DE102006016540A1

DE102006016540A1 - System zum Steuern eines Turbolader-Verdichterstoßes

Info

Publication number: DE102006016540A1
Application number: DE102006016540A
Authority: DE
Inventors: Daniel E. Columbus Boewe; Danny R. Columbus Baker; Philip M. Columbus Dimpelfeld; David A. Columbus Vittorio; Thomas A. Columbus Grana
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2005-04-09
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2026-04-08
Also published as: CN1900506A; US7089738B1; GB2424963A; CN100470035C; GB0601858D0; DE102006016540B4; GB2424963B

Abstract

Ein System zum Steuern eines Turbolader-Verdichterstoßes umfasst einen Turbolader-Verdichter, der fluidleitend mit einem Ansaugkrümmer des Motors gekoppelt ist, ein Abgasrückführungs(EGR)-Ventil, das in Reihe mit einer EGR-Leitung angeordnet ist, die fluidleitend mit dem Ansaugkrümmer und dem Abgaskrümmer des Motors gekoppelt ist, ein Mittel zum Bestimmen eines Masseflussparameters, einen Geschwindigkeitssensor, der ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, das indikativ für die Turboladerdrehzahl ist, und einen Steuercomputer, der dazu ausgebildet ist, einen Masseflussrate-Stoßwert, der einer Frischluft-Masseflussrate entspricht, oberhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird, in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals zu bestimmen und die EGR-Ventilposition und die VGT-Position in Abhängkeit des Masseflussparameters und des Masseflussrate-Stoßwertes zu begrenzen, um einen Abgasfluss durch das EGR-Ventil auf einem Wert zu halten, unterhalb dem der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme zum Steuern turboaufgeladener Verbrennungsmotoren, und insbesondere Systeme zum Steuern eines Turbolader-Verdichterstoßes.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Turbolader Einrichtungen sind wohlbekannt und werden gewöhnlich in der Verbrennungsmotorenindustrie eingesetzt, um die in die Motorbrennkammern eintretende Einlassluft unter Druck zu setzen, wodurch der Wirkungsgrad und die Ausgangsleistung des Motors erhöht wird. Im Allgemeinen nimmt durch Unterdrucksetzung der Einlassluft die während des Einlasstaktes in die Motorzylinder eintretende Luftfüllung zu. Dadurch kann mehr Kraftstoff zum Erzielen eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet werden. Dies führt zu einem erhöhten Ausgangsdrehmoment sowie einer erhöhten Motorleistung.

Herkömmliche Turbolader für Verbrennungsmotoren umfassen eine Turbine, die in der Bahn des Abgases angeordnet ist, das aus dem Abgaskrümmer des Motors austritt, wobei die Turbine normalerweise ein Rad umfasst, das durch den Abgasfluss gedreht wird. Das Turbinenrad ist auf drehbare Weise mit einem Verdichterrad gekoppelt, das in Reihe mit dem Lufteinlasssystem des Motors angeordnet ist. Das Drehen der Turbine durch den Abgasfluss bewirkt, dass sich das Verdichterrad gleichermaßen dreht, wobei die Drehung des Verdichterrades dazu dient, den Frischluftfluss zum Lufteinlasssystem und folglich den Luftdruck innerhalb des Lufteinlasssystems zu erhöhen. Allgemein ist die Drehgeschwindigkeit des Turboladerturbinen- und Verdichterrades und somit der Luftdruck innerhalb des Lufteinlasssystems proportional zur Flussrate des Abgases, die wiederum proportional zur Motordrehzahl ist.

Bei den soeben beschriebenen Turboladern tritt in bestimmten Situationen während des Betriebs des Motors und des Luftsystems ein Zustand auf, der als Turbolader-Verdichterstoß ("turbocharger compressor surge") bekannt ist. Allgemein findet der Turbolader-Verdichterstoß dann statt, wenn der angestaute Druck in dem Ansaug krümmer die Fähigkeit des Verdichters überschreitet, eine positive Luftbewegung aufrechtzuerhalten. Wenn dies stattfindet, nimmt der Luftdruck in dem Ansaugkrümmer um einen Betrag ab, der allgemein proportional zur Höhe des Stoßes ist.

Eine Reihe von Zuständen des Motors und des Luftsystems tragen zum Turbolader-Verdichterstoß bei und bestimmen diesen, einschließlich beispielsweise die Motordrehzahl, die Kraftstoffzuführgeschwindigkeit bzw. -rate zum Motor, die Turboladerdrehzahl, der Massenfluss der Einlassluft, der Ansaugkrümmerdruck, das Ansaugkrümmervolumen, die Ansaugkrümmertemperatur und dergleichen. Bei Motoren, die Abgasrückführungssysteme umfassen, ist ein weiterer Motorbetriebsparameter, der den Turbolader-Verdichterstoß beeinflusst und bestimmt, die Flussrate des zum Ansaugkrümmer zurückgeführten Abgases, die den Massenfluss der Einlassluft und den Ansaugkrümmerdruck beeinflusst. Es besteht deshalb Bedarf für ein System zum Überwachen der Abgasrückführungsrate, im Folgenden als EGR-Flussrate bezeichnet, oder alternativ des Abgasrückführungsventils, im Folgenden EGR-Anteil genannt, der dem Anteil des zurückgeführten Abgases relativ zu der gesamten Luftfüllung entspricht, die in den Ansaugkrümmer eintritt, und für eine Steuerung einer solchen EGR-Flussrate oder des EGR-Anteils so, dass ein Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung kann ein oder mehrere der folgenden Merkmale sowie Kombinationen derselben aufweisen. Ein System zum Steuern des Turbolader-Verdichterstoßes kann aufweisen einen Verbrennungsmotor mit einem Ansaug- und einem Abgaskrümmer, einen Turbolader mit einem Verdichter, der einen Einlass, der fluidleitend mit der Umgebung gekoppelt ist, und einen Ausgang hat, der fluidleitend mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist, ein Abgasrückführungs (EGR)-Ventil, das in Reihe mit einer EGR-Leitung angeordnet ist, die fluidleitend mit dem Ansaug- und dem Abgaskrümmer gekoppelt ist, wobei das EGR-Ventil auf ein EGR-Ventilsteuersignal reagiert, um den Abgasfluss durch es zu steuern, ein Mittel zum Bestimmen eines Massenfluss-Parameters, der einem Massenfluss der Luft entspricht, die dem Ansaugkrümmer zugeführt wird, einen Drehzahlsensor, der ein Drehzahlsignal erzeugt, das indikativ für eine Turboladerdrehzahl ist, und einen Steuercomputer aufweisen. Der Steuercomputer kann dazu ausgebildet sein, einen Massenflussrate-Stoßwert, der einer Frischluft-Massenflussrate entspricht, oberhalb der ein Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird, in Abhängigkeit der Motordrehzahl zu bestimmen und das EGR-Ventilsteuersignal in Abhängigkeit des Massenfluss-Parameters und des Massenflussrate-Stoßwertes zu begrenzen, um den Abgasfluss durch das EGR-Ventil auf einem Wert zu halten, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird.

Bei einer Ausführungsform kann der Massenfluss-Parameter einer Massenflussrate an Frischluft entsprechen, die durch den Verdichter dem Ansaugkrümmer zugeführt wird, und bei dieser Ausführungsform kann der Steuercomputer dazu ausgebildet sein, ein Flussverhältnis als ein Verhältnis des Massenflussrate-Stoßwerts zu der Massenflussrate an Frischluft zu bestimmen und das EGR-Ventilsteuersignal in Abhängigkeit des Flussverhältnisses zu begrenzen. Der Steuercomputer kann bei dieser Ausführungsform ein Mittel zum Erzeugen eines EGR-Anteil-Befehls, der einem Sollanteil an zurückgeführtem Abgas relativ zu einer dem Ansaugkrümmer zugeführten Luftfüllung entspricht, wobei die Luftfüllung eine Kombination aus dem zurückgeführten Abgas und der Frischluft ist, ein Mittel, das auf den EGR-Anteil-Befehl und das Flussverhältnis reagiert, um einen begrenzten EGR-Anteil-Befehl zu erzeugen, der einem EGR-Anteil entspricht, unterhalb dem der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird, sowie ein Mittel umfassen, das auf den begrenzten EGR-Anteil-Befehl reagiert, um das EGR-Ventilsteuersignal zu erzeugen. Der Steuercomputer kann ferner bei dieser Ausführungsform dazu ausgebildet sein, eine Massenflussrate-Stoßgrenze, die einer Frischluftmassenflussrate entspricht, welche größer als der Massenflussrate-Stoßwert ist, in Abhängigkeit des Drehzahlsignals zu bestimmen und das Flussverhältnis weiter in Abhängigkeit der Massenflussrate-Stoßgrenze zu bestimmen. Der Steuercomputer kann weiter dazu ausgebildet sein, einen Prozentsatz des Stoßwertes als eine Summe aus 1 und einem Verhältnis der Massenflussrate-Stoßgrenze zu 100 zu bestimmen, und der Steuercomputer kann dazu ausgebildet sein, eine Massenflussrate-Grenze als ein Produkt aus dem Massenflussrate-Stoßwert und dem Prozentsatz der Stoßgrenze zu berechnen und das Flussverhältnis als ein Verhältnis der Massenflussrate-Grenze zu dem Massenfluss an Frischluft zu bestimmen.

