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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotoren
und insbesondere auf ein System zur Steuerung der Abgasrückzirkulation
in einem Verbrennungsmotor.
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Hintergrund
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Die
Rückzirkulation
einer gesteuerten Menge von Dieselmotor-Abgas zum Motorlufteinlass
ist im Allgemeinen bekannt, um eine vorteilhafte Verringerung von
Dieselmotoremissionen von Oxiden oder Stickoxiden vorzusehen. Es
werden üblicherweise Grenzen
bezüglich
der Menge des rückzirkulierten Abgases
auferlegt, um eine übermäßige Lösung bzw. Verwässerung
der Motoreinlassluft zu vermeiden, was die Motorleistung verringern
kann und die Partikelemissionsniveaus steigern kann.
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Ein
Verbrennungsmotor kann in einer Vielzahl von unterschiedlichen geregelten
(closed-loop) und gesteuerten (open-loop) Betriebszuständen basierend
auf einer Vielzahl von überwachten
Motorbetriebsparametern arbeiten. Einige typische geregelte Betriebszustände weisen
einen kalten Betriebszustand bzw. Betriebszustand für kalte
Umgebung, einen warmen Betriebszustand bzw. Betriebszustand für warme
Umgebung, einen Anlaufbetriebszustand, einen Betriebszustand für niedrigen
Leerlauf und einen Betriebszustand für hohen Leerlauf auf. Zwischen
dem Betriebszustand für
niedrigen Leerlauf und dem Betriebszustand für hohen Leerlauf kann der Motor
in einem geregelten Betriebszustand laufen, wo Brennstoff basierend
auf der Motordrosselposition und der Motordrehzahl geliefert wird.
Verschiedene Motorbetriebsparameter können überwacht werden, um den Motorbetriebszustand
zu bestimmen, der die Motordrehzahl, die Drosselposition, die Fahrzeuggeschwindigkeit,
die Kühlmitteltemperatur und
die Öltemperatur
genauso wie andere Größen einschließt.
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Verschiedene
Steuersysteme für
die Abgasrückzirkulation
sind in der Technik bekannt. Das US-Patent 5 377 651 offenbart ein
Steuerungssystem (closed-loop) für
die Abgasrückzirkulation,
wobei die Berechnungen zur Bestimmung der Menge des zurück zu zirkulierenden
Abgases kontinuierlich durch den Betriebszyklus des Motors berechnet
werden. Es kann jedoch nicht wünschenswert
sein, dass das Abgas während
gewisser Motorbetriebszustände rückzirkuliert
wird, wie beispielsweise wenn der Motor kalt ist oder anläuft, oder
wenn es nicht wünschenswert
ist, die Menge der für
die Verbrennung verfügbaren
Luft zu reduzieren. Es ist auch wünschenswert, die Rückzirkulation
von Abgas anzuhalten, wenn der Motor für eine verlängerte Zeitperiode im Leerlauf
gewesen ist. Die Berechnungen zur Bestimmung der zurück zu zirkulierenden
Abgasmenge im Motor verbrauchen wertvolle Datenverarbeitungszeit.
Es ist daher wünschenswert,
Mittel in einem System vorzusehen, um die Berechnungen für die zurück zu zirkulierende
Abgasmenge zu überbrücken, wodurch
die Abgasrückzirkulation
ausgeschaltet wird, wenn der Motor in einem Betriebszustand arbeitet,
in dem es nicht notwendig ist, Abgas zurück zu zirkulieren.
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Das
US-Patent 4 898 143 offenbart ein Abgasrückzirkulationssteuerverfahren
für einen
Verbrennungsmotor, bei dem die Abgasrückzirkulation vermieden wird,
wenn die Motorbelastung einen vorbestimmten Wert überschreitet,
der ansprechend auf die Motortemperatur eingestellt wurde, so dass
dieser auf einen kleineren Wert gesetzt wird, wenn die Motortemperatur
niedriger ist.
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Die
japanische Patentanmeldung JP-A-02169853 offenbart ein Abgasrückzirkulationsventil
für einen
Motor und ein Ansaugdrosselventil an einem Ansaugrohr, welches durch
eine Steuervorrichtung gemäß der Ausgangsgröße eines
Beschleunigungssensors und eines Motorumdrehungssensors gesteuert
wird. Wenn ein idealer Zustand durch die Ausgangsgröße des Beschleunigungssensors detektierten
wurde, dann werden das Rückzirkulationsventil
und das Drosselventil für
eine festgelegte Zeitperiode unbeweglich gehalten.
