DE69826067T2

DE69826067T2 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69826067T2
Application number: DE69826067T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yokosuka-shi Iwano; Isamu Yokosuka-shi Kazama; Masayuki Yokohama-shi Yasuoka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: EP0884464B1; KR19990006838A; DE69826067D1; EP0884464A2; US6039025A; KR100333798B1; EP0884464A3

Description

Bisher sind eine Vielfalt von AGR-Steuerverfahren vorgeschlagen und praktiziert worden, um eine AGR-Rate entprechend den Betriebsbedindungen des Motors wirksam zu steuern, wie z.B. in Japanese Patent Provisional Publication Nr. 53-140420 offenbart. Diese Verfahren arbeiten im Grunde wie folgt: Eine Grundöffnungsfläche eines AGR-Ventils wird durch Multiplizieren einer Öffnungsfläche einer Drosselklappe mit einer Soll-AGR-Rate bestimmt. Die Grundöffnungsfläche des AGR-Ventils wird um einen Betrag korrigiert, der einer Änderung in einer AGR-Gasflussmenge infolge von Abgasdruck und Temperatur entspricht, um dadurch einen Sollwert der Öffnungsfläche des AGR-Ventils festzulegen.
Bei solchen herkömmlichen AGR-Steuerverfahren sind jedoch Mängel angetroffen worden, wobei ein Zustand (z.B. Druck und Temperatur) in dem Einlasssystem durch AGR-Gas verändert wird. Folglich wird die Menge an Ansaugluft unvermeidlich mit einer AGR-Rate verändert, selbst wenn die Öffnungsfläche die gleiche ist, und eine benötigte AGR-Rate kann daher nicht mit hoher Genauigkeit verwirklicht werden, während in dem Motor eine stufenweise Drehkraftänderung verursacht wird. Außerdem ist es, besonders bei einem Motor mit Zylinder-Direkteinspritzfunkenzündung, dessen Entwicklung in letzter Zeit gefördert wurde und eine so genannte Schichtladeverbrennung durchführt, erforderlich, die AGR-Rate stark zu erhöhen, um einer Zunahme in der NOx-Emission infolge des Betriebs des Motors bei einem extrem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch zu begegnen. In diesem Fall beeinflusst ein Steuerfehler in der AGR-Rate in hohem Maße den Betrieb des Motors und kann nicht ignoriert werden, obwohl der Steuerfehler bei herkömmlichen Motoren mit einer AGR-Rate von weniger als 10% klein ist.
Des Weiteren wird in Motoren, wo eine so genannte Drehkraft-Bedarfssteuerung durchgeführt wird, eine Drosselklappe elektronisch gesteuert, um Ansaugluft in einer benötigten Menge einzuführen, die einer Soll-Drehkraft entspricht. Auch bei solchen Motoren wird die Ansaugluftmenge unweigerlich mit der AGR-Rate verändert, was es schwierig macht, die Beziehung zwischen der Soll-Drehkraft und einer Sollmenge der Ansaugluft angemessen zu steuern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Verbrennungsmotor be reitzustellen, der die bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren angetroffenen Mängel wirksam überwinden kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Verbrennungsmotor bereitzustellen, bei dem eine AGR-Rate mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann, ohne von einem Zustand von AGR-Gas beeinflusst zu werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Verbrennungsmotor bereitzustellen, der eine Drehkraft-Bedarfssteuerung durchführt, bei der eine benötigte Menge an Einlassluft entsprechend einer Soll-Drehkraft angesaugt wird, und der die Beziehung zwischen der Soll-Drehkraft und einer Sollmenge der Einlassluft wirksam steuern kann.
Um die vorgenannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, werden ein Verbrennungsmotor entsprechend Anspruch 1 und ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors entsprechend Anspruch 19 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungen werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Verbrennungsmotor, der ein AGR-System zum strömenden Verbinden eines Ansaugluftkanals und eines Abgaskanals und zum Steuern eines Menge von AGR-Gas, das von dem Abgaskanal zu dem Ansaugluftkanal zurückgeführt wird, umfasst. Ein Steuersystem wird bereitgestellt, um das AGR-System und ein Frischluftmengen-Dosierventil des Motors zu steuern. Das Steuersystem umfasst einen Abschnitt zum Berechnen eines Frischluftmengen-Umwandlungswertes aus einer Menge des AGR-Gases, wobei der Frischluftmengen-Umwandlungswert einer Menge an Frischluft entspricht, die in den Ansaugluftkanal anstelle des AGR-Gases unter der Voraussetzung eingeleitet wird, dass die Frischluft durch das AGR-System in den Ansaugluftkanal eingeleitet wird. Das Steuersystem umfasst weiter einen Abschnitt zum Steuern des AGR-Systems entsprechend dem Frischluftmengen-Umwandlungswert.
Nach dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher das AGR-System entsprechend dem Frischluftmengen-Umwandlungswert gesteuert, der die Menge an Frischluft ist, die der Menge an Frischluft entspricht, die in den Ansaugluftkanal anstelle des AGR-Gases unter der Voraussetzung eingeleitet würde, dass die Frischluft durch das AGR-System in den Ansaugluftkanal eingeleitet wird. Daher kann eine Soll-AGR-Rate mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden, ohne durch Menge oder Zustand des AGR-Gases beeinflusst zu werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Verbrennungsmotor, der ein AGR-System umfasst, das ein AGR-Ventil enthält, das in einem AGR-Kanal zum Verbinden einen Abgassystems und eines Ansaugsystems angeordnet ist. Ein Frischluftmengen-Dosierventil ist in dem Ansaugsystem angeordnet. Ein Steuersystem umfasst einen Abschnitt zum Erfassen eines Betriebszustands des Motors; einen Abschnitt zum Berechnen einer Soll-Ansaugluftmenge entsprechend dem Motorbetriebszustand; einen Abschnitt zum Berechnen einer Soll-AGR-Gasmenge entsprechend dem Motorbetriebszustand; einen Abschnitt zum Berechnen eines Frischluftmengen-Umwandlungswertes der Soll-AGR-Gasmenge, wobei der Frischluftmengen-Umwandlungswert einer Menge an Frischluft entspricht, die in den Ansaugluftkanal anstelle des AGR-Gases unter der Voraussetzung eingeleitet würde, dass die Frischluft durch das AGR-System in den Ansaugluftkanal eingeleitet wird; einen Abschnitt zum Berechnen jeweiliger Öffnungsflächen des Frischluftmengen-Dosierventils und des AGR-Ventils entsprechend der Soll-Ansaugluftmenge und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert; einen Abschnitt zum Steuern eines (Öffnungsgrades des Frischluftmengen-Dosierventils entsprechend der Öffnungsfläche des Frischluftmengen-Dosierventils und einen Abschnitt zum Steuern eines Öffnungsgrades des AGR-Ventils entsprechend der Fläche des AGR-Ventils.
Nach dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Soll-AGR-Gasmenge in die Menge an Frischluft (oder den Frischluftmengen-Umwandlungswert) unter der Annahme umgewandelt, dass die Frischluft anstelle des AGR-Gases durch das AGR-Ventil eingeleitet wird. Als Folge werden die Öffnungsfläche eines Frischluftmengen-Einleitungssystems (oder Einlasssystems) und die Öffnungsfläche des AGR-Ventils entsprechend der Soll-Ansaugluftmenge (oder Soll-Frischluftmenge) und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert der AGR-Gasmenge berechnet. Hier ist in dem Fall, dass das Frischluftmengen-Dosierventil ein elektronisch gesteuertes Drosselventil zum Steuern der Gesamtmenge der Frischluftmenge ist, die Öffnungsfläche des Frischluftmengen-Dosierventils gleich der Öffnungsfläche des Frischluftmengen-Einleitungssystems. Andernfalls wird in dem Fall, dass das Frischluftmengen-Dosierventil ein das Drosselventil umgehendes Hilfsluft-Steuerventil ist, die Öffnungsfläche des Frischluftmengen-Dosierventils durch Subtrahieren der Öffnungsfläche des Drosselventils von der Öffnungsfläche des Frischluftmengen-Einleitungssystems bestimmt.
Indem die AGR-Gasmenge so in die Frischluftmenge umgewandelt wird, wird der Frischluftmengen-Umwandlungswert entsprechend der AGR-Gaszustandsgröße bestimmt. Die Öffnungsfläche des AGR-Ventils wird entsprechend dem Frischluftmengen-Umwandlungswert bestimmt. Als Folge kann die Soll-AGR-Gasmenge und folglich die Soll-AGR-Rate mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, ohne durch die AGR-Gaszustandsgröße beeinflusst zu wer den. Besonders kann auch in dem Fall, dass die Steuerung bei einer hohen AGR-Rate wie sie bei der Schichtladeverbrennung erfolgt, eine hervorragende Verbrennungsleistung und Abgasemissionsleistung erreicht werden.
Eine weitere Verbesserung der vorliegenden Erfindung liegt in einem Verbrennungsmotor, der ein in einem Einlasssystem des Motors angeordnetes Drosselventil umfasst. Ein AGR-System enthält ein AGR-Ventil, das in einem AGR-Kanal angeordnet ist, der ein Abgassystem und das Einlasssystem verbindet, wobei AGR-Gas durch das AGR-Ventil zu dem Einlasssystem zurückgeführt wird. Ein Steuersystem umfasst einen Drosselventil-Betätigungsabschnitt zum Betätigen des Drosselventils; einen Motordrehzahl-Erfassungsabschnitt zum Erfassen einer Drehzahl des Motors; einen Einlassluftmengen-Erfassungsabschnitt zum Erfassen einer dem Motor zuzuführenden Menge an Einlassluft; einen Frischluftmengen-Umwandlungsabschnitt zum Umwandeln einer Menge des AGR-Gases in eine Menge von Frischluft entsprechend einer Zustandsgröße des AGR-Gases unter Verwendung eines Umwandlungskoeffizienten, um einen Frischluftmengen-Umwandlungswert zu gewinnen; einen Temperaturkorrekturglied-Berechnungsabschnitt zum Berechnen eines Korrekturgliedes bezüglich einer Temperatur in dem Einlasssystem für den Umwandlungskoeffizienten entsprechend wenigstens der Motordrehzahl; einen Druckkorrekturglied-Berechnungsabschnitt zum Berechnen eines Korrekturgliedes bezüglich eines Druckes in dem Einlasssystem für den Umwandlungskoeffizienten entsprechend wenigstens der Einlassluftmenge; einen Gesamtgasmengen-Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer dem Motor zuzuführenden Gesamtgasmenge entsprechend der Einlassluftmenge und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert der AGR-Gasmenge; einen Gesamtöffnungsflächen-Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Gesamtöffnungsfläche für das Drosselventil und das AGR-Ventil entsprechend der Gesamtgasmenge; einen Verhältnis-Berechnungsabschnitt zum Berechnen eines ersten Verhältnisses des Frischluftmengen-Umwandlungswertes der AGR-Gasmenge und der Gesamtgasmenge und eines zweiten Verhältnisses der Einlassluftmenge und der Gesamtgasmenge; einen Öffnungsflächen-Berechnungsabschnitt zum Berechnen jeweiliger Öffnungsflächen des Drosselventils und des AGR-Ventils durch Teilen der Gesamtöffnungsfläche entsprechend dem ersten und zweiten Verhältnis; einen Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt zum Berechnen jeweiliger Soll-Öffnungsgrade des Drosselventils und des AGR-Ventils entsprechend den jeweiligen Öffnungsflächen; einen Drosselventilöffnungsgrad-Steuerabschnitt zum Steuern des Drosselventil-Betätigungsabschnitts in einer Weise, dass das Drosselventil den Soll-Öffnungsgrad, der berechnet wurde, annimmt, und einen AGR-Ventilöffnungsgrad-Steuerabschnitt zum Steuern des AGR-Ventils in einer Weise, dass das AGR-Ventil den Soll-Öffnungsgrad, der berechnet wurde, annimmt.