Alternativ kann der Steuercomputer ein Mittel zum Erzeugen eines EGR-Anteil-Befehls, der einem Sollanteil an zurückgeführtem Abgas relativ zu einer dem Ansaugkrümmer zugeführten Luftfüllung entspricht, wobei die Luftfüllung eine Kombination aus zurückgeführtem Abgas und Frischluft ist, ein Mittel, das auf den EGR-Anteil-Befehl reagiert, um das EGR-Ventilsteuersignal zu erzeugen, ein Mittel zum Bestimmen eines Ladeflusswertes, der einem Massenfluss der Luftfüllung entspricht, und ein Mittel zum Begrenzen des EGR-Ventilsteuersignals in Abhängigkeit des Flussverhältnisses und des Ladeflusswertes, um den Abgasfluss durch das EGR-Ventil auf einem Wert zu halten, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird, umfassen. Bei dieser Ausführungsform kann das Mittel zum Beschränken des EGR-Ventilsteuersignals ein Mittel zum Bestimmen eines Reduktionswertes in Abhängigkeit des Flussverhältnisses und des Mengenflusswertes, wobei der Reduktionswert einem Reduktionsbetrag des Abgasflusses durch das EGR-Ventil entspricht, der erforderlich ist, um den Abgasfluss durch es auf dem Wert zu halten, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird, und ein Mittel zum Beschränken des EGR-Ventilsteuersignals in Abhängigkeit des Reduktionswertes und des EGR-Ventilsteuersignals, und zwar lediglich dann, wenn das Flussverhältnis größer oder gleich einem vordefinierten Verhältniswert ist, umfassen. Der Steuercomputer kann weiter bei dieser Ausführungsform dazu ausgebildet sein, eine Massenflussrate-Stoßgrenze, die einer Frischluftmassenflussrate entspricht, welche größer als der Massenflussrate-Stoßwert ist, in Abhängigkeit des Drehzahlsignals zu bestimmen, und der Steuercomputer kann dazu ausgebildet sein, das Flussverhältnis weiter in Abhängigkeit der Massenflussrate-Stoßgrenze zu bestimmen. Der Steuercomputer kann weiter dazu ausgebildet sein, einen Prozentsatz der Stoßgrenze als eine Summe aus 1 und einem Verhältnis der Massenflussrate-Stoßgrenze zu 100 zu bestimmen, und der Steuercomputer kann dazu ausgebildet sein, eine Massenflussrate-Grenze als ein Produkt aus dem Massenflussrate-Stoßwert und dem Prozentsatz der Stoßgrenze zu berechnen und das Flussverhältnis als ein Verhältnis der Massenflussrate-Grenze zu dem Massenfluss an Frischluft zu bestimmen.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Massenfluss-Parameter ein Ladeflusswert sein, der einer Massenflussrate einer Kombination aus Frischluft, die dem Ansaugkrümmer über den Verdichter zugeführt wird, und Abgas, das dem Ansaugkrümmer über das EGR-Ventil zurückgeführt wird, entspricht, und der Steuercomputer kann bei dieser Ausführungsform dazu ausgebildet sein, das EGR-Ventilsteuersignal in Abhängigkeit des Massenflussrate-Stoßwertes und des Ladeflusswertes zu begrenzen. Der Steuercomputer kann bei dieser Ausführungsform ein Mittel zum Erzeugen eines EGR-Anteil-Befehls, der einem Sollanteil an zurückgeführtem Abgas relativ zu einer dem Ansaugkrümmer zugeführten Luftfüllung entspricht, wobei die Luftfüllung der Kombination aus Frischluft und zurückgeführtem Abgas entspricht, ein Mittel zum Bestimmen eines maximalen EGR-Anteilwertes in Abhängigkeit des Massenflussrate-Stoßwertes und des Mengenflusswertes, wobei der maximale EGR-Anteilwert einem EGR-Anteil entspricht, unterhalb dem der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird, ein Mittel zum Erzeugen eines begrenzten EGR-Anteil-Befehls in Abhängigkeit des EGR-Anteil-Befehls und des maximalen EGR-Anteilwertes, und ein Mittel, das auf den begrenzten EGR-Anteil-Befehl reagiert, um das EGR-Ventilsteuersignal zu erzeugen, umfassen. Das Mittel zum Bestimmen eines maximalen EGR- Anteilwerts kann ein Mittel, das einen maximalen EGR-Flussratewert als den Ladeflusswert minus den Massenflussrate-Stoßwert berechnet, und ein Mittel zum Berechnen des maximalen EGR-Anteilwerts in Abhängigkeit des maximalen EGR-Flussratenwerts umfassen. Der Steuercomputer kann dazu ausgebildet sein, eine Massenflussrate-Stoßgrenze, die einer Frischluftmassenflussrate entspricht, welche größer als der Massenflussrate-Stoßwert ist, in Abhängigkeit des Drehzahlsignals zu bestimmen und das Flussverhältnis ferner in Abhängigkeit der Massenflussrate-Stoßgrenze zu bestimmen. Der Steuercomputer kann weiter dazu ausgebildet sein, einen Prozentsatz der Stoßgrenze als eine Summe aus 1 und einem Verhältnis der Massenflussrate-Stoßgrenze zu 100 zu bestimmen und eine Massenflussrate-Grenze als ein Produkt aus dem Massenflussrate-Stoßwert und dem Prozentsatz der Stoßgrenze zu berechnen und das Flussverhältnis als ein Verhältnis der Massenflussrate-Grenze zu dem Massenfluss an Frischluft zu bestimmen.

Alternativ kann der Steuercomputer ein Mittel zum Bestimmen eines Reduktionswerts in Abhängigkeit des Massenflussrate-Stoßwerts und des Mengenflusswerts, wobei der Reduktionswert einem Reduktionsbetrag des Abgasflusses durch das EGR-Ventil entspricht, der erforderlich ist, um einen Abgasfluss durch es auf einem Wert zu halten, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird, und ein Mittel zum Begrenzen des EGR-Ventilsteuersignals in Abhängigkeit des Reduktionswerts und des EGR-Ventilsteuersignals umfassen. Der Steuercomputer kann weiterhin dazu ausgebildet sein, eine Massenflussrate-Stoßgrenze, die einer Frischluftmassenflussrate entspricht, welche größer als der Massenflussrate-Stoßwert ist, in Abhängigkeit des Drehzahlsignals zu bestimmen und das Flussverhältnis weiter in Abhängigkeit der Massenflussrate-Stoßgrenze zu bestimmen. Der Steuercomputer kann weiterhin dazu ausgebildet sein, einen Prozentsatz der Stoßgrenze als eine Summe aus 1 und einem Verhältnis der Massenflussrate-Stoßgrenze zu 100 zu bestimmen und eine Massenflussrate-Grenze als ein Produkt aus dem Massenflussrate-Stoßwert und dem Prozentsatz der Stoßgrenze zu berechnen und das Flussverhältnis als ein Verhältnis der Massenflussrate-Grenze zu dem Massenfluss an Frischluft zu bestimmen.

Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der illustrativen Ausführungsformen deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm einer illustrativen Ausführungsform eines Systems zum Steuern eines Turbolader-Verdichterstoßes.
2 ist ein Blockdiagramm einer illustrativen Konfiguration einiger interner Elemente des Steuercomputers der 1, die sich auf das Steuern des Turbolader-Verdichterstoßes beziehen.
3 ist ein Blockdiagramm einer illustrativen Konfiguration des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks der 2.
4 ist ein Schaubild der korrigierten Turboladerdrehzahl über dem Einlass-Massenluftparameter, das den Turbolader-Verdichterstoß und die Gefahrenbereiche des Verdichterstoßes darstellt.
5 ist ein Blockdiagramm einer illustrativen Konfiguration des Luftbefehl begrenzenden Logikblocks der 2 zur Verwendung mit dem Verdichterstoß begrenzenden Logikblock der 3.
6 ist ein Schaubild des EGR-Anteils über dem Verdichterstoß begrenzenden Parameter, das eine Ausführungsform des Verdichterstoß begrenzenden Blocks der 5 darstellt.
7 ist ein Blockdiagramm einer illustrativen Ausführungsform des EGR-Anteil-Befehl begrenzenden Logikblocks der 5.
8 ist ein Blockdiagramm einer illustrativen Ausführungsform des EGR-Ventilposition begrenzenden Logikblocks der 2, bezogen auf den Verdichterstoß begrenzenden Logikblock der in 3 dargestellten Ausführungsform.
9 ist ein Blockdiagramm einer weiteren illustrativen Konfiguration des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks der 2.
10 ist ein Blockdiagramm einer weiteren illustrativen Konfiguration des Luftbefehl begrenzenden Logikblocks der 2 zur Verwendung mit dem Verdichterstoß begrenzenden Logikblock der 9.
11 ist ein Blockdiagramm einer weiteren illustrativen Ausführungsform des EGR-Ventilposition begrenzenden Logikblocks der 2, bezogen auf die in 10 dargestellte Ausführungsform des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks.
BESCHREIBUNG DER ILLUSTRATIVEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum besseren Verständnis der der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien wird nun Bezug auf eine Reihe von Ausführungsformen genommen, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Für die Beschreibung dieser Ausführungsformen werden spezielle Ausdrücke verwendet, durch die allerdings keine Beschränkung des Bereichs der Erfindung beabsichtigt ist.
Bezugnehmend nun auf die 1 ist ein Diagramm einer illustrativen Ausführungsform eines Systems 10 zum Steuern eines Turbolader-Verdichterstoßes in einem turboaufgeladenen Verbrennungsmotor gezeigt. Das System 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12 mit einem Ansaugkrümmer 14, der über eine Einlassleitung 20 fluidleitend mit einem Auslass eines Verdichters 16 eines Turboladers 18 gekoppelt ist, wobei der Verdichter 16 einen Verdichtereinlass umfasst, der mit einer Einlassleitung 22 zur Aufnahme frischer Umgebungsluft gekoppelt ist. Das System 10 kann, wie gestrichelt in 1 gezeigt ist, optional einen Einlassluftkühler 24 von bekanntem Aufbau umfassen, der in Reihe mit der Einlassleitung 20 zwischen dem Turboladerverdichter 16 und dem Ansaugkrümmer 14 angeordnet ist. Der Turboladerverdichter 16 ist mit einer Turboladerturbine 26 über eine Antriebswelle 28 mechanisch und drehbar gekoppelt, wobei die Turbine 26 einen Turbineneinlass, der über eine Abgasleitung 32 fluidleitend mit einem Abgaskrümmer 30 des Motors 12 gekoppelt ist, und ferner einen Turbinenauslass umfasst, der über eine Abgasleitung 34 fluidleitend mit der Umgebung gekoppelt ist. Ein EGR-Ventil 36 ist in Reihe mit einer EGR-Leitung 38 angeordnet, die fluidleitend an einem Ende mit der Einlassleitung 20 und an einem gegenüberliegenden Ende mit der Abgasleitung 32 gekoppelt ist, und ein EGR-Kühler 40 von bekanntem Aufbau kann optional in Reihe mit der EGR-Leitung 38 zwischen dem EGR-Ventil 36 und der Einlassleitung 20 angeordnet sein, wie gestrichelt in 1 gezeigt ist.
Das System 10 umfasst einen Steuercomputer 42, der betriebsmäßig den gesamten Betrieb des Motors 12 steuert und führt. Der Steuercomputer 42 umfasst eine Speichereinheit 45 sowie eine Anzahl von Eingängen und Ausgängen für den Anschluss mit verschiedenen mit dem Motor 12 gekoppelten Sensoren und Systemen. Der Steuercomputer 42 besitzt bei einer Ausführungsform einen Mikroprozessor und kann einer bekannten Steuereinheit entsprechen, die gelegentlich als ein elektronisches oder Motorsteuermodul (ECM), als elektronische oder Motorsteuereinheit (ECO) oder dergleichen bezeichnet wird, oder kann alternativ einem Mehrzweck-Steuerschaltkreis entsprechen, der zu einem im Folgenden beschriebenen Betrieb fähig ist. In jedem Fall umfasst der Steuercomputer 42 ein oder mehrere Steueralgorithmen zum Steuern des Turbolader-Verdichterstoßes, wie untenstehend im Detail beschrieben wird.
Der Steuercomputer 42 umfasst eine Anzahl von Eingängen zum Empfangen von Signalen verschiedener Sensoren oder Sensiersysteme, die dem System 10 zugeordnet sind. Beispielsweise umfasst ein System 10 einen Ansaugkrümmer-Temperatursensor 44, der in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer 14 des Motors 12 angeordnet und mit einem Ansaugkrümmer-Temperatureingang IMT eines Steuercomputers 42 über eine Signalleitung 46 elektrisch verbunden ist. Der Ansaugkrümmer-Temperatursensor 44 kann einen bekannten Aufbau besitzen und erzeugt betriebsmäßig ein Temperatursignal in der Signalleitung 46, das indikativ für die Temperatur der Luftfüllung ist, die in den Ansaugkrümmer 14 strömt, wobei die in den Ansaugkrümmer 14 strömende Luftfüllung allgemein aus Frischluft, die von dem Turboladerverdichter 16 bereitgestellt wird, und aus zurückgeführtem Abgas, das dem Ansaugkrümmer 14 durch das EGR-Ventil 36 steuerungsmäßig zugeführt wird, besteht.
Das System 10 umfasst ferner einen Motordrehzahlsensor 48, der mit einem Motordrehzahleingang ES des Steuercomputers 42 über die Signalleitung 50 elektrisch verbunden ist. Der Motordrehzahlsensor 48 sensiert betriebsmäßig die Drehgeschwindigkeit des Motors 12 und erzeugt ein entsprechendes Motordrehzahlsignal in der Signalleitung 50, das indikativ für die Drehgeschwindigkeit des Motors ist. Bei einer Ausführungsform ist der Sensor 48 ein Hall-Effekt-Sensor, der betriebsmäßig die Motordrehzahl bestimmt durch Sensieren des Durchgangs einer Anzahl winkelmäßig gleich beabstandeter Zähne, die auf einem Zahnrad oder einem Resolverrad ausgebildet sind. Alternativ kann der Motordrehzahlsensor 48 ein anderer bekannter Sensor sein, dessen Betrieb wie voranstehend beschrieben ist, einschließlich eines variablen Reluktanzsensors oder dergleichen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Das System 10 umfasst ferner einen Verdichtereinlass-Temperatursensor 49, der in Fluidverbindung mit der Frischluft-Einlassleitung 22 benachbart dem Frischlufteinlass des Verdichters 16 angeordnet und mit einem Verdichtereinlass-Temperatureingang CIT des Steuercomputers 42 über eine Signalleitung 51 elektrisch verbunden ist. Der Temperatursensor 49 kann einen bekannten Aufbau besitzen und erzeugt betriebs mäßig ein Temperatursignal in der Signalleitung 51, das indikativ für die Temperatur der Frischluft ist, die in den Einlass des Verdichters 16 eintritt.
Das System 10 umfasst ferner einen Verdichtereinlass-Drucksensor 53, der in Fluidverbindung mit der Frischluft-Einlassleitung 22 benachbart dem Frischlufteinlass des Verdichters 16 angeordnet und mit einem Verdichtereinlass-Druckeingang CIP des Steuercomputers 42 über eine Signalleitung 55 elektrisch verbunden ist. Der Drucksensor 53 kann einen bekannten Aufbau besitzen und erzeugt betriebsmäßig ein Drucksignal in der Signalleitung 55, das indikativ für den Druck der Frischluft ist, die in den Einlass des Verdichters 16 eintritt.
Das System 10 umfasst ferner einen Ansaugkrümmer-Drucksensor 52, der in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer 14 angeordnet und mit einem Ansaugkrümmer-Druckeingang IMP des Steuercomputers 42 über eine Signalleitung 54 elektrisch verbunden ist. Alternativ kann der Drucksensor 52 in Fluidverbindung mit der Einlassleitung 20 angeordnet sein. Auf jeden Fall kann der Drucksensor 52 einen bekannten Aufbau besitzen und betriebsmäßig ein Drucksignal in der Signalleitung 54 erzeugen, das indikativ für den Druck innerhalb der Einlassleitung 20 und dem Ansaugkrümmer 14 ist.
Das System 10 umfasst ferner einen Drehzahlsensor 56, der vorzugsweise um oder in der Nähe der Turbolader-Antriebswelle 28 angeordnet und mit einem Turbolader-Drehzahleingang TS des Steuercomputers 42 über eine Signalleitung 58 elektrisch verbunden ist. Der Sensor 56 kann einen bekannten Aufbau besitzen und erzeugt im Allgemeinen betriebsmäßig ein Turbolader-Drehzahlsignal (TS) in der Signalleitung 58, das indikativ für die Drehgeschwindigkeit der Turboladerantriebswelle 28 ist. Bei einer Ausführungsform ist der Sensor 56 ein variabler Reluktanzsensor, der betriebsmäßig die Drehgeschwindigkeit des Turboladers bestimmt durch Sensieren des Durchgangs von ein oder mehreren erfassbaren Strukturen, die auf der Welle 28 gebildet sind. Alternativ kann der Turbolader-Drehzahlsensor 56 einem beliebig anderen bekannten Sensor entsprechen, dessen Betrieb wie voranstehend beschrieben ist und sich an geeigneter Stelle relativ zu der Turboladerantriebswelle 28 befindet.
