Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Steuerung des Kraftstoff/Luftgemischverhältnisses für einen Innenverbrennungsmotor, bei dem Luftstrom und Abgasrückführungsstrom ausgehend von Drucksensoren berechnet werden.The invention relates to a system for controlling the air / fuel ratio for an internal combustion engine, in which air flow and exhaust gas recirculation flow are calculated from pressure sensors.
Motorsteuerungssysteme bestimmen häufig die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch Messung eines Ansaugkrümmerdrucks in Verbindung mit anderen Motorbetriebszuständen. Dieses Verfahren wird von den Fachleuten als Drehzahl/Dichte-Verfahren (speed density method) bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird ein Mittelwertmodell des Motorbetriebs aufgebaut, bei dem ein durchschnittlicher Ansaugkrümmerdruck bei einer gegebenen Drehzahl zu einem bestimmten Luftzufluß in den Zylinder führt. Bei dieser Art von System ist die Messung des Ansaugkrümmerdrucks entscheidend für die korrekte Voraussage des Luftstroms in den Zylinder und damit für die korrekte Steuerung des Kraftstoff/Luftgemischverhältnisses.Engine control systems often determine the amount of fuel to be injected by measuring intake manifold pressure in conjunction with other engine operating conditions. This method is referred to by those skilled in the art as a speed density method. In this method, a mean value model of engine operation is constructed in which an average intake manifold pressure at a given speed results in a particular air flow into the cylinder. In this type of system, intake manifold pressure measurement is critical to correctly predicting airflow into the cylinder and thus for correct control of the air / fuel ratio.
Wie oben ausgeführt, stehen zahlreiche Verfahren zur Verfügung, um unter Verwendung eines Ansaugkrümmerdrucksensors die Füllung des Zylinders mit Luft zu schätzen. Typischerweise werden Motorkennfelder erstellt, die eine Füllung des Zylinders mit Luft als Funktion eines gemessenen Ansaugkrümmerdrucks, der Temperatur des Krümmers und der Motordrehzahl liefern. Bei Motoren, bei denen Abgasrückführung erfolgt, wird eine verbesserte Schätzung der Füllung des Zylinders mit Luft dadurch erhalten, daß auf der Grundlage der Menge an Abgasrückführung Korrekturfaktoren geliefert werden.As noted above, numerous methods are available for estimating the filling of the cylinder with air using an intake manifold pressure sensor. Typically, engine maps are created that provide air filling of the cylinder as a function of measured manifold pressure, manifold temperature, and engine speed. In engines where exhaust gas recirculation occurs, an improved estimate of the cylinder's air charge is obtained by providing correction factors based on the amount of exhaust gas recirculation.
Ein besonderes Verfahren wird im US-Patent US 5 205 260 A beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der EGR-Strom auf der Grundlage der Druckdifferenz beidseits eines Flußsteuerungsventils und weiter basierend auf der Querschnittsfläche des Ventils geschätzt. Anschließend wird dieser Strom bei einem Ansaugkrümmerfüllmodell herangezogen, um einen EGR-Teildruck im Anlaßkrümmer zu schaffen. Anschließend wird aufgrund des EGR-Teildrucks und des gemessenen Krümmerdrucks ein Wert für die Füllung des Zylinders mit Luft berechnet.A special process is described in the US patent US 5 205 260 A described. In this method, the EGR flow is estimated based on the pressure difference on both sides of a flow control valve and further based on the cross-sectional area of the valve. Subsequently, this current is used in an intake manifold filling model to provide an EGR partial pressure in the starting manifold. Then, based on the EGR partial pressure and the measured manifold pressure, a value for the cylinder filling with air is calculated.
Die in der Erfindung genannten Erfinder erkannten einen Nachteil des oben dargestellten Systems. Insbesondere führt die Schätzung des EGR-Stroms in dieser Form aufgrund der Unsicherheit der Ventilfläche zu Ungenauigkeiten der Schätzung. Diese Unsicherheit kann durch Ablagerungen im Ventil verursacht werden. Da Ungenauigkeiten beim EGR-Strom direkt die geschätzte Füllung des Zylinders mit Luft beeinflussen, führt dies zu Ungenauigkeiten bei der berechneten Kraftstoffeinspritzmenge, und demzufolge kann diese die Steuerung des Kraftstoff/Luftgemischverhältnisses verschlechtern.The inventors named in the invention recognized a disadvantage of the system presented above. In particular, the estimation of the EGR flow in this form due to the uncertainty of the valve area leads to inaccuracies of the estimate. This uncertainty can be caused by deposits in the valve. Since inaccuracies in the EGR flow directly affect the estimated filling of the cylinder with air, this leads to inaccuracies in the calculated amount of fuel injection, and as a result, it may deteriorate the control of the air-fuel ratio.
Ein anderer Ansatz zur Ermittlung der EGR-Menge griff auf eine Druckdifferenzmessung beidseits einer Öffnung zurück, um einen Strom an Abgas abzuleiten. Traditionell liegt die Öffnung stromauf vom Steuerventil für den Abgasrückführungsstrom. Demzufolge sind die Druckmessungen abgeschirmt von den Schwankungen des Ansaugkrümmerdrucks; die Druckmessungen sind jedoch nicht abgeschirmt von den Schwankungen des Auspuffdrucks. Bei dem an sich bekannten System werden die hochfrequenten Druckschwankungen bei den Druckmessungen dadurch reduziert, daß ein an sich bekannter Tiefpassfilter verwendet wird. Ein solches System wird im US-Patent US 5 613 479 A offenbart.Another approach to determining the amount of EGR used a differential pressure measurement on either side of an orifice to exhaust a stream of exhaust gas. Traditionally, the opening is upstream of the exhaust gas recirculation flow control valve. As a result, the pressure measurements are shielded from the variations in intake manifold pressure; however, the pressure measurements are not shielded from the variations in exhaust pressure. In the system known per se, the high-frequency pressure fluctuations in the pressure measurements are reduced by using a known low-pass filter. Such a system is described in the US patent US 5,613,479 A disclosed.
Die in der Anmeldung genannten Erfinder erkannten eine bedeutende Möglichkeit zur Reduzierung der Systemgesamtkosten durch Verlegen der Öffnung in Richtung stromab vom Steuerventil für den Abgasrückführungsstrom, jedoch vor dem Ansaugkrümmer. Demzufolge kann der Ansaugkrümmerdrucksensor zur Messung des Drucks stromab von der Öffnung verwendet werden, und ein einzelner Absolutdrucksensor kann verwendet werden, um den Druck stromauf von der Öffnung zu messen. Dies schafft den nötigen Druckunterschied zur Messung des Abgasrückführungsstroms ebenso wie die Möglichkeit der Schätzung der Frischfüllung des Zylinders.The inventors named in the application recognized a significant opportunity to reduce overall system costs by laying the opening in the direction downstream of the exhaust gas recirculation flow control valve but ahead of the intake manifold. As a result, the intake manifold pressure sensor may be used to measure the pressure downstream of the port, and a single absolute pressure sensor may be used to measure the pressure upstream of the port. This provides the necessary pressure differential for measuring exhaust gas recirculation flow as well as the possibility of estimating the fresh fill of the cylinder.
DE 43 01 655 C1 betrifft eine Ventilanordnung für eine Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor mit einem membrangesteuerten Ventil, wobei das Ventil eine vorgeschaltete Einschnürung aufweist. AT 388809 B betrifft eine Messanordnung zur Durchflussmengenmessung von Fluid-, vorzugsweise Gasströmen, wobei das Fluid durch zumindest eine in einem Rohr angeordnete Messblende geführt ist, die eine ihre Durchflussöffnung begrenzende, radial nach innen gerichtete scharfe Kante aufweist. DE 43 01 655 C1 relates to a valve assembly for exhaust gas recirculation in an internal combustion engine with a diaphragm-controlled valve, wherein the valve has an upstream constriction. AT 388809 B relates to a measuring arrangement for measuring the flow rate of fluid, preferably gas streams, wherein the fluid is passed through at least one arranged in a tube measuring orifice, which has a flow opening limiting, radially inwardly directed sharp edge.
Ein hiermit beanspruchter Erfindungszweck ist die Lieferung eines Systems zur Messung der Abgasrückführung und eines Systems zur Schätzung der Zylinderluftfüllung, welche die Genauigkeit verbessern.An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation measurement system and a cylinder air charge estimation system which improve accuracy.
Der obige Zweck wird erreicht, und Probleme früherer Ansätze werden überwunden durch ein System gemäß dem Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung.The above purpose is achieved, and problems of previous approaches are overcome by a system according to claim 1 of the present invention.