Eine weitere Verbesserung der vorliegenden Erfindung liegt in einem Verbrennungsmotor, der ein in einem Einlasssystem des Motors angeordnetes Drosselventil umfasst. Ein AGR-System wird bereitgestellt, um AGR-Gas steuerbar zu dem Einlasssystem zurückzuführen. Das AGR-System enthält ein in einem AGR-Kanal angeordnetes AGR-Ventil zum strömenden Verbinden des Einlasssystems und eines Abgassystems des Motors, wobei das AGR-Ventil eingerichtet ist, eine Menge an aus dem Abgaskanal zu dem Einlassluftkanal zurückgeführtem AGR-Gas zu steuern. Ein Steuersystem umfasst einen Abschnitt zum Umwandeln einer Menge des AGR-Gases in eine Menge an Frischluft entsprechend der Zustandsgröße des AGR-Gases unter Verwendung eines Umwandlungskoeffizienten, um einen Frischluftmengen-Umwandlungswert zu gewinnen, wobei der Umwandlungskoeffizient entsprechend wenigstens einem Korrekturglied bezüglich einer Temperatur in dem Einlasssystem berechnet wird; einen Abschnitt zum Bestimmen einer Gesamtgasmenge entsprechend dem Frischluftmengen-Umwandlungswert und einer Einlassluftmenge oder einer Soll-Einlassluftmenge; einen Abschnitt zum Bestimmen einer Gesamtöffnungsfläche des Drosselventils und eines AGR-Ventils entsprechend der Gesamtgasmenge und einen Abschnitt zum Teilen der Gesamtöffnungsfläche entsprechend einem ersten Verhältnis des Frischluftmengen-Umwandlungswertes und der Gesamtgasmenge und einem zweiten Verhältnis der Einlassluftmenge und der Soll-Einlassluftmenge, um die erste Öffnungsfläche für das Drosselventil und die zweite Öffnungsfläche für das AGR-Ventil zu bestimmen.
Eine weitere Verbesserung der vorliegenden Erfindung liegt in einem Verbrennungsmotor, der ein in einem Einlassluftkanal angeordnetes Frischluftmengen-Dosierventil umfasst. Ein AGR-System wird bereitgestellt, um eine aus einem Abgaskanal zu dem Einlassluftkanal zurückgeführte Menge an AGR-Gas zu steuern. Das AGR-System umfasst einen AGR-Kanal, der den Abgaskanal und den Einlassluftkanal verbindet, und ein in dem AGR-Kanal angeordnetes AGR-Ventil. Ein Steuersystem wird bereitgestellt, um das AGR-Ventil und das Frischluft-Dosierventil zu steuern. Das Steuersystem umfasst einen Abschnitt zum Berechnen eines Frischluftmengen-Umwandlungswertes einer Menge des AGR-Gases, wobei der Frischluftmengen-Umwandlungswert eine Menge an Frischluft ist, die durch das AGR-System anstelle der Menge des AGR-Gases in das Einlasssystem einzuführen ist, und einen Abschnitt zum Steuern jeweiliger Öffnungsgrade des Drosselventils und des AGR-Ventils entsprechend dem Frischluftmengen-Umwandlungswert.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der ein AGR-System zum strömenden Verbinden eines Einlassluftkanals und eines Abgaskanals und zum Steuern einer aus dem Abgaskanal zu dem Einlassluftkanal zurückgeführten Menge an AGR-Gas und eines AGR-Ventils, das in einem AGR-Kanal angeordnet ist, der den Abgaskanal und den Einlasskanal verbindet. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) Berechnen eines Frischluftmengen-Umwandlungswertes einer Menge des AGR-Gases, wobei der Frischluftmengen-Umwandlungswert einer Menge an Frischluft entspricht, die in den Einlassluftkanal anstelle des AGR-Gases unter der Annahme eingeleitet würde, dass die Frischluft durch das AGR-System in den Einlassluftkanal eingeleitet wird, und (b) Steuern jeweiliger Öffnungsgrade des Frischluftmengen-Dosierventils und des AGR-Ventils entsprechend dem Frischluftmengen-Umwandlungswert.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Verweisnummern und -Zeichen gleiche Teile und Elemente überall in den Figuren.
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.
2 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine für ein Drosselventil und ein AGR-Ventil in dem Motor von 1.
3 ist eine schematische Darstellung ähnlich 1, zeigt aber eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Motors.
4 ist ein Flussdiagramm einer Steuerroutine für ein Hilfsluft-Steuerventil und ein AGR-Drosselventil und ein AGR-Ventil in dem Motor von 3.
5 ist eine Darstellung, die Zustandsänderungen von Frischluft und AGR-Gas in verschiedenen Abschnitten der Motoren von 1 und 3 zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm einer Routine zum Berechnen eines in der Steuerroutine von 2 und 4 benutzten Frischluftmengen-Umwandlungswertes.
7 ist ein Blockdiagramm, das einen Prozess zum Berechnen eines in der Steuerroutine von 2 und 4 benutzten Frischluftmengen-Umwandlungswertes zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Funktionsstruktur einer dritten Ausführung des erfindungsgemäßen Motors zeigt.
9 und 10 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerroutine zur Berechnung eines Soll-Öffnungsgrades eines Drosselventils und eines AGR-Ventils in dem Motor von 8 zeigt.
11 ist ein Blockdiagramm, das einen Prozess zum Berechnen des in der Steuerroutine von 9 und 10 benutzten Frischluftmengen-Umwandlungswertes zeigt.
12 ist ein Plan eines Temperaturverhältnisses für Schichtladeverbrennung, benutzt in der Steuerroutine von 9 und 10.
13 ist ein Plan eines Temperaturverhältnisses für homogene Ladeverbrennung, benutzt in der Steuerroutine von 9 und 10.
14 ist ein Plan einer Frischluftrate, benutzt in der Steuerroutine von 9 und 10.
15 ist ein Teil einer Steuerroutine ähnlich 9, zeigt aber die Steuerroutine einer vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Motors.
16 ist ein Teil eines Blockdiagramms ähnlich 11, zeigt aber den Prozess zur Berechnung des in der Steuerroutine von 15 benutzten Frischluftmengen-Umwandlungswertes.
Nun auf 1 verweisend wird eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors durch Verweis E dargestellt. Der Motor E ist für ein Kraftfahrzeug und umfasst einen Motor-Hauptkörper 4 mit einer Vielzahl von Zylindern C, obwohl nur ein Zylinder C gezeigt ist. Eine Verbrennungskammer 4a ist in dem Zylinder C zwischen einem Kolben 4b und einem Zylinderkopf 4c definiert. Der Motor E umfasst werter ein Steuersystem S, das einen Gaspedalbetätigungsbetragssensor 1 zum Erfassen eines Betätigungsbetrags θa eines von dem Fahrer (nicht gezeigt) betätigten Gaspedals (nicht gezeigt) enthält. Der Gaspedalbetätigungsbetrag θa entspricht einer von dem Fahrer verlangten Motorlast oder Drehkraft. Das Steuersystem S umfasst weiter einen Kurbelwinkelsensor 2, der einen Teil eines Motorbetriebszustands-Erfassungsabschnitts (nicht gezeigt) bildet. Der Kurbelwinkelsensor 2 ist eingerichtet, ein Positionssignal bei jeder Kurbelwinkeleinheit und ein Standardsignal bei einem Kurbelwinkel zu erzeugen, der jedem Hub des Kolbens in dem Zylinder C entspricht. Eine Motordrehzahl kann durch Messen der Zahl der pro Zeiteinheit erzeugten Positionssignale oder durch Messen des Erzeugungszyklusses des Standardsignals erfasst werden. Ein Luftflussmesser 3, der einen Teil des Motorbetriebszustands-Erfassungsabschnitts bildet, ist eingerichtet, eine Einlassluftmenge des Motor-Hauptkörpers 4 zu erfassen. Die Einlassluftmenge ist eine Menge von Einlassluft, die dem Motor-Hauptkörper 4 pro Zeiteinheit zuzuführen ist. Ein Motorkühlmittel-Temperatursensor 5, der einen Teil des Motorbetriebszustands-Erfassungsabschnitts bildet, ist eingerichtet, eine Temperatur des Motorkühlmittels in dem Motor-Hauptkörper 4 zu erfassen.
Der Motor-Hauptkörper 4 ist mit einem Kraftstoff-Einspritzventil G versehen, das Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 4a einspritzt. Das Kraftstoff-Einspritzventil 6 wird betätigt, um Kraftstoff entsprechend einem Kraftstoff-Einspritzsignal einzuspritzen. Eine Zündkerze 7 ist in dem Zylinderkopf 4c so installiert, dass ihre (mit Elektroden versehene) Spitze in die Verbrennungskammer 4a hineinragt. Die Zündkerze 7 ist eingerichtet, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 4a zu zunden. Ein solches Zylinder-Direkteinspritzsystem, bei dem Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 4a von dem Kraftstoff-Einspritzventil 6 eingespritzt wird, macht es möglich, eine so genannte Schichtladeverbrennung zustande zu bringen, wodurch ein Motorbetrieb bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch erreicht wird. Dieses System kann ein Luft-Kraftstoff-Gemisch des der Verbrennungskammer 4a zuzuführenden Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem weiten Bereich variabel steuern.
Der Motor-Hauptkörper 4 ist mit einem Einlassluftkanal 8 versehen, durch den Einlassluft in die Zylinder C fließt. Der Einlassluftkanal 8 bildet einen Teil eines Einlasssystems (nicht gezeigt) des Motors E. Ein Drosselventil 9 ist in dem Einlassluftkanal 8 angeordnet. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 9 wird durch einen DC-Motor oder dergleichen durch eine Drosselventil-Steuervorrichtung 10 elektronisch gesteuert. Das Drosselventil 9 bildet ein Frischluftmengen-Dosierventil zum Steuern einer Frischluftmenge, die eine Luftmenge ohne AGR-Gas oder Abgas ist.