Das System 10 umfasst ferner einen Differenzialdrucksensor oder ΔP-Sensor 60, der an einem Ende mit der EGR-Leitung 38 benachbart einem Abgaseinlass des EGR-Ventils 36 fluidleitend gekoppelt ist, und an seinem gegenüberliegenden Ende mit der EGR-Leitung 38 benachbart einem Abgasauslass des EGR-Ventils 36 durch eine Bypassleitung 62 fluidleitend gekoppelt ist. Alternativ kann der ΔP-Sensor 60 mit einem weiteren Drosselmechanismus gekoppelt sein, der in Reihe mit der EGR-Leitung 38 angeordnet ist. Auf jeden Fall kann der ΔP-Sensor 60 einen bekannten Aufbau besitzen und mit einem ΔP-Eingang des Steuercomputers 42 über eine Signalleitung 64 elektrisch verbunden sein. Der ΔP-Sensor 60 stellt betriebsmäßig ein Differenzialdrucksignal in der Signalleitung 64 bereit, das indikativ für die Druckdifferenz über dem EGR-Ventil 36 oder dem anderen voranstehend beschriebenen Drosselmechanismus ist.
Wie gestrichelt in 1 gezeigt ist, kann das System 10 optional einen Massenflusssensor 70 umfassen, der in Fluidverbindung mit der Einlassleitung 20 stromaufwärts der Verbindung der Einlassleitung 20 mit der EGR-Leitung 38 angeordnet und elektrisch mit einem Frischluft-Massenflussrateeingang MAF_F des Steuercomputers 42 über eine Signalleitung 72 elektrisch verbunden ist. Der Massenflusssensor 70 kann einen bekannten Aufbau besitzen und erzeugt betriebsmäßig ein Massenflusssignal in der Signalleitung 72, das indikativ für die Massenflussrate an Frischluft ist, die durch den Turboladerverdichter 16 in die Einlassleitung 20 eintritt.
Das System 10 kann ferner optional einen Abgastemperatursensor 74 umfassen, der in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 32 angeordnet und elektrisch mit einem Abgastemperatureingang EXT des Steuercomputers 42 über eine Signalleitung 76 elektrisch verbunden ist, wie gestrichelt in 1 gezeigt ist. Alternativ kann der Sensor 74 in Fluidverbindung mit dem Abgaskrümmer 30 angeordnet sein. In jedem Fall stellt der Temperatursensor 74 betriebsmäßig ein Temperatursignal in der Signalleitung 76 bereit, das indikativ für die Temperatur des von dem Motor 12 erzeugten Abgases ist.
Der Steuercomputer 42 umfasst ebenso eine Anzahl von Ausgängen zum Steuern ein oder mehrerer dem System 10 zugeordneter Motorfunktionen. Beispielsweise umfasst das EGR-Ventil 36 einen EGR-Ventilaktuator 78, der mit einem EGR-Ventilsteuerausgang EGRC des Steuercomputers 42 über eine Signalleitung 80 elektrisch verbunden ist. Der Steuercomputer 42 erzeugt betriebsmäßig ein EGR-Ventilsteuersignal in der Signalleitung 80 und der Aktuator 78 reagiert auf das EGR-Ventilsteuersignal, um die Position des EGR-Ventils 36 relativ zu einer Referenzposition auf bekannte Weise zu steuern. Der Steuercomputer 42 steuert auf entsprechende Weise betriebsmäßig das EGR-Ventil 36 auf bekannte Weise, um selektiv einen zurückgeführten Abgasfluss aus dem Abgaskrümmer 30 zu dem Ansaugkrümmer 14 vorzusehen. Das EGR-Ventil 36 umfasst ferner einen EGR-Positionssensor 66, der mit einem EGR-Ventilpositionseingang EGRP des Steuercomputers 42 über eine Signallei tung 68 elektrisch verbunden ist. Der Sensor 66 kann einen bekannten Aufbau besitzen und bestimmt betriebsmäßig eine Position des EGR-Ventils 36 durch Bestimmen einer Position des EGR-Ventilaktuators 78 relativ zu einer Referenzaktuatorposition und erzeugt ein Positionssignal in der Signalleitung 68, das indikativ für die Position des EGR-Ventils 36 relativ zu einer Referenzposition ist.
Das System 10 umfasst ferner einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT), der allgemein bei 82 gezeigt ist und der über eine Signalleitung 84 mit einem VGT-Steuerausgang VGTC des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist, wobei der VGT-Mechanismus als eine beliebige Kombination aus einem mechanischen oder elektromechanischen Mechanismus ausgebildet sein kann, der auf bekannte Weise steuerbar ist, um die effektive Geometrie der Turboladerturbine 26 zu modifizieren, einem Waste-Gate, das zwischen den Leitungen 32 und 34 angeordnet ist und auf bekannte Weise steuerbar ist, um selektiv das Abgas um die Turbine 26 herumzuführen, sowie einer Abgasdrossel, die in Reihe mit beiden Leitungen 32 und 34 angeordnet ist und auf bekannte Weise steuerbar ist, um selektiv den Abgasfluss durch die Leitungen 32 und 34 und die Turbine 26 zu beschränken. Der Steuercomputer 42 steuert entsprechend betriebsmäßig einen oder mehrere dieser VGT-Mechanismen auf bekannte Weise, um selektiv das Schluckvermögen und/oder den Wirkungsgrad des Turboladers 18 zu steuern.
Das System 10 umfasst ferner ein Kraftstoffsystem 86, das über eine Anzahl K Signalleitungen 88 mit einem Kraftstoffbefehlausgang FC des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist, wobei K eine beliebig positive ganze Zahl ist. Das Kraftstoffsystem 86 reagiert auf von dem Steuercomputer 42 erzeugte Kraftstoffzuführbefehle FC, um dem Motor 12 Kraftstoff auf bekannte Weise zuzuführen.
Bezugnehmend nun auf die 2 ist ein Blockdiagramm einer illustrativen Konfiguration einiger der internen Elemente des Steuercomputers 42 der 1 gezeigt, die sich auf das Steuern des Turbolader-Verdichterstoßes beziehen. Der Steuercomputer 42 umfasst einen Kraftstoffzuführbestimmungsblock 102, der eine Anzahl von Motorbetriebszustandswerten EOC als Eingänge erhält, einschließlich beispielsweise der Motordrehzahl und anderer Motorbetriebsparameter, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Block 102 reagiert auf die Motorbetriebszustandswerte EOC, um eine Anzahl von Kraftstoffzuführparametern, einschließlich eines Kraftstoff-Massenflussrate-Wertes FF und eines Einspritzzeitpunkt-Wertes SOI zu bestimmen und um den Kraftstoffzuführbefehl FC in Abhängigkeit dieser verschiedenen Kraftstoffzuführparameter auf aus dem Stand der Technik bekannte Weise zu berechnen.
Der Kraftstoffzuführbestimmungsblock 102 sieht betriebsmäßig den Kraftstoffzuführbefehl FC in der Signalleitung 88 vor, und das Kraftstoffzuführsystem 86 reagiert auf den Kraftstoffzuführbefehl FC, um den Motor 12 mit Kraftstoff zu versorgen, wie voranstehend beschrieben wurde.
Der Steuercomputer 42 umfasst ferner einen Ladefluss-, einen EGR-Fluss- und einen Abgastemperatur-Abschätzblock 100, der einen Ansaugkrümmer-Temperatureingang IMT besitzt, welcher das Ansaugkrümmer-Temperatursignal in der Signalleitung 46 erhält, einen Motordrehzahleingang ES, der das Motordrehzahlsignal in der Signalleitung 50 erhält, einen Ansaugkrümmer-Druckeingang IMP, der das Ansaugkrümmer-Drucksignal in der Signalleitung 54 erhält, einen Deltadruck-Eingang ΔP, der das Deltadrucksignal in der Signalleitung 64 erhält, und einen EGR-Ventilpositionseingang EGRP, der das EGR-Ventilpositionssignal in der Signalleitung 68 erhält. Optional kann der Block 100, wie gestrichelt gezeigt ist, einen Abgastemperatureingang EXT umfassen, der ein Abgas-Temperatursignal von dem optionalen Sensor 74 erhält. Bei dieser Ausführungsform erhält der Block 100 entsprechend eine Abgas-Temperaturinformation direkt von dem Sensor 74, und deshalb kann der Abgastemperatur-Abschätzlogikabschnitt des Blockes 100 weggelassen werden. In jedem Fall erhält der Block 100 als Eingänge ebenso den Kraftstoff-Massenflussrate-Wert FF und den Einspritzzeitpunkt-Wert SOI von dem Kraftstoffzuführlogikblock 102. Der Ladefluss-, der EGR-Fluss- und der Abgastemperaturabschätzblock 100 schätzen betriebsmäßig die EGR-Flussrate ab, wie im Anschluss im Detail beschrieben wird, und stellen diese Abschätzung einem EGR-Flussrateausgang EGRF bereit, um die Abgastemperatur sowie die Ladeluftflussrate CF vorzusehen, und diese Abschätzung wird einem Ladeflussausgang CF des Blocks 100 vorgesehen.
Der Steuercomputer 42 umfasst ferner einen den Verdichterstoß begrenzenden Logikblock 104 mit Eingängen, die Werte des Ladeflusses CF und des EGR-Flusses EGRF von dem Logikblock 100 erhalten. Der Block 104 umfasst ferner einen Turboladerdrehzahleingang TS, der das Turbolader-Drehgeschwindigkeitssignal in der Signalleitung 58 erhält, einen Verdichter-Einlasstemperatur-Eingang CIT, der das Verdichter-Einlasstemperatursignal in der Signalleitung 51 erhält, einen Verdichter-Einlassdruck-Eingang CIP, der das Verdichter-Einlassdruck-Signal in der Signalleitung 55 erhält, und er kann optional einen weiteren Eingang umfassen, der den Frischluft-Massenflusswert MAF_F erhält, welcher bei Ausführungsformen des Systems 10, die einen Massenluftflusssensor 70 umfassen, in der Signalleitung 72 erzeugt wird. Bei einer Ausführungsform ist der Verdichterstoß begrenzende Logikblock 104 derart ausgebildet, um einen Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP in Abhängigkeit mehrerer Eingangsvariablen zu erzeugen, wie im Anschluss im Detail beschrieben wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Verdichterstoß begrenzende Logikblock 104 derart ausgebildet sein, um ein Paar Tabellenachsen-Werte TAX1 und TAX2 in Abhängigkeit mehrerer Eingangsvariablen zu erzeugen, wie im Anschluss im Detail beschrieben wird.