Durch Verwendung gemeinsamer Signale für die Schätzung des EGR-Stroms und der Füllung des Zylinders mit Luft werden eine vereinfachte Struktur und ein System mit reduzierten Kosten erhalten. Des weiteren wird durch Verwendung eines bestimmten Öffnungsbereichs stromab von einem Steuerventil für die Rückführung des Abgases verbunden mit Druckmessungen stromauf und stromab von der Öffnung eine genauere EGR-Stromschätzung erhalten. Insbesondere muß das Schätzungsschema nicht die sich verändernde Ventilfläche berücksichtigen, und demzufolge müssen weniger Einflußgrößen berücksichtigt werden. Des weiteren muß nach der Erfindung die Auspuffkrümmertemperatur oder der Auspuffkrümmerdruck nicht gemessen oder abgeleitet werden.By using common signals for estimating EGR flow and filling the cylinder with air, a simplified structure and a reduced cost system are obtained. Furthermore, by using a in response to pressure measurements upstream and downstream of the orifice, a more accurate EGR current estimate was obtained downstream of a control valve for recirculation of the exhaust gas. In particular, the estimation scheme does not have to take into account the changing valve area, and thus fewer factors need to be considered. Furthermore, according to the invention, the exhaust manifold temperature or exhaust manifold pressure need not be measured or derived.
Ein Vorteil des obigen Merkmals der Erfindung liegt darin, daß eine genauere Schätzung der Füllung des Zylinders mit Luft erhalten wird.An advantage of the above feature of the invention is that a more accurate estimate of the filling of the cylinder with air is obtained.
Ein weiterer Vorteil des genannten Merkmals der Erfindung ist, daß die genauere Schätzung der Luft im Zylinder zu verbesserten Emissionen bei reduzierten Systemkosten führt.Another advantage of said feature of the invention is that the more accurate estimation of the air in the cylinder results in improved emissions with reduced system cost.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen
- 1 ein Blockdiagramm eines Motors, bei dem die Erfindung zum Einsatz kommt;
- 2A und 2B alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung;
- 3 bis 6 Flußdiagramme hohen Niveaus verschiedener Routinen zur Steuerung des EGR-Stroms;
- 7 ein Blockdiagramm eines Motors, bei dem die Erfindung genutzt wird;
- 8 bis 10 Flußdiagramme hohen Niveaus verschiedener Abläufe, die durch einen Teil des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels durchgeführt werden, und
- 11 bis 12 Beispiele einer fluktuierenden Wellenform, mit der die Erfindung vorteilhafterweise genutzt wird,
- 13A und 13B sind Diagramme, die den Frequenzgehalt eines Drucksignals und ein Beispiel der Magnituden/Frequenzcharakteristika des Spitzenfilters.
Other inventive features and advantages of the invention will become apparent from the following description in which embodiments are explained with reference to the drawings. In the drawings show - 1 a block diagram of an engine, in which the invention is used;
- 2A and 2 B alternative embodiments of the invention;
- 3 to 6 High level flowcharts of various routines for controlling EGR flow;
- 7 a block diagram of an engine, in which the invention is used;
- 8th to 10 High level flowcharts of various flows through a part of the 8th shown embodiment, and
- 11 to 12 Examples of a fluctuating waveform, with which the invention is advantageously used,
- 13A and 13B Fig. 10 are diagrams showing the frequency content of a pressure signal and an example of the magnitude / frequency characteristics of the peak filter.
Ein Innenverbrennungsmotor 10, welcher eine Mehrzahl von Zylindern, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt wird, aufweist, wird durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 weist einen Verbrennungsraum 30 und Zylinderwände 32 mit darin angeordneten Kolben 36 auf, die mit der Kurbelwelle 40 verbunden sind. Der Verbrennungsraum 30 steht mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Auspuffkrümmer 48 über jeweilige Ansaugventile 52 und Auslaßventile 54 in Verbindung. Der Abgassauerstoffsensor 16 wird stromauf eines Katalysators 20 mit dem Auspuffkrümmer 48 des Motors 10 verbunden.An internal combustion engine 10 which comprises a plurality of cylinders, one cylinder of which 1 is shown by an electronic engine control unit 12 controlled. The motor 10 has a combustion chamber 30 and cylinder walls 32 with piston arranged therein 36 on that with the crankshaft 40 are connected. The combustion chamber 30 stands with the intake manifold 44 and the exhaust manifold 48 via respective intake valves 52 and exhaust valves 54 in connection. The exhaust gas oxygen sensor 16 is upstream of a catalyst 20 with the exhaust manifold 48 of the motor 10 connected.
Der Ansaugkrümmer 44 steht mit dem Drosselklappengehäuse 64 über die Drosselklappe 66 in Verbindung. Der Ansaugkrümmer 44 weist in der Zeichnung eine damit verbundene Kraftstoffeinspritzdüse 68 zur Abgabe einer Kraftstoffmenge, die proportional zur Pulsweite des Signals (fpw) aus dem Steuergerät 12 ist, auf. Kraftstoff wird zur Kraftstoffeinspritzdüse 68 durch ein (nicht gezeigtes) an sich bekanntes Kraftstoffversorgungssystem zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine (nicht gezeigte) Kraftstoffverteilerleitung aufweist. Der Motor 10 weist des weiteren ein an sich bekanntes kontaktloses Zündsystem 88 zur Lieferung von Zündfunken über eine Zündkerze 92 in den Verbrennungsraum 30 nach Vorgaben des Steuergeräts 12 auf. Bei dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 12 ein an sich bekannter Mikrocomputer, welcher aufweist: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs/Ausgangsanschlüsse 104, ein elektronisches Speicherchip 106, welches bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher ist, einen Informationsspeicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 108 und einen konventionellen Datenbus.The intake manifold 44 stands with the throttle body 64 over the throttle 66 in connection. The intake manifold 44 has in the drawing an associated fuel injector 68 to deliver a quantity of fuel proportional to the pulse width of the signal (fpw) from the controller 12 is on. Fuel becomes the fuel injector 68 by a per se known fuel supply system (not shown) that includes a fuel tank, a fuel pump, and a fuel rail (not shown). The motor 10 further includes a per se known contactless ignition system 88 for supplying spark via a spark plug 92 in the combustion chamber 30 according to specifications of the control unit 12 on. In the embodiment described herein, the controller is 12 a per se known microcomputer, comprising: a microprocessor unit 102 , Input / output connections 104 , an electronic memory chip 106 which in this particular embodiment is an electronically programmable memory, a random access memory (RAM) 108 and a conventional data bus.
Das Steuergerät 12 erhält zusätzlich zu den vorstehend erörterten Signalen verschiedene Signale aus mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, diese umfassen: Messungen des induzierten Luftmassenstroms (MAF) aus dem Luftmassenstromsensor 110, welcher mit dem Drosselklappengehäuse 64 verbunden ist; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) aus dem mit dem Kühlmantel 114 verbundenen Temperatursensor 112, eine Messung des Ansaugkrümmerdrucks von dem mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenen Ansaugkrümmerdrucksensor 116, eine Messung der Drosselklappenstellung (TP) von dem mit der Drosselklappe 66 verbundenen Drosselklappenstellungssensor 117 und ein Profil-Zündungsabgriff-signal (PIP) aus dem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hall-Sensor 118, welcher eine Motordrehzahl (N) liefert.The control unit 12 receives various signals from the engine in addition to the signals discussed above 10 connected sensors, these include: measurements of the induced mass air flow ( MAF ) from the air mass flow sensor 110 , which with the throttle body 64 connected is; Engine coolant temperature ( ECT ) from the one with the cooling jacket 114 connected temperature sensor 112 , a measure of intake manifold pressure from that with the intake manifold 44 connected intake manifold pressure sensor 116 , a measurement of the throttle position ( TP ) of which with the throttle 66 connected throttle position sensor 117 and a profile firing tap signal ( PIP ) from the crankshaft 40 connected Hall sensor 118 , which is an engine speed ( N ).
Dem Ansaugkrümmer 44 wird Abgas durch ein an sich bekanntes EGR-Rohr 202 zugeführt, das mit dem Auspuffkrümmer 48, einer EGR-Ventileinheit 200 und einer EGR-Öffnung 205 in Verbindung steht. Alternativ könnte das Rohr 202 ein im Motor intern verlaufender Weg sein, der eine Verbindung zwischen dem Auspuffkrümmer und dem Ansaugkrümmer 44 herstellt. Der Stromsensor 206 steht mit dem EGR-Rohr 202 zwischen der Ventileinheit 200 und der Öffnung 205 in Verbindung. Der Stromsensor 206 steht auch mit dem Ansaugkrümmer 44 in Verbindung. Mit anderen Worten fließt Abgas vom Ansaugkrümmer 44 zunächst durch die Ventileinheit 200, dann durch die EGR-Öffnung 205 zum Ansaugkrümmer 44. Die EGR-Ventileinheit 200 kann damit als stromauf von der Öffnung 205 angeordnet bezeichnet werden.The intake manifold 44 Exhaust gas is through a known per se EGR pipe 202 supplied with the exhaust manifold 48 , an EGR valve unit 200 and an EGR opening 205 communicates. Alternatively, the tube could 202 an internal internal path that provides a connection between the exhaust manifold and the intake manifold 44 manufactures. The current sensor 206 stands with the EGR pipe 202 between the valve unit 200 and the opening 205 in connection. The current sensor 206 is synonymous with the intake manifold 44 in connection. In other words, exhaust flows from the intake manifold 44 first through the valve unit 200 . then through the EGR opening 205 to the intake manifold 44 , The EGR valve unit 200 can thus be considered upstream of the opening 205 be designated arranged.