Jeder der oben beschriebenen Sensoren ist eingerichtet, elektrische Signale auszugeben, die eine erfasste Sache oder einen Motorbetriebszustand darstellen. Solche Signale von den Sensoren werden in eine elektronische Steuereinheit 11 eingegeben. Entsprechend einem Motorbetriebszustand, der entsprechend den Signalen von den Sensoren erfasst wird, erzeugt die Steuereinheit 11 ein Drosselventil-Steuer- (Antriebs) Signal, das der Drosselventil-Steuervorrichtung 10 zuzuführen ist, das Kraftstoff-Einspritzsignal, das dem Kraftstoff-Einspritzventil 6 zuzuführen ist, und ein der Zündkerze 7 zuzuführendes Zündsignal. Das Drosselsteuersignal steuert den Öffnungsgrad des Drosselventils 9. Das Kraftstoff-Einspritzsignal steuert eine Kraftstoff-Einspritzmenge (oder eine von dem Kraftstoff-Einspritzventil 6 in die Zylinder C einzuspritzende Kraftstoffmenge) des Kraftstoff-Einspritzventils 6. Das Zündsignal steuert die Zündkerze 7 so, dass ein Funkenzeitpunkt der Zündkerze 7 bestimmt und ein Funke zu dem Funkenzeitpunkt erzeugt wird, um dadurch das Luft-Kraftstoff Gemisch in der Verbrennungskammer 4a zu zünden.
Der Motor-Hauptkörper 4 ist weiter mit einem Abgaskanal 12 ausgestattet, durch den Abgas von den Zylindern C fließt, um aus dem Motor E ausgestoßen zu werden. Der Abgaskanal bildet einen Teil eines Abgassystems (nicht gezeigt) des Motors E. Ein AGR- (Abgasrückführ) Ventil 14, das einen Teil eines AGR-Systems (nicht gezeigt) bildet, ist in einem AGR- Kanal 13 angeordnet, der den Abgaskanal 12 und den Einlassluftkanal 8 verbindet. Der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 14 wird durch einen Schrittmotor oder dergleichen durch eine AGR-Steuervorrichtung 15 elektronisch gesteuert.
Unter der Aktion der Steuereinheit 11 wird eine Soll-Einlassluftmenge Qa entsprechend dem Gaspedalbetätigungsbetrag θa und der Motordrehzahl Ne berechnet, wie später erörtert wird. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 9 wird entsprechend dem an die Drosselventil-Steuervorrichtung 10 gelieferten Drosselventil-Steuereignal gesteuert, wobei das Drosselventil-Steuersignal den Öffnungsgrad des Drosselventils 9 so regelt, dass die Soll-Einlassluftmenge Qa erhalten wird. Außerdem wird Abgasrückführung (AGR) in einem vorbestimmten Motorbetriebsbereich durchgeführt, der durch eine Motorlast und die Motordrehzahl Ne dargestellt wird. Die Motorlast wird durch den Gaspedalbetätigungsbetrag θa, eine Kraftstoff Einspritzmenge (oder eine Menge an Kraftstoff, die von dem Kraftstoff-Einspritzventil 6 einzuspritzen ist) oder dergleichen dargestellt. Während der Abgasrückführung, bei der AGR-Gas (oder Abgas) zu dem Einlassluftkanal 8 rückgeführt wird, gibt die Steuereinheit 11 ein solches AGR-Steuersignal, um eine Soll-AGR-Rate Regr (eine AGR-Gasmenge / die Einlassluftmenge) an die AGR-Steuervorrichtung 15 aus, um dadurch den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 14 zu steuern. Die AGR-Gasmenge ist eine zu dem Einlassluftkanal 8 rückgeführte Abgasmenge.
Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 16 ist in dem Abgaskanal 12 angeordnet, um die Konzentration einer bestimmten Komponente (z.B. Sauerstoff) des Abgases zu erfassen, um dadurch ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des den Zylindern C zuzuführenden Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erhalten.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise des Motors E mit Verweis auf 2 erörtert, die ein Flussdiagramm der Hauptroutine einer Einlasssteuerung zeigt, die eine Steuerung von Frischluft und eine Steuerung von AGR-Gas umfasst.
In Schritt S1 werden der durch die Sensoren erfasste Gaspedalbetätigungsbetrag θa und die Motordrehzahl Ne in die Steuereinheit 11 eingegeben.
In Schritt S2 werden die Soll-Einlassluftmenge Qa und die Soll-AGR-Rate Regr entsprechend dem erfassten Gaspedalbetätigungsbetrag θa und der Motordrehzahl Ne berechnet.
In Schritt S3 wird eine Soll-AGR-Gasmenge Qegr (oder eine zu dem Einlassluftkanal 8 zu rückgeführte Sollmenge an AGR-Gas) entsprechend der Soll-Einlassluftmenge Qa und der Soll-AGR-Rate Regr gesteuert.
In Schritt S4 wird die Soll-AGR-Gasmenge Qegr in die Frischluftmenge umgewandelt, um einen Frischluftmengen-Umwandlungswert [Qegr]a zu gewinnen, durch Einleiten von Frischluft anstelle des AGR-Gases. Mit anderen Worten, der Frischluftmengen-Umwandlungswert entspricht einer Menge an Frischluft, die in den Einlassluftkanal 8 durch das AGR-Ventil 14 anstelle von AGR-Gas (Abgas) unter der Annahme einzuleiten ist, dass die Frischluft durch das AGR-Ventil 14 in den Einlassluftkanal 8 eingeleitet wird. Das heißt, ein Frischluftmengen-Umwandlungswert [Qegr]a wird berechnet durch Multiplizieren der Soll-AGR-Gasmenge Qegr mit einem Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten KQEGA, der durch eine später erörterte getrennte Routine berechnet wird.
In Schritt S5 wird eine Gesamtgasmenge auf der Frischluftumwandlung berechnet durch Addieren der Soll-Einlassluftmenge Qa und des Frischluftmengen-Umwandlungswertes [Qegr]a berechnet.
In Schritt S6 wird eine Gesamtöffnungsfläche Agas, die der Gesamtgasmenge (Qa+[Qegr]a) entspricht, berechnet.
Die Gsamtöffnungsfläche Agas, die benötigt wird, um der Frischluft in der Frischluftmenge Qa und dem AGR-Gas in der AGR-Gasmenge Qegr zu erlauben, durch das Drosselventil und das AGR-Ventil zu fließen, ist durch die folgende Gleichung gegeben: Agas = Aath + Aev = Qa / (path × Vath) + Qegr / (pev × Vev) wo Aath eine Öffnungsfläche des Drosselventils 9 ist, Aev eine Öffnungsfläche des AGR-Ventils 14 ist, path eine Dichte von Frischluft ist, die durch das Drosselventil fließt, Vath eine Flussgeschwindigkeit der Frischluft ist, pev eine Gasdichte von AGR-Gas ist, das durch das AGR-Ventil fließt, und Vev eine Flussgeschwindigkeit des AGR-Gases ist.
Der Frischluftmengen-Umwandlungswert [Qegr]a von AGR-Gas, das durch das AGR-Ventil mit der Öffnungsfläche Aev fließt, ist durch die folgende Gleichtung gegeben: [Qegr]a = Aev × path × Vath = (path × Vath) / (pev × Vev) × Qegr
Die Gesamtöffnungsfläche Agas wird folglich durch die Frischluftmenge Qa und den Frischluftmengen-Umwandlungswert [Qegr]a wie folgt dargestellt: Agas = (Qa + [Qegr]a) / (path × Vath)
In Schritt S7 wird die Gesamtöffnungsfläche Agas in eine Öffnungsfläche Aath des Drosselventils 9 und eine Öffnungsfläche Aev des AGR-Ventils entsprechend einem Verhältnis zwischen der Soll-Einlassluftmenge Qa und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert [Qegr]a der Soll-AGR-Gasmenge geteilt, wie durch die folgenden Gleichungen dargestellt: Aath = Qa / (Qa + [Qegr]a) × Agas Aev = [Qegr]a / (Qa + [Qegr]a) × Agas
In Schritt S8 wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 9 entsprechend der Drosselventil-Öffnungsfäche Aath unter der Aktion der Drosselventil-Steuervorrichtung 10 gesteuert. Außerdem wird der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 14 entsprechend der AGR-Ventil-Öffnungsfläche Aev unter der Aktion der AGR-Ventil-Steuervorrichtung 15 gesteuert.
3 zeigt eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Motors E, die ähnlich der ersten Ausführung von 1 und 2 ist, mit der Ausnahme, dass ein Drosselventil 9' in Bezug auf ein von dem Fahrer betätigtes Gaspedal nicht elektronisch oder mechanisch gesteuert wird.
Bei dieser Ausführung wird das Drosselventil 9' als Reaktion auf die Betätigung des Gaspedals betätigt. Ein Drosselventil-Öffnungsgradsensor 21 wird bereitgestellt, um einen Drosselventil-Öffnungsgrad TVO (oder der Öffnungsgrad des Drosselventils 9') zu erfassen und ein Drosselventil-Öffnungsgradsignal, das den Öffnungsgrad darstellt, an die Steuereinheit 11 auszugeben. Außerdem wird ein Hilfsluftkanal 22 bereitgestellt, der das Drosselventil 9' umgeht, um die Oberstrom- und Unterstromseiten des Drosselventils 9' in dem Einlasskanal 8 zu verbinden. Ein Hilfsluft-Steuerventil 23 ist in dem Hilfsluftkanal 22 angeordnet und wird durch die Hilfsluftventil-Steuervorrichtung 24 entsprechend einem von der Steuereinheit 11 eingegebenen Antriebssignal steuerbar betätigt.
Während des Leerlaufbetriebs des Motors E wird das Hilfsluft-Steuerventil 23 betätigt, um eine Luftmenge (oder Hilfsluftmenge), die durch den Hilfsluftkanal 22 fließt, zu steuern, um dadurch eine gewöhnliche Leerlauf-Motordrehzahlsteuerung zu erzielen, bei der die Motordrehzahl rückkopplungsgesteuert auf eine Soll-Motordrehzahl geregelt wird. Außerdem wird bei dieser Ausführung die Soll-Einlassluftmenge Qa entsprechend dem Drosselventil-Öffnungsgrad TVO und der Motordrehzahl Ne festgelegt. Die Einlassluftmenge Qa kann gesteuert werden, um eine Fehlmenge der Einlassluftmenge von Einlassluft, die durch das Drosselventil 9' fließt, in Bezug auf die Soll-Einlassluftmenge Qa mit der Hilfsluftmenge auszugleichen.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise des Motors E dieser Ausführung mit Verweis auf 4 beschrieben, die ein Flussdiagramm der Hauptroutine einer Einlasssteuerung zeigt, die eine Steuerung von Frischluft und eine Steuerung für AGR-Gas umfasst.
In Schritt S1A werden der Drosselventil-Öffnungsgrad TVO und die Motordrehzahl Ne in die Steuereinheit 11 eingegeben.
In Schritt S2A werden die Soll-Einlassluftmenge Qa und die Soll-AGR-Rate Regr entsprechend dem erfassten Drosselventil-Öffnungsgrad TVO und der Motordrehzahl Ne berechnet.
