftemperatur erfasst und an die Steuereinheit 5 ein
Signal ausgibt, welches die Kraftstofftemperatur angibt. Darüber hinaus
befindet sich eine herkömmliche
Glühkerze 18 in der
Brennkammer 19 jedes Zylinders des Motors, welche den Kraftstoff
in den einzelnen Brennkammern 19 entzündet.
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Ein
Breitbandsensor 17 für
das Luft-Kraftstoff Verhältnis
befindet sich vor der Abgasturbine 22. Der Sensor 17 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist
so aufgebaut, dass er das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas erfasst. Der
Sensor 17 für
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist
weiters so aufgebaut, dass er an die Steuereinheit 5 ein
Signal ausgibt, weiches das Luft-Kraftstoff Verhältnis im Abgas angibt.
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Die
Brennkraftmaschine 1 weist einen Turbolader 21 mit
variabler Leistung auf, der mit einer koaxial angeordneten Abgasturbine 22 und
einem Verdichter 23 ausgestattet ist. Bei dem Verdichter 23 handelt
es sich um eine Lufteinstellungseinrichtung des Motorsteuersystems,
welche so aufgebaut ist, dass die in die Brennkammer eingezogene
Frischluft-Einlassmenge beeinflusst wird. Bei dem Verdichter 23 handelt
es sich in anderen Worten um eine Lufteinstellungseinrichtung, welche
von einem Luft einstellungsabschnitt der Steuereinheit 5 gesteuert
wird, um die in die Brennkammer eingezogene Frischluft-Einlassmenge
zu beeinflussen. Bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Frischluft-Einlassmengen-Schätzabschnitt
der Steuereinheit 5 so aufgebaut, dass der Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
auf Grundlage eines Betriebszustands des Verdichters 23 angepasst
wird, der von dem Lufteinstellungsabschnitt der Steuereinheit 5 erfasst wird.
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Die
Abgasturbine 22 befindet sich in dem Abgaskanal 2,
und zwar hinter dem Abschnitt, in welchem der Abgas-Rückführungskanal 4 vom
Abgaskanal 2 abzweigt. Um die Leistung des Turboladers 21 variieren zu
können,
ist der Turbolader 21 mit einer variablen Düse 24 oder
einer Leistungsanpasseinrichtung ausgestattet, die an einem Einlass
der Abgasturbine 22 angebracht ist. Mit anderen Worten
kann die Leistung des Turboladers 21 in Abhängigkeit
der Motorbetriebsbedingungen variiert werden. Beispielsweise kann
eine relativ kleine Leistung des Turboladers 21 vorteilhaft
erreicht werden, indem ein Öffnungsgrad
der variablen Düse 24 verringert
wird, wenn die Strömungsrate
des Abgases relativ gering ist (wie dies bei einer geringen Motordrehzahl
der Fall ist). Andererseits kann eine relativ große Leistung
vorteilhaft erreicht werden, indem ein Öffnungsgrad der variablen Düse 24 vergrößert wird,
wenn die Strömungsrate
des Abgases relativ groß ist
(wie dies bei einer hohen Motordrehzahl der Fall ist). Die variable
Düse 24 wird
vorteilhaft von einem Membransteller 25 angetrieben, der
so aufgebaut ist, dass er in Abhängigkeit
eines Steuerdrucks (d.h. eines Steuerunterdrucks) arbeitet, welcher
von einem taktgesteuerten Drucksteuerventil 26 erzeugt
wird.
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Das
Abgassystem des Motors 1 beinhaltet ferner einen Oxidationskatalysator 27,
der sich unterhalb der Abgasturbine 22 im Abgaskanal 2 befindet.
Der Oxidationskatalysator 27 oxidiert beispielsweise das
im Abgas enthaltene CO und HC. Das Abgassystem des Motors 1 beinhaltet
weiters einen NOx-Auffangkatalysator 28, der sich unterhalb
des Oxidationskatalysators 27 im Abgaskanal 2 befindet
und so aufgebaut ist, dass er das NOx im Abgas behandelt. Der Oxidationskatalysator 27 und
der NOx-Auffangkatalysator 28 sind
somit in Reihe im Abgaskanal 2 hinter der Abgasturbine 22 angeordnet.
Dieser NOx-Auffangkatalysator 28 ist so aufgebaut, dass
er NOx adsorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff Verhältnis im Abgas, welches in
den NOx-Auffangkatalysator 28 strömt, mager ist. Die Sauerstoffdichte
des in den NOx-Auffangkatalysator 28 strömenden Abgases
fällt daher.
Wenn eine Sauerstoffkonzentration im Abgas abnimmt, stößt der NOx-Auffangkatalysator 28 das
adsorbierte NOx aus und reinigt das Abgas durch Katalyse, um so
einen Reinigungsprozess auszuführen.
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Das
Abgassystem der Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner ein
Abgas-Nachbehandlungssystem, wie etwa einen Partikelfilter 29 (Dieselpartikelfilter
DPF), der mit einem Katalysator zum Sammeln und Entfernen von Rußpartikeln
ausgerüstet
ist. Der Partikelfilter 29 befindet sich hinter dem NOx-Auffangkatalysator 28.
Der Partikelfilter 29 kann beispielsweise eine Wabenstruktur
aufweisen und mit Vollzylinder-Filtermaterial wie etwa Kordierit
mit einer Vielzahl an kleinen, wabenförmigen Passagen darin gefüllt sein,
wobei die Enden dieser Passagen abwechselnd verschlossen sind.
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Das
Abgassystem der Brennkraftmaschine 1 umfasst darüber hinaus
einen Filtereinlass-Temperatursensor 30 und einen Filterauslass-Temperatursensor 31,
die sich entsprechend einlass- und auslassseitig des Partikelfilters 29 befinden.