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Entsprechend
ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung zur Steuerung einer Abgasrückzirkulation
in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückzirkulation
in einem Verbrennungsmotor. Die Vorrichtung weist eine Abgasrückzirkulationssteuervorrichtung
auf, die abgefühlte
Motorbetriebsparameter und den Motorbetriebszustand verwendet, um
zu bestimmen, ob das Abgasrückzirkulationsventil
einzuschalten oder auszuschalten ist. Wenn das Ventil eingeschaltet
bzw. im Betrieb ist, bestimmt eine Steuervorrichtung (closed-loop) die erwünschte zurück zu zirkulierende Abgasmenge
und die entsprechende Position des Abgasrückzirkulationsventils, um die
erwünschte
Abgasmenge in die Lufteinlasssammelleitung des Motors einzuleiten.
Die erwünschte
Ventilposition wird in ein Stromsignal umgewandelt, welches zu einer
Betätigungsvorrichtung übertragen
wird, um das Ventil zu bewegen. Wenn das Ventil ausgeschaltet ist,
wird das Stromsignal zu einem Ventil gesandt, um das Ventil zu schließen, um
zu verhindern, das Abgas in die Lufteinlasssammelleitung des Motors
zirkuliert wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Motors und einer Motorsteuervorrichtung,
bei der die vorliegende Vorrichtung verwendet werden kann;
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2 ist
eine Blockdiagramm Ansicht der vorliegenden Erfindung zur Steuerung
der Abgasrückzirkulation
(AGR);
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3 ist
ein Beispiel einer Soll-Luftmassenflusstabelle;
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4 ist
ein Beispiel einer Abgasrückzirkulations-(AGR-)Temperaturkorrekturkarte;
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5 ist
ein Beispiel einer Abgasrückzirkulations-(AGR-)Höhenkorrekturkarte;
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6 ist
ein Beispiel einer Luftmassenflusslinearisierungskarte;
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7 ist
ein Beispiel einer Abgasrückzirkulations-(AGR-)Betätigungsvorrichtungsliniearisierungskarte;
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8a und 8b sind
eine Flussdiagrammdarstellung der Logik, um die Abgasrückzirkulation
gemäß der vorliegenden
Erfindung auszuschalten; und
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9 ist
eine Flussdiagrammdarstellung der Logik zur Ausführung der Software des Abgasrückzirkulations-Steuersystems basierend
auf dem Zustand des Abgasrückzirkulation-(AGR-)Einschalten/Ausschalten-Signals.
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Bester Weg
zur Ausführung
der Erfindung
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In
der Bezeichnung und in den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen
auf gleiche Komponenten oder Teile. Mit Bezug auf 1 ist
dort ein Blockdiagramm eines turboaufgeladenen Motorsystems 10 gezeigt,
welches einen Dieselmotor 12 aufweist, in den Luft durch
die Einlasssammelleitung 14 über eine Lufteinlassleitung 16 gezogen
wird. Zu Veranschaulichungszwecken ist nur ein Zylinder 18 des Dieselmotors 12 gezeigt,
wobei bemerkt sei, dass der Motor 12 irgendeine Anzahl
von anderen Zylindern haben könnte,
falls erwünscht.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung zur Steuerung der Abgasrückzirkulation
nicht auf die Anwendung bei Motoren mit einem Turbolader oder auf
Motoren eingeschränkt,
die eine spezielle Art von Brennstoff verwenden. Ein herkömmlicher
Luftmassenflusssensor 20, um ein Maß für den Massenluftfluss in den
Motor 12 an ein Motorsteuermodul 22 zu liefern
ist vorgesehen. Das Motorsteuermodul 22 kann die Form eines üblichen
Digital-Computers einnehmen, der derartige allgemein bekannte Komponenten
enthält,
wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit und sowohl
einen flüchtigen
als auch einen nicht flüchtigen
Speicher. Der Computer liest periodisch Eingangsgrößen von dem
Luftmassenflusssensor 20 und von anderen Motorsensoren
ein und verarbeitet diese durch die Ausführung von Steuerroutinen, wie
beispielsweise eine Abgasrückzirkulations-(AGR-) Steuerroutine 26,
die in dem Computerspeicher gespeichert ist, er erzeugt und gibt
eine Reihe von Befehlen an die Betätigungsvorrichtungen 28 aus.