Der Stromsensor 206 liefert über die Öffnung 205 (DP) eine Messung des Ansaugkrümmerdrucks (MAP) und des Druckverlustes an das Steuergerät 12. Die Signale MAP und DP werden dann verwendet, um den EGR-Strom zu berechnen, wie dies hierin weiter unten unter besonderer Bezugnahme auf die 3 bis 5 beschrieben wird. Die EGR-Ventileinheit 200 hat eine (nicht gezeigte) Ventilstellung für die Steuerung einer variablen Begrenzung der Flächen im EGR-Rohr 202, wodurch der EGR-Strom entsprechend gesteuert wird. Die EGR-Ventileinheit 200 kann entweder den EGR-Strom durch das Rohr 202 minimal einschränken oder aber den EGR-Strom durch das Rohr 202 vollständig unterbinden. Ein Vakuumregler 224 ist mit der EGR-Ventileinheit 200 verbunden. Der Vakuumregler 224 erhält vom Steuergerät 12 ein Steuerungssignal (226) zur Steuerung der Ventilstellung der EGR-Ventileinheit 200. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die EGR-Ventileinheit 200 ein vakuumbetätigtes Ventil. Jedoch kann, wie es für den Fachmann offensichtlich ist, jede Art von Stromsteuerungsventil verwendet werden, wie z.B. ein Magnetventil oder ein von einem Schrittmotor angetriebenes Ventil.The current sensor 206 delivers over the opening 205 (DP) a measurement of intake manifold pressure ( MAP ) and the pressure loss to the control unit 12 , The signals MAP and DP are then used to calculate the EGR flow, as described hereinbelow with particular reference to FIGS 3 to 5 is described. The EGR valve unit 200 has a valve position (not shown) for controlling a variable restriction of areas in the EGR tube 202 , whereby the EGR flow is controlled accordingly. The EGR valve unit 200 Either the EGR flow through the pipe 202 minimize or restrict the EGR flow through the pipe 202 completely stop. A vacuum regulator 224 is with the EGR valve unit 200 connected. The vacuum regulator 224 received from the controller 12 a control signal ( 226 ) for controlling the valve position of the EGR valve unit 200 , In a preferred embodiment, the EGR valve unit is 200 a vacuum operated valve. However, as will be apparent to those skilled in the art, any type of flow control valve may be used, such as a solenoid valve or a stepper motor driven valve.
Unter Bezugnahme auf die 2A und 2B und insbesondere die 2A wird ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem ein Gehäuse 250 einen Pfad 252 mit einem Einlaßende 254 und einem Auslaßende 256 enthält. Eine variable Öffnung 258 wird durch die Nadel 260 des Ventils 200 gesteuert. Das Gehäuse 250 enthält auch den Vakuumregler 224, der mit dem Ventil 200 verbunden ist und damit die Nadel 260 regelt. Der Pfad 252 weist auch die mit dem Auslaßende 256 verbundene Öffnung 205 auf. Ein Druckdifferenzsensor 262 mißt die Druckdifferenz beidseits der Öffnung 205 und liefert ein Druckdifferenzsignal 266 an den Schaltkreis 268. Das Drucksensormeßgerät 264 steht über den Meßwertpfad 269 mit dem Auslaßende 256 in Verbindung, mißt den Druck stromab von der Öffnung 205 und liefert ein Drucksignal 270 an den Schaltkreis 268. Der Schaltkreis 268 berechnet entweder digital unter Verwendung von an sich bekannten Mikroprozessorschaltkreisen oder analog unter Verwendung von an sich bekannten Analogschaltkreisen das Produkt der Signale 266 und 270. Der Schaltkreis 268 stellt dann das Ergebnis dieser Berechnung beim Signal 272 zur Verfügung.With reference to the 2A and 2 B and especially the 2A an alternative embodiment of the invention is shown in which a housing 250 a path 252 with an inlet end 254 and an outlet end 256 contains. A variable opening 258 gets through the needle 260 of the valve 200 controlled. The housing 250 also contains the vacuum regulator 224 that with the valve 200 connected and thus the needle 260 regulates. The path 252 also has the one with the outlet end 256 connected opening 205 on. A pressure difference sensor 262 measures the pressure difference on both sides of the opening 205 and provides a pressure difference signal 266 to the circuit 268 , The pressure sensor gauge 264 is above the measured value path 269 with the outlet end 256 in conjunction, measures the pressure downstream of the opening 205 and provides a pressure signal 270 to the circuit 268 , The circuit 268 either digitally computes the product of the signals using microprocessor circuits known per se or analogously using analog circuits known per se 266 and 270 , The circuit 268 then puts the result of this calculation at the signal 272 to disposal.
Alternativ stehen, wie in 2B gezeigt, der Differentialsensor 262 und der Sensor 264 über einen zweiten Verbindungspfad 274 mit dem (nicht gezeigten) stromab verlaufenden Strom in Verbindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Pfade 256 und 274 so gestaltet, daß sie mit dem Ansaugkrümmer eines Innenverbrennungsmotors verbunden sind. Dann stehen die Pfade 274 und 256 über den Ansaugkrümmer in Fluidverbindung. Eine solche Anordnung ist dann vorzuziehen, wenn der Schaltkreis 268 auch ein Signal 276 liefert, das für den vom Sensor 264 gemessenen Druck charakteristisch ist.Alternatively stand, as in 2 B shown the differential sensor 262 and the sensor 264 over a second connection path 274 in communication with the downstream flow (not shown). In this embodiment, the paths become 256 and 274 designed to be connected to the intake manifold of an internal combustion engine. Then there are the paths 274 and 256 via the intake manifold in fluid communication. Such an arrangement is preferable when the circuit 268 also a signal 276 that's for the sensor 264 measured pressure is characteristic.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun eine Routine für die Berechnung des EGR-Stroms (EM) beschrieben. Bei Schritt 210 wird das Signal MAP vom Steuergerät 12 aus dem Sensor 206 ausgelesen und liefert somit einen Meßwert für den Druck stromab von der Öffnung 205. Dann wird bei Schritt 212 vom Steuergerät 12 die Druckdifferenz DP beidseits der Öffnung 205 aus dem Sensor 206 ausgelesen. Bei Schritt 214 wird ein Korrekturfaktor CF1, der teilweise die Komprimierbarkeitseffekte des EGR-Stroms berücksichtigt, als der vom Signal MAP gemessene absolute Druck berechnet. Wenn alternativ der bei Schritt 210 gemessene stromab anliegende Druck der Druck relativ zur Atmosphäre war, würde der Korrekturfaktor CF1 als die Summe des Drucks relativ zur Atmosphäre zuzüglich des auf der Atmosphäre beruhenden absoluten Drucks berechnet werden. Anschließend wird bei Schritt 216 der EGR-Strom EM als die Quadratwurzel des Produktes des Korrekturfaktors CF1 und der Druckdifferenz DP multipliziert mit der Konstante K berechnet. Die Konstante K ist für einen Kalibrierungsausdruck charakteristisch, der verschiedene Einheitsumrechnungen und die Fläche der Öffnung 205 berücksichtigt. Auf diese Weise werden Druck- und Temperatureffekte aufgrund der Ausdehnung des EGR-Stroms durch das Ventil 200 ausreichend beseitigt, und der Meßfehler wird reduziert.With reference to 3 Now a routine for calculating the EGR flow ( EM ). At step 210 becomes the signal MAP from the control unit 12 from the sensor 206 read out and thus provides a reading for the pressure downstream of the opening 205 , Then at step 212 from the control unit 12 the pressure difference DP on both sides of the opening 205 from the sensor 206 read. At step 214 becomes a correction factor CF1 which partly takes into account the compressibility effects of the EGR flow than that from the signal MAP measured absolute pressure calculated. Alternatively, if at step 210 measured downstream pressure was the pressure relative to the atmosphere, the correction factor would be CF1 is calculated as the sum of the pressure relative to the atmosphere plus the absolute pressure based on the atmosphere. Subsequently, at step 216 the EGR stream EM as the square root of the product of the correction factor CF1 and the pressure difference DP multiplied by the constant K. The constant K is characteristic of a calibration expression, the various unit conversions, and the area of the aperture 205 considered. In this way, pressure and temperature effects due to the expansion of the EGR flow through the valve 200 sufficiently eliminated, and the measurement error is reduced.