Die Temperatursensoren 30 und 31 sind so aufgebaut,
dass sie die entsprechenden einlass- und auslassseitigen Abgastemperaturen
erfassen. Die Temperatursensoren 30 und 31 sind
weiters so aufgebaut, dass sie an die Steuereinheit 5 ein
Signal ausgeben, welches die jeweilige einlass-und auslassseitige
Abgastemperatur angibt.
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Da
sich ein Druckabfall im Partikelfilter 29 mit zunehmender
Partikeldichte ändert,
ist ein Differenzdrucksensor 32 vorgesehen, der die Druckdifferenz
zwischen Einlass und Auslass des Partikelfilters 29 erfasst. Dem
Fachmann wird aus dieser Veröffentlichung
ersichtlich, dass anstelle des Differenzdrucksensors 32 zur direkten
Erfassung einer Druckdifferenz auch separate Drucksensoren am Einlass
und Auslass des Partikelfilters 29 eingesetzt werden können, und
die Druckdifferenz aus deren Werten ermittelt werden kann. Ein Schalldämpfer (nicht
gezeigt) befindet sich ferner vorteilhaft hinter dem Partikelfilter 29.
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Das
Lufteinlasssystem der Brennkraftmaschine 1 umfasst vorteilhaft
einen Luftmengenmesser 35, der so aufgebaut und angeordnet
ist, dass er eine durch den Lufteinlasskanal 3 strömende Frischluft-Einlassmenge
erfasst. Der Luftmengenmesser 35 befindet sich vor dem
Verdichter 23 im Lufteinlasskanal 3. Der Luftmengenmesser 35 ist
weiters so aufgebaut, dass er an die Steuereinheit 5 ein
Signal ausgibt, welches die durch den Lufteinlasskanal 3 strömende Frischluft-Einlassmenge
angibt.
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Das
Lufteinlasssystem der Brennkraftmaschine 1 umfasst vorteilhaft
einen Luftfilter 36 und einen atmosphärischen Luftdrucksensor 37,
die sich vor dem Luftmengenmesser 35 befinden. Der atmosphärische Luftdrucksensor 37 ist
so aufgebaut und angeordnet, dass er den Außenluftdruck, d.h. den atmosphärischen Luftdruck
erfasst. Der atmosphärische
Luftdrucksensor 37 ist am Einlass des Luftfilters 36 angebracht.
Der atmosphärische
Luftdrucksensor 37 ist weiters so aufgebaut, dass er an
die Steuereinheit 5 ein Signal ausgibt, welches den Außenluftdruck
angibt, mit dem die Luft in den Einlasskanal 3 strömt.
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Das
Lufteinlasssystem der Brennkraftmaschine 1 umfasst vorteilhaft
einen Ladeluftkühler 38 zum
Abkühlen
der heißen
Ladeluft. Der Ladeluftkühler 38 befindet
sich im Lufteinlasskanal 3, zwischen dem Verdichter 23 und
einem Sammler 3a.
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Das
Lufteinlasssystem der Brennkraftmaschine 1 umfasst darüber hinaus
vorteilhaft eine Lufteinlass-Drosselklappe 41 zum Begrenzen
der Frischluft-Einlassmenge. Das Lufteinlass-Drosselventil 41 befindet sich
im Lufteinlasskanal 3, auf der Einlassseite des Sammlers 3a.
Das Öffnen
und Schließen
dieses Lufteinlass-Drosselventils 41 erfolgt in Abhängigkeit
von Steuersignalen der Motorsteuereinheit 5 durch einen
Steller 42, der vorteilhaft einen Schrittmotor o.ä. enthält. Darüber hinaus
erfasst ein Ladedrucksensor 44 den Ladedruck und ein Einlasstemperatursensor 45 die
Temperatur der eingelassenen Luft, wobei diese beiden Sensoren im
Sammler 3a angeordnet sind.
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Die
Steuereinheit 5 ist so aufgebaut und angeordnet, dass sie
eine Kraftstoff. Einspritzmenge und einen Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt
des Kraftstoffeinspritzers 10, den Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 6,
den Öffnungsgrad
der variablen Düse 24,
sowie weitere Komponenten und Funktionen der Brennkraftmaschine 1 steuert.
Zusätzlich
zu den verschiedenen oben erwähnten,
in der Brennkraftmaschine 1 installierten Sensoren ist
die Steuereinheit 5 so aufgebaut und angeordnet, dass sie
Signale eines Beschleunigerstellungs-Sensors 46, welcher
den Betrag des Durchdrückens
des Beschleunigerpedals erfasst, eines Motordrehzahlsensors 47,
welcher die Drehzahl des Motors erfasst, und eines Temperatursensors 48 erhält, welcher
die Kühlmitteltemperatur
des Motors erfasst.
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Gemäß des ersten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung führt
die Steuereinheit 5 die Funktionen eines Frischluft-Einlassmengen-Erfassungsabschnitts,
eines Volumeneffizienz-Berechnungsabschnitts, eines Frischluft-Einlassmengen-Schätzabschnitts,
Abgas-Rückführungs-Steuerabschnitts,
eines Abgas-Rückführungsraten-Schätzabschnitts
und eines Gesamtluft-Einlassmengen-Äquivalenzwert-Schätzabschnitts
aus. Der Frischluft-Einlassmengen-Erfassungsabschnitt der Steuereinheit 5 ist
im wesentlichen so aufgebaut, dass er einen auf Grund eines Signals
vom Luftmengenmesser 35 erfassten Wert der durch einen Lufteinlasskana)
strömenden
Frischluft-Einlassmenge ausgibt. Der Volumeneffizienz-Berechnungsabschnitt der
Steuereinheit 5 ist so aufgebaut, dass er wie unten näher erläutert einen
Volumeneffzienz-Äquivalenzwert berechnet.