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Brennstoff
wird in den Motorzylinder 18 durch die Betätigung einer
Brennstoffeinspritzpumpe 30 zugemessen, die Brennstoffimpulse
zeitgesteuert zu den Motordrehereignissen zu Brennstoffeinspritzvorrichtungen
liefert, wie beispielsweise zu der Einspritzvorrichtung 32,
die Brennstoff in den Brennraum in dem Zylinder 18 liefert.
Die Brennstoffeinspritzpumpe 30 wird durch das Motorsteuermodul 22 gesteuert,
um entsprechende Brennstoffmengen zu den Motorzylindern bei jedem
Brennstoffeinspritzereignis zuzumessen, wie dies beispielsweise
von der Zeitsteuerung der Motordrehereignisse bestimmt wird. Im
allgemeinen gibt der Fahrzeugbediener die geeigneten Brennstoffmengen
vor, die zuzumessen bzw. abzugeben sind, und zwar durch Positionierung einer
Drossel oder eines Beschleunigungspedals bzw. Gaspedals 34,
dessen Position durch einen Pedalpositionssensor 36 umgewandelt
wird, der ein Potentiometer-Positionssensor sein kann, der ein Ausgangssignal
liefert, welches die Verschiebung des Pedals 34 weg von
einer Ruheposition an den Computer in dem Motorsteuermodul 22 anzeigt.
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Turbolader
werden üblicherweise
in Verbrennungsmotoren verwendet, um die Menge der eingespritzten
bzw. angesaugten Einlassluft zu vergrößern, um die Ausgangsgröße des Motors
zu steigern. Wie in 1 gezeigt, bestehen Turbolader
im Allgemeinen aus einem Turbinenradteil 40, welches ein (nicht
gezeigtes) Turbinenrad enthält,
dass in der Auslasssammelleitung 42 des Motors 12 montiert
ist, und aus einem Kompressorabteil 44, welches ein (nicht
gezeigtes) Kompressorrad enthält,
das mit dem Turbinenrad gekoppelt ist und in der Einlasssammelleitung 14 des
Motors montiert ist. Wenn Abgas über
das Turbinenrad fließt,
wird dieses gedreht, was bewirkt, dass sich auch der Kompressor
dreht, was den Druck der Einlassluft steigert, die in die Motorzylinder
geladen wird, die sich mit dem Brennstoff vermischt und danach bei
der Verbrennung beteiligt ist. Ein Luftdurchlass 46 ist
als ein Pfad vorgesehen, durch den ein gesteuerter Teil des Abgases
zur Motoreinlasssammelleitung 14 zurück zirkuliert wird, um das
Niveau des NOx zu reduzieren, welches aus
dem Motor 12 ausgelassen wird. Ein Abgasrückzirkulationsventil 48 ist
in dem Luftdurchlass 46 angeordnet, um eine Steuerungsmöglichkeit über die
Abgasmenge vorzusehen, die durch die Motoreinlasssammelleitung 14 zurück zirkuliert
wird.
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Die
Faktoren, die den Luftfluss in den Motorzylindern 18 beeinflussen,
sind die Temperatur und der Druck der Luft, die in die Lufteinlasssammelleitung 14 eingeleitet
wird, und der volumetrische Wirkungsgrad des Motors. Der volumetrische
Wirkungsgrad kann als eine Funktion der Motorbetriebsbedingungen
aufgezeichnet werden. Unter Verwendung der Zustände der Lufteinlasssammelleitung 14 und der
Motorbetriebszustände
kann der Fluss in die Zylinder 18 vorhergesagt werden.
Durch Messung der frischen Luft, die in den Motor 12 eintritt,
kann das Ausmaß der
Abgasrückzirkulation
aus dem Unterschied des Luftmassenflusses und des Frischluftflusses
abgeschätzt
werden. Die Temperatur und der Druck der Luft in der Lufteinlasssammelleitung 14 werden
unter Verwendung von Sensoren 24 gemessen, wie beispielsweise
unter Verwendung eines Temperatursensors und eines Barometers, die
in der Technik wohlbekannt sind. Andere Eingangssignale von den
Sensoren 24 zum Motorsteuermodul 22, die allgemein
bei einer herkömmlichen
Motorsteuerung erkannt werden, werden geliefert, wie beispielsweise die
Motorkühlmitteltemperatur,
die Ausgangsgröße aus einem
herkömmlichen
Temperatursensor in dem Motorkühlmittelpfad
(nicht gezeigt) und die Motordrehzahl, die aus einem herkömmlichen
Hall-Effektsensor ausgegeben wird, der positioniert ist, um das Durchlaufen
der Zähne
eines (nicht gezeigten) mit Zähnen
versehenen Rades abzufühlen,
welches sich mit der Motorausgangswelle dreht. Das Motorsteuermodul 22 liefert
Informationen über
den Betriebszustand des Motors, wie beispielsweise wenn die Motorzündung in
einem Start-Betriebszustand anläuft, wenn
der Motor 12 im Leerlauf- Betriebszustand läuft, und wenn der Motor 12 unter
Belastung läuft.
