DE602004001299T2 - Motorsteuerung - Google Patents

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und mit Hilfe der begleitenden Zeichnungen beschrieben und erläutert.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines mit einem Motorsteuersystem entsprechend eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Dieselmotors.
  • 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.
  • 3 zeigt zwei Ablaufdiagramme, welche die geschätzten und experimentell erhaltenen Verbrennungsverhältnis-Kennlinien nahe der Beschleunigungs-Übergangsphase veranschaulichen.
  • 4 zeigt zwei Ablaufdiagramme, welche die Kennlinien der Abgas-Rückführungsrate (EGR-Rate), der Frischluft-Einlassmenge und der Kraftstoff-Einspritzmenge nahe der Beschleunigungs-Übergangsphase veranschaulichen.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Fahrzeug-Beschleunigungskennlinie nahe der Beschleunigungs-Übergangsphase zeigt.
  • 6 zeigt Kennlinien, welche die Vorteile des Motorsteuersystems entsprechend der vorliegenden Erfindung verdeutlichen.
  • 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.
  • Ausgewählte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Verweis auf die Zeichnungen erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Figure 00110001
  • 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.
  • 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.
  • Figure 00110002
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Figure 00120001
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Alternatives Ausführungsbeispiel
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Figure 00170001
  • 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.
  • 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.
  • Figure 00170002
  • 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.
  • 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.
  • Figure 00180001
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (9)

  1. Motorsteuerungssystem, aufweisend: einen Einlassfrischluft-Erfassungsabschnitt (5), konfiguriert um einen erfassten Wert der Frischluftmenge, die durch einen Lufteinlasskanal (3) hindurchgeht, auszugeben; einen Effizienz-Berechnungsabschnitt (5), konfiguriert, um einen volumetrischen Effizienz- Äquivalentwert (Kin) zu berechnen; und einen Einlassfrischluft- Mengenabschätzungsabschnitt (5), konfiguriert, um einen vorhergesagten Einlassfrischluft-Mengenwert (Qac) abzuschätzen, der in eine Brennkammer (19) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassfrischluft- Mengenabschätzungsabschnitt (5) konfiguriert ist, den vorhergesagten Einlassfrischluft-Mengenwert (Qac), der in die Brennkammer (19) strömt, auf der Grundlage des erfassten Wertes der Einlassfrischluftmenge und einer Veränderung in dem Volumeneffizienz- Äquivalenzwert abzuschätzen.
  2. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Lufteinstellungsabschnitt (9), konfiguriert, um eine Beeinflussung einer Einlassfrischluftmenge, eingesaugt in die Brennkammer (19), zu bestimmen, die auftritt, ohne den erfassten Wert der Einlassfrischluftmenge, die durch den Einlasskanal (3) hindurchgeht, zu verändern, und wobei der Einlassfrischluftmengen-Abschätzungsabschnitt (5) außerdem konfiguriert ist, den berechneten Volumeneffizienz-Äquivalentwert auf der Grundlage eines Betriebszustandes, bestimmt durch den Lufteinstellungsabschnitt (5), einzustellen.
  3. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Abgasrückführungs-Steuerungsabschnitt (5), konfiguriert um die Abgasrückführung in die Richtung von zumindest einer von Ziel-Abgasrückführungsrate und Ziel-Abgasrückführungsmenge zu steuern, und einen Abgasrückfüh rungs-Abschätzungsabschnitt (5), konfiguriert, um einen vorhergesagten Abgasrückführungswert von zumindest einer von tatsächlicher Abgasrückführungsrate oder tatsächlicher Abgasrückführungsmenge, auf der Grundlage von zumindest einer von Ziel-Abgasrückführungsrate und Ziel-Abgasrückführungs-Menge abzuschätzen, wobei der Effizienzberechnungsabschnitt (5) konfiguriert ist, den volumetrischen Effizienz-Äquivalentwert auf der Grundlage des vorhergesagten Abgasrückführungswertes zu berechnen.
  4. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Gesamteinlassluft-Mengenäquivalentwert-Abschätzungsabschnitt (5), konfiguriert, um einen vorhergesagten Gesamteinlassluft-Mengenäquivalentwert abzuschätzen, der in die Brennkammer (19) strömt, auf der Grundlage des vorhergesagten Abgasrückführungswertes und des vorhergesagten Wertes der Einlassfrischluftmenge.
  5. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, dass zumindest einer von Kompressor (23) eines Aufladers (21) oder Zwischenkühler (38) in dem Lufteinlasskanal (3) zwischen einer Einlassfrischluftmengen-Erfassungsvorrichtung und der Brennkammer (19) angeordnet ist.
  6. Motorsteuerungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Effizienzberechnungsabschnitt (5) konfiguriert ist, den volumetrischen Effizienz-Äquivalentwert wie folgt zu berechnen:
    Figure 00220001
    wo Kin der volumetrische Effizienz-Äquivalentwert ist, Ne eine Motordrehzahl (U/min) ist, Regr ein vorhergesagter Abgasrückführungsraten-Wert ist, Pcol ein Aufladedruck, und Pa ein atmosphärischer Druck ist.
  7. Motorsteuerungssystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassfrischluft-Mengenabschätzungsabschnitt (5) konfiguriert ist, den vorhergesagten Wert der Einlassfrischluftmenge wie folgt abzuschätzen:
    Figure 00230001
    wo Qac der vorhergesagte Wert der Einlassfrischluft ist, eingesaugt in die Brennkammer (19), Kin der volumetrische Effizienz-Äquivalentwert ist, Qacb eine erfasste Einlassluft-Mengenwert ist, Qacn-1 ein zuletzt berechneter Wert von Qac ist, Kinn-1 ein zuletzt berechneter Wert von Kin ist, Ne eine Motordrehzahl (U/min) ist, Vcol eine Kollektorkapazität ist, Ve eine Auslassmange ist und dT ein Berechnungsintervall ist.
  8. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Einlassventil-Steuerungsabschnitt (5), konfiguriert um Einstellungen einer veränderbaren Einlassventilvorrichtung (50) zu steuern, und einen Einlassventilbetriebszustand-Vorhersageabschnitt (5), konfiguriert, um den Betriebszustand der veränderbaren Ventilvorrichtung (50) vorherzusagen, wobei der Effizienzberechnungsabschnitt (5) konfiguriert ist, einen volumetrischen Effizienz-Äquivalentwert auf der Grundlage eines vorhergesagten Betriebswertes der veränderbaren Ventilvorrichtung (50) zu berechnen.
  9. Motorsteuerungssystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Effizienzberechnungsabschnitt (5) konfiguriert ist, den volumetrischen Effizienz-Äquivalentwert wie folgt zu berechnen:
    Figure 00240001
    wo Kin der volumetrische Effizienz-Äquivalentwert ist, Ne eine Motordrehzahl (U/min) ist, Rvlv ein tatsächlicher Betriebsäquivalentwert eines einstellbaren Einlassventils ist, Pcol ein Aufladedruck, und Pa ein atmosphärischer Druck ist.
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