Der Frischluft-Einlassmengen-Schätzabschnitt
der Steuereinheit 5 ist so aufgebaut, dass er einen geschätzten Wert
der in eine Brennkammer strömenden
Frischluft-Einlassmenge an Hand von Änderungen der erfassten Frischluft-Einlassmenge
und des Volumeneffizienz-Äquivalenzwerts
schätzt.
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Dies
wird weiter unten ebenfalls genauer beschrieben. Der Abgas-Rückführungs-Steuerabschnitt der Steuereinheit 5 ist
so aufgebaut, dass er durch Steuern des Öffnungsgrades des Abgas-Rückführungsventils 6 die
Abgas-Rückführungsrate
auf eine Ziel-Abgas-Rückführungsrate
und/oder eine Ziel-Abgas-Rückführungsmenge
steuert Der Abgas-Rückführungs-Schätzabschnitt
der Steuereinheit 5 ist so aufgebaut, dass er wie unten
beschrieben in Abhängigkeit
der Ziel-Abgas-Rückführungsrate
bzw. -menge einen geschätzten
Wert der tatsächlichen
Abgas-Rückführungsrate
und/oder der tatsächlichen
Abgas-Rückführungsmenge
ermittelt. Der Gesamtluft-Einlassmengen-Äquivalenzwert-Schätzabschnitt
der Steuereinheit 5 ist so aufgebaut, dass er wie unten
beschrieben an Hand des geschätzten
Abgas-Rückführungswerts
und der geschätzten
Frischluft-Einlassmenge einen geschätzten Gesamtluft-Einlassmengen- Äquivalenzwert
der in eine Brennkammer strömenden
Luft ermittelt.
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Die
von der Steuereinheit 5 ausgeführten Steueroperationen werden
nun mit Hilfe des Flussdiagramms in 2 näher erläutert. Viele
der unten beschriebenen Funktionen sind Funktionen, die sich durch Verarbeitung
mit Software realisierten lassen. Zunächst erfolgt eine Verarbeitung
zur Bestimmung oder Berechnung der erfassten Frischluft-Einlassmenge Qac,
die in die Brennkammer 19 strömt, und eine Berechnung der
geschätzten
Gesamtluft-Einlassmenge Qsco2 (geschätzter Wert der Sauerstoffmenge,
die in die Brennkammer 19 strömt). Die geschätzte Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 ist ein Schätzwert
des Gesamtluft-Einlassmengen-Äquivalenzwertes,
der sowohl Frischluft-Einlassmenge als auch die Menge des zurückgeführten Abgases
umfasst, die in die Zylinder strömen.
Diese Routine wird von der Motorsteuereinheit 5 in regelmäßigen Intervallen
wiederholt abgearbeitet, z.B. bei einem bestimmten Kurbelwinkel
oder alle 10 ms.
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In
einem Schritt S1 wird ein Abgas-Rückführungsraten-Schätzwert Regr
auf der Grundlage einer Ziel-Abgas-Rückführungsrate oder einer Ziel-Abgas-Rückführungsmenge
berechnet oder geschätzt,
was ein Abgas-Rückführungs-Schätzverfahren
bzw. -abschnitt der Steuereinheit 5 darstellt. Wie in der
o.a. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001–123873
beschrieben ist, wird die Ziel-Abgas-Rückführungsrate bzw. -menge vorteilhaft
mit Hilfe eines auf der Motordrehzahl (RPM), der Ziel-Kraftstoff-Einspritzmenge und
der Motorkühlmitteltemperatur
basierenden Kennliniendiagramms berechnet. Der Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 6 wird
so gesteuert, dass diese Ziel-Abgas-Rückführungsrate bzw. -menge erzielt
wird. Die tatsächliche
Abgas-Rückführungsrate
bzw. -menge bleibt in den Übergangsphasen,
in denen sich die Abgas-Rückführungsrate
bzw. -menge plötzlich ändert, auf
Grund von Verzögerungen der
Abgasrückführung wegen
des Volumens des Abgas-Rückführungskanals 4 und
des Sammlers 3a hinter der Ziel-Abgas-Rückführungsrate bzw. -menge zurück. Daraufhin
wird die geschätzte
Abgas-Rückführungsrate
Regr durch Verwendung eines bekannten Primärverzögerungsverfahrens auf der Grundlage
der Ziel-Abgas-Rückführungsrate
ermittelt.
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In
einem Schritt S2 wird gemäß der folgenden
Gleichung (1) (Volumeneffizienz-Berechnungsverfahren)
ein Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
Kin berechnet, welcher der Volumeneffizienz und der Fülleffizienz des
Motors entspricht.
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In
Gleichung (1) bezeichnet der Term Ne die Motordrehzahl (RPM), welche
vom Motordrehzahlsensor 47 erfasst wird; Pcol ist der Turboladedruck,
welcher vom Turboladedrucksensor 44 erfasst wird; und Pa
ist der atmosphärische
Druck, welcher vom atmosphärischen
Drucksensor 37 erfasst wird. Der von der Motordrehzahl
Ne abhängige
Koeffizient f(Ne) wird aus einem Kennliniendiagramm gelesen. Der
von der geschätzten Abgas-Rückführungsrate
Regr abhängige
Koeffizient G(Regr) wird aus einem Kennliniendiagramm gelesen. Der
Koeffizient G(Regr) wird um so kleiner, je größer die geschätzte Abgas-Rückführungsrate
Regr wird. Mit anderen Worten wird der Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
Kin in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl Ne, dem Turboladedruck Pcol und der geschätzten Abgas-Rückführungsrate
Regr berechnet. Der Schritt S2 stellt einen Volumeneffizienz-Berechnungsabschnitt
der Steuereinheit 5 dar.