Das Motorsteuermodul 22 liefert auch Informationen bezüglich der
Menge des Brennstoffes, die in jedem Zylinder 18 während jedes
Einspritzzyklus eingespritzt wird. Ein Wert, der verwendet werden
kann, ist ein Brennstoffmengenwert, wie in der Technik wohlbekannt
ist, der typischerweise in Kubikmillimeter pro Einspritzzyklus gemessen
wird, jedoch kann irgendein Signal verwendet werden, welches die Brennstoffmenge
anzeigt, die zum Motor geliefert wird.
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Die
abgeschätzte
Abgasrückzirkulation
kann als eine Rückkoppelung
für eine
Abgasrückzirkulations-(AGR-)Steuerung 26 (closed-loop)
verwendet werden. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines
Ausführungsbeispiels
eines Abgasrückzirkulationssteuersystems 60 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Dieses grundlegende Soll-Luftmassenflusssignal wird unter
Verwendung der Motordrehzahl- und Brennstoffmengensignale als Eingangsgröße für eine Soll-Massenflusskarte 62 (Kennfeld)
eingegeben, wie in 3 gezeigt, die in einer Tabellennachschau-Softwareroutine
eingerichtet sein kann und in der Technik wohlbekannt ist. Für die Tabelle
in 3 genauso wie für andere Tabellen, die im Folgenden beschrieben
wurden, können
die Werte, die jeder Zeile und Spalte zugeordnet sind, inkrementell
sein, werden jedoch nicht notwendigerweise in gleichen Schritten
bzw. Inkrementen ausgedrückt.
Die Werte, die in den Tabellen enthalten sind, werden von dem speziellen
Motormodell abhängen,
welches mit der Abgasrückzirkulation
auszurüsten
ist, und können um
spezielle Motordrehzahlen für
eine feinere Auflösung
und eine bessere Steuerung eines speziellen Betriebsdrehzahlbereiches
gehäuft
sein, um einen speziellen Emissionsstandard zu erfüllen. Es
sei auch bemerkt, dass die Größe der Tabellen
hier nur veranschaulichend ist, und dass die tatsächliche Größe der Tabellen
durch die Leistungscharakteristiken vorgegeben ist, die zu erreichen
sind.
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Die
beispielhafte Soll-Luftmassenflusskarte 62 in 3 enthält den üblichen
erwünschten
Abgasrückzirkulationsmassenfluss
für eine
gegebene Temperatur und einen gegebenen Umgebungsdruck. Um korrekte
Werte für den
erwünschten
Luftmassenfluss zu erhalten muss der Grundlinienwert, der von der Tabelle
erhalten wird, bezüglich
Veränderungen
des Umgebungsdruckes und der Motorkühlmitteltemperatur korrigiert
werden, die auftreten, wenn der Motor unter Bedingungen betrieben
wird, die von den grundlegenden Bedingungen abweichen. Eine Temperaturkorrekturkarte 64 wird
verwendet, um den grundlegenden Soll-Luftmassenfluss für die Motortemperaturveränderung
einzustellen. 4 zeigt ein Beispiel einer Temperaturkorrekturkarte
(Kennfeld) als eine Funktion der Motorkühlmitteltemperatur. Die erwünschte Abgasrückzirkulationsmodifikation
wird in Einheiten von Milligramm pro Hub ausgedrückt. In ähnlicher Weise wird eine Höhen- oder
Atmosphärendruckkorrekturkarte 66 verwendet,
um den erwünschten
Luftmassenfluss bezüglich
Veränderungen
des Umgebungsdruckes einzustellen, die auf Grund von Differenzen
der Höhe
oder von Veränderungen
des Wetters auftreten. Ein Beispiel einer Höhenkorrekturkarte 66 ist
in 5 gezeigt, wo der atmosphärische Druck eingegeben wird,
um den erwünschten
Abgasrückzirkulationskorrekturwert
in Einheiten von Milligramm pro Hub zu bestimmen. Da die Kühlmitteltemperatur
und der Umgebungsdruck sich mit relativ langsamen Raten ändern, können die Tabellennachschauroutinen
mit Frequenzen ausgeführt
werden, die von ungefähr
1 Hz bis 10 Hz reichen.
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Der
grundlegende Soll-Luftmassenfluss kann weiter bezüglich plötzlicher
Veränderungen
der Betriebsbedingungen eingestellt werden, und zwar als eine Funktion
der Veränderungsrate
des Brennstoffflusses. Um die Brennstoffflusseinstellung zu bestimmen
wird der gegenwärtige
Brennstoffmengenwert bzw. Ist-Brennstoffmengenwert in einen Tiefpassfilter 68 eingegeben.