In Schritt S3A wird die Soll-AGR-Gasmenge (oder die zu dem Einlassluftkanal 8 zurückgeführte Menge an AGR-Gas) entsprechend der Soll-Einlassluftmenge Qa und der Soll-AGR-Rate Regr gesteuert.
In Schritt S4A wird die Soll-AGR-Gasmenge Qegr in die Frischluftmenge umgewandelt, die durch Einleiten von Frischluft anstelle des AGR-Gases erhalten wird.
In Schritt S5A wird die Gesamtgasmenge auf der Frischluftumwandlung berechnet durch Addieren der Soll-Einlassluftmenge Qa und des Frischluftmengen-Umwandlungswertes [Qegr]a.
In Schritt S6A wird die Gesamtöffnungsfläche Agas, die der Gesamtgasmenge (Qa+[Qegr]a) entspricht, berechnet.
In Schritt S7A wird die Gesamtöffnungsfläche Agas auf eine Gesamtöffnungsfläche Aa zum Einleiten von Einlassluft in einer Frischluftmenge und die Öffnungsfläche Aev des AGR-Ventils 14 entsprechend einem Verhältnis zwischen der Soll-Einlassluftmenge Qa und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert [Qegr]a der Soll-AGR-Gasmenge verteilt. Die Gesamtöffnungsfläche Aa ist eine Summe einer Öffnungsfläche Atha des Drosselventils 9' zum Steuern der Frischluftmenge und einer Öffnungsfläche Abpa des Hilfsluft-Steuerventils 23.
In Schritt S8A wird die Öffnungsfläche Abpa des Hilfsluft-Steuerventils 23 berechnet durch Subtrahieren der Drosselventil-Öffnungsfläche Atha, die dem Öffnungsgrad des Drosselventils 9' entspricht, von der Gesamtöffnungsfläche Aa zum Einleiten der Einlassluft in der Frischluftmenge.
In Schritt S9A wird der Öffnungsgrad des Hilfsluft-Steuerventils 23 entsprechend dem Öff nungsgrad Abpa des Hilfsluft-Steuerventils 23 unter der Aktion der Hilfsluftventil-Steuervorrichtung 24 gesteuert. Außerdem wird der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 14 entsprechend der AGR-Ventil-Öffnungsfläche Aev unter der Aktion der AGR-Ventil-Steuervorrichtung 15 gesteuert.
Als Nächstes wird die Berechnung des Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten KQEGA, der bei der Steuerung des Motors E in der ersten und zweiten Ausführung benutzt wird, mit Verweis auf 5 erörtert.
In 5 wird die Zustandsänderung von Frischluft und AGR-Gas in verschiedenen Abschnitten des Motors E gezeigt, wobei die AGR-Gasmenge Qegr von AGR-Gas, das durch das AGR-Ventil 23 mit der Öffnungsfläche Aev fließt, durch die folgende Gleichung gegeben ist: Qegr = Aev × pev × Vev wo pev eine Gasdichte von AGR-Gas ist, das durch das AGR-Venrtil fließt, und Vev eine Flussgeschwindigkeit des AGR-Gases ist.
Der Frischluftmengen-Umwandlungswert [Qegr]a des AGR-Gases, das durch das AGR-Ventil 23 mit der Öffnungsfläche Aev fließt, ist durch die folgende Gleichung gegeben: [Qegr]a = Aev × path × Vath wo path eine Dichte von Frischluft ist, die durch das Drosselventil fließt, und Vath eine Flussgeschwindigkeit der Frischluft ist.
Der Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizient KQEGA (= [Qegr]a / Qegr) wird folglich durch Gleichung (1) dargestellt.
darin ist paO eine Dichte von Luft; peO ist eine Dichte von AGR-Gas; κa ist ein Verhältnis von spezifischer Wärme von Frischluft; κe ist ein Verhältnis von spezifischer Wärme von AGR-Gas; CPa ist eine spezifische Wärme von Frischluft; Cpe ist eine spezifische Wärme von AGR-Gas; Ma ist ein mittleres Molekulargewicht von Frischluft; Meist ein mittleres Molekulargewicht von AGR-Gas; TaO ist eine Temperatur von Frischluft; TeO ist eine Temperatur von AGR-Gas; Tm ist eine Gastemperatur in dem Einlassluftkanal; PaO ist atmosphärischer Druck; PeO ist ein Druck von Abgas; Pm ist ein Druck in dem Einlassluftkanal; Path ist ein Druck in einem Abschnitt (Drosselventilabschnitt), wo das Drosselventil angeordnet ist; Pev ist ein Druck in einem Abschnitt (AGR-Ventilabschnitt), wo das AGR-Ventil angeordnet ist; Kkp ist ein Verhältniskorrekturglied der spezifischen Wärme; Km ist ein Molekulargewichts-Korrekturglied; Kt ist ein Temperaturkorrekturglied; Kp ist ein Druckkorrekturglied; Kpma ist ein Differenzdruck-Korrekturglied und Kpme ist ein Abgasdifferenzdruck-Korrekturglied.
Im Folgenden wird die Berechnung des Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten KQEGA mit Verweis auf ein Flussdiagramm von 6 und ein Blockdiagramm von 7 im Detail erörtert.
In Schritt S11 wird das in der obigen Gleichtung (1) benutzte Spezifische-Wärme-Verhältnis-Korrekturglied Kkp berechnet (s. Block "a" in 7). Hier ist das Spezifische-Wärme-Verhältnis κa von Luft ein konstanter Wert von 1.4. Das Spezifische-Wärme-Verhältnis κe von AGR-Gas (Abgas) nimmt einen Wert in einem Bereich von 1.33 bis 1.40 entsprechend der Temperatur und einem Frischluftüberschussfaktor λa (oder Luftüberschussfaktor λ = Menge an zugeführter Luft / Theoretische Anforderung) an, jedoch erfolgt die Berechnung hier unter der Annahme, dass das Spezifische-Wärme-Verhältnis 1.36 und konstant ist. Der Grund ist, dass der Schwankungsbereich des Spezifische-Wärme-Verhältnisses schmal ist und daher der Fehler klein sein wird unter der Annahme, dass das Spezifische-Wärme-Verhältnis ein Mittelwert in dem obigen Bereich und konstant ist.
In Schritt S12 wird das Molekulargewichts-Korrekturglied berechnet (s. Block "b" in 7). Hier nimmt Luft ein Molekulargewicht Ma an, das 28.964 und konstant ist. AGR-Gas nimmt ein Molekulargewicht Me an, das in einem Bereich von 29.2 bis 30.4 entprechend dem Frischluftüberschussverhältnis λa liegt, das bewirkt, dass eine Gaszusammensetzung sich verändert, jedoch erfolgt die Berechnung unter der Annahme, dass das Molekulargewicht 29.5 und konstant ist. Der Grund ist, dass der Schwankungsbereich des Molekulargewichts von AGR-Gas schmal ist und daher der Fehler klein sein wird unter der Annahme, dass das Spezifische-Wärme-Verhältnis ein Mittelwert in dem obigen Bereich und konstant ist.
In Schritt S13 wird das Temperatur-Korrekturglied Kt berechnet: Das heißt, ein Abgastemperaturverhältnis (TeO/TaO) der Abgastemperatur TeO in Bezug auf die (Standard) Frischlufttemperatur TaO wird bestimmt, z.B. durch Absuchen einer Tabelle oder einer Karte, die entsprechend experimentell erlangter Daten in Form von Motordrehzahlen vorbereitet wurde (s. Block "c" in 7). Anschließend wird die Quadratwurzel des obigen Abgastemperaturverhältnisses (TeO/TaO) durch Absuchen einer Tabelle oder einer Karte oder durch Berechnen bestimmt (s. Block "d" in 7).
In Schritt S14 wird das Druckkorrekturglied Kp berechnet. Das heißt, ein Abgasdruckverhältnis (PeO/PaO) des Abgasdruckes PeO in Bezug auf den (Standard) Frischluftdruck (atmosphärischer Druck) wird bestimmt, z.B. durch Absuchen einer Tabelle oder Karte, die entsprechend experimentell erhaltener Daten in Form der Einlassluftmenge Qa vorbereitet wurde (s. Block "e" in 7). Man beachte, dass die Soll-Einlassluftmenge oder ein Erfassungswert durch den Luftflussmesser als die Einlassluftmenge Qa benutzt wird, die in der Tabelle oder der Karte benutzt wird.
Nach Schritt S14 werden das Frischluftdifferenzdruck-Korrekturglied Kpma und das Abgasdifferenzdruck-Korrekturglied Kpme berechnet.
Um die Berechnung der obigen Differenzdruck-Korrekturglieder durchzuführen, werden hier die Temperatur Tm und der Druck Pm in dem Einlassluftkanal (oder einen Einlasssystem) bestimmt. Man beachte, dass die Temperatur Tm gleich dem Druck Path in dem Drosselventilabschnitt und gleich dem Druck Pev in dem AGR-Ventilabschnitt ist. Die Temperatur Tm in dem Einlassluftkanal wird entsprechend der Enthalpie von Frischluft und AGR-Gas (Abgas) bestimmt. In Schritt S15 wird ein Temperaturverhältnis Ktma (= Tm/TaO) der Gastemperatur Tm in dem Einlassluftkanal in Bezug auf die Temperatur TaO von Frischluft durch Gleichung (2) berechnet (s. Block "f' in 7). Ktma = Tm/TaO = (Cpa + Regr × Cpe × TeO/TaO) / (Cpa + Regr × Cpe) (2)darin ist Cpa eine spezifische Wärme von Frischluft; Cpe ist eine spezifische Wärme von Abgas, und Regr ist die AGR-Rate. Das in Schritt S13 bestimmte Abgastemperaturverhältnis wird als das Temperaturverhältnis (TeO/TaO) benutzt.
Anschließend wird in Schritt S16 ein Frischluftdruckverhöltnis (Pm/PaO) berechnet (s. Block "g" in 7). Das heißt, zuerst wird der Druck Pm in dem Einlassluftkanal unter Verwendung einer Zustandsgleichtung entsprechend Gleichung (3) berechnet. Pm = (1 + Regr × (Re/Ra)) × (Ra × Qa × Tm) / Vm =(1+Regr × (Re/Ra)) × ((Qacy1 × Ra × TaO) / (Pao × Vecy1 × ηn)) × PaO × (Tm/TaO) (3)dann ist Ra eine Gaskonstante von Frischluft; Re ist eine Gaskonstante von Abgas; ηn ist ein Ladungswirkungsgrad von Einlassluft (Frischluft + AGR-Gas); Qacy1 ist eine (angesaugte) Frischluftmenge pro Zyklus eines Zylinders C, und Vecy1 ist ein angesaugtes Volumen pro Zyklus des Zylinders C.