Der Steuercomputer 42 umfasst ferner einen Luftbefehl-Logikblock 108, der einen befohlenen EGR-Anteilswert CEGRFR entsprechend einem Soll-EGR-Anteil erzeugt, wobei der EGR-Anteil dem Anteil des zurückgeführten Abgases in der Luftfüllung entspricht, die dem Ansaugkrümmer 14 zugeführt wird. Die dem Ansaugkrümmer 14 zugeführte Luftfüllung wird allgemein als eine Kombination verstanden, die aus der Frischluft, die dem Ansaugkrümmer 14 durch den Verdichter 16 zugeführt wird, und dem zurückgeführten Abgas, das dem Ansaugkrümmer durch das EGR-Ventil 36 bereitgestellt wird, besteht. Der Logikblock 108 kann zusätzlich dazu ausgebildet sein, andere Befehlswerte zu erzeugen, wie gestrichelt in 2 dargestellt ist. Bei einer Ausführungsform ist der Logikblock 108 dazu ausgebildet, den befohlenen EGR-Anteilswert CEGRFR in Abhängigkeit der Umgebungslufttemperatur, der Motordrehzahl und der Kühltemperatur zu erzeugen, wobei Details, die sich auf eine spezifische Ausführungsform eines solchen Systems beziehen, in der co-anhängigen US Patentanmeldung mit der Nr. 10/059,619 beschrieben sind, welche den Titel trägt: "SYSTEM FOR PRODUCING CHARGE FLOW AND EGR FRACTION COMMANDS BASED ON ENGINE OPERATING CONDITIONS", die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und auf deren Offenbarung hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Alternativ kann der Luftbefehl-Logikblock 108 dazu ausgebildet sein, zumindest den befohlenen EGR-Anteilswert CEGRFR auf beliebig bekannte Weise in Abhängigkeit von einem oder mehreren Motor- und/oder Luftsystembetriebszuständen zu erzeugen.
Bei Ausführungsformen des Logikblocks 104, die dazu ausgebildet sind, den Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP zu erzeugen, umfasst der Steuercomputer 42 ferner einen Luftbefehl begrenzenden Logikblock 106, der einen Verdichterstoß begrenzenden Parametereingang TSLP, welcher den Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP von dem Logikblock 104 erhält, und einen weiteren Eingang, der den befohlenen EGR-Anteilswert CEGRFR erhält, der durch den Luftbefehl-Logikblock 108 erzeugt wird, besitzt. Der Block 106 kann andere Eingänge umfassen, die andere Motor- und/oder Luftsystem-Parameter und/oder andere intern in dem Steuercomputer 42 erzeugte Informationen erhalten. Der Luftbefehl begrenzende Logikblock 106 ist dazu ausgebildet, den befohlenen EGR-Anteil-Befehl CEGRFR in Abhängigkeit des Verdichterstoß begrenzenden Parameters CSLP zu begrenzen und einen entsprechend begrenzten befohlenen EGR-Anteilswert CEGRFR_L zu erzeugen, wie im Detail im Anschluss beschrieben wird. Der Logikblock 106 kann ferner dazu ausgebildet sein, andere Grenzbefehlwerte zu erzeugen, wie gestrichelt in 2 dargestellt ist.
Der Steuercomputer 42 umfasst ferner einen Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 mit einem Eingang, der den begrenzten EGR-Anteil-Befehlswert CEGRFR_L erhält, und einem EGR-Ventilsteuerausgang EGRC, der die EGR-Ventilsteuersignale in der Signalleitung 80 erzeugt, sowie einem VGT-Steuerausgang VGTC, der die VGT-Steuersignale in der Signalleitung 84 erzeugt. Der Logikblock 110 kann zusätzliche Eingänge besitzen, die zusätzliche Befehlwerte von dem Logikblock 106 erhalten, wie gestrichelt in 2 gezeigt ist. Bei Ausführungsformen des Steuercomputers 42, die den Luftbefehl begrenzenden Block 106 umfassen, erzeugt der Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 betriebsmäßig das EGR-Ventil- und/oder VGT-Steuersignal EGRC und VGTC zumindest in Abhängigkeit von dem begrenzten EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_L, wobei solche EGR-Ventil- und/oder VGT-Steuersignale EGRC und VGTC die Position des EGR-Ventils 36 und/oder eines beliebig anderen voranstehend beschriebenen VGT-Steuermechanismus, oder eine Kombination der voranstehend beschriebenen VGT-Steuermechanismen, auf eine Weise steuern, so dass gemäß dem begrenzten EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_L der Abgasfluss durch das EGR-Ventil 36 bewirkt wird. Da der Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 sich auf den begrenzten EGR-Anteil-Befehl CEGRFR bezieht, der von dem Block 106 erzeugt wird, so steuert der Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 betriebsmäßig die Position des EGR-Ventils 36 über ein entsprechendes EGR-Ventilsteuersignal EGRC, welches auf dem CEGRFR basiert, um die Position des EGR-Ventils 36 zu steuern, so dass die Flussrate des Abgases hierdurch bei einer Flussrate aufrechterhalten wird, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird. Details, die sich auf eine spezifische Implementierung eines solchen Luftmechanismus-Steuerlogikblocks 110 beziehen, sind in dem US Patent Nr. 6,409,834 angegeben, das den Titel trägt "SYSTEM FOR DECOUPLING EGR FLOW AND TURBOCHARGER SWALLOWING CAPACITIY/EFFICIENCY CONTROL MECHANISMS", das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, wobei deren Offenbarung hier unter Bezugnahme enthalten ist. Bei Ausführungsformen des Steuercomputers 42, die zum Zwecke der vorliegenden Erfindung den voranstehend beschriebenen Luftbefehl begrenzenden Logikblock 106 nicht benötigen, kann der Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 einem herkömmlichen befehlbearbeitenden Block entsprechen, der auf bekannte Weise ausgebildet ist, um das EGR-Ventil- und/oder VGT-Steuersignal EGRC und VGTC in Steuersignal EGRC und VGTC in Abhängigkeit von zumindest des EGR-Anteilsbefehls CEGRFR zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Steuercomputer 42 ferner einen EGR-Ventilposition begrenzenden Logikblock 112 umfassen, der Eingänge, die die Tabellenachsenwerte TAX1 und TAX2 von dem den Verdichterstoß begrenzenden Logikblock 104 erhalten, und ferner einen Eingang besitzt, der das EGR-Ventilsteuersignal EGRC erhält, das von dem Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 erzeugt wird, wie dies gestrichelt gezeigt ist. Der EGR-Ventilposition begrenzende Logikblock 112 kann bei Ausführungsformen enthalten sein, bei denen der Verdichterstoß begrenzende Logikblock dazu ausgebildet ist, die Tabellenachsenwerte TAX1 und TAX2 zusätzlich zu dem Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP zu erzeugen. Der EGR-Ventilposition begrenzende Logikblock 112 begrenzt betriebsmäßig zumindest bei bestimmten Zuständen, wie im Anschluss im Detail beschrieben wird, das EGR-Ventilsteuersignal EGRC, das von dem Block 110 in Abhängigkeit von TAX1 und TAX2 erzeugt wird, und erzeugt betriebsmäßig in der Signalleitung 80 ein entsprechend begrenztes EGR-Ventilsteuersignal EGRC_L, wobei das EGRC_L Signal die Position des EGR-Ventils 36 so steuert, dass die Flussrate des Abgases hierdurch bei einer Flussrate gehalten wird, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird. Es ist klar, dass eine Änderung des EGR-Anteil-Befehls allgemein dazu führt, dass der Steuercomputer 42 eine existierende Luft-Software ausführt, um den sich daraus ergebenden geänderten EGR-Anteil durch Ändern eines oder mehrerer Luftsteuermechanismen zu kompensieren, einschließlich eines VGT, eines "Waste Gate" sowie einer Abgasdrossel, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Aus praktischen Gründen kann der Verdichterstoß begrenzende Parameter CSLP entsprechend dem Luftbefehl begrenzenden Logikblock 106 zugeführt werden, um einen Luftsteuermechanismus oder mehrere Luftsteuermechanismen beim Begrenzen des EGR-Ventilsteuersignals zu steuern, um dadurch einen Turbolader-Verdichterstoß in sämtlichen Luftsystem-Betriebszuständen zu vermeiden.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform schätzt der Ladefluss-, EGR-Fluss- und Abgastemperatur-Abschätzblock 100 betriebsmäßig die Ladeflussrate, EGR-Flussrate und die Abgastemperatur in Abhängigkeit der momentanen Motorbetriebszustände ab. Bei einer Ausführungsform schätzt der Ladefluss-, EGR-Fluss- und Abgastemperatur-Abschätzblock 100 betriebsmäßig den Massenfluss der Luftfüllung, die in den Ansaugkrümmer 14 eintritt, oder den Ladeflusswert CF ab, wobei der Ausdruck "Ladung" oder "Luftfüllung" definiert ist als eine Kombination aus Frischluft, die in die Einlassleitung 20 eintritt, und zurückgeführtem Abgas, das von dem EGR- Luftsystem bereitgestellt wird, welches das EGR-Ventil 36, den EGR-Kühler 40 und die EGR-Leitung 38 aufweist. Bei der dargestellten Ausführungsform schätzt der Block 100 betriebsmäßig den Ladeflusswert CF ab, indem zunächst die volumetrische Effizienz (η_V) des Ladeeinlasssystems abgeschätzt wird, und anschließend wird CF in Abhängigkeit von η_V mittels einer herkömmlichen Geschwindigkeits-/Dichte-Gleichung berechnet. Jedes bekannte Verfahren zum Abschätzen von η_V kann verwendet werden, und bei einer bevorzugten Ausführungsform des Blockes 100 wird η_V gemäß einer bekannten, auf einer Taylor-Machzahl basierenden, volumetrischen Effizienz-Gleichung berechnet: ηV = A1·{(Bohrung/D)2·(Hub·ES)B/sgrt(γ·R·IMT)·[(1 + EP/IMP) + A2]} + A3 (1)wobei