Die Zeitableitung der Ausgangsgröße des Tiefpassfilter 68 wird
berechnet, und der daraus resultierende derivative Wert bzw. Ableitungswert
wird mit einem Verstärkungsfaktor
Kd multipliziert, um eine Brennstoffflusskorrektur
zu erhalten.
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Der
erwünschte
bzw. Soll-Luftmassenfluss wird erhalten durch Addieren des grundlegenden Soll-Luftmassenflusses,
der Temperaturkorrektur-, der Höhenkorrektur-
und der Brennstoffflusskorrekturwerte. Um ein Soll- Luftmassenflussfehlersignal
zu erhalten wird ein gemessenes Luftmassenflusssignal von dem Soll-Luftmassenfluss
subtrahiert. Das gemessene Luftmassenflusssignal wird von dem Luftmassenflusssensorsignal
abgeleitet, welches in einem Tiefpassfilter 70 eingegeben
wird. Das gefiltertes Sensorsignal wird dann in eine Luftmassenflusslinearisierungskarte 72 eingegeben,
um einen linearisierten Luftmassenfluss von der nicht linearen Sensoreingangsgröße zu erhalten.
Ein Beispiel einer Luftmassenflussliniarisierungskarte (Kennfeld) 72 ist in 6 gezeigt,
wo das Luftmassenflusssensorsignal von 0 bis 5 Volt reicht, und
wo ein entsprechendes Luftmassenflusssignal in Kilogramm pro Minute
ausgegeben wird. Der linearisierte Luftmassenfluss wird mit einer
Skalierungskonstanten multipliziert und durch die Motordrehzahl
geteilt, um das Signal von der Einheit von Kilogramm pro Minute
auf die Einheit von Milligramm pro Hub umzuwandeln. Ein bevorzugter
Wert für
die Skalierungskonstante ist KS = [(1000
Milligramm pro Kilogramm)/(Anzahl der Zylinder, die pro Umdrehung
zünden)].
Es ist wichtig zu bemerken, dass irgendwelche erwünschten
Einheiten bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, und
die Signale entsprechend skaliert werden. Die in den beispielhaften
Tabellen gezeigten Einheiten sind veranschaulichend und sollen nicht die
vorliegende Erfindung auf spezielle Maßeinheiten einschränken.
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Die
vorliegende Erfindung weist ein Proportional-Integral-Steuergesetz 74 mit
einem Einspeisungsausdruck 76 auf, um ein Signal für den Abgasrückzirkulationsstrom
zu bilden, der erforderlich ist, um den erwünschten Luftmassenfluss zu
erreichen. Bei dem Proportional-lntegral-Steuergesetz 74 wird das
Soll-Luftmassenflussfehlersignal mit einem Verstärkungsfaktor KP multipliziert,
um das Proportional-Signal 78 zu berechnen, und das Fehlersignal wird
mit einem anderen Gain- bzw. Verstärkungsfaktor KI multipliziert
und wird integriert, um das Integral-Signal 80 zu berechnen.
Wenn die Abgasrückzirkulation
ausgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird, ist es wichtig,
Mittel zur erneuten Initialisierung des Integral-Ausdruckes jedes
mal dann zu haben, wenn die Abgasrückzirkulation wieder eingeschaltet
wird, wie beispielsweise durch Anwendung eines Initialisierungsdurchgangs
jedes mal wenn dieser Abschnitt des Codes für das erste Mal ausgeführt wird,
nachdem die Abgasrückzirkulation
wieder eingeschaltet wird. Bei dem Einspeisungsausdruck wird der
erwünschte
Luftmassenfluss mit dem Verstärkungsfaktor
KF multipliziert und wird dann von der Summe
des Proportional-Signals 78 und
des Integral-Signals 80 subtrahiert, um ein Abgasrückzirkulationssteuersignal
zu berechnen. Das Abgasrückzirkulationssteuersignal
kann dann zwischen einer oberen und einer unteren Grenze begrenzt
werden (nicht gezeigt). Eine Linearisierungkarte 82 wird
verwendet, um das Abgasrückzirkulationssteuersignal
vorzugsweise in Millibar Vakuum zur Ausgabe an die (nicht gezeigte)
Abgasrückzirkulationsbetätigungsvorrichtung
in mA auszugeben. Ein Beispiel einer Linearisierungkarte 82 ist
in 7 gezeigt. Obwohl das Abgasrückzirkulationssteuersignal
bezüglich
Millibar Vakuum beschrieben worden ist, sei auch bemerkt, dass die
Ausgangsgröße der Abgasrückzirkulationssteuervorrichtung
als ein Prozentsatz, als Millibar Druck usw. ausgedrückt werden
kann.