Die in 3 beschriebene Routine nutzt die Natur des Stroms, welche auf de Ausdehnung zunächst durch Stromsteuerventil 200 und dann durch die Öffnung 205 beruht, wobei die Quelle des Stroms der Auspuffkrümmer 48 und die Senke der Ansaugkrümmer 44 des Innenverbrennungsmotors 10 ist. Aufgrund typischer Bereiche von Auspuffkrümmerdruck und -temperatur und Ansaugkrümmerdruck (MAP) kann unter Verwendung des Produktes der Druckdifferenz (DP) beidseits der Öffnung 205 und des Drucks stromab der Öffnung 205 (MAP) eine Annäherung an den EGR-Strom erfolgen, ohne daß die Notwendigkeit der Messung der Temperatur stromauf der Öffnung 205 (stromab des Stromsteuerventils 200) besteht.In the 3 The routine described utilizes the nature of the flow, which is initially extended by the flow control valve 200 and then through the opening 205 based, with the source of the flow of the exhaust manifold 48 and the sink of the intake manifold 44 of the internal combustion engine 10 is. Due to typical ranges of exhaust manifold pressure and temperature and intake manifold pressure (MAP), using the product of the pressure difference (FIG. DP ) on both sides of the opening 205 and the pressure downstream of the opening 205 ( MAP ) an approximation to the EGR flow can be made without the need to measure the temperature upstream of the orifice 205 (downstream of the flow control valve 200 ) consists.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun eine alternative Routine für die Berechnung des EGR-Stroms EM beschrieben. Bei Schritt 310 wird das Signal MAP vom Steuergerät 12 aus dem Sensor 206 ausgelesen und liefert einen Meßwert für den Druck bei der Öffnung 205. Dann wird bei Schritt 312 die Druckdifferenz DP beidseits der Öffnung 205 vom Steuergerät 12 aus dem Sensor 206 ausgelesen. Bei Schritt 314 wird ein Korrekturfaktor CF1, der teilweise die Komprimierbarkeitseffekte des EGR-Stroms berücksichtigt, als der vom Signal MAP gemessene absolute Druck berechnet. Wenn alternativ der bei Schritt 310 stromab gemessene Druck der Druck relativ zur Atmosphäre war, würde der Korrekturfaktor CF1 als die Summe des Drucks relativ zur Atmosphäre zuzüglich des auf der Atmosphäre beruhenden absoluten Drucks berechnet werden. Dann wird bei Schritt 316 der Korrekturfaktor CF2 als Funktion sowohl der Druckdifferenz DP wie auch des stromabseitigen Drucks MAP berechnet, wobei k für das Verhältnis spezifischer Hitzewerte des Abgases charakteristisch ist. Der Korrekturfaktor CF2 berücksichtigt ferner die Komprimierbarkeitseffekte des EGR-Stroms. Anschließend wird bei Schritt 318 der Korrekturfaktor CF3 als Funktion des Stroms durch den Motor MAF berechnet. Der Korrekturfaktor CF3 berücksichtigt Schwankungen beim Auspuffdruck. Die Funktion h stellt eine Funktion dar, welche den Luftstrom durch den Motor, MAF, mit dem Auspuffdruck korrigiert, und sie wird experimentell ermittelt. Zusätzlich kann die Funktion h einen Korrekturfaktor für den barometrischen Druck mit einschließen. Mit anderen Worten wird der Auspuffdruck als Funktion sowohl von MAF wie auch vom barometrischen Druck berechnet. Die Auswirkung des barometrischen Drucks auf den Auspuffdruck wird ebenfalls experimentell ermittelt. Der barometrische Druck kann entweder gemessen oder geschätzt werden, indem an sich bekannte Verfahren herangezogen werden. Anschließend wird bei Schritt 320 der EGR-Strom EM als Funktion der Korrekturfaktoren CF1, CF2, CF3, der Druckdifferenz DP und der Konstante K berechnet. Auf diese Art und Weise werden Druck- und Temperaturauswirkungen aufgrund der Ausdehnung des EGR-Stroms durch das Ventil 200 weiter ausgeschlossen, und der Meßfehler wird bei zusätzlicher Komplexität weiter reduziert.With reference to 4 An alternative routine for calculating the EGR flow EM will now be described. At step 310 becomes the signal MAP from the control unit 12 from the sensor 206 read out and provides a reading for the pressure at the opening 205 , Then at step 312 the pressure difference DP on both sides of the opening 205 from the control unit 12 from the sensor 206 read. At step 314 becomes a correction factor CF1 which partly takes into account the compressibility effects of the EGR flow than that from the signal MAP measured absolute pressure calculated. Alternatively, if at step 310 downstream measured pressure was the pressure relative to the atmosphere, the correction factor would be CF1 is calculated as the sum of the pressure relative to the atmosphere plus the absolute pressure based on the atmosphere. Then at step 316 the correction factor CF2 as a function of both the pressure difference DP as well as the downstream pressure MAP calculated, where k is characteristic of the ratio of specific heat values of the exhaust gas. The correction factor CF2 also takes into account the compressibility effects of EGR flow. Subsequently, at step 318 the correction factor CF3 as a function of the current through the motor MAF calculated. The correction factor CF3 takes into account fluctuations in the exhaust pressure. The function H represents a function which controls the flow of air through the engine, MAF , corrected with the exhaust pressure, and it is determined experimentally. In addition, the function H include a correction factor for the barometric pressure. In other words, the exhaust pressure as a function of both MAF as also calculated by barometric pressure. The effect of barometric pressure on exhaust pressure is also determined experimentally. The barometric pressure can either be measured or estimated using methods known per se. Subsequently, at step 320 the EGR stream EM as a function of the correction factors CF1 . CF2 . CF3 , the pressure difference DP and the constant K calculated. In this way, pressure and temperature effects are due to the expansion of the EGR flow through the valve 200 further excluded, and the measurement error is further reduced with additional complexity.
Unter Bezugnahme auf 5 wird nun eine Routine für die Steuerung des EGR-Stroms beschrieben. Bei Schritt 410 wird der gewünschte EGR-Strom DESEM als Funktion des Motorbetriebszustandes berechnet, der die (ausgehend vom Signal PIP ermittelte) Motordrehzahl und den Luftstrom (MAF) einschließt. Dann wird der Wert von EM, der entweder nach 3 oder 4 berechnet wird, von DESEM abgezogen, um ein Fehlersignal ERROR zu erzeugen. Dann wird bei Schritt 414 das Betätigungssignal 226 als Funktion (f) des Signals ERROR berechnet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt die Funktion (f) ein PID-Steuergerät dar. Alternativ kann die Funktion (f) jeden beliebigen Typ von an sich bekannten Steuergeräten mit oder ohne Rückkopplung darstellen.With reference to 5 A routine for controlling EGR flow will now be described. At step 410 the desired EGR flow DESEM is calculated as a function of the engine operating condition, which is the (starting from the signal PIP determined) engine speed and the air flow ( MAF ). Then the value of EM who either after 3 or 4 is subtracted from DESEM to produce an error signal ERROR. Then at step 414 the actuation signal 226 as a function ( f ) of the signal ERROR. In a preferred embodiment, the function ( f ) is a PID controller. Alternatively, the function ( f ) Represent any type of known control devices with or without feedback.
Unter Bezugnahme auf 6 wird nun eine Routine für die Berechnung der Füllung des Zylinders mit Luft gezeigt. Die Routine wird einmal pro Zündvorgang des Motors ausgeführt. Mit anderen Worten wird die Routine synchron mit Zündvorgängen des Motors ausgeführt. Zunächst wird bei Schritt 610 die gesamte Zylindermassenfüllung (diese ist die Summe der Zylinderluftmenge und der Menge des rückgeführten Abgases im Zylinder) auf der Grundlage von Krümmerdruck und Krümmertemperatur bestimmt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die folgende Gleichung verwendet, bei der die Steigung (s) und der Versatz (o) als eine Funktion der Motordrehzahl ermittelt werden.
With reference to 6 A routine is now shown for calculating the filling of the cylinder with air. The routine is executed once per ignition of the engine. In other words, the routine is executed synchronously with ignitions of the engine. First, at step 610 the total cylinder mass charge (this is the sum of the cylinder air amount and the amount of recirculated exhaust gas in the cylinder) is determined based on manifold pressure and manifold temperature. In a preferred embodiment, the following equation is used in which the slope ( s ) and the offset ( O ) are determined as a function of engine speed.
Anschließend wird bei Schritt 612 der EGR-Strom EM dividiert durch die Motordrehzahl (N) und die Zahl der Zylinder (ncyl ) bestimmt.
Subsequently, at step 612 the EGR stream EM divided by the engine speed ( N ) and the number of cylinders ( n cyl ) certainly.
Anschließend wird bei Schritt 614 die Abgasrückführungsmenge im Zylinder durch Filtern von m egr bestimmt. Insbesondere wird erfindungsgemäß der Wert synchron mit Zündvorgängen des Motors gefiltert. Der Filterkoeffizient (a) ist eine Funktion der Motordrehzahl. Die folgende Gleichung zeigt das Filterverfahren.
Subsequently, at step 614 the amount of exhaust gas recirculation in the cylinder by filtering m egr determined. In particular, according to the invention, the value is filtered synchronously with ignition processes of the engine. The filter coefficient ( a ) is a function of engine speed. The following equation shows the filtering method.
Unter Verwendung des Ausführungsbeispiels nach 3 kann dies umgeschrieben werden als:
Using the embodiment according to 3 this can be rewritten as:
Als nächstes wird bei Schritt 616 die Luftmenge im Zylinder dadurch ermittelt, daß die Menge der Abgasrückführung im Zylinder von der Zylindergesamtmenge, die nachstehend dargestellt, abgezogen wird.