Das Frischlufttemperaturverhältnis (Pm/PaO) wird folglich durch Gleichung (4) berechnet. Pm/PaO = (1 + Regr × (Re/Ra)) × Ktma × Tp / (Tp100 × ηn) (4)darin ist Ra die Gaskonstante von Frischluft; Re ist eine Gaskonstante von Abgas; ηn ist ein Ladungswirkungsgrad von Einlassluftt (Frischluft + AGR-Gas), und Tp100 ist eine Standardimpulsbreite, die einer Einlassluftmenge bei einem Ladungswirkungsgrad von 100% entspricht. In dieser Hinsicht ist unter der Annahme, dass die Einlassluftmenge Qacy10 ist, Qacy10 = PaO × Vecy1 / (Ra × TaO). Die tatsächliche Einlassluftmenge Qacy1 kann durch die Standardimpulsbreite Tp ersetzt werden. Desgleichen kann Qacy1 durch Tp100 ersetzt werden. Hier stellt das letze Glied des rechten Elements die Rate von Frischluft dar.
In Schritt S17 wird das Frischluftdifferenzdruck-Korrekturglied Kpma unter Verwendung des obigen Frischluftdruckverhältnisses Pm/PaO berechnet (s. Block "h" in 7).
In Schritt S18 wird das Abgasdruckverhältnis Pm/PeO berechnet durch Teilen des obigen Frischluftdruckverhältnisses Pm/PaO durch Kp (= PeO/PaO) (s. Block "i" in 7).
In Schritt S19 wird das Abgasdifferenzdruck-Korrekturglied Kpme unter Verwendung des obigen Abgasdruckverhältnisses Pm/PeO berechnet (s. Block "j" in 7).
In Schritt S20 wird der Frischluftmengen-Umwandiungskoeffizient KQEGA berechnet, indem die oben bestimmten jeweiligen Korrekturglieder miteinander multipliziert werden.
Andernalls kann der Frischluftmengen-Umwandlungswirkungsgrad KQEGA bestimmt werden, indem ein Datenplan des Frischluftmengen-Umwandlungswirkungsgrades KQEGA in Form von Motorbetriebsbedingungen abgesucht wird, der unter Verwendung theoretischer Formeln des Frischluftmengen-Umwandlungswirkungsgrades KQEGA vorbereitet wurde. Das heißt, der Frischluftmengen-Umwandlungswirkungsgrad KQEGA kann entsprechend der Einlassluftmenge Qa, und der Motordrehzahl Ne und der AGR-Raten bestimmt werden, und daher wird ein Plan, dessen Parameter AGR-Rate ist, entsprechend der Einlassluftmen ge Qa und der Motordrehzahl Ne vorbereitet.
8 bis 10 zeigen eine dritte Ausführung des erfindungsgemäßen Motors E, der ähnlich dem der ersten Ausführung in 1 ist. Bei dieser Ausführung wird während eines Motorbetriebsbereichs mit niedriger und mittlerer Last Kraftstoff von dem Kraftstoff-Einspritzventil 6 in die Verbrennungskammer 4a bei einem Kompressionshub jedes Zylinders C eingespritzt, wodurch Schichten eines verbrennbaren Gemischs um die Zündkerze 7 herum gebildet werden, um eine Schichtladeverbrennung zustande zu bringen, bei der die Kraftstoffkonzentrationsverteilung nicht homogen ist. In einem Hochlast-Motorbetriebsbereich wird Kraftstoff von dem Kraftstoff-Einspritzventil 6 in die Verbrennungskammer 4a bei dem Einlasshub jedes Zylinders C eingespritzt, wodurch ein im Allgemeinen homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 4a gebildet wird, um eine Verbrennung mit homogener Ladung zustande zu bringen, bei der die Kraftstoffkonzentrationsverteilung homogen ist.
Bei dieser Ausführung wird die Steuerung von AGR-Gas entsprechend Steuersignalen von der Steuereinheit 11 durchgeführt. Das heißt, die Steuerung von AGR-Gas wird während der obigen Schichtladeverbrennung durchgeführt und während der homogenen, mageren Ladeverbrennung unterbunden, zu der von der Schichtladeverbrennung gewechselt wird, jedoch wird die Steuerung von AGR-Gas während der homogenen Ladeverbrennung unter einer Rückkopplungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt.
Die Funktion der Steuereinheit 11 in dem Steuersystem S dieser Ausführung wird mit Verweis auf 8 erörtert. Die Steuereinheit 11 ist eingerichtet, eine Drehkraftbedarfssteuerung durchzuführen, bei der der Öffnungsgrad des Drosselventils 9 geregelt wird, um bei dem mit dem elektronisch gesteuerten Drosselventil 9 versehenen Motor eine Soll-Drehkraft zu erhalten, die entsprechend dem Betätigungsbetrag des Gaspedals, der Motordrehzahl und dergleichen festgelegt wurde.
Die Steuereinheit 11 umfasst einen Frischluftmengen-Umwandlungsabschnitt 3A zum Umwandeln einer Menge das AGR-Gases in eine Menge an Frischluft entsprechend einer Zustandsgröße des AGR-Gases unter Verwendung eines Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten, um einen Frischluftmengen-Umwandlungswert zu gewinnen. Ein Temperaturkorrekturglied-Berechnungsabschnitt 3B wird bereitgestellt, um ein Korrekturglied bezüglich einer Temperatur in dem Einlasssystem für den Umwandlungskoeffizienten entsprechend wenigstens der Motordrehzahl Ne zu berechnen. Ein Druckkorrekturglied-Berechnungsab schnitt 3C wird bereitgestellt, um ein Korrekturglied bezüglich eines Drucks in dem Einlasssystem für den Umwandlungskoeffizienten entsprechend wenigstens der Einlassluftmenge Qa zu berechnen, Ein Gesamtgasmengen-Berechnungsabschnitt 3D wird bereitgestellt, um eine dem Motor zuzuführende Gesamtgasmenge entsprechend einer Soll-Einlassluftmenge, die einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert der AGR-Gasmenge zu berechnen. Hier kann die Soll-Einlassluftmenge bestimmt werden, indem eine Soll-Grundeinlassluftmenge, die einem Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, durch ein Soll-Äquivalenzverhältnis geteilt wird, wobei die Soll-Grundeinlassluftmenge entsprechend dem Gaspedal-Betätigungsbetrag und der Motordrehzahl bestimmt wird.
Ein Gesamtöffungsflächen-Berechnungsabschnitt 3E wird bereitgestellt, um eine Gesamtöffnungsfläche für das Drosselventil 9 und das AGR-Ventil 14 entsprechend der Gesamtgasmenge zu berechnen. Ein Verhältnis-Berechnungsabschnitt 3F wird bereitgestellt, um ein erstes Verhältnis des Frischluftmengen-Umwandlungswertes der AGR-Gasmenge und der Gesamtgasmenge und ein zweites Verhältnis der Einlassluftmenge und der Gesamtgasmenge zu berechnen. Ein Öffnungsflächen-Berechnungsabschnitt 3G wird bereitgestellt, um jeweilige Öffnungsflächen des Drosselventils 9 und des AGR-Ventils 14 durch Teilen der Gesamtöffnungsfläche entsprechend dem ersten und zweiten Verhältnis zu berechnen. Ein Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 3H wird bereitgestellt, um jeweilige Soll-Öffnunggrade des Drosselventils 9 und des AGR-Ventils 14 entsprechend den jeweiligen Öffnungsflächen zu berechnen. Ein Drosselventilöffnungsgrad-Steuerabschnitt 31 wird bereitgestellt, um den Drosselventil-Betätigungsabschnitt (Drossel-Aktuator oder Drosselventil-Steuervorrichtung 10) in einer Weise zu steuern, dass das Drosselventil den Soll-Öffnungsgrad annimmt, der berechnet wurde. Außerdem wird ein AGR-Ventil-Öffnungsgrad-Steuerabschnitt 3J bereitgestellt, um das AGR-Ventil in einer Weise zu steuern, dass das AGR-Ventil den Soll-Öffnungsgrad annimmt, der berechnet wurde.
Im Folgenden werden die genauen Funktionen des obigen Frischluftmengen-Umwandlungsabschnitts 3A, des Temperaturkorrekturglied-Berechnungsabschnitts 3B und des Druckkorrekturglied-Berechnungsabschnitts 3C erörtert.
Die Rechenfunktion für den Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten KQEGA und die Rechenfunktion für die Soll-Öffnungsgrade des Drosselventils 9 und des AGR-Ventils 14 werden mit Verweis auf Flussdiagramme in 9 und 10 und ein Blockdiagramm in 11 erörtert. Der Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizient KQEGA wird hier durch die theoretische Gleichung (1) in Verbindung mit der ersten Ausführung berechnet.
In Schritt S101 wird eine Soll-Drehkraft TTC entsprechend dem durch den Gaspedal-Betätigungsbetragssensor 1 erfassten Gaspedal-Betätigungsbetrag θa und der durch den Kurbelwinkelsensor 2 erfassten Motordrehzahl Ne berechnet.
In Schritt S102 wird festgetellt, ob die Schichtladeverbrennung und die homogene Ladeverbrennung in jedem Zylinder durchgeführt werden. Im Fall der Schichtladeverbrennung wird in Schritt S103A eine Soll-AGR-Rate TEGR berechnet. Im Fall der homogenen Ladeverbrennung wird in Schritt S103B die Soll-AGR-Rate TEGR berechnet.
In Schritt S104 wird ein Plan (gezeigt in 12) eines Temperaturverhältnisses REXTMP (zwischen Abgas und Frischluft) in einen für Schichtladeverbrennung gewechselt. Mit anderen Worten, der Plan für Schichtladeverbrennung wird gewählt. Das heißt, das Temperaturverhältnis ist ein Verhältnis von Abgasabsoluttemperatur zu Standard-Absoluttemperatur. In dem Plan wird das Temperaturverhältnis in Form von Motordrehzahl und Drehkraft (die Soll-Drehkraft) dargestellt.
In Schritt S105 wird ein Plan (gezeigt in 13) des Temperaturverhältnisses REXTMP (zwischen Abgas und Frischluft) in einen für homogene Ladeverbrennung gewechselt. Mit anderen Worten, der Plan für homogene Ladeverbrennung wird gewählt. In dem Plan wird das Temperaturverhältnis in Form von Motordrehzahl und Drehkraft (die Soll-Drehkraft) dargestellt.
In Schritt S106 wird das Temperaturverhältnis REXTMP entsprechend der Motordrehzahl und der Soll-Drehkraft mit Verweis auf den Plan (in 12) für Schichtladeverbrennung gesucht. Dies erfolgt durch einen Temperaturverhältnis-Berechnungsabschnitt 3a in 11.
In Schritt S107 wird das Temperaturverhältnis REXTMP entsprechend der Motordrehzahl und der Soll-Drehkraft mit Verweis auf den Plan (in 13} für homogene Ladeverbrennung gesucht. Dies erfolgt durch einen Temperaturverhältnis-Berechnungsabschnitt 3a in 11.