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Wenn
die Abgasrückzirkulation
ausgeschaltet ist, wird der Abgasrückzirkulationsstrom auf 0 mA gesetzt,
oder auf irgend einen anderen Wert, der das Abgasrückzirkulationsventil 48 so
positionieren wird, dass es die Rückzirkulation von Abgasen behindert. Wenn
die Abgasrückzirkulation
eingeschaltet ist, wird das linearisierte Abgasrückzirkulationsstromsignal zu der
(nicht gezeigten) Abgasrückzirkulationsbetätigungsvorrichtung
gesandt, um das Abgasrückzirkulationsventil 48 zu
der erwünschten
Position zu bewegen. Um zu bestimmen, ob die Abgasrückzirkulation
eingeschaltet werden sollte, wird die Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine 84 ausgeführt, wie in 8 gezeigt. Die Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine 84 schaltet
das Abgasrückzirkulationssteuersystem
(closed-loop) 60 unter Bedingungen aus, während denen
die Rückzirkulation
des Abgases keine optimale Motorleistung zur Folge hat. Beispielsweise
ist es, wenn der Motor kalt ist, unerwünscht, Abgas zurück zu zirkulieren,
weil das Abgas eine größere Anzahl
von Partikelemissionen enthalten kann, als wenn der Motor bei höheren Temperaturen
arbeitet. Die Motortemperatur ist noch nicht hoch genug, um die
Emissionen aus dem Abgas herauszubrennen, und daher wird das NOx Niveau nicht verringert, und mehr Verunreinigungen
werden in den Motoreinlass und in die Brennkammern eingeleitet,
als erwünscht.
Ein weiterer Fall, wo es nicht wünschenswert
ist, Abgas zurück
zu zirkulieren, ist unter Lastzuständen, wo der Brennstofffluss
nahe einem Niveau ist, wo das Abgas mehr Rauch bzw. Russ enthalten
wird, als erwünscht,
wenn die Menge der verfügbaren
Luft reduziert wird. Wenn der Motor für eine längere Zeitperiode im Leerlauf
gewesen ist, ist es zusätzlich
auch nicht wünschenswert,
das Abgas zurück
zu zirkulieren.
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In
dem in 8 gezeigten Diagramm bewertet
die Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine
zuerst, ob die erwünschte
Motordrehzahl größer ist
als die niedrige Leerlaufdrehzahl 86. Wenn dies so ist, dann
wird ein Leerlauf-Betriebszeitgeber
(Timer) beim Block 88 auf Null gesetzt. Anderenfalls wird
der Leerlauf-Betriebszeitgeber beim Block 90 weiter geschaltet,
um Informationen bezüglich
der Zeitdauer zu liefern, während
der der Motor im Leerlauf gelaufen ist. Beginnend beim Block 92 testet
die Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine 84 Bedingungen,
unter denen die Abgasrückzirkulation
ausgeschaltet werden wird. Die Bedingungen können in irgendeiner Reihenfolge
getestet werden, vorzugsweise in der Reihenfolge, in der sie am
wahrscheinlichsten auftreten. Beim Block 92 wird die Abgasrückzirkulation
im Block 94 ausgeschaltet, wenn die Motorkühlmitteltemperatur
geringer als eine vorbestimmte Kühlmitteltemperatur
ist, die im Block 92 als minimale Abgasrückzirkulationstemperatur
bezeichnet wird. Die Zahl bzw. Größe, die für die minimale Abgasrückzirkulationstemperatur
verwendet wird, hängt
von dem speziellen Motor ab, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet
wird, und kann eine Konstante oder eine Variable sein, die von einem
oder mehreren anderen Motorbetriebsparametern abhängt. Wenn die
Bedingung im Block 92 nicht erfüllt wird, kann die Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine 84 dann testen,
ob der Motor für
mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer im Block 96 im Leerlauf
gewesen ist. Wenn dies so ist, dann wird die Abgasrückzirkulation
im Block 94 ausgeschaltet. Anderenfalls wird eine weitere
Bedingung im Block 98 getestet, um zu bestimmen, ob der
Motor in einem Anlaufbetriebszustand ist. Wenn dies so ist, dann
wird die Abgasrück zirkulation
im Block 94 ausgeschaltet.
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Wenn
die drei Bedingungen, die in den Blöcken 92, 96 und 98 dargelegt
werden, nicht erfüllt werden,
wird eine weitere Bedingung im Block 100 getestet, nämlich ob
ein Russbegrenzung-Flag gesetzt ist. Das Russbegrenzung-Flag zeigt
an, ob die Abgasrückzirkulation
ausgeschaltet ist, und zwar aufgrund einer Brennstoffmenge, die
zum Motor zugemessen wird, oder aufgrund des Zahnstangenwertes (Rack-Wert)
der nahe der Russgrenze oder auf dieser ist. Die Russgrenze wird
in dem Motorsteuermodul 22 unter Verwendung einer Russkarte
gesetzt, die die Russmenge begrenzt, die von dem Motor erzeugt wird,
und zwar als eine Funktion des Luftsammelleitungsdruckes oder des
Ladedruckes, der Umgebungstemperatur und des Druckes und der Motordrehzahl.
Das maximal zulässige
Brennstoffmengensignal, welches von der Russkarte erzeugt wird,
begrenzt die Brennstoffmenge basierend auf der Luftmenge, die verfügbar ist,
um übermäßig viel
Russ zu verhindern. Das Russbegrenzung-Flag wird intern in Teilen
der Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine 84 eingestellt,
wie unten beschrieben. Wenn das Russbegrenzung-Flag nicht gesetzt
ist, wird ein Test ausgeführt,
ob die Brennstoffmenge abzüglich
der Russgrenze größer ist
als eine "Ein-Russ-Schwelle-Größe" des Brennstoffes
im Block 102 ist. Die "Ein-Russ-Schwelle" ist die Schwelle
zwischen der Brennstoff- und der Russgrenze, die die Abgasrückzirkulation
einschalten wird. Der Wert für
die "Ein-Russ-Schwelle" hängt von
dem speziellen Motor ab, in dem das vorliegende Abgasrückzirkulationssteuersystem 60 verwendet
wird. Der Wert kann eine Konstante oder eine Variable sein, die
manuell durch eine Bedienerschnittstelle oder durch eine Funktion eingestellt
wird, die in der Software eingerichtet ist. Wenn die Bedingung im
Block 102 nicht erfüllt
wird, dann wird die Abgasrückzirkulation
im Block 104 ausgeschaltet. Anderenfalls wird das Russbegrenzung-Flag
auf "falsch" oder auf "aus" im Block 106 gesetzt,
und das Abgasrückzirkulation-Einschalten-Flag
wird auf "wahr" oder "ein" gesetzt.
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Wenn
die Bedingung im Block 100 erfüllt wurde, das heißt, wenn
das Russbegrenzung-Flag "aus" ist, dann wird die
Bedingung im Block 110 getestet, um zu bestimmen, ob die
Brennstoffmenge abzüglich
der Russgrenze geringer als eine Aus-Russ-Schwelle ist. Die Aus-Russ-Schwelle
ist ein Schwellenwert zwischen der Brennstoffmenge und der Russgrenze,
der die Abgasrückzirkulation ausschalten
wird. Der Wert für
die "Aus-Russ-Schwelle" hängt von
dem speziellen Motor ab, bei dem das vorliegende Abgasrückzirkulationssteuersystem 60 verwendet
wird. Der Wert kann eine Konstante oder eine Variable sein, die
manuell durch eine Bedienerschnittstelle oder durch eine Funktion
eingestellt wird, die in der Software eingerichtet ist. Wenn die
Bedingung im Block 110 nicht erfüllt wird, dann wird das Abgasrückzirkulation-Einschalten-Flag
auf "wahr" oder "ein" im Block 112 gesetzt.
Anderenfalls wird das Russbegrenzung-Flag auf "wahr" oder "ein" gesetzt, und die
Abgasrückzirkulation
wird in den Blöcken 114 bzw. 116 ausgeschaltet.
In dem Ausführungsbeispiel
der Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine, die in 8 gezeigt ist, wird die Steuerung zurück zur Software
des Abgasrückzirkulationssteuersystem 60 gebracht.
Es sei jedoch bemerkt, dass zusätzliche
Bedingungen zum Einschalten oder Ausschalten der Abgasrückzirkulation
bei anderen Ausführungsbeispielen
der Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine 84 getestet
werden können,
und zwar abhängig
von den Betriebscharakteristiken eines speziellen Motors, bei dem die
vorliegende Erfindung verwendet wird. Genauso kann bestimmt werden,
dass die Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine 84 nur
einen Untersatz von Bedingungen testen sollte, der in 8 gezeigt ist und oben beschrieben wurde,
oder das unterschiedliche Bedingungen statt dessen getestet werden
sollten.
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Ein
wichtiger Aspekt der Abgasrückzirkulation-Ausschalten-Routine 84 ist,
dass sie unabhängig von
dem Rest der Software des Abgasrückzirkulationssteuersystems 60 ausgeführt werden
kann, wie im Flussdiagramm der 9 gezeigt.
Wenn die Abgasrückzirkulation
eingeschaltet ist, werden im Block 120 die Teile der Software
des Abgasrückzirkulationssteuersystems
ausgeführt,
die die erwünschte Position
des Abgasrückzirkulationsventils
berechnen, wie im Block 122 angezeigt. Im Block 124 wird der
Abgasrückzirkulationsstrom
auf den Wert eingestellt, der aus der Linearisierungskarte 82 (Kennfeld) resultiert,
und die Steuerung der Programmausführung wird zu der Aufrufroutine
zurückgebracht,
wie beispielsweise das Motorsteuermodul 22, wie im Block 126 gezeigt.
Wenn die Abgasrückzirkulation ausgeschaltet
wird, dann wird der Abgasrückzirkulationsstrom
auf einen Wert gesetzt, der das Abgasrückzirkulationsventil 48 in
eine Position bewegt, die die Rückzirkulation
von Abgas minimiert oder eliminiert, wie im Block 128 gezeigt.
Die Steuerung der Software-Ausführung
wird dann zur Aufrufroutine zurückgebracht,
wie beispielsweise die Software des Motorsteuermoduls, wie im Block 126 gezeigt.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Das
Abgasrückzirkulationssteuersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung reduziert die NOx-Emissionen und
verbessert die Brennstoffverbrennung, wodurch ein besserer Brennstoffwirkungsgrad
begünstigt
wird. Wenn der Motor kalt ist oder auf Leerlaufbedingungen für eine längere Zeitperiode
ist, hilft das vorliegende Abgasrückzirkulationssteuersystem
dabei, dass Luft/Brennstoff-Verhältnis
in einem effizienteren Bereich zu halten, indem es die Abgasrückzirkulation
vollständig
ausschaltet. Diese Strategie hat den zusätzlichen Vorteil, Berechnungsressourcen
einzusparen, weil die Berechnungen und die Tabellennachschauroutinen,
die erforderlich sind, um die Abgasmenge zu berechnen, die zurück zu zirkulieren
ist, nicht ausgeführt
werden, wenn die Abgasrückzirkulation
ausgeschaltet ist.
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Wenn
die Abgasrückzirkulation
eingeschaltet ist, wird Wärme
absorbiert, was einen langsameren kühleren Verbrennungsprozess
zur Folge hat, was das Niveau der unverbrannten Kohlenwasserstoffe
in dem Abgas und NOx reduziert. Weiterhin hebt
das Abgasrückzirkulationssystem
die Auslasstemperatur des Motors aufgrund der Verdrängung der
kalten Einlassluft mit heißem
Abgas, was eine frühere
Aktivierung und einen wirkungsvolleren Betrieb der katalytischen
Wandler zur Folge hat, falls diese eingebaut sind, um Verunreinigungen
aus dem Abgasstrom zu entfernen.
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Das
vorliegende Abgasrückzirkulationsventil 48 ist
elektronisch betätigt
und bietet ein genaues Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit für variierende Motorbelastungen.
Die Abgasrückzirkulationssteuerung 26 in
dem elektronischen Steuermodul 22 sieht auch eine präzise Bestimmung
der optimalen Abgasrückzirkulationsraten
und eine präzise
Positionierung des Abgasrückzirkulationsventils 48 vor.
Als eine Folge spricht der Motor 12 mit der Nenn-Leistung über seinen
Bereich von Betriebsbedingungen an, und die unerwünschten
Effekte von schwarzem Russ und/oder dem Stottern bzw. Absterben
eines Motors aufgrund der Einleitung von zu viel zurückzirkuliertem
Abgas, was ein übliches
Problem bei Abgasrückzirkulationssteuersystemen
des Standes der Technik ist, werden eliminiert.