Next, at step 616 the amount of air in the cylinder is determined by subtracting the amount of exhaust gas recirculation in the cylinder from the total amount of cylinders shown below.
Dann wird dieser Wert verwendet, um eine Kraftstoffeinspritzmenge (f) auf der Grundlage eines gewünschten Kraftstoff/Luftgemischverhältnisses (a/fd) (im offenen Kreis) zu berechnen. Des weiteren kann die Kraftstoffeinspritzmenge (f) basierend auf einer gemessenen Abgassauerstoffkonzentration angepaßt werden aus einem HEGO-Sensor (Sensor für Sauerstoff im erhitzten Abgas) unter Verwendung von an sich bekannten Verfahren, um eine Kraftstoff/Luftgemischverhältnis-Steuerung im geschlossenen Kreis zu liefern.
Then this value is used to calculate a fuel injection amount ( f ) on the basis of a desired air-fuel ratio (a / f d ) (in the open circuit). Furthermore, the fuel injection quantity ( f ) are adjusted based on a measured exhaust gas oxygen concentration from a HEGO sensor (sensor for oxygen in the heated exhaust gas) using of known per se methods to provide closed loop fuel / air ratio control.
Erfindungsgemäß ist es also möglich, die verbesserte EGR-Stromschätzung heranzuziehen, welche dadurch geliefert wird, daß eine stromab gelegene Öffnung und ein stromauf gelegenes Ventil vorhanden sind, wobei die Druckdifferenz beidseits der stromab liegenden Öffnung und der Krümmerdruck die EGR-Stromschätzung liefert. Des weiteren wird diese verbesserte EGR-Stromschätzung anschließend gefiltert, um Krümmerdynamik zu berücksichtigen, und dazu verwendet, eine verbesserte Zylinderluftfüllung zu berechnen. Anschließend wird diese verbesserte Zylinderluftfüllung bei der Steuerung des Kraftstoff/Luftgemischverhältnisses verwendet.Thus, according to the invention, it is possible to utilize the improved EGR current estimation provided by having a downstream port and an upstream valve, with the pressure differential on both sides of the downstream port and the manifold pressure providing the EGR current estimate. Further, this improved EGR current estimate is then filtered to account for manifold dynamics and used to calculate an improved cylinder air fill. Subsequently, this improved cylinder air charge is used in the air / fuel ratio control.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Innenverbrennungsmotor 10, welcher eine Mehrzahl von Zylindern aufweist, von denen einer in 7 gezeigt wird, durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Auspuffkrümmer 48 wird als über das EGR-Rohr 202 mit einem Abgasrückführungsventil 70 verbunden dargestellt. Das Abgasrückführungsventil 70 ist auch über die Rohröffnung 74 mit dem Ansaugkrümmer 44 verbunden. Die Rohröffnung 74 weist die Öffnung 205 zur Einschränkung des Stroms auf. Alternativ kann der Motor so konfiguriert sein, daß Kraftstoff direkt in den Zylinder des Motors eingespritzt wird, was für den Fachmann als Direkteinspritzmotor bekannt ist. Ein binärer Abgassauerstoffsensor 98 wird als stromab des Katalysators 20 mit dem Auspuffkrümmer 48 verbunden dargestellt. Der Sensor 16 liefert das Signal EGO an das Steuergerät 12, welches das Signal EGO in das binäres Signal EGO1S umwandelt. Ein hohes Potential des Signals EGO1S gibt an, daß die Abgase fetter sind als ein Referenz-Kraftstoff/Luftgemischverhältnis, und ein niedriges Potential des umgewandelten Signals EGO1S gibt an, daß die Abgase magerer sind als das Referenz-Kraftstoff/Luftgemischverhältnis. Der Sensor 98 liefert das Signal EGO2 an das Steuergerät 12, welches das Signal EGO2 in das Zweistufensignal EGO2S umwandelt. Ein hohes Potential des Signals EGO2S gibt an, daß die Abgase fetter sind als ein Referenz-Kraftstoff/Luftgemischverhältnis, und ein niedriges Potential des umgewandelten Signals EGO2S gibt an, daß die Abgase magerer sind als das Referenz-Kraftstoff/Luftgemischverhältnis.In another embodiment, an internal combustion engine 10 , which has a plurality of cylinders, one of which in 7 is shown by an electronic engine control unit 12 controlled. The exhaust manifold 48 is considered over the EGR pipe 202 with an exhaust gas recirculation valve 70 shown connected. The exhaust gas recirculation valve 70 is also about the pipe opening 74 with the intake manifold 44 connected. The pipe opening 74 has the opening 205 to restrict the flow. Alternatively, the engine may be configured to inject fuel directly into the cylinder of the engine, which is known to those skilled in the art as a direct injection engine. A binary exhaust gas oxygen sensor 98 is considered downstream of the catalyst 20 with the exhaust manifold 48 shown connected. The sensor 16 delivers the signal EGO to the control unit 12 which is the signal EGO in the binary signal EGO1S transforms. A high potential of the signal EGO1S indicates that the exhaust gases are richer than a reference air / fuel ratio, and a low potential of the converted signal EGO1S indicates that the exhaust gases are leaner than the reference air / fuel ratio. The sensor 98 delivers the signal EGO2 to the control unit 12 which is the signal EGO2 in the two-step signal EGO2S transforms. A high potential of the signal EGO2S indicates that the exhaust gases are richer than a reference air / fuel ratio, and a low potential of the converted signal EGO2S indicates that the exhaust gases are leaner than the reference air / fuel ratio.
Das Steuergerät 12 erhält nach der Darstellung zusätzlich zu den vorstehend erörterten verschiedene Signale aus mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, welche umfassen: eine Messung des Krümmerdrucks (MAP) vom mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenen Krümmerdrucksensor 116 und eine Messung des Abgasrückführungsdrucks (EGRP) von dem mit der Rohröffnung 74 stromab der Öffnung 205 verbundenen Abgasdrucksensor 119. Bei einem bevorzugten Merkmal der Erfindung gibt der Motordrehzahlsensor 119 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorherbestimmte Anzahl von periodischen Impulsen ab.The control unit 12 As shown, in addition to the various signals discussed above, the engine is provided with 10 connected sensors, comprising: a measurement of manifold pressure ( MAP ) from the intake manifold 44 connected manifold pressure sensor 116 and a measurement of the exhaust gas recirculation pressure ( EGRP ) of which with the pipe opening 74 downstream of the opening 205 connected exhaust pressure sensor 119 , In a preferred feature of the invention, the engine speed sensor is 119 at each revolution of the crankshaft, a predetermined number of periodic pulses.
Unter Bezugnahme auf 8 wird nun ein Flußdiagramm einer von dem Steuergerät 12 zur Generierung des Kraftstoffeinstellsignals FT ausgeführten Routine beschrieben. Zunächst wird festgestellt, ob eine Kraftstoff/Luftgemischsteuerung im geschlossenen Kreis begonnen werden muß (Schritt 122), indem Motorbetriebszustände, wie z.B. Temperatur, geprüft werden. Wenn die Steuerung im geschlossenen Kreis beginnt, wird das Signal EGO2S aus dem Sensor 98 ausgelesen (Schritt 124) und anschließend in einem proportionalen und integralen Steuergerät, wie nachstehend beschrieben, verarbeitet.With reference to 8th Turning now to a flow chart of one of the controller 12 for generating the fuel adjustment signal FT executed routine described. First, it is determined whether a closed loop fuel / air mixture control has to be started (step 122 ) by checking engine operating conditions, such as temperature. When the control starts in a closed loop, the signal becomes EGO2S from the sensor 98 read out (step 124 ) and then processed in a proportional and integral controller as described below.
Zunächst wird auf Schritt 126 Bezug genommen; das Signal EGO2S wird mit der Verstärkerkonstante GI multipliziert, und das daraus resultierende Produkt wird bei Schritt 128 zu den Produkten hinzuaddiert, die vorher gespeichert wurden (GI * EGO2Si-1). Mit anderen Worten wird das Signal EGO2S bei jeder Musterperiode (i) in Schritten integriert, die durch die Verstärkerkonstante GI bestimmt werden. Bei Schritt 132 wird das Signal EGO2S ferner mit der Proportionalverstärkung GP multipliziert. Der integrale Wert aus Schritt 128 wird zu dem proportionalen Wert aus Schritt 132 während des Additionsschrittes 134 hinzuaddiert, um das Kraftstoffsteuersignal FT zu generieren.First, step by step 126 Reference is made; the signal EGO2S is with the amplifier constant GI multiplied, and the resulting product is at step 128 added to the products previously stored (GI * EGO2S i-1 ). In other words, the signal becomes EGO2S at each sample period (i) is integrated in increments that are determined by the gain constant GI be determined. At step 132 becomes the signal EGO2S also with the proportional gain GP multiplied. The integral value from step 128 becomes the proportional value from step 132 during the addition step 134 added to the fuel control signal FT to generate.