Der Grund, warum der Wechsel zwischen dem Plan für Schichtladeverbrennung und dem Plan für homogene Ladeverbrennung vollzogen wird, ist, dass sich die Temperatur von Abgas entsprechend der Verbrennungsbedingung (Schichtladeverbrennung oder homogene Ladeverbrennung) selbst bei der gleichen Mototdrehzahl, Soll-Drehkraft oder Pulsbrteite TP, die der Einlassluftmenge für den Zylinder C entspricht, in einem Motor ändert, wo sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis über einen weiten Bereich ändert, z.B. ein Verbrennungsmotor mit Zylinderdirekteinspritzung, bei dem Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt wird. Andernfalls kann nur ein Plan anstelle der Pläne in 12 und 13 benutz werden, wobei eine Verarbeitung vorgenommen wird, um einen im Plan gesuchten Wert entsprechend der Verbrennungsbedingung zu korrigieren. Eine solche Ausführung, wo diese Verarbeitung vorgenommen wird, wird später erörtert.
In Schritt S108 wird die Quadratwurzel Kt entsprechend dem Temperaturverhältnis mit Verweis auf eine Tabelle für die Quadratwurzel des Temperaturverhältnisses zwischen dem Abgas und der Frischluft gesucht. Dies wird durch einen Temperaturverhältnis-Quadratwurzel-Berechnungsabschnitt 3b in 11 durchgeführt.
In Schritt S109 werden Daten RPAPE (spezifische Frischluftwärme Cpa / spezifische AGR-Gaswärme CPe) geladen.
In Schritt S110 wird ein Verhältnis (eine Temperatur in einem Einlassverteiler / eine Temperatur von Frischluft) KTMA in einem Einlassverteilertemperatur-Frischlufttemperatur-Verhältnis-Berechnungsabschnitt 3c in 11 durch die folgende Gleichung berechnet: KTMA = (RPAPE + TEGR × REXTMP) / (RPAPE + TEGR)
In Schritt S111 wird eine Berechnung vorgenommen, um ein Ladewirkungsgradverhältnis ITAC (= TP/TP100) zu gewinnen, das ein Verhältnis zwischen der Pulsbreite TP (entsprechend der Einlassluftmenge) und TP100 (eine Pulsbreite, die einer Luftmenge bei einem Ladewirkungsgrad von 100% entspricht) ist, das vorher festgelegt wurde.
In Schritt S112 wird eine Frischluftrate ITAN (ηn) aus einem in 14 gezeigten Plan gesucht. Die Frischluftrate ITAN ist ein Verhältnis eines Volumens von Frischluft in einem Zustand in dem Einlassverteiler zu dem Hubvolumen des Zylinders C. Der Plan der Frischluftrate ITAN ist vorher in Form der Soll-Drehkraft und Motordrehzahl aufgestellt worden.
In Schritt S113 wird ein Verhältnis (Druck in dem Einlassverteiler / Druck von Frischluft) RMAR in einem Einlassverteilerdruck-Frischluftdruck-Verhältnisberechnungsabschnitt 3d in 11 durch die folgende Gleichung berechnet: RMAR = (1 + TEGR) × KTMA × ITAC/ITAN
In Schritt S114 wird ein Druckverhältnis KP (zwischen Abgas und Frischluft entsprechend einem Signal Qa, das einem Ausgangswert des Luftflussmessers 3 entspricht, mit Verweis auf einen Plan für das Druckverhältnis in einem Druckverhältnis-Berechnungsabschnitt 3e in 11 gesucht.
In Schritt S115 wird ein Verhältnis RMEX (Druck in dem Einlassverteiler / Abgasdruck) in einem Einlassverteilerdruck-Abgasdruck-Verhältnisberechnungsabschnitt 3f in 11 durch die folgende Gleichung berechnet: RMEX = RMAR / Kp
In Schritt S116 wird eine Druckkorrektur Kpma entsprechend dem obigen RMAR mit Verweis auf eine Tabelle für das Druckkorrekturglied in einem Druckkorrekturglied-Berechnungsabschnitt 3g in 11 gesucht.
In Schritt S117 wird eine Druckkorrektur Kpme entsprechend dem obigen RMEX mit Verweis auf eine Tabelle für das Druckkorrekturglied in einem Druckkorrekturglied-Berechnungsabschnitt 3h in 11 gesucht.
In Schritt S118 werden das mittlere Molekulargewicht Me von Frischluft und die Daten KEGRSD (Kkp + Km) der spezifischen Wärmeverhältnisse geladen
In Schritt S119 wird der Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizient KQEGA durch die folgende Gleichung berechnet: KQEGA = KEGRSD × Kt × Kpma / Kp / Kpme
Der Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizient KQEGA wird zum Umwandeln der Menge von AGR-Gas in die Menge von Frischluft entsprechend der Zustandsgröße benutzt, wie oben erörtert.
In Schritt S120 wird die zu dem Einlasssystem rückgeführte Menge an AGR-Gas entsprechend dem obigen Frischluftmengen-Umwandlungskoeffzienten KQEGA in die Menge von Frischluft umgewandelt, um den Frischluftmengen-Umwandlungswert für das AGR-Gas zu gewinnen. Dann wird die Gesamtgasmenge für den Motor durch Addieren der Soll-Einlassluftmenge und des Frischluftmengen-Umwandlungswertes berechnet. Dann wird die Gesamtöffnungsfläche für das Drosselventil 9 und das AGR-Ventil 14 entsprechend der Gesamtgasmenge berechnet. Des Weiteren wird die Gesamtöffnungsfläche in die Öffnungsfläche des Drosselventils bzw. die Öffnungsfläche des AGR-Ventils entsprechend einem Verhältnis zwischen der Soll-Einlassluftmenge und der Gesamtgasmenge und einem Verhält nis zwischen dem Frischluftmengen-Umwandlungswert für das AGR-Gas und der Gesamtgasmenge geteilt.
In Schritt S121 werden die Soll-Öffnungsgrade des Drosselventils 9 und des AGR-Ventils 14 entsprechend den jeweiligen Öffnungflächen des Drosselventils und des AGR-Ventils berechnet.
Der Inhalt der in dieser Ausführung durchgeführten Steuerung wird im Folgenden zusammengefasst.

(a) Die Menge an AGR-Gas wird in die Menge an Frischluft entsprechend der Zustandsgröße des AGR-Gases umgewandelt, um den Frischluftmengen-Umwandlungswert für das AGR-Gas zu gewinnen. Dann wird die Summe dieses Frischluftmengen-Umwandlungswertes und der Soll-Einlassluftmenge bestimmt.
(b) Die Summe ist die Gesamtgasmenge in dem Fall, dass das AGR-Gas Luft sein soll (d.h. alle Gase sind Luft). Dann wird die Gesamtöffnungsfläche des Drosselventils und des AGR-Ventils bestimmt.
(c) Die Gesamtöffnungsfläche wird entsprechend dem Verhältnis des Frischluftmengen-Umwandlungswertes und der Gesamtgasmenge und dem Verhältnis der Soll-Einlassluftmenge und der Gesamtgasmenge geteilt, um die Öffnungsgrade des Drosselventils und des AGR-Ventils zu bestimmen.
(d) Die Umwandlung in (a) wird unter Verwendung des Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten durchgeführt. Das Temperaturkorrekturglied der Gleichung zur Berechnung des Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten wird entsprechend der Motordrehzahl und der Verbrennungsbedingung (Schichtladeverbrennung oder homogene Ladeverbrennung) bestimmt. Außerdem wird das Druckkorrekturglied der gleichen Gleichung entsprechend dem Ausgangssignal des Luftflussmessers oder dergleichen bestimmt.
(e) Die physikalischen Merkmalwerte, z.B. die spezifischen Gewichtsverhältnisse und die mittleren Molekulargewichte von Frischluft und AGR-Gas, ändern sich entsprechend der Temperatur, der Gaszusammensetzung und dergleichen, aber solche physikalischen Merkmalwerte werden einem konstanten Wert angenähert.

In diesem Fall wurden die Korrekturglieder für die physikalischen Merkmale vorher berechnet und werden als die Daten KEGRSD und RPAPE (= Cpa / CPe) bereitgestellt.
Außerdem werden bei der Berechnung der Druckkorrekturglieder Kpma und Kpme (s. Gleichung (1)) die Druckkorrekturglieder KPMA und KPME bestimmt, indem eine Tabellensuche entsprechend RMAR und RMEX, wie oben mit Verweis auf 11 erklärt, auf den spezifischen Wärmeverhältnissen von Frischluft und AGR-Gas, die auf die konstanten Werte κa bzw. κe gesetzt werden, vorgenommen wird.
Die so eingerichtete Ausführung bietet die folgenden, vorteilhaften Wirkungen:
Wie oben erörtert ändert sich die Bedingung (Druck und Temperatur) in dem Einlassystem entsprechend dem AGR-Gas, sodass die Menge an Frischluft unvermeidlich entsprechend der Anwesenheit oder Abwesenheit von AGR und/oder AGR-Rate unter der Annahme geändert wird, dass der Öffnungsgrad des Drosselventils konstant ist. Als Folge war es nach herkömmlichen Verfahren unmöglich, die AGR-Rate genau zu steuern, während eine schrittweise Drehkraftänderung verursacht wird. Außerdem war es bei einer herkömmlichen Steuerungsweise, bei der der Öffnungsgrad des Drosselventils festgelegt wird, um Einlassluft in einer Menge anzusaugen, um eine bei der Drehkraftbedarfssteuerung, wie in dieser Ausführung benutzt, verlangte Drehkraft zu verwirklichen, unmöglich, die Einlassluftmenge auf einen Sollwert zu regeln, um die verlangte Drehkraft zu verwirklichen.
Entsprechend der obigen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Menge an AGR-Gas entsprechend der Zustandsgröße des AGR-Gases in die Menge an Frischluft umgewandelt, um den Frischluftmengen-Umwandlungswert unter Verwendung des Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten für das AGR-Gas zu gewinnen. Das Temperaturkorrekturglied in der Rechengleichung für den Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten wird entsprechend der Motordrehzahl und der Verbrennungsbedingung (Schichtladeverbrennung oder homogene Ladeverbrennung) bestimmt, während das Druckkorrekturglied in der gleichen Rechengleichung entsprechend dem Ausgangssignal des Luftflussmessers und dergleichen bestimmt wird. Folglich können die Öffnungsgrade des Drosselventils und des AGR-Ventils berechnet und auf optimale Werte gesetzt werden, obwohl sich die Bedingung (Druck und Temperatur) in dem Einlasssystem unter der Wirkung von AGR-Gas ändert. Folglich können die benötigte Einlassluftmenge und AGR-Gasmenge genau bestimmt werden, wodurch es möglich gemacht wird, die AGR-Rate genau zu steuern, während das Problem der stufenweisen Drehkraftänderung gelöst wird. Besonders bei der Drehkraftbedarfssteuerung kann erreicht werden, die Einlassluftmenge auf einen Wert zu regeln, der zur Verwirklichung der verlangten Drehkraft nötig ist.
Des Weiteren werden enstprechend dieser Ausführung die physikalischen Merkmalwerte (z.B. spezifisches Wärmeverhältnis und mittleres Molekulargewicht) von Frischluft und AGR, die sich entsprechend der Temperatur, des Gaszusammensetzung und dergleichen ändern, auf den konstanten Wert gesetzt oder angenähert. Dies vereinfacht die Berechnung der jeweiligen Korrekturglieder der Rechengleichung für den Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten KQEGA, wodurch die Rechengeschwindigkeit erhöht wird, um eine zum Berechnen benötigte Zeit zu verkürzen.
15 und 16 veranschaulichen eine vierte Ausführung des erfindungsgemäßen Motors E, der ähnlich der dritten Ausführung von 8 bis 14 ist. Bei dieser Ausführung wird nur ein Plan für das Temperaturverhältnis REXTMP benutzt, wobei eine Korrektur an den gesuchten Werten entsprechend der Verbrennungsbedingung vorgenommen wird, anstelle von zwei Plänen (12 und 13) für das Temperaturverhältnis, die in der dritten Ausführung von 8 bis 14 verwendet werden.
Die Funktion der vierten Ausführung des Motors E wird mit Verweis auf ein Flussdiagramm von 15 und ein Blockdiagramm von 16 erörtert. Das Blockdiagramm von 16 zeigt einen Teil der Berechnung des Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten KQEGA, in dem sich nur ein Prozess zum Gewinnen des Temperaturverhältnisses REXTMP (einschließlich der Blöcke 4a und 4i) von dem Blockdiagramm in 11 unterscheidet. Der restliche Teil des Blockdiagramms von 16 ist folglich der gleiche wie das Blockdiagramm in 11.
In dem Flussdiagramm von 15 wird in Schritt S131 die Soll-Drehkraft TTC entsprechend dem durch den Gaspedal-Betätigungsbetragssensor 1 erfassten Gaspedal-Betätigungsbetrag und der durch den Kurbelwinkelsensor 2 erfassten Motordrehzahl berechnet.
In Schritt S132 werden ein Soll-Äquivalenzverhältnis (stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhaltnis / tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) TFBYA und die Soll-AGR-Rate berechnet.
Das Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA wird entsprechend einem für eine Motorbetriebsbedingung, z.B. der Gaspedal-Betätigungsbetrag (stellt die Motorlast dar) und die Motordrehzahl Ne, geeigneten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet. Das heißt, das Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA wird durch Absuchen eines Plans entsprechend der Soll-Drehkraft TTC (oder der Gaspedal-Betätigungsbetrag) und der Motordrehzahl Ne, um einen piangesuchten Wert zu bekommen, und durch Korrigieren des plangesuchten Wertes mit der Motorkühlmitteltemperatur, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder dergleichen erhalten. Das Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA wird daher im Grunde als "Standard-Luft-Kraftstoff-Ver hältnis (stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) / Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis" brechnet, jedoch kann dieses Verhältnis mit der Motorkühlmitteltemperatur korrigiert werden. In dieser Hinsicht werden die Inhalte von US-Patentanmeldung Nr. 08/804,454 (entsprechend Japanese Patent Provisional Publication Nr. 9-287513) hiermit durch Verweis eingeschlossen.
In Schritt S133 wird ein Verhältnis TFBYG (= TFBYA /(1+ TEGR) aus dem Soll-Äquivalenzverhältnis TFBYA und der Soll-AGR-Rate TEGR berechnet.
In Schritt S134 wird ein Temperaturverhältnis REXTMP entsprechend der Motordrehzahl und der Soll-Drehkraft mit Verweis auf einen Plan für das Temperaturverhältnis zwischen Abgas und Frischluft in einem Temperaturverhältnis-Berechnungsabschnitt 4a in 8 gesucht.
In Schritt S135 wird ein Korrekturkoeffizient KT entsprechend TFBYG mit Verweis auf eine Korrekturkoeffiziententabelle für das Temperaturverhältnis zwischen Abgas und Frischluft in einem Temperaturverhältnis-Korrekturkoeffizienten-Berechnungsabschnitt 4i in 16 gesucht.
In Schritt S136 wird das Temperaturverhältnis TEXTMP mit dem Korrekturkoeffizienten KT multipliziert, um dadurch das Temperaturverhältnis REXTMP (= REXTMP × KT) zu korrigieren.
Nach Schritt S136 wird die gleiche Verarbeitung wie die von den Schritten S108 bis S121 in den Flussdiagrammen von 9 und 10 durchgeführt.
Während die dritte und vierte Ausführung für die Motoren (z.B. der Verberennungsmotor mit Zylinder-Direkteinspritzung und Funkenzündung) gezeigt und beschrieben wurden, bei denen die Drehkraftbedarfssteuerung durchgeführt wird, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des den Zylindern zuzuführenden Luft-Kraftstoff-Gemisches gesteuert wird, wird man einsehen, dass das Prinzip der vorliegenden Erfindung auf Motore zum Durchführen einer Nicht-Drehkraftbedarfssteuerung und auf Motore anwendbar ist, bei denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert um den stöchiometrischen Wert herum gesteuert wird. In den Motoren zum Durchführen der Nicht-Drehkraftbedarfssteuerung wird die folgende Steuerung vorgenommen: Die Summe der Einlassiuftmenge und des Frischluftmengen-Umwandlungswertes des AGR-Gases wird als die Gesamtgasmenge festgelegt. Dann wird die Gesamtöffnungsfläche entsprechend dem Verhältnis der Einlassluftmenge und der Gesamtgasmenge und dem Verhältnis des Frischluftmengen-Umwandlungswertes geteilt, um die Öffnungsflächen des Drosselventils und des AGR-Ventils zu erhalten.
Außerdem, obwohl die Motoren (zur Durchführung der Drehkraftbedarfssteuerung) der obigen Ausführung eingerichtet sind, das Temperaturverhältnis REXTMP zwischen Abgas und Frischluft in dem Temperaturkorrekturglied-Plansuchen entsprechend einem der Soll-Drehkraft und der Mortordrehzahl entsprechenden Wert zu bestimmen, wird man einsehen, dass das Temperaturverhältnis REXTMP zwischen Abgas und Frischluft in einem Temperaturkorrekturglied entsprechend der Motordrehzahl und einem Signal, das Motorlast darstellt (z.B. eine Pulsbreite oder dergleichen, die einer Menge an Einlassluft entspricht, die in einen Zylinder zu saugen ist) anstelle des Wertes bestimmt werden kann, der der Soll-Drehkraft nach Plansuchen in Motoren zur Durchführung der Nicht-Drehkraftbedarfssteuerung entspricht. Mit anderen Worten, die Pulsbreite TP, die der Luftmenge in dem Zylinder entspricht, wird in Schritt S101 des Flussdiagramms von 4 und 5 und in Schritt S131 in dem Flussdiagramm von 15 anstelle des Berechnens der Soll-Drehkraft berechnet.
Bei den Motoren, wo sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem weiten Bereich ändert, wie z.B. in einem Verbrennungsmotor mit Zylinder-Direkteinspritzung und Funkenzündung, bei dem Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, wird eine Wechselsteuerung zwischen dem Plan für Schichtladeverbrennung und dem Plan für homogene Ladeverbrennung durchgeführt, weil sich die Temperatur von Abgas entsprechend der Verbrennungsbedingung (Schichtladeverbrennung oder homogene Ladeverbrennung) selbst bei der gleichen Motordrehzahl, Soll-Drehkraft oder Pulsebreite TP, die der Einlassluftmenge für den Zylinder C entspricht, ändert. Bei Motoren, bei denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis um den stöchiometrischen Wert herum gesteuert wird, ist jedoch die obige Wechselsteuerung oder dergleichen zwischen den zwei Plänen in dem Verarbeitungs-Flussdiagramm nicht erforderlich, weil die Abgastemperatur im Allgemeinen konstant ist, wenn Motordrehzahl und Motordrehkraft jeweils auf den gleichen Pegeln liegen.

Claims

Verbrennungsmotor, der umfasst: ein AGR-System, das Fluidverbindung zwischen einem Ansaugluftkanal (8) und einem Abgaskanal (12) herstellt und eine Menge an AGR-Gas steuert, das von dem Abgaskanal zu dem Ansaugluftkanal zurückgeführt wird; und ein AGR-Ventil (14), das in einem AGR-Kanal angeordnet ist; und ein Steuerungssystem, das das AGR-System sowie ein Frischluftmengen-Dosierventil (9) des Motors (E) steuert, wobei das Steuerungssystem einen Abschnitt, der einen Frischluftmengen-Umwandlungswert ([Quegr]a) aus einer Menge des AGR-Gases berechnet, wobei der Frischluftmengen-Umwandlungswert einer Menge an Frischluft entspricht, die unter der Voraussetzung, dass die Frischluft in den Ansaugluftkanal über das AGR-System eingeleitet wird, anstelle des AGR-Gases in den Ansaugluftkanal (8) eingeleitet würde, und einen Abschnitt, der das AGR-System gemäß dem Frischluftmengen-Umwandlungswert steuert, sowie einen Abschnitt enthält, der jeweilige Öffnungsgrade des Frischluftmengen-Dosierventils (9) und des AGR-Ventils (14) gemäß dem Frischluftmengen-Umwandlungswert steuert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Frischluftmengen-Dosierventil (9) eine Drosselklappe (9) umfasst und die Drosselklappe eine Menge an in den Motor (E) zu saugender Luft steuert, und das Steuerungssystem des Weiteren einen Abschnitt, der eine Soll-Ansaugluftmenge (Qa) an Frischluft für die Drosselklappe berechnet, einen Abschnitt, der eine Soll-AGR-Menge für das AGR-System berechnet, und einen Abschnitt enthält, der die Drosselklappe (9) gemäß der Soll-Ansaugluftmenge steuert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei das Steuerungssystem einen Abschnitt, der Öffnungsgrade der Drosselklappe (TVO) und des AGR-Systems gemäß der Soll-Ansaugluftmenge (Qa) und des Frischluftmengen-Umwandlungswertes steuert, und einen Abschnitt enthält, der die Drosselklappe (9) und das AGR-System gemäß den Öffnungsgraden steuert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei der Frischluftmengen-Umwandlungswert-Berechnungsabschnitt einen Abschnitt, der eine Gesamt-Öffnungsfläche eines Ansaugsystems berechnet, die einer Gesamt-Gasmenge entspricht, die eine Summe aus der Soll-Ansaugluftmenge und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert ist, und einen Abschnitt enthält, der die Gesamt-Öffnungsfläche entsprechend dem Verhältnis zwischen der Soll-Ansaugluftmenge und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert dividiert, um eine Öffnungsfläche des Frischluftmengen-Dosierventils (9) und eine Öffnungsfläche eines AGR-Ventils (14) des AGR-Systems zu erhalten.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Frischluftmengen-Umwandlungswert-Berechnungsabschnitt einen Abschnitt, der einen Frischluftmengen-Umwandlungskoeffizienten (KQEGA) gemäß einer Zustandsmenge des AGR-Gases und einer Zustandsmenge der Frischluft berechnet, und einen Abschnitt enthält, der einen Sollwert des zurückgeführten Abgases in eine Menge der Frischluft umwandelt, um den Frischluftmengen-Umwandlungswert zu erhalten.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, wobei das Frischluftmengen-Dosierventil eine elektronische gesteuerte Drosselklappe (9) ist, die in dem Ansaugluftkanal (8) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Frischluftmengen-Dosierventil ein Zusatzluft-Steuerventil (23) ist, das in einem Zusatzluftkanal (22) angeordnet ist, der den Ansaugluftkanal, in dem eine Drosselklappe angeordnet ist, umgehend ausgebildet ist, wobei ein Öffnungsgrad des Zusatzluft-Steuerventils (23) relativ zu einem Öffnungsgrad der Drosselklappe so reguliert wird, dass die Soll-Ansaugluftmenge erhalten wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei das Steuerungssystem einen Abschnitt enthält, der einen Motorbetriebszustand des Motors erfasst, wobei der Motorbetriebszustands-Erfassungsabschnitt einen Abschnitt enthält, der eine Motor drehzahl (Ne) des Motors (E) erfasst, und einen Abschnitt, der einen Betätigungsgrad eines Gaspedals erfasst, wobei der Soll-Ansaugluftmengen-Berechnungsabschnitt einen Abschnitt enthält, der die Soll-Ansaugluftmenge gemäß der Motordrehzahl (Ne) und dem Gaspedal-Betätigungsgrad berechnet.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, der des Weiteren umfasst: eine Drosselklappe, die in einem Ansaugsystem des Motors angeordnet ist; wobei das AGR-System das AGR-Ventil (14) enthält, das in dem AGR-Kanal angeordnet ist, der ein Abgassystem und das Ansaugsystem verbindet, und AGR-Gas zu dem Ansaugsystem über das AGR-Ventil zurückgeführt wird, und wobei das Steuerungssystem des Weiteren enthält: einen Drosselklappen-Betätigungsabschnitt, der die Drosselklappe betätigt, einen Motordrehzahl-Erfassungsabschnitt, der eine Motordrehzahl des Motors erfasst, einen Ansaugluftmengen-Erfassungsabschnitt, der eine Menge an Ansaugluft (Qa) erfasst, die dem Motor (E) zuzuführen ist, einen Frischluftmengen-Umwandlungsabschnitt (3A), der eine Menge des AGR-Gases in eine Menge an Frischluft gemäß einer Zustandsmenge des AGR-Gases unter Verwendung eines Umwandlungskoeffizienten umwandelt, um den Frischluftmengen-Umwandlungswert zu erhalten; einen Temperatur-Korrekturterm-Berechnungsabschnitt (3B), der einen Korrekturterm bezüglich einer Temperatur in dem Ansaugsystem für den Umwandlungskoeffizienten gemäß wenigstens der Motordrehzahl (Ne) berechnet, einen Druck-Korrekturterm-Berechnungsabschnitt (3C), der einen Korrekturterm bezüglich eines Drucks in dem Ansaugsystem für den Umwandlungskoeffizienten gemäß wenigstens der Ansaugluftmenge berechnet, einen Gesamt-Gasmengen-Berechnungsabschnitt (3D), der eine Gesamt-Gasmenge, die dem Motor zuzuführen ist, gemäß der Ansaugluftmenge und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert der AGR-Gasmenge berechnet, einen Gesamt-Öffnungsflächen-Berechnungsabschnitt, der eine Gesamt-Öffnungsfläche für die Drosselklappe (9) und das AGR-Ventil (14) gemäß der Gesamt-Gasmenge berechnet; einen Verhältnis-Berechnungsabschnitt, der ein erstes Verhältnis des Frischluftmengen-Umwandlungswertes der AGR-Gasmenge und der Gesamt-Gasmenge sowie ein zweites Verhältnis der Ansaugluftmenge und der Gesamt-Gasmenge berechnet; einen Öffnungsflächen-Berechnungsabschnitt, der jeweilige Öffnungsflächen der Drosselklappe und des AGR-Ventils berechnet, indem er die Gesamt-Öffnungsfläche entsprechend dem ersten und dem zweiten Verhältnis dividiert, einen Soll-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt (3H), der jeweilige Soll-Öffnungsgrade der Drosselklappe und des AGR-Ventils gemäß den jeweiligen Öffnungsflächen berechnet; einen Drosselklappen-Öffnungsgrad-Steuerabschnitt (31), der den Drosselklappen-Betätigungsabschnitt so steuert, dass die Drosselklappe den Soll-Öffnungsgrad annimmt, der berechnet worden ist, und einen AGR-Ventil-Öffnungsgrad-Steuerabschnitt (3J), der das AGR-Ventil so steuert, dass das AGR-Ventil den Soll-Öffnungsgrad annimmt, der berechnet worden ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, der des Weiteren einen Soll-Ansaugluftmengen-Berechnungsabschnitt umfasst, der eine Soll-Ansaugluftmenge berechnet, die einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, wobei der Gesamt-Gasmengen-Berechnungsabschnitt durch einen anderen Gesamt-Gasmengen- Berechnungsabschnitt ersetzt wird, der eine Gesamt-Gasmenge, die dem Motor zuzuführen ist, gemäß der Soll-Ansaugluftmenge und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert der AGR-Gasmenge berechnet, und der Verhältnis-Berechnungsabschnitt durch einen anderen Verhältnis-Berechnungsabschnitt ersetzt wird, der ein erstes Verhältnis des Frischluftmengen-Umwandlungswertes ([Qegr]a) der AGR-Gasmenge und der Gesamt-Gasmenge sowie ein zweites Verhältnis der Soll-Ansaugluftmenge und der Gesamt-Gasmenge berechnet.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, wobei die Drosselklappe (9) elektronisch gesteuert wird und der Motor (E) so eingerichtet ist, dass eine Drehmomentbedarfssteuerung ausgeführt wird, bei der die Drosselklappe so gesteuert wird, dass ein Soll-Drehmoment erhalten wird, das gemäß einem Motor-Betriebszustand des Motors eingestellt worden ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, wobei das Steuerungssystem einen Berechnungsabschnitt für einen Korrekturterm einer physikalischen Eigenschaft enthält, der einen Korrekturterm bezüglich einer physikalischen Eigenschaft der Frischluft und des AGR-Gases für den Umwandlungskoeffizienten berechnet.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, wobei die physikalische Eigenschaft einen angenäherten konstanten Wert annimmt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, wobei der Temperatur-Korrekturterm-Berechnungsabschnitt den Korrekturterm bezüglich der Temperatur in dem Ansaugsystem für den Umwandlungskoeffizienten gemäß wenigstens der Motordrehzahl (Ne) und einem Verbrennungszustand berechnet.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 14, wobei der Motor so eingerichtet ist, dass er eine Verbrennung mit Schichtladung und eine Verbrennung mit homogener Ladung durchführt, zwischen denen gewechselt wird, und eine Kraftstoffkonzentrationsverteilung in einer Brennkammer des Motors bei der Verbrennung mit Schichtladung inhomogen ist und bei der Verbrennung mit homogener Ladung homogen ist, und der Temperatur-Korrekturterm-Berechnungsabschnitt (3B) den Korrekturterm bezüglich der Temperatur in dem Ansaugsystem für den Umwandlungskoeffizienten gemäß wenigstens der Motordrehzahl (Ne) und der Verbrennung mit Schichtladung oder homogener Ladung berechnet.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 15, wobei der Motor ein Zylinder-Direkteinspritz-Funkenzündungs-Verbrennungsmotor ist, der ein Kraftstoffeinspritzventil (6), das Kraftstoff direkt in die Brennkammer (4a) einspritzt, die in einem Zylinder (C) zwischen einem Kolben (4b) und einem Zylinderkopf (4c) ausgebildet ist, und eine Zündkerze (7) enthält, die den Kraftstoff in der Brennkammer (4a) zündet.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Steuerungssystem des Weiteren enthält: einen Abschnitt, der eine Menge des AGR-Gases in eine Menge an Frischluft gemäß einer Zustandsgröße des AGR-Gases unter Verwendung eines Umwandlungskoeffizienten umwandelt, um den Frischluftmengen-Umwandlungswert zu erhalten, wobei der Umwandlungskoeffizient gemäß wenigstens einem Korrekturterm bezüglich einer Temperatur in dem Ansaugsystem berechnet wird, einen Abschnitt, der eine Gesamt-Gasmenge gemäß dem Frischluftmengen-Umwandlungswert sowie einer Ansaugluft- oder einer Soll-Ansaugluftmenge bestimmt, einen Abschnitt, der eine Gesamt-Öffnungsfläche der Drosselklappe und eines AGR-Ventils gemäß der Gesamt-Gasmenge bestimmt, und einen Abschnitt, der die Gesamt-Öffnungsfläche in die erste und die zweite Öffnungsfläche gemäß einem ersten Verhältnis des Frischluftmengen-Umwandlungswertes und der Gesamt-Gasmenge sowie einem zweiten Verhältnis der Ansaugluftmenge oder der Soll-Ansaugluftmenge dividiert, um so die erste Öffnungsfläche für die Drosselklappe (9) und die zweite Öffnungsfläche für das AGR-Ventil (14) zu bestimmen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das AGR-System ein AGR-Ventil enthält, das in einem AGR-Kanal angeordnet ist, der ein Abgassystem und ein Ansaugsystem verbindet; wobei das Frischluftmengen-Dosierventil in dem Ansaugsystem angeordnet ist, und das Steuerungssystem des Weiteren enthält: einen Abschnitt, der einen Motor-Betriebszustand des Motors erfasst; einen Abschnitt, der eine Soll-Ansaugluftmenge gemäß dem Motor-Betriebszustand berechnet; einen Abschnitt, der eine Soll-AGR-Gasmenge gemäß dem Motorbetriebszustand berechnet; einen Abschnitt, der den Frischluftmengen-Umwandlungswert der Soll-AGR-Gasmenge berechnet; einen Abschnitt, der jeweilige Öffnungsflächen des Frischluftmengen-Dosierventils und des AGR-Ventils (14) gemäß der Soll-Ansaugluftmenge und dem Frischluftmengen-Umwandlungswert berechnet; einen Abschnitt, der einen Öffnungsgrad des Frischluftmengen-Dosierventils gemäß der Öffnungsfläche des Frischluftmengen-Dosierventils steuert; und einen Abschnitt, der einen Öffnungsgrad des AGR-Ventils (14) gemäß der Fläche des AGR-Ventils steuert.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der ein AGR-System, das Fluidverbindung zwischen einem Ansaugluftkanal und einem Abgaskanal herstellt und eine Menge an AGR-Gas steuert, das von dem Abgaskanal zu dem Ansaugluftkanal zurückgeführt wird, sowie ein AGR-Ventil (14), das in einem AGR-Kanal angeordnet ist, der den Abgaskanal und den Ansaugluftkanal verbindet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Berechnen eines Frischluftmengen-Umwandlungswertes aus einer Menge des AGR-Gases, wobei der Frischluftmengen-Umwandlungswert einer Menge an Frischluft entspricht, die unter der Voraussetzung, dass die Frischluft in den Frischluftkanal über das AGR-System eingeleitet wird, anstelle des AGR-Gases in den Ansaugluftkanal eingeleitet würde; und Steuern jeweiliger Öffnungsgrade des Frischluftmengen-Dosierventils (9) und des AGR-Ventils (14) gemäß dem Luftmengen-Umwandlungswert.