A₁, A₂, A₃ und B: kalibrierbare Parameter sind, die der volumetrischen Effizienzgleichung basierend auf den aufgezeichneten Motordaten angepasst sind,
Bohrung: die Bohrungslänge des Einlassventils ist,
D: der Durchmesser des Einlassventils ist,
Hub: die Hublänge des Kolbens ist, wobei Bohrung, D und der Hub abhängig von der Motorgeometrie sind,
γ und R: bekannte Konstanten sind (beispielsweise γ·R = 387,414 J/k9/°K),
ES: die Motordrehzahl ist,
IMP: der Ansaugkrümmerdruck ist,
EP: der Abgasdruck ist, wobei EP = IMP + ΔP ist, und
IMT: die Ansaugkrümmertemperatur ist.

Bei einigen Ausführungsformen, die voranstehend beschrieben wurden, erzeugt der Block 100 den volumetrischen Effizienzwert η_V als Ausgabe. In jedem Fall berechnet der Block 100 betriebsmäßig den Ladeflusswert CF gemäß der folgenden Gleichung, wobei der volumetrische Effizienzwert η_V gemäß der vorherigen Gleichung abgeschätzt wird: CF = ηV·VDIS·ES·IMP/(2·R·IMT) (2),wobei,

η_V: die abgeschätzte volumetrische Effizienz ist,
V_DIS: der Motorhubraum ist und allgemein von der Motorgeometrie abhängt,
ES: die Motordrehzahl ist,
IMP: der Ansaugkrümmerdruck ist,
R: eine bekannte Gaskonstante ist (beispielsweise R = 53,3 ft-lbf/lbm°R oder R = 287 J/Kg/°K), und
IMT: die Ansaugkrümmertemperatur ist.

Der Fachmann erkennt, dass der Ladeflusswert CF alternativ berechnet oder auf andere Weise gemäß einem anderen bekannten Verfahren bestimmt werden kann. Beispielsweise kann das System 10 optional einen Massenflusssensor umfassen, der in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer 14 oder der Einlassleitung 20 stromabwärts der Verbindung der Leitung 20 mit der EGR-Leitung 38 angeordnet ist, wobei der Steuercomputer 42 auf bekannte Weise dazu ausgebildet sein kann, die Ladeflusswerte direkt anhand der Information zu bestimmen, die von solch einem Massenflusssensor bereitgestellt wird. Bei einem weiteren Beispiel kann der Steuercomputer 42 dazu ausgebildet sein, den Ladeflusswert CF gemäß einem oder mehrerer bekannter Ladeflussabschätzverfahren abzuschätzen. Jeder solche alternative Mechanismus und/oder jedes alternative Verfahren zum Bestimmen des Ladeflusswertes CF soll durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt sein.
Der Ladefluss-, der EGR-Fluss- und der Abgastemperatur-Abschätzblock 100 kann ferner betriebsmäßig einen ungefähren Wert der Motorabgastemperatur EXT basierend auf momentanen Motorbetriebszuständen berechnen. Bei einer Ausführungsform ist der Block 100 dazu ausgebildet, EXT gemäß der Gleichung abzuschätzen: EXT = IMT + [(A·ES) + (B·IMP) + (C·SOI) + D)][(LHV·FF)/CF] (3)wobei

IMT: die Ansaugkrümmertemperatur ist,
ES: die Motordrehzahl ist,
IMP: der Ansaugkrümmerdruck ist,
SOI: der Anfangswert der Einspritzung ist, der von dem Kraftstoffzuführ-Logikblock 102 erzeugt wird,
FF: der Kraftstoffflusswert ist, der von dem Kraftstoffzuführ-Logikblock 102 erzeugt wird,
CF: die Massenflussrate der in den Ansaugkrümmer 14 eintretenden Ladung ist, die bestimmt werden kann unter Verwendung eines oder mehrerer der voranstehend beschriebenen Verfahren,
LHV: ein unterer Brennwert des Kraftstoffes ist, der gleich einer bekannten Konstante ist, die von der Art des Kraftstoffes abhängt, der von dem Motor 12 verwendet wird, und
A, B, C und D: Modellkonstanten sind.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Block 100 betriebsmäßig die Motorabgastemperatur-Abschätzung EXT gemäß der Gleichung berechnen: EXT = IMT + A + (B·SOI) + C/(CF/FF) + (D·SOI)/ES + E/[(ES·CF)/FF] (4)wobei

IMT: die Ansaugkrümmertemperatur ist,
ES: die Motordrehzahl ist,
SOI: der Anfangswert der Einspritzung ist, der von dem Kraftstoffzuführ-Logikblock 102 erzeugt wird,
FF: der Kraftstoffflusswert ist, der von dem Kraftstoffzuführ-Logikblock 102 erzeugt wird,
CF: die LadeMassenflussrate ist, und
A, B, C und D: Modellkonstanten sind.

Weitere Details bezüglich der in den Gleichungen 3 und 4 angegebenen Motorabgastemperaturmodelle sind in dem US Patent Nr. 6,508,242 beschrieben, das den Titel trägt "SYSTEM FOR ESTIMATING ENGINE EXHAUST TEMPERATURE" und auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, auf dessen Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird. Der Fachmann erkennt, dass der Abgastemperaturwert EXT alternativ berechnet oder anderweitig gemäß anderer bekannter Verfahren bestimmt werden kann. Zum Beispiel kann das System 10 optional den Abgastemperatursensor 74 umfassen, der gestrichelt in 1 dargestellt ist, wobei der Steuercomputer 42 auf bekannte Weise dazu ausgebildet sein kann, die Abgastemperaturinformation direkt anhand der Information zu bestimmen, die von dem Sensor 74 bereitgestellt wird. Bei einem weiteren Beispiel kann der Steuercomputer 42 dazu ausgebildet sein, die Abgastemperatur EXT gemäß einem anderen oder mehrerer anderer bekannter Abgastemperatur-Abschätzverfahren abzuschätzen. Jeder solche alternative Mechanismus und/oder Verfahren zum Bestimmen des Abgastemperaturwertes EXT soll von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt sein.
Der Ladefluss-, der EGR-Fluss und der Abgastemperatur-Abschätzlogikblock 100 schätzt ferner betriebsmäßig die EGR-Flussrate EGRF in Abhängigkeit des Druckdiffe rentialwertes ΔP, des Ansaukrümmerdruckes IMP, der Motorabgastemperatur EXT, sowie eines effektiven Flussbereichs EFA entsprechend des Querschnitts des Flussbereichs, der durch die EGR-Leitung 38 definiert ist, ab. Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform berechnet der EGR-Fluss- und Abgastemperatur-Abschätzblock 100 betriebsmäßig den effektiven Flussbereichwert EFA in Abhängigkeit des EGR-Ventilpositionssignals EGRP. Bei solchen Ausführungsformen kann der Block 100 ein oder mehrere Gleichungen, Schaubilder und/oder Tabellen umfassen, die die EGR-Positionswerte EGRP in Beziehung zu den effektiven Flussbereichswerten EFA setzen. In jedem Fall schätzt der Block 100 betriebsmäßig den EGR-Flusswert EGRF gemäß der Gleichung ab: EGRF = EFA·sqrt[|(2·ΔP·IMP)/(R·EXT)|] (5)wobei,

EFA: der effektive Flussbereich durch die EGR-Leitung 38 ist,
ΔP: das Druckdifferential über dem EGR-Ventil 36 ist,
IMP: der Ansaugkrümmerdruck ist,
R: eine bekannte Gaskonstante ist (beispielsweise R = 53,3 ft-lbf/lbm °R oder R = 287 J/Kg/°K), und
EXT: die Abgastemperatur ist, die durch eines oder mehrerer der voranstehend beschriebenen Verfahren bestimmt werden kann.