Die vom Steuergerät 12 ausgeführte Routine zur Generierung der gewünschten Menge an flüssigem Kraftstoff, die dem Motor 10 zuzuführen ist, und zur Anpassung dieser gewünschten Kraftstoffmenge aufgrund einer Rückmeldungsvariablen, die sowohl mit dem Sensor 98 wie auch dem Reguliersignal FT korreliert ist, wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Während des Schritts 158 wird die im offenen Kreis geregelte Kraftstoffmenge zunächst dadurch bestimmt, daß die Differenz zwischen dem induzierten Luftmassenstrom (AMPEM, ermittelt aus dem Signal FMAP und RPM, wie hierin weiter unten unter besonderer Bezugnahme auf 10 beschrieben), welche sowohl frische Füllung als auch Abgasrückführung enthält, und der Schätzung für Abgasrückführung (EM), weiche im weiteren Verlauf unter besonderer Bezugnahme auf 10 beschrieben wird, durch das gewünschte Kraftstoff/Luftgemischverhältnis AFd, welches normalerweise der stöchiometrische Wert für Benzinverbrennung ist, dividiert wird. Wenn jedoch AFd auf einen fetten Wert eingestellt wird, führt dies dazu, daß der Motor in einem fetten Betriebszustand läuft. Analog wird das Einstellen von AFd auf einen mageren Wert dazu führen, daß der Motor in einem Magerzustand arbeitet. Demzufolge wird das Signal AMPEM aufgrund von FMAP und RPM nach dem üblichen Drehzahl/Dichteverfahren aufgebaut, das dem Fachmann bekannt ist und leicht empirisch ermittelt werden kann. Diese im offenen Kreis ermittelte Kraftstoffmenge wird dann angepaßt, in diesem Beispiel wird sie durch die Rückmeldungsvariable FV dividiert.The from the control unit 12 Running routine to generate the desired amount of liquid fuel to the engine 10 and to adjust this desired amount of fuel due to a feedback variable associated with both the sensor 98 as well as the regulatory signal FT is correlated, is now referring to 9 described. During the step 158 the amount of fuel controlled in the open circuit is first determined by taking the difference between the induced mass air flow ( ampem , determined from the signal FMAP and RPM as further described below with particular reference to 10 described), which contains both fresh filling and exhaust gas recirculation, and the estimate for exhaust gas recirculation ( EM ), which will be referred to below with particular reference to 10 is described by the desired fuel / air mixture ratio AFd , which is usually the stoichiometric value for gasoline combustion, is divided. But when AFd is set to a rich value, this causes the engine in a rich operating state is running. Analogously, the setting of AFd to a meager value cause the engine to operate in a lean condition. As a result, the signal becomes ampem owing to FMAP and RPM constructed according to the usual speed / density method, which is known in the art and can be easily determined empirically. This fuel quantity determined in the open circuit is then adjusted, in this example it becomes the feedback variable FV divided.
Nach der Feststellung, daß eine Steuerung im geschlossenen Kreis gewünscht wird (Schritt 160), nachdem Motorbetriebszustände, wie z.B. Temperatur (ECT), überwacht wurden, wird während des Schritts 162 das Signal EGO1S ausgelesen. Während des Schritts 166 wird das Kraftstoffanpassungssignal FT von der vorstehend unter Bezugnahme auf 8 beschriebenen Routine transferiert und zu dem Signal EGO1S hinzuaddiert, um das Anpassungssignal TS zu erzeugen.Upon determining that closed-loop control is desired (step 160 ) after engine operating conditions, such as temperature ( ECT ), is monitored during the step 162 the signal EGO1S read. During the step 166 becomes the fuel trim signal FT from the above with reference to 8th and transferred to the signal EGO1S added to the adjustment signal TS to create.
Während der Schritte 170, 172, 176 und 178 wird mit dem angepaßten Signal TS als Eingang eine proportionale und integrale Rückmeldungsroutine ausgeführt. Das Anpassungssignal TS wird zunächst mit dem integralen Verstärkungswert KI (Schritt 170) multipliziert, und das resultierende Produkt wird zu den vorher gespeicherten Produkten hinzugefügt (Schritt 172). Das heißt, das Anpassungssignal TS wird während des Schrittes 172 von der Verstärkungskonstante KI während jeder Musterperiode (i) bestimmt. Ein Produkt der proportionalen Verstärkung KP mal dem angepaßten Signal TS (Schritt 176) wird dann zur Integration von KI * TS während des Schrittes 178 hinzugefügt, um die Rückmeldungsvariable FV zu generieren.During the steps 170 . 172 . 176 and 178 is with the adjusted signal TS as input, a proportional and integral feedback routine is executed. The adjustment signal TS is first using the integral gain value KI (Step 170 ) and the resulting product is added to the previously stored products (step 172 ). That is, the adjustment signal TS will be during the step 172 from the gain constant KI during each sample period ( i ) certainly. A product of proportional gain KP times the matched signal TS (Step 176 ) is then used to integrate KI * TS during the step 178 added to the feedback variable FV to generate.
Nun wird unter besonderer Bezugnahme auf das in 10 gezeigte Diagramm die Berechnung der Schätzung der Abgasrückführung (EM) beschrieben. Insbesondere zeigt 10, wie der stromauf anliegende Druck (p1), der in diesem Beispiel das Signal EGRP ist, und das Signal MAP in diesem Beispiel für den stromab anliegenden Druck (p2) verarbeitet werden, um das Signal EM zu bilden. Zunächst wird bei Block 1000 der stromauf anliegende Druck P1 durch einen ersten Filter verarbeitet, der den Fachleuten als Anti-Aliasing-Filter bekannt ist und der eine Grenzfrequenz gleich f1 aufweist. Analog wird bei Block 1002 der stromab anliegende Druck p2 durch einen zweiten Anti-Aliasing-Filter mit einer Grenzfrequenz gleich f2 verarbeitet. Bei einigen Anwendungen ist es unnötig, entweder den ersten oder den zweiten Anti-Aliasing-Filter zu verwenden, weil die Geometrie der Abgasrückführung einen mechanischen Filter schafft, der die unerwünschten hohen Frequenzen beseitigt. Des weiteren werden die Frequenzen f1 und f2 beträchtlich höher gesetzt als die notwendige Steuerungsbandbreite.Now, with particular reference to the in 10 diagram shown the calculation of the exhaust gas recirculation estimation ( EM ). In particular shows 10 how the upstream pressure ( p1 ), which in this example is the signal EGRP is, and the signal MAP in this example for the downstream pressure ( p2 ) are processed to the signal EM to build. First, at block 1000 the upstream pressure applied P1 processed by a first filter known to those skilled in the art as an anti-aliasing filter and equaling a cutoff frequency f1 having. Analog is at block 1002 the downstream pressure applied p2 through a second anti-aliasing filter with a cutoff frequency equal to f2 processed. In some applications, it is unnecessary to use either the first or the second anti-aliasing filter because the geometry of the exhaust gas recirculation provides a mechanical filter that eliminates the undesirable high frequencies. Furthermore, the frequencies f1 and f2 considerably higher than the necessary control bandwidth.
Anschließend wird bei Block 1004 das Ergebnis des Blocks 1000 synchron mit einem Motordrehzahlsignal, wie z.B. RPM, in der Weise vermischt, daß das Abtasten mit einer Häufigkeit proportional zur Zündungsfrequenz des Motors entspricht. Beispielsweise könnte die Abtasthäufigkeit das Zweifache der Zündfrequenz des Motors sein. Das Verhältnis wird im allgemeinen in der Weise gewählt, daß die Abtasthäufigkeit bei einer Rate von zweimal der höchsten harmonischen Frequenz liegt, die signifikante Energie enthält. Des weiteren wäre es für den einschlägigen Fachmann offensichtlich, und es wird von dieser Offenbarung nahegelegt, daß jedes Mehrfache der Zündfrequenz, das größer ist als das oben gewählte, ebenfalls verwendet werden könnte. Wenn beispielsweise die Abgasrückführung und die Motorgeometrie so sind, daß in dem stromaufseitigen Drucksignal p1 harmonische Schwingungen höherer Ordnung enthalten sind, wie z.B. harmonische Schwingungen von zweimal oder viermal der Zündfrequenz, kann möglicherweise eine Abtasthäufigkeit von vier- oder achtmal der Zündfrequenz notwendig sein. Analog wird bei Block 1006 das Ergebnis von Block 1002 synchron mit dem Motordrehzahlsignal RPM in der Weise vermischt, daß das Abtasten mit einer Rate erfolgt, die zur Zündfrequenz des Motors proportional ist. Zusätzlich ist es nicht notwendig, daß die Abtasthäufigkeit bei den Blocks 1004 und 1006 gleich ist. Beispielsweise könnte Block 1004 synchron bei der zweifachen Zündfrequenz des Motors Abtastungen vornehmen, und Block 1006 könnte bei achtmal der Zündfrequenz des Motors Abtastungen vornehmen.Subsequently, at block 1004 the result of the block 1000 in synchronism with an engine speed signal, such as RPM, mixed in such a way that the sampling corresponds to a frequency proportional to the ignition frequency of the engine. For example, the sampling frequency could be twice the ignition frequency of the engine. The ratio is generally chosen such that the sampling frequency is at a rate of twice the highest harmonic frequency containing significant energy. Furthermore, it would be obvious to one of ordinary skill in the art, and it is suggested by this disclosure, that any multiple of the firing frequency greater than that selected above could also be used. For example, if the exhaust gas recirculation and the engine geometry are such that in the upstream pressure signal p1 Higher order harmonic vibrations are included, such as harmonic oscillations of twice or four times the ignition frequency, a sampling frequency of four or eight times the ignition frequency may possibly be necessary. Analog is at block 1006 the result of block 1002 is synchronized in synchronism with the engine speed signal RPM in such a way that the sampling takes place at a rate which is proportional to the ignition frequency of the motor. In addition, it is not necessary that the sampling frequency in the blocks 1004 and 1006 is equal to. For example, block 1004 synchronously at the double ignition frequency of the motor make scans, and block 1006 could make scans at eight times the firing frequency of the motor.