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In
einem Schritt S3 wird gemäß der folgenden
Gleichungen (2) und (3) (Frischluft-Einlassmengen-Berechnungsverfahren)
die geschätzte
Frischluft-Einlassmenge Qac, die in die Brennkammer 19 strömt, d.h.
die angesaugte Frischluftmenge ohne das zurückgeführte Abgas, berechnet oder
geschätzt.
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Bei
den Gleichungen (2) und (3) bezeichnet der Term Qacn-1 die
zuletzt berechnete geschätzte
Frischluft-Einlassmenge Qac; Kinn-1 ist
der zuletzt berechnete Volumeneffizienz-Äquivalenzwert Kin; Qacb ist
die vom Luftmengenmesser 35 erfasste Frischluft-Einlassmenge;
Ve ist die Abgasmenge und dT ist das Berechnungsintervall (Aus führungsintervall
der in 2 gezeigten Routine). Das Verhältnis Kin/Kinn-1 entspricht
den Änderungen
(der Rate) des Volumeneffizienz-Äquivalenzwerts.
Der Schritt S3 stellt einen Frischluft-Einlassmengen-Schätzabschnitt
der Steuereinheit 5 dar.
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Mit
anderen Worten wird die geschätzte
Frischluft-Einlassmenge Qac in Abhängigkeit von der erfassten
Frischluft-Einlassmenge Qacb und der Änderung des Verhältnisses
Kin/Kinn-1, d.h. des Volumeneffizienz-Äquivalenzwerts,
berechnet. Anders gesagt wird der Term Qac mit Hilfe der Primärverzögerungsgleichung (2)
ermittelt, in welcher die zuletzt berechneten Werte Qacn-1 und
Kinn-1 verwendet werden. Wie aus Gleichung (2)
ersichtlich ist, wird die geschätzte
Frischluft-Einlassmenge Qac um so größer je mehr sich das Verhältnis Kin/Kinn-1 dem Zielwert annähert. Die geschätzte Frischluft-Einlassmenge Qac
wird ebenfalls um so größer, je größer das
Verhältnis
der zuletzt berechneten Werte Qacn-1/Kinn-1 wird.
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In
einem Schritt S4 wird gemäß der folgenden
Gleichung (4) (Gesamtluft-Einlassmengen-Äquivalentwert-Berechnungsverfahren)
die geschätzte
Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2, die in die Brennkammer 19 strömt, d.h. die angesaugte Frischluftmenge
und das zurückgeführte Abgas,
berechnet oder geschätzt.
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Mit
anderen Worten wird die geschätzte
Gesamtluft-Einlassmenge Qsco2 in Abhängigkeit von der geschätzten Frischluft-Einlassmenge
Qac, der geschätzten
Abgas-Rückführungsrate
Regr und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ0, berechnet.
Die geschätzte
Frischluft-Einlassmenge Qac und die geschätzte Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2, welche auf die beschriebene Weise ermittelt werden, werden
in verschiedenen Steuerprozessen verwendet. Die geschätzte Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 wird beispielsweise zur Einstellung der Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge
und zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet. Der Schritt
S4 stellt einen Gesamtluft-Einlassmengen-Äquivalenzwert-Schätzabschnitt
der Steuereinheit 5 dar.
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3, 4 und 5 zeigen
Ablaufdiagramme für
die Beschleunigungs-Übergangsphase,
in welcher sich die tatsächliche
Abgas-Rückführungsrate
(die geschätzte
Abgas-Rückführungsrate)
plötzlich
verringert. In 3, 4 und 5 bezeichnet
0.0 den Zeitpunkt, an dem die Beschleunigung beginnt. Die Kennlinie
L1 zeigt den Fall, in dem die Abgas-Rückführungsrate
(Menge des zurückgeführten Abgases/Frischluft-Einlassmenge
x 100) 0 % beträgt.
Mit anderen Worten zeigt die Kennlinie L1 den Fall, in dem kein
Abgas zurückgeführt wird.
Dieser Fall ohne Abgasrückführung ist
ein Sonderfall, da keine Verzögerung
der Abgasrückführung auftritt.
Diese Kennlinie entspricht auch der Zielkennlinie für den Fall,
dass Abgas zurückgeführt wird.
L2 bezeichnet eine herkömmliche
Kennlinie der geschätzten
Frischluft-Einlassmenge Qac und der geschätzten Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2, die in einem herkömmlichen
Steuerverfahren ermittelt wurden, ohne dass eine Steuerung gemäß dieses
oben beschriebenen Ausführungsbeispiels
auf das Festlegen von Qac und Qsco2 angewendet wurde. L3 bezeichnet
eine Kennlinie, bei der eine Steuerung gemäß dieses oben beschriebenen
Ausführungsbeispiels
auf das Festlegen der geschätzten
Frischluft-Einlassmenge Qac und der geschätzten Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 angewendet wurde. Die Kennlinie L4 entspricht der Frischluft-Einlassmenge
und der tatsächlich
in die Brennkammern 19 strömenden Luftmenge. Mit anderen
Worten entspricht die Istwert-Kennlinie L4 der Zielkennlinie. Der
Bereich, welcher von the Phase M1 umschlossen ist, entspricht der
Beschleunigungs-Übergangsphase,
während
der die Abgas-Rückführungsrate
hauptsächlich auf
Grund der Beschleunigung plötzlich
fällt.
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Wie
in 3 gezeigt ist, verschiebt sich in der in der Beschleunigungs-Übergangsphase
M1, in der die Abgas-Rückführungsrate
fällt,
bei der herkömmlichen
Kennlinie L2 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorübergehend in Richtung mageres
Verhältnis
verglichen mit der Zielkennlinie L1, bei der kein Abgas zurückgeführt wird.
Mit anderen Worten wird, wie in 4 gezeigt
ist, in der Beschleunigungs-Übergangsphase
M1 die geschätzte
Frischluft-Einlassmenge Qac kleiner verglichen mit der Istwert-Kennlinie
L4, und die geschätzte
Gesamtluft Einlassmenge Qsco2 wird kleiner verglichen mit der Zielkennlinie
L1, bei der kein Abgas zurückgeführt wird.
Aus diesem Grund verringert sich auch die Kraftstoff-Einspritzmenge
verglichen mit der Zielkennlinie L1. Wie in 5 zu sehen
ist, ist die Beschleunigung G verglichen mit der Zielkennlinie L1,
bei der kein Abgas zurückgeführt wird,
unzureichend. Unzureichende Beschleunigung tritt insbesondere während der
Beschleunigungs-Übergangsphase
M1 auf.
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Im
Gegensatz dazu verschiebt sich, wie in 3 gezeigt
ist, in der Beschleunigungs-Übergangsphase M1,
in der sich die Abgas-Rückführungsrate
verringert, bei der Arbeitskennlinie L3 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht
vorübergehend
in Richtung mageres Verhältnis
wie bei der herkömmlichen
Kennlinie L2, und fällt
fast mit der Zielkennlinie L1, bei der kein Abgas zurückgeführt wird,
zusammen, und zwar auch und besonders in der Übergangsphase M1. Mit anderen
Worten ist, wie in 4 gezeigt ist, in der Beschleunigungs-Übergangsphase
M1 die geschätzte
Frischluft-Einlassmenge Qac nahezu identisch mit jener der Istwert-Kennlinie
L4, und die geschätzte
Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 ist nahezu identisch mit jener der Zielkennlinie L1, bei der
kein Abgas zurückgeführt wird.
Abstriche bei der Genauigkeit auf Grund von Schwankungen der Abgas-Rückführungsrate
sind somit bei der Arbeitskennlinie L3 nahezu beseitigt. Dies führt zu einer
deutlichen Verbesserung der Genauigkeit der geschätzten Frischluft-Einlassmenge Qac
und der geschätzten
Gesamtluft-Einlassmenge Qsco2. Folglich fällt die Kraftstoff-Einspritzmenge,
die unter Verwendung der geschätzten
Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 eingestellt wird, nahezu mit der Zielkennlinie L1, bei der
kein Abgas zurückgeführt wird,
zusammen. Wie in 5 zu sehen ist, wird eine gewünschte Beschleunigungscharakteristik
erreicht, bei der die Arbeitskennlinie L3 nahezu mit der Zielkennlinie
L1, bei der kein Abgas zurückgeführt wird, übereinstimmt.
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In 6 zeigen
die gepunkteten Kennlinien die geschätzten Werte und die durchgehenden
Linien die Istwerte der einzelnen Variablen. Bei der geschätzten Abgas-Rückführungsrate Regr besteht die
Gefahr, dass besonders in den Übergangsphasen
Fehler in den Istwerten der Abgas-Rückführungsrate (durchgehende Linien)
auftreten. Gemäß dieses
Ausführungsbeispiels
wird die geschätzte
Abgas-Rückführungsrate
Regr zur Berechnung der geschätzten
Frischluft-Einlassmenge Qac verwendet. Diese geschätzte Frischluft-Einlassmenge
Qac und diese geschätzte
Abgas-Rückführungsrate
Regr werden wiederum verwendet, um die geschätzte Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 zu berechnen, wobei die Effekte der Fehler der geschätzten Abgas-Rückführungsrate
Regr bei der geschätzten
Gesamtluft-Einlassmenge Qsco2 verringert oder ganz aufgehoben werden.
Folglich ist die Abweichung zwischen der geschätzten Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 und der tatsächlichen
Gesamtluft-Einlassmenge auch in Übergangsphasen
ausreichend klein, wodurch die Genauigkeit der Berechnung der geschätzten Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 verbessert wird. Die maximale Kraftstoff-Einspritzmenge, bei deren Einstellung
die geschätzte
Gesamtluft-Einlassmenge Qsco2 verwendet wird, und die Präzision der λ-Steuerung
werden dabei ebenfalls verbessert.
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Alternatives Ausführungsbeispiel
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Gemäß eines
alternativen Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung wird das Motorsteuersystem nach 1 so
modifiziert, dass die Steuereinheit 5 anstelle der geschätzten Abgas-Rückführungsrate Regr
des vorangegangenen Ausführungsbeispiels
den Betriebszustand der Einlassventile 49 zur Berechnung des
Volumeneffizienz-Äquivalenzwertes
Kin verwendet. Genauer gesagt sind der Öffnungsgrad und die Zeitsteuerung
der Einlassventile 49 über
einen variablen Mechanismus von der Steuereinheit 5 steuerbar.
Der Öffnungszustand
des Einlassventils wird von einem Positionssensor des variablen
Einlassventilmechanismus 50 an die Steuereinheit 5 gesendet.
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Mit
anderen Worten verwendet die Steuereinheit 5 in diesem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anstelle der in 2 gezeigten
Routine ein alternatives Flussdiagramm, welches in 7 gezeigt
ist. Die Steueroperationen, die in dem alternativen Flussdiagramm
in 7 gezeigt sind, sind im Wesentlichen identisch
mit jenen aus dem in 2 gezeigten und oben beschriebenen
Flussdiagramm, jedoch mit Ausnahme der Schritte S10, S12 und S13.
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Gemäß dieses
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung ist die in 1 gezeigte
Steuereinheit 5 so aufgebaut und angeordnet, dass sie die
Funktionen eines Frischluft-Einlassmengen-Erfassungsabschnitts,
eines Volumeneffizienz-Berechnungsabschnitts, eines Frischluft-Einlassmengen-Schätzabschnitts, eines
Luft-Einstellabschnitts, eines Einlassventil-Steuerabschnitts, eines
Einlassventil-Betriebszustand-Vorhersageabschnitts
und eines Gesamtluft-Einlassmengen-Äquivalenzwert-Schätzabschnitts
ausführt.
Der Frischluft-Einlassmengen-Erfassungsabschnitt der Steuereinheit 5 ist
im wesentlichen so aufgebaut, dass er einen erfassten Wert der durch
einen Lufteinlasskanal strömenden
Frischluft-Einlassmenge ausgibt. Der Volumeneffizienz-Berechnungsabschnitt
der Steuereinheit 5 ist so aufgebaut, dass er wie unten
näher erläutert einen
Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
berechnet. Der Frischluft-Einlassmengen-Schätzabschnitt der Steuereinheit 5 ist
so aufgebaut, dass er einen geschätzten Wert der in eine Brennkammer
strömenden
Frischluft-Einlassmenge an Hand von Änderungen der erfassten Frischluft-Einlassmenge
und des Volumeneffizienz-Äquivalenzwerts
schätzt.
Dies wird weiter unten ebenfalls genauer beschrieben. Der Luft-Einstellabschnitt
der Steuereinheit 5 ist so aufgebaut, dass er die Frischluft-Einlassmenge, die
in die Brennkammer gesaugt wird, beeinflusst, und deshalb ist der
Frischluft-Einlassmengen-Schätzabschnitt
der Steuereinheit 5 so aufgebaut, dass er den in Abhängigkeit
von einem weiter unten beschrieben, von dem Luft-Einstellabschnitt
der Steuereinheit 5 erfassten Betriebszustand berechneten
Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
einstellt.
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Der
Einlassventil-Steuerabschnitt der Steuereinheit 5 ist so
aufgebaut, dass er die Einstellung des variablen Einlassventilmechanismus 50 steuert.
Der Einlassventil-Betriebszustand-Vorhersageabschnitt
der Steuereinheit 5 ist so aufgebaut, dass er den Betriebszustand
des variablen Einlassventilmechanismus 50 in Abhängigkeit
eines von da stammenden Signals vorhersagt.
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Das
Flussdiagramm in 7 zeigt die rechnerische Verarbeitung
der geschätzten
Frischluft-Einlassmenge Qac, welche in die Brennkammern 19 strömt, und
der geschätzten
Gesamtluft-Einlassmenge Qsco2. Diese Routine wird von der Motorsteuer einheit 5 in
regelmäßigen Intervallen
wiederholt abgearbeitet, z.B. bei einem bestimmten Kurbelwinkel
oder alle 10 ms.
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In
einem Schritt S10 wird ein geschätzter
Betriebszustandswert Rvlv bestimmt, welcher die Ansprechverzögerung eines
Steuerkreisestellers oder den von einem Positionssensor des variablen
Einlassventilmechanismus 50 erfassten Betriebszustand berücksichtigt.
Mit anderen Worten wird der geschätzte Betriebszustandswert Rvlv
in Abhängigkeit
von einem Ziel-Einlassventil-Betriebszustand bestimmt. Der geschätzte Betriebszustandswert
Rvlv basiert zum Beispiel auf einem Ventilöffnungsbetrag der Einlassventile 49.
Der Schritt S10 stellt somit ein variables Ventil-Betriebszustand-Schätzverfahren
bzw. einen entsprechenden Abschnitt der Steuereinheit 5 dar.
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Bei
einem möglichen
Verfahren wird der Ziel-Einlassventil-Betriebszustand unter Verwendung
eines vorab gespeicherten Kennliniendiagramms berechnet, welches
auf der Motordrehzahl Ne (RPM), der Ziel-Kraftstoff-Einspritzmenge
und der Temperatur des Motorkühlmittels
basiert. Der Steller des variablen Einlassventil-Mechanismus 50 wird
von dem Einlassventil-Steuerabschnitt der Steuereinheit 5 auf
diesen Ziel-Einlassventil-Betriebszustand
gesteuert. Der Steller ändert
den Betriebszustand zum Beispiel mit Hilfe eines Hydraulikkreises.
Der Steller kann aber auch mit einem elektromagnetischen Antrieb
arbeiten. Obwohl es bei dieser Operation eine gewisse Ansprechverzögerung gibt,
hinkt der tatsächliche
Einlassventil-Betriebszustand in Übergangsphasen, in denen sich
die Befehlswerte plötzlich ändern, dem
Ziel-Einlassventil-Betriebszustand hinterher.
Daraufhin wird der geschätzte
Betriebszustandswert Rvlv des Einlassventils durch Verwendung eines
bekannten Primärverzögerungsverfahrens
auf der Grundlage des Ziel-Betriebszustands ermittelt.
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In
einem Schritt S11 wird die geschätzte
Abgas-Rückführungsrate
Regr auf der Grundlage einer Ziel-Abgas-Rückführungsrate oder einer Ziel-Abgas-Rückführungsmenge
berechnet oder geschätzt,
so wie es für
das erste Ausführungsbeispiel
gemäß 2 darstellt
wurde. Der Schritt S11 stellt somit im Wesentlichen ein Abgas-Rückführungsraten-Schätzverfahren
bzw. einen entsprechenden Abschnitt der Steuereinheit 5 dar. Wie
in der o.a. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001–123873
beschrieben ist, wird die Ziel-Abgas-Rückführungsrate bzw. -menge vorteilhaft
mit Hilfe eines auf der Motordrehzahl (RPM), der Ziel-Kraftstoff-Einspritzmenge
und der Motorkühlmitteltemperatur
basierenden Kennliniendiagramms berechnet. Der Öffnungsgrad des Abgas-Rückführungsventils 6 wird
so gesteuert, dass diese Ziel-Abgas-Rückführungsrate bzw.
-menge erzielt wird. Die tatsächliche
Abgas-Rückführungsrate
bzw. -menge bleibt in den Übergangsphasen,
in denen sich die Abgas-Rückführungs rate
bzw. -menge plötzlich ändert, auf
Grund von Verzögerungen der
Abgasrückführung wegen
des Volumens des Abgas-Rückführungskanals 4 und
des Sammlers 3a hinter der Ziel-Abgas-Rückführungsrate bzw. -menge zurück. Daraufhin
wird die geschätzte
Abgas-Rückführungsrate
Regr durch Verwendung eines bekannten Verzögerungsverfahrens auf der Grundlage
der Ziel-Abgas-Rückführungsrate
ermittelt.
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In
einem Schritt S12 wird gemäß der folgenden
Gleichung (5) (Volumeneffizienz-Berechnungsverfahren)
der Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
Kin berechnet, welcher der Volumeneffizienz und der Fülleffizienz des
Motors entspricht.
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In
Gleichung (5) bezeichnet der Term Pcol den vom Turboladedrucksensor 44 erfassten
Turboladedruck, und der Term Pa bezeichnet den vom atmosphärischen
Drucksensor 37 erfassten atmosphärischen Druck. Der von der
Motordrehzahl Ne abhängige
Koeffizient f(Ne) wird aus einem Kennliniendiagramm gelesen. Der
von dem Betriebszustandswert Rvlv abhängige Koeffizient G(Rvlv) wird
aus einem Kennliniendiagramm gelesen. Wenn zum Beispiel der geschätzte Betriebszustand
Rvlv einen Öffnungsbetrag
der Einlassventile anzeigt, wird der Koeffizient G(Rvlv) so eingestellt,
dass er um so größer wird,
je größer der
Betriebszustandswert Rvlv wird, d.h. je mehr sich der Öffnungsbetrag
der Einlassventile dem Zielwert annähert. Mit anderen Worten wird
der Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
Kin in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl Ne, dem Einlassdruck Pcol und dem geschätzten Betriebszustandswert
Rvlv berechnet.
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In
einem Schritt S13 wird gemäß der folgenden
Gleichungen (2) und (3) (Frischluft-Einlassmengen-Berechnungsverfahren)
die geschätzte
Frischluft-Einlassmenge Qac, die in die Brennkammer 19 strömt, d.h.
die angesaugte Frischluftmenge ohne das zurückgeführte Abgas, berechnet oder
geschätzt,
was oben bereits beschrieben wurde.
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Mit
anderen Worten wird in diesem Ausführungsbeispiel die geschätzte Frischluft-Einlassmenge Qac in
Abhängigkeit
von der erfassten Frischluft-Einlassmenge Qacb und der Änderung
des Verhältnisses Kin/Kinn-1 d.h. des Volumeneffizienz-Äquivalenzwerts, d.h.
genau so wie im zuvor diskutierten ersten Ausführungsbeispiel, berechnet.
Anders gesagt wird der Term Qac mit Hilfe der Primärverzögerungsgleichung
(2) ermittelt, in welcher die zuletzt berechneten Werte Qacn-1 und Kinn-1 verwendet
werden. Wie aus Gleichung (2) ersichtlich ist, wird die geschätzte Frischluft-Einlassmenge
Qac um so größer je mehr
sich das Verhältnis Kin/Kinn-1 dem Zielwert annähert. Die geschätzte Frischluft-Einlassmenge
Qac wird ebenfalls um so größer, je größer das
Verhältnis
der zuletzt berechneten Werte Qacn-1/Kinn-1 wird. Die so ermittelte geschätzte Frischluft-Einlassmenge Qac
wird in verschiedenen Steuerprozessen verwendet, wie etwa der Steuerung
des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses,
der Einspritzsteuerung und der Steuerung des Zündzeitpunkts.
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In
einem Schritt S14 wird gemäß der folgenden
Gleichung (4) (Gesamtluft-Einlassmengen-Äquivalentwert-Berechnungsverfahren)
die geschätzte
Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2, die in die Brennkammer 19 strömt, d.h. die angesaugte Frischluftmenge
und das zurückgeführte Abgas,
berechnet oder geschätzt,
so wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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Mit
anderen Worten wird die geschätzte
Gesamtluft-Einlassmenge Qsco2 in Abhängigkeit von der geschätzten Frischluft-Einlassmenge
Qac, der geschätzten
Abgas-Rückführungsrate
Regr und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ0, berechnet.
Die geschätzte
Frischluft-Einlassmenge Qac und die geschätzte Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2, welche auf die beschriebene Weise ermittelt werden, werden
in verschiedenen Steuerprozessen verwendet. Die geschätzte Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 wird beispielsweise zur Einstellung der Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge
und zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird der Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
Kin wie oben beschrieben unter Verwendung des Betriebszustandes
des einstellbaren Einlassventils und der geschätzten Frischluft-Einlassmenge
Qac berechnet, die wiederum auf der Grundlage der Änderung
Kin/Kinn-1 dieses Volumeneffizienz-Äquivalenzwertes
Kin geschätzt
wird. Genauer gesagt wird die geschätzte Frischluft-Einlassmenge
Qac größer, wenn
Kin/Kinn-1 größer wird und die geschätzte Frischluft-Einlassmenge
Qac wird kleiner, wenn Kin/Kinn-1 kleiner
wird. Die Schätzgenauigkeit
der geschätzten
Frischluft-Einlassmenge Qac verbessert sich dadurch in der Übergangsphase,
in welcher die Abgas-Rückführungsrate
im Wesentlichen schwankt. Darüber hinaus
kann auch die Schätzgenauigkeit
der geschätzten
Gesamtluft-Einlassmenge Qsco2 verbessert werden, indem die geschätzte Gesamtluft-Einlassmenge
Qsco2 auf der Grundlage jener geschätzten Frischluft-Einlassmenge
Qac und der geschätzten
Abgas-Rückführungsrate
Regr geschätzt
wird. Deshalb lässt
sich nicht nur die Präzision
der Einstellung der Kraftstoff-Einspritzmenge verbessern, bei der
die geschätzte
Frischluft-Einlassmenge
Qac und die geschätzte
Gesamtluft-Einlassmenge Qsco2 als Variablen verwendet werden, sondern
auch das Abgas-und das Leistungsverhalten.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird das Volumen des Lufteinlasskanals 3 zwischen
dem Luftmengenmesser 35 und der Brennkammer 19 zwangsläufig größer, wenn
viele Komponenten zwischen dem Luftmengenmesser 35, der
als Einrichtung zum Erfassen der Frischluft-Einlassmenge dient,
und der Brennkammer 19 angeordnet werden, wodurch es sehr
schwierig wird, die Frischluft-Einlassmenge und die Luft-Einlassmenge
bis zu diesem Punkt präzise
zu schätzen.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein System dieses Typs nützlich, um eine Verbesserung
der Schätzgenauigkeit
der Frischluft-Einlassmenge und der Gesamtluft-Einlassmenge zu ermöglichen.
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Für den Fachmann
ergibt sich aus dieser Offenlegung, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden
können,
ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl die
vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem Dieselmotor angewendet wird,
kann sie zu Beispiel in gleicher Weise auch in Verbindung mit einem
Benzinmotor angewendet werden.
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Weiterhin
kann der Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
abweichend von den oben diskutierten Ausführungsbeispielen, in denen
er unter Verwendung der geschätzten
Abgas-Rückführungsrate
oder des Betriebszustandes des Einlassventils berechnet wird, in
einem System, in welchem der Öffnungsgrad
des Verwirbelungs-Steuerventils 9 verändert wird, auch unter Verwendung
eines oder beider [...] ermittelt werden. Mit anderen Worten kann
Schritt S10 in 7 so modifiziert werden, dass
der Betriebszustand des Verwirbelungs-Steuerventils 9 erfasst
oder berechnet wird, welches sich nahe der Einlassöffnung der
Brennkraftmaschine 1 im Einlasskanal 3 befindet. Im Besonderen
wird der Koeffizient G(Rvlv), der in Gleichung (4) zur Berechnung
des Volumeneffizienz-Äquivalenzwerts
Kin Verwendung findet, durch den Koeffizienten G(Rscv) ersetzt,
der aus einem Kennliniendiagramm abgelesen wird, dass auf dem geschätzten Betriebszustand
Rscv des Verwirbelungs-Steuerventils 9 basiert.
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Da
das Verwirbelungs-Steuerventil 9 innerhalb der Brennkammer 19 hinter
dem Luftmengenmesser oder Sensor 35 eine verwirbelte Strömung erzeugt,
beeinflusst dies die Frischluft-Einlassmenge, welche in die Brennkammer 19 gesaugt
wird, ohne dass sich der erfasste Wert der Frischluft-Einlassmenge ändert, die durch
einen Einlasskanal 3 an der Brennkammer 19 strömt. Das
Verwirbelungs-Steuerventil 9 wird von einem Steller (nicht
gezeigt) angetrieben. Es öffnet
und schließt
sich in Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuereinheit 5.
Das Verwirbelungs-Steuerventil 9 wird vorteilhaft bei geringer
Last und geringer Drehzahl geschlossen, um eine verwirbelte Strömung in
der Brennkammer 19 zu erzeugen. Demzufolge ist der Frischluft-Einlassmengen-Schätzabschnitt
der Steuereinheit 5 so aufgebaut, dass der Volumeneffizienz-Äquivalenzwert
auf Grundlage eines Betriebszustands des Verwirbelungs-Steuerventils 9 angepasst
wird, der von dem Lufteinstellungsabschnitt der Steuereinheit 5 erfasst
wird.
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Der
Begriff „aufgebaut" ist beim Interpretieren
der vorliegenden Erfindung so auszulegen, dass eine Komponente,
ein Abschnitt oder ein Teil einer Vorrichtung beschrieben wird;
er schließt
die Hardware und/oder Software ein, welche gebaut und/- oder programmiert
wurde, um die erwünschte
Funktion auszuführen.
Des weiteren sollten jene in den Ansprüchen als „Mittel plus Funktion" benannten Begriffe
jegliche Anordnungen einschließen,
welche genutzt werden können,
um die Funktion des jeweiligen Teils der vorliegenden Erfindung auszuführen. Die
hierin verwendeten Gradangaben wie „im Wesentlichen", „etwa" und „annähernd" bedeuten einen angemessenen
Betrag an Abweichung des veränderten
Begriffes, so dass sich das Endergebnis nicht signifikant verändert. Diese
Begriffe können
in der Art gedeutet werden, dass sie eine Abweichung von mindestens ± 5 % des
veränderten
Begriffes beinhalten, wenn diese Abweichung nicht die Bedeutung
des durch sie veränderten
Wortes negiert.