Weitere Details, die sich auf das voranstehende Verfahren zum Abschätzen der EGR-Flussrate beziehen, sowie andere geeignete Verfahren zum Abschätzen der EGR-Flussrate, sind in der co-anhängigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 09/774,897 beschrieben, die den Titel "SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING EGR MASS FLOW AND EGR FRACTION" trägt und auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird. Der Fachmann erkennt, dass andere bekannte Verfahren verwendet werden können, um den EGR-Flussratewert EGRF abzuschätzen oder anderweitig zu bestimmen. Zum Beispiel kann das System 10 einen Temperatursensor umfassen, der in Fluidverbindung mit dem Ausgang des EGR-Kühlers 40 bei Ausführungsformen des Systems 10, die solch einen Kühler 40 umfassen, steht, wobei solch ein Sensor betriebsmäßig ein Kühlerausgang-Temperatursignal erzeugt, das indikativ für die Temperatur des Abgases ist, welches aus dem EGR-Kühler 40 austritt. Bei solchen Ausführungsformen kann das Kühlerausgang-Temperatursignal den Abgastemperaturwert EXT in Gleichung (5) ersetzen. In Bezug auf die vorliegende Erfindung schätzt der Logikblock 100 betriebsmäßig die Abgastemperatur EXT primär für die Einbeziehung in die Gleichung (5) ab, um die EGR-Flussrate EGRF abschätzen zu können. Bei Ausführungsformen des Systems 10, die einen EGR-Kühlerausgang-Temperatursensor, wie gerade beschrieben, umfassen, wird der Abgas-Temperaturwert EXT deshalb nicht benötigt und der Abgastemperatur-Abschätzabschnitt des Logikblocks 100 kann entsprechend weggelassen werden.
Alternativ kann das System 10 einen CO oder CO₂-Sensor mit bekanntem Aufbau umfassen, der fluidleitend mit dem Ansaugkrümmer 14 oder der Einlassleitung 20 stromabwärts der Verbindung der Einlassleitung 20 mit der EGR-Leitung 38 gekoppelt ist. Solch ein CO oder CO₂-Sensor erzeugt betriebsmäßig ein Signal, das indikativ für den CO oder CO₂-Gehalt in der Luftfüllung ist, die in den Ansaugkrümmer 14 eintritt, und eine solche Information kann dazu verwendet werden, den EGR-Flussratewert EGRF mittels bekannter Gleichungen zu bestimmen. Als weiteres Beispiel kann die EGR-Leitung 38 einen Massenflussratesensor besitzen, der in Fluidverbindung hiermit steht, wobei die EGR-Flussrate EGRF direkt anhand der Information, die durch solch einen Sensor bereitgestellt wird, bestimmt werden kann. Als ein noch weiteres Beispiel kann der Steuercomputer 42 andere EGR-Flussrate-Abschätzalgorithmen umfassen, beispielsweise ein oder mehrere der alternativen Algorithmen, die in der voranstehend erwähnten US-Patentanmeldung mit der Nummer 09/774,897 beschrieben sind, wobei der Steuercomputer 42 betriebsmäßig die EGR-Flussrate gemäß einer oder mehrerer solcher alternativer Strategien zum Abschätzen der EGR-Flussrate abschätzt. Sämtliche alternative EGR-Flussrate-Bestimmungsverfahren und Strategien sollen in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Bezugnehmend nun auf die 3, ist eine illustrative Ausführungsform 104' des verdichterstoßbegrenzenden Logikblocks 104 der 2 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Block 104' einen Turboladerdrehzahl-Frischluftmassenflussrate-Umwandlungsblock 150, der das Turboladerdrehzahlsignal TS, das Verdichtereinlass-Temperatursignal CIT und das Verdichtereinlass-Drucksignal CIP erhält und einen entsprechenden Massenflussrate-Stoßwert MAF_S erzeugt. Der Massenflussrate-Stoßwert MAF_S stellt eine von der Turboladerdrehzahl abhängige Frischluft-Massenflussrate (die in den Ansaugkrümmer 14 durch den Verdichter 16 eintritt) dar, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß auftritt und oberhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird. Der Umwandlungsblock 150 kann in der Form von einer oder mehreren Gleichungen, Schaubildern, Tabellen oder dergleichen vorgesehen sein, welche die Turboladerdrehzahl TS, die Verdichtereinlass-Temperatur CIT und den Verdichtereinlass-Druck CIP in Beziehung zu dem Massenflussrate- Stoßwert MAF_S setzen, und eine grafische Darstellung einer illustrativen Ausführungsform des Umwandlungsblocks 150 ist in 4 dargestellt. Bezugnehmend auf die 4 ist ein Schaubild 180 dargestellt, das die korrigierte Turboladerdrehzahl über dem Massenflussparameter zeigt. Die korrigierte Turboladerdrehzahl CTS ist als ein Verhältnis der Turboladerdrehzahl TS und der Wurzel der Verdichtereinlass-Temperatur CIT bestimmt, es gilt CTS = TS/(CIT)^1/2. Der Massenflussparameter MFP in der dargestellten Ausführungsform ist als ein Verhältnis des Produktes aus der Frischluft-Massenflussrate MAF_F und der Wurzel der Verdichtereinlass-Temperatur CIT zu dem Verdichtereinlass-Druck bestimmt, es gilt MFP = MAF_F·(CIT)^1/2/CIP. Die Turboladerdrehzahl/Massenflussrate-Kurve 182 stellt die Grenze zwischen dem normalen Verdichterbetrieb und den Verdichterstoß-Zuständen dar. Der Bereich 184 stellt die korrigierte Turboladerdrehzahl und diejenigen Massenflussparameter-Zustände dar, in denen der Turbolader-Verdichterstoß auftritt und bestehen bliebt, und der Bereich 186 stellt die korrigierte Turboladerdrehzahl und diejenigen Massenflussparameter-Zustände dar, in denen der Turbolader-Verdichterstoß nicht auftritt und nicht bestehen bleibt. Die Kurve 182 stellt so eine von der Turboladerdrehzahl abhängige Massenflussparameter-Stoßfunktion MAF_S oder "Stoß-Linie" dar, und der Turbolader-Verdichterstoß wird für Werte der Frischluft-Massenflussrate vermieden, die größer als MAF_S sind.
Bezugnehmend wiederum auf die 3 umfasst der Block 104' ferner einen Rechenblock 152, der an einem additiven Eingang den Ladeflusswert CF und an einem subtrahierenden Eingang den EGR-Flusswert EGRF erhält, wobei sowohl CF als auch EGRF von dem Logikblock 100 erzeugt werden. Der Rechenblock 152 berechnet betriebsmäßig einen abgeschätzten Wert MAF_F der Frischluft-Massenflussrate, die dem Ansaugkrümmer 14 durch den Verdichter 16 zugeführt wird, als die Differenz zwischen CF und EGRF, oder es gilt MAF_F = CF – EGRF. Bei Ausführungsformen des Systems 10, die einen Frischluft-Massenflussrate-Sensor 70 umfassen, kann der Frischluft-Massenflussratewert MAF_F direkt aus derjenigen Information erhalten werden, die von dem Sensor 70 bereitgestellt wird, wie gestrichelt in 3 gezeigt ist. In Bezug auf die Ausführungsform des Turboladerstoß begrenzenden Logikblocks 104', der in 3 dargestellt ist, kann der Rechenblock 152 in dem Block 104' weggelassen werden, und der Ladefluss, der EGR-Fluss und der Abgastemperaturabschätz-Logikblock 100 können bei solchen Ausführungsformen weggelassen werden, bei denen der Frischluft-Massenflussrate-Wert MAF_F direkt von dem Sensor 70 erhalten wird.
Bei einer Ausführungsform des Blocks 104' wird der Massenflussrate-Stoßwert MAF_S direkt an einem Eingang eines Teilerblocks 154 (der Block 168 ist bei dieser Ausführungsform weggelassen) bereitgestellt, und der Frischluft-Massenflussrate-Wert MAF_F wird an einem weiteren Eingang des Teilerblocks 154 bereitgestellt, wobei der Block 154 betriebsmäßig den Turboladerstoß begrenzenden Parameter TSLP als ein Flussverhältnis erzeugt, das dem Verhältnis des Massenflussrate-Stoßwerts MAF_S und der Frischluft-Massenflussrate MAF_F entspricht, es gilt TSLP = MAF_S/MAF_F. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der die Turboladerdrehzahl begrenzende Logikblock 104' optional einen Massenflussrate-Stoßgrenze-Logikblock 156 umfassen, der einen weiteren Turboladerdrehzahl-Frischluftmassenfluss-Umwandlungsblock 158 besitzt, der als Eingang den Turboladerdrehzahlwert TS, die Verdichtereinlass-Temperatur CIT und den Verdichtereinlass-Druckwert CIP erhält und als Ausgang eine Massenflussrate-Stoßgrenze MAF_SL erzeugt. Die Massenflussrate-Stoßgrenze MAF_SL stellt eine von der Turboladerdrehzahl abhängige Frischluft-Massenflussrate dar (die in den Ansaugkrümmer 14 durch den Verdichter 16 eintritt), die größer als der Massenflussrate-Stoßwert MAF_S ist. Der Umwandlungsblock 158 kann in der Form von einer oder mehreren Gleichungen, Schaubildern, Tabellen oder dergleichen vorgesehen sein, welche die Turboladerdrehzahl TS, die Verdichtereinlass-Temperatur CIT, den Verdichtereinlass-Druck CIP in Beziehung zu dem Massenflussrate-Stoßwert MAF_S setzen, und eine grafische Darstellung einer illustrativen Ausführungsform des Umwandlungsblocks 158 ist in 5 dargestellt. Bezugnehmend wieder auf die 4, stellt die gestrichelte Kurve 188 eine korrigierte von der Turboladerdrehzahl abhängige Massenflussparameter-Stoßgrenze-Funktion MAF_SL dar, bei der der Turbolader-Verdichterstoß nicht nur für Werte der Frischluft-Massenflussrate vermieden wird, die größer als MAF_SL sind, sondern ebenso innerhalb eines definierbaren Fehlerbandes oder Fensters von Werten der Frischluft-Massenflussrate, die kleiner als MAF_SL sind. Es versteht sich, dass die MAF_SL-Kurve 188 relativ zu der MAF_S-Kurve 182 anders liegen kann, um ein Soll-Fehlerband oder Fenster von Werten der Frischluft-Massenflussrate dazwischen vorzusehen. Allgemein kann die Massenflussparameter-Stoßgrenze-Funktion MAF_SL in dem Block 104' enthalten sein, um eine sichere Frischluft-Massenflussrate-Zielgrenze vorzusehen, und dies nicht nur zur Vermeidung eines Turbolader-Verdichterstoßes, sondern ebenso deswegen, ein bestimmte Überschreitung der Massenflussrate-Stoßgrenze MAF_SL für Frischluft-Massenflussrate-Werte zu gestatten, die geringer als MAF_SL während der EGR-Ventilsteuerung sind, ohne einen Betrieb in dem Turbolader-Verdichterstoß-Bereich 184 zu riskieren. Alternativ kann die Massenflussrate-Stoßgrenze MAF_SL bei einigen Ausführungsformen links von der Massenflussrate-Stoßkurve MAF_S liegen, um unter spezifischen Zuständen Frischluft-Massenflussrate-Werte zu gestatten, die geringer als MAF_SL sind.
Bezugnehmend wiederum auf die 3 umfasst der Block 156 ferner einen Teilerblock 160, der als Eingänge die Massenfußrate-Stoßgrenze MAF_SL und einen konstanten Wert erhält, beispielsweise 100, der von dem Block 162 erzeugt wird. In der dargestellten Ausführungsform entspricht der Ausgang des Teilerblocks 160 gleich dem Verhältnis MAF_SL/100, das einem Eingang eines Summationsblocks 164 zugeführt wird, und der einen weiteren Eingang besitzt, welcher einen weiteren konstanten Wert erhält, beispielsweise 2, der von dem Block 166 erzeugt wird. In der dargestellten Ausführungsform erzeugt der Summationsblock 164 als Ausgang einen Stoßgrenze-Prozentsatz SLP gemäß der Gleichung [1 + (MAF_SI/100)]. Der Block 156 umfasst ferner einen Multiplikationsblock 168, der einen Eingang, welcher den von dem Summationsblock 164 erzeugten Stoßgrenze-Prozentsatz SLP erhält, und einen weiteren Eingang besitzt, der den Massenflussrate-Stoßwert MAF_S erhält, wobei der Ausgang des Multiplikationsblocks 168 einer Massenfluss-Grenze MAF_L gemäß der Gleichung MAF_S·[1 + (MAF_SL/100)] entspricht. Die Massenfluss-Grenze MAF_L ist bei dieser Ausführungsform als ein Eingang des Teilerblocks 154 vorgesehen, so dass der Verdichterstoß begrenzende Parameter CSLP bei dieser Ausführungsform durch die Gleichung CSLP = {MAF_S·[1 + (MAF_SL/100)]}/MAF_F gegeben ist. Während diese alternative Ausführungsform des Turboladerstoß begrenzenden Logikblocks 104' so dargestellt und beschrieben worden ist, dass er den Turboladerstoß begrenzenden Parameter CSLP als ein Produkt aus dem Flussverhältnis MAF_S/MAF_F und dem Stoßgrenze-Prozentsatz [1 + (MAF_SL/100)] erzeugt, so ist doch verständlich, dass die Massenflussrate-Stoßgrenze MAF_SL alternativ auf den Massenflussrate-Stoßwert MAF_S als Offset angewendet werden kann, in welchem Fall der Verdichterstoß begrenzende Parameter CSLP die allgemeine Form CSLP = [MAF_S +/– (K·MAF_SL)]/MAF_F annehmen kann, wobei "K" eine ganzzahlige oder nicht ganzzahlige Konstante sein kann. In beiden Fällen, d. h. CSLP = MAF_S/MAF_F oder CSLP = [MAF_S +/– (K·MAF_SL)]/MAF_F, wird der Turbolader-Verdichterstoß dadurch vermieden, dass die Flussrate des zurückgeführten Abgases durch das EGR-Ventil 36 gesteuert wird, beispielsweise durch Steuern des EGR-Anteil-Befehls CEGRFR und zwar auf eine Weise, dass CSLP auf einen Wert von kleiner 1 beschränkt wird.
Bei Ausführungsformen des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks 104', der wie gerade beschrieben den Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP erzeugt, umfasst der Steuercomputer 42 den Luftbefehl begrenzenden Logikblock 106, der voranstehend in Bezug auf die 2 beschrieben wurde. Bezugnehmend nun auf die 5 ist eine illustrative Ausführungsform 106' des Luftbefehl begrenzenden Logikblocks 106 gezeigt, der in 2 dargestellt ist, so wie er sich auf den Verdich terstoß begrenzenden Logikblock 104' der 3 bezieht. Der Block 106' umfasst einen EGR-Anteil-Befehl begrenzenden Logikblock 200 mit einem ersten Eingang CEGRFR, der den befohlenen EGR-Anteilwert CEGRFR erhält, welcher von dem Luftbefehl-Logikblock 108 erzeugt wird, einem zweiten Eingang EGRP, der das EGR-Positionssignal EGRP in der Signalleitung 68 erhält, und einem dritten Eingang, der das Differenzialdrucksignal ΔP in einer Signalleitung 64 erhält. Der Block 106' kann ferner eine Anzahl P von Betriebswertbegrenzungsblöcken 202₁ -202_P umfassen, die, basierend auf entsprechenden Motor- und/oder Turboladerbetriebsparametern, begrenzende Offset-Werte dem EGR-Anteil-Befehl begrenzenden Logikblock 200 bereitstellen, wobei P jede positive ganze Zahl sein kann. Ein solcher Begrenzungsblock 202₁ ist ein Verdichterstoß-Begrenzungsblock, der als Eingang den Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP erhält, welcher von dem Verdichterstoß begrenzenden Logikblock 104' erzeugt wird, und einen entsprechenden Offset-Wert einem Verdichterstoß begrenzenden Parameter-Offset-Eingang CSLPOFF des EGR-Anteil-Befehl begrenzenden Logikblocks 200 bereitstellt. Ein weiterer Begrenzungsblock 202_P kann ein Motorparameterbegrenzungsblock sein, der als Eingang einen gemessenen oder abgeschätzten Motorparameter erhält und einen entsprechenden Offset-Wert einem Motorparameter-Offset-Eingang EPOFF des EGR-Anteil-Befehl begrenzenden Logikblocks 200 bereitstellt. Beispiele der Betriebswert-Begrenzungsblöcke 202₂ -202_P können umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, einen Verdichterauslasstemperatur-Begrenzungsblock, der als Eingang ein Temperatursignal erhält, das indikativ für die Temperatur an einem Ausgang des Turboladerverdichters 16 ist, einen Turboladerdrehzahl-Begrenzungsblock, der als Eingang das Turboladerdrehzahlsignal TS in der Signalleitung 58 erhält, einen ΔP-Begrenzungsblock, der als Eingang das Differenzialdrucksignal ΔP in der Signalleitung 64 erhält, und dergleichen. Auf jeden Fall bearbeitet der Block 200 betriebsmäßig die Offset-Signale, die von einem oder mehreren Betriebswert-Begrenzungsblöcken 202₁ -202_P bereitgestellt werden, und zwar auf eine im Anschluss beschriebene Weise, und erzeugt betriebsmäßig einen begrenzten EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_LIM entsprechend dem befohlenen EGR-Flusswert CEGRF, welcher in Abhängigkeit von zumindest dem Verdichterstoß begrenzenden Parameter-Offset-Wert CSLPOFF begrenzt ist, und der weiter in Abhängigkeit von einem oder mehreren zusätzlichen Offset-Werten begrenzt ist, die von einem der verbleibenden Betriebswert-Begrenzungsblöcken 202₂ -202_P erzeugt werden.
Bei einer Ausführungsform wird der begrenzte EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_LIM einem additiven Eingang eines Rechenblocks 204 zugeführt, der einen subtraktiven Eingang besitzt, welcher einen gemessenen oder abgeschätzten Wert des EGR-Anteils EGRFR erhält. Ein Verfahren zum Abschätzen des EGR-Anteilwerts EGRFR in Abhängigkeit des abgeschätzten EGR-Flussratewerts EGRF, welcher von dem Ladefluss-, EGR-Fluss- und Abgastemperatur-Abschätzblock 100 der 2 erzeugt wird, wird im Detail im Anschluss in Bezug auf die 10 beschrieben, obwohl klar ist, dass für die Zwecke des Luftbefehl begrenzenden Logikblock 106' der 5 der EGR-Anteilwert EGRFR, der dem subtraktiven Eingang des Rechenblocks 204 bereitgestellt wird, abgeschätzt, gemessen oder anderweitig durch ein bekanntes Verfahren bestimmt werden kann. In jedem Fall ergibt sich aus dem resultierenden Unterschied zwischen dem begrenzten EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_LIM und dem gemessenen oder abgeschätzten EGR-Anteilwert EGRFR ein befohlener EGR-Anteilgrenzwert CEGRFR_L, welcher dem Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 der 2 zugeführt wird. Der Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 steuert betriebsmäßig die Position des EGR-Ventils 36 durch ein entsprechendes EGR-Wert-Steuersignal EGRC, das auf CEGRFR_L basiert, um die Position des EGR-Ventils 36 und die Position eines oder mehrerer VGT-Aktuatoren zu steuern, so dass die Flussrate des Abgases hierdurch bei einer Flussrate gehalten wird, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird.
Bezugnehmend nun auf die 6 ist ein beispielhaftes Schaubild gezeigt, das den Betrieb zumindest des Verdichterstoß-Begrenzungsblockes 202₁ der 5 darstellt. Bei der dargestellten Ausführungsform legt der Begrenzungsblock 202₁ eine Straffunktion auf