Im übrigen ist es für einen einschlägigen Fachmann offensichtlich und wird von dieser Offenbarung nahegelegt, daß das Drucksignal bei einer Frequenz abgetastet werden könnte, die im wesentlichen proportional zur dominanten in dem Signal enthaltenen Frequenz ist. Diese dominante Frequenz ist üblicherweise gleich der Zündfrequenz. Damit könnte eine Abtastung mit einer zu dieser dominanten Frequenz proportionalen Rate dadurch erreicht werden, daß ein Schaltkreis herangezogen wird, der Fachleuten als eine PLL (phase locked loop) bekannt ist. Da jedoch das PLL-Schema manchmal während der Übergänge nach der Dominanzfrequenz sucht, kann dieser Prozeß auf der Grundlage einer Stellungsänderung der Drosselklappe 62 ausgesetzt werden. Während des Übergangs muß im offenen Kreis eine Schätzung erhalten werden, die die Veränderung bei der Drosselklappe 62 die Abgasrückführung und den Krümmerdruck beeinflußt. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß ein vorherbestimmtes Kennfeld herangezogen wird, das durch Tests oder analytische Verfahren erhalten wird und an sich bekannt ist, wobei das Übergangsverhalten auf der Grundlage der Änderung der Drosselklappenstellung 62 und sonstiger Betriebsbedingungen, wie z.B. Motordrehzahl, geschätzt wird.Moreover, it will be apparent to one of ordinary skill in the art, and it is suggested by this disclosure, that the pressure signal could be sampled at a frequency substantially proportional to the dominant frequency contained in the signal. This dominant frequency is usually equal to the firing frequency. Thus, sampling at a rate proportional to this dominant frequency could be achieved by using a circuit known to those skilled in the art as a PLL (phase locked loop). However, since the PLL scheme sometimes searches for the dominance frequency during transitions, this process may be based on a throttle position change 62 get abandoned. During the transition, an estimate must be obtained in the open circle that shows the change in the throttle 62 influences the exhaust gas recirculation and the manifold pressure. This may be accomplished by using a predetermined map obtained by tests or analytical methods, which is known per se, the transient behavior being based on the change in throttle position 62 and other operating conditions, such as engine speed, is estimated.
Als nächstes verarbeiten digitale Filter bei den Blöcken 1008 und 1010 die Ergebnisse der Blöcke 1004 und 1006. Die in den Blöcken 1008 und 1010 verwendeten durch G(z) oder G'(z) dargestellten digitalen Filter sind den Fachleuten an sich als digitaler Spitzenfilter bekannt. Bei dieser Anwendung entfernt jeder Spitzenfilter die Zündfrequenz (und falls erforderlich, höhere harmonische Schwingungen) des Motors. Die nachstehende Gleichung zeigt ein Beispiels eines Spitzenfilters in dem diskreten Bereich für eine Abtastung mit einer Rate von zweimal der Zündfrequenz. Die Verwendung des Spitzenfilters G(z) wird auch im weiteren Verlauf hierin unter besonderer Bezugnahme auf die 5 beschrieben.
Next process digital filters at the blocks 1008 and 1010 the results of the blocks 1004 and 1006 , The in the blocks 1008 and 1010 The digital filters represented by G (z) or G '(z) are known to those skilled in the art as a digital peak filter. In this application, each peak filter removes the ignition frequency (and, if necessary, higher harmonic vibrations) of the motor. The following equation shows an example of a peak filter in the discrete range for one scan at a rate of twice the firing frequency. The use of the peak filter G (z) will also be described later herein with particular reference to FIGS 5 described.
Würde das Abtasten mit einer Geschwindigkeit von achtmal der Zündfrequenz durchgeführt, dann würde der folgende Spitzenfilter wie durch G'(z) beschrieben, verwendet werden. Dies beseitigt wiederum unerwünschte Frequenzen, aber die Übergangsleistung wird nicht behindert. Eine Verwendung eines Spitzenfilters, wie z.B. G'(z), wird im weiteren Verlauf hierin unter besonderer Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
If the scanning were performed at a speed of eight times the firing frequency, then the following peak filter would be used, as described by G '(z). This in turn eliminates unwanted frequencies but does not hinder transient performance. Use of a tip filter such as G '(z) will be described later herein with particular reference to FIGS 6 and 7 described.
Der Digitalfilter kann zwischen den Blöcken 1008 und 1010 anders sein bzw. anders als oben dargestellt, falls dies notwendig ist, beispielsweise wenn die Geometrie des Abgasrückführungssystems so gestaltet ist, daß bestimmte Frequenzen aufgrund von Resonanzen übermäßig verstärkt werden. Der Filter kann auch zwischen den Blöcken 1008 und 1010 dann unterschiedlich sein, wenn Block 1004 synchron mit der zweifachen Zündfrequenz des Motors abgetastet wird und wenn 1006 mit der achtfachen Zündfrequenz des Motors abgetastet wird.The digital filter can be between the blocks 1008 and 1010 be different or as shown above, if necessary, for example, if the geometry of the exhaust gas recirculation system is designed so that certain frequencies are excessively amplified due to resonances. The filter can also be between the blocks 1008 and 1010 then be different if block 1004 is scanned in synchronism with twice the ignition frequency of the engine and if 1006 is sampled at eight times the ignition frequency of the motor.
Die Druckdifferenz wird dann dadurch geschaffen, daß der Ausgang von Block 1010, welcher gefilterter Krümmerdruck FMAP ist, von dem Ausgang von Block 1008 abgezogen wird. Diese Druckdifferenz wird dann bei 1012 dazu verwendet, das Signal EM durch ein vorherbestimmtes Kennfeld oder eine Gleichung zwischen Druckdifferenz und Abgasrückführungsstrom und gegebenenfalls Motorbetriebsbedingungen zu schaffen. Beispielsweise kann die Abgastemperatur herangezogen werden, um die Berechnung von Abgasrückführungsstrom anzupassen.The pressure difference is then created by blocking the output of block 1010 , which filtered manifold pressure FMAP is from the output of block 1008 is deducted. This pressure difference is then at 1012 used to the signal EM by providing a predetermined map or equation between pressure difference and exhaust gas recirculation flow, and optionally engine operating conditions. For example, the exhaust gas temperature can be used to adjust the calculation of exhaust gas recirculation flow.
Entsprechend werden bei Block 1014 die Signale FMAP und RPM herangezogen, um die Masse an in den Zylinder eintretenden Gasstrom zu berechnen (AMPEM). Die üblichen Drehzahl/Dichtegleichungen, die dem Fachmann bekannt sind, werden herangezogen, um den gefilterten absoluten Krümmerdruck zusammen mit der Motordrehzahl in die Gesamtgasmasse (Abgas- und Frischluftfüllung), die in den Zylinder eintritt, umzurechnen. Falls notwendig, können diese Basisgleichungen durch Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. Gastemperatur, oder beliebige sonstige, dem Fachmann bekannte und durch diese Offenbarung nahegelegte Zustände geändert werden.Accordingly, at block 1014 the signals FMAP and RPM used to calculate the mass of gas flow entering the cylinder ( ampem ). The usual speed / density equations known to those skilled in the art are used to convert the filtered absolute manifold pressure along with the engine speed into the total gas mass (exhaust and fresh air charge) entering the cylinder. If necessary, these basic equations may be changed by engine operating conditions, such as gas temperature, or any other conditions known to those skilled in the art and suggested by this disclosure.
So wird eine Schätzung der Abgasrückführung und der Frischluft, die in den Zylinder eintreten, erhalten, die im wesentlichen frei ist von unerwünschten Frequenzen, gleichwohl aber eine Bandweite hält, die sehr viel größer ist als sie mit konventionellen Filterungsmethoden erhalten würde. Demzufolge kann die Schätzung Lastwechselvorgänge genauer verfolgen und eine genauere Kraftstoff/Luftgemischverhältnis-Steuerung erzielen.Thus, an estimate of exhaust gas recirculation and fresh air entering the cylinder is obtained, which is substantially free of undesirable frequencies, yet maintains a bandwidth much greater than would be obtained with conventional filtering techniques. As a result, the estimation can more closely track load cycling and achieve more accurate fuel / air ratio control.
Ein Beispiel des synchronen Abtastens einer Wellenform wird nun unter besonderer Bezugnahme auf das in 11 gezeigte Diagramm beschrieben. Ein schwankendes Drucksignal, das durch die durchgezogene Linie dargestellt und mit A bezeichnet wird, wird mit einer Frequenz abgetastet, die zweimal der Frequenz des tatsächlichen Signals entspricht. Die abgetasteten Werte werden durch Punkte dargestellt. Die rekonstruierte, auf den synchron abgetasteten Werten basierende Wellenform und der vorstehend hierin unter besonderer Bezugnahme auf die Funktion G(z) beschriebene Filter werden als gestrichelte Linie dargestellt und mit B bezeichnet. Vergleichsweise wird ein Signal, das einen konventionellen Tiefpassfilter verwendet, der für an sich bekannte Abtastschemata erforderlich ist, durch eine-Strichpunktlinie gezeigt und mit C bezeichnet. Bei diesem Beispiel liefert die unter Verwendung des synchronen Abtastens gebildete Abgasrückführungsschätzung einen genaueren Wert, der insgesamt eine bessere Steuerung des Kraftstoff/Luftgemischverhältnisses erlaubt.An example of the synchronous sampling of a waveform will now be described with particular reference to FIG 11 shown diagram described. A fluctuating pressure signal, represented by the solid line and with A is sampled at a frequency which is twice the frequency of the actual signal. The scanned values are represented by dots. The reconstructed waveform based on the synchronously sampled values and the filter described hereinabove with particular reference to the function G (z) are shown as a dashed line and with B designated. By comparison, a signal using a conventional low pass filter, which is required for per se known sampling schemes, is shown by a dot-dash line and with C designated. In this example, the exhaust gas recirculation estimation formed using synchronous sampling provides a more accurate value which, overall, allows better control of the air / fuel ratio.
Ein weiteres Beispiel des synchronen Abtastens einer Wellenform wird nun unter besonderer Bezugnahme auf das in 12 gezeigte Diagramm beschrieben. Ein schwankender Druck, der durch die durchgezogene Linie dargestellt und mit D bezeichnet wird, wird mit einer Frequenz abgetastet, die achtmal der Frequenz der niedrigsten harmonischen Ordnung entspricht. Dieses Signal ist für einen typischen Abgasdruck während stabiler Betriebsbedingungen charakteristisch. Die abgetasteten Werte werden durch Punkte dargestellt. Die auf der Grundlage der synchron abgetasteten Werte und dank des vorstehend hierin unter besonderer Bezugnahme auf die Funktion G'(z) beschriebenen Filters rekonstruierte Wellenform wird in gestrichelter Linie dargestellt und mit E bezeichnet. Dieses Ergebnis konnte nur dann erhalten werden, wenn die abgetasteten Werte alle in perfektem Abstand entsprechend der Rotation des Motors liegen, die synchrone Abtastfrequenz so gewählt wurde, daß sie dem Zweifachen der höchsten signifikanten harmonischen Frequenz des Drucksignals entsprach und der entsprechende Spitzenfilter genutzt wurde. Bei diesem Beispiel liefert die Schätzung des in den Zylinder eintretenden Luftstroms (die durch das synchrone Abtasten erhalten wurde) einen präzisen Wert, der eine optimale Steuerung des Kraftstoff/Luftgemischverhältnisses ermöglicht.Another example of the synchronous sampling of a waveform will now be described with particular reference to FIG 12 shown diagram described. A fluctuating pressure, represented by the solid line and with D is sampled at a frequency eight times the frequency of the lowest harmonic order. This signal is characteristic of typical exhaust pressure during stable operating conditions. The scanned values are represented by dots. The waveform reconstructed on the basis of the synchronously sampled values and the filter described hereinabove with particular reference to the function G '(z) is shown in dashed line and denoted by E. This result could only be obtained if the sampled values were all perfectly spaced according to the rotation of the motor, the synchronous sampling frequency was chosen to be twice the highest significant harmonic frequency of the pressure signal and the corresponding peak filter used. In this example, the estimate of the airflow entering the cylinder (obtained by the synchronous scan) provides a precise value that allows for optimal control of the air / fuel ratio.
Unter Bezugnahme auf die 13A bis 13B und insbesondere auf die 13A zeigt das Diagramm den Frequenzinhalt der in 12 gezeigten Druckwellenform. Dieser Druck könnte beispielsweise für den Auspuffkrümmerdruck bei einer Zündfrequenz des Motors von ungefähr 50 Hz und gleichbleibendem Betriebszustand charakteristisch sein. 13B zeigt ein Diagramm der Magnitude gegen Frequenz des Filters G'(z). Demzufolge umfaßt das hierin unter besonderer Bezugnahme auf die 10 beschriebene Schema (auf dem Gebiet der Frequenz) das Multiplizieren der Diagramme der 13A und 13B. Dies zeigt, daß der Mittelwert oder die Gleichstromkomponente, die dem Fachmann bekannt ist, gewahrt bleibt. Das Ergebnis ist ein Signal, das bei Mittelwertmodellberechnungen im wesentlichen von unerwünschten Frequenzen frei ist. Es gibt auch weitere alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung. Beispielsweise hängt die Verwendung eines synchronen Abtastschemas nicht davon ab, daß die Öffnung stromab von dem Steuerventil des Abgasrückführungsstrom liegt. Das Schema könnte eingesetzt werden, wenn ein Drucksensor stromauf und ein Drucksensor stromab von der Öffnung eingesetzt werden und das Steuerventil des Abgasrückführungsstroms immer noch zwischen dem stromab gelegenen Drucksensor und dem Ansaugkrümmer wie bei heute üblichen Fahrzeugen liegt. Darüber hinaus ist das Verfahren nicht beschränkt auf Strommessung mit einer Öffnung. Andere, dem Fachmann bekannte Strommeßverfahren könnten mit dem oben beschriebenen Verfahren genutzt werden, wie z.B. ein Mischrohr, ein Staudruckrohr oder ein Lamellenflußelement.With reference to the 13A to 13B and in particular to the 13A the graph shows the frequency content of the in 12 shown pressure waveform. For example, this pressure could be characteristic of the exhaust manifold pressure at an ignition frequency of the engine of approximately 50 Hz and steady state operation. 13B shows a plot of the magnitude versus frequency of the filter G '(z). Accordingly, this includes herein with particular reference to 10 described scheme (in the field of frequency) multiplying the diagrams of 13A and 13B , This indicates that the average or DC component known to those skilled in the art is preserved. The result is a signal that is essentially free of unwanted frequencies in mean-value model calculations. There are also other alternative embodiments of the invention. For example, the use of a synchronous sampling scheme does not depend on the opening being downstream of the exhaust gas recirculation flow control valve. The scheme could be used if a pressure sensor upstream and a pressure sensor downstream of the port are used and the exhaust gas recirculation flow control valve is still between the downstream pressure sensor and the intake manifold as in today's conventional vehicles. In addition, the method is not limited to current measurement with an opening. Other current measuring methods known to those skilled in the art could be used with the method described above, such as a mixing tube, a stagnation tube or a lamella flow element.
Dies schließt die Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels ab. Deren Lektüre durch einen Fachmann führt zu zahlreichen Änderungen und Modifikationen, ohne Geist und Rahmen der Erfindung zu verlassen. Statt eines Druckdifferenzsensors und eines stromab gelegenen Absolutdrucksensors könnten beispielsweise zwei Absolutdrucksensoren (einer stromauf von der Öffnung mit festem Bereich (p1 ) und einer stromab von der Öffnung mit festem Bereich (p2 )), wie oben dargestellt, genutzt werden. Ausgehend von den beiden Absolutdrucksensoren könnten ein Druckdifferenzsignal und ein Stromabdrucksignal erzeugt werden. Mit anderen Worten könnte der Krümmerdruck von dem stromab gelegenen Drucksensor geliefert werden, und die Druckdifferenz könnte aufgrund der Differenz zwischen den stromauf und stromab gelegenen Drucksensoren geliefert werden. Die Differenz könnte intern in dem Mikroprozessor oder in einem mit den beiden Drucksensoren verbundenen Analogschaltkreis berechnet werden. Mit anderen Worten würde die Gleichung nach Schritt 216 dann lauten:
Entsprechend ist es klar, daß der Rahmen der Erfindung durch die nachstehenden Patentansprüche bestimmt wird.This completes the description of the preferred embodiment. Their reading by a person skilled in the art leads to numerous changes and modifications without departing from the spirit and scope of the invention. For example, instead of a pressure differential sensor and a downstream absolute pressure sensor, two absolute pressure sensors (one upstream of the fixed area orifice) could be used (FIGS. p 1 ) and one downstream of the fixed area opening ( p 2 )), as shown above. Based on the two absolute pressure sensors, a pressure difference signal and a current impression signal could be generated. In other words, the manifold pressure could be supplied from the downstream pressure sensor, and the pressure difference could be provided due to the difference between the upstream and downstream pressure sensors. The difference could be calculated internally in the microprocessor or in an analog circuit connected to the two pressure sensors. In other words, the equation would be after step 216 then read: Accordingly, it is clear that the scope of the invention will be determined by the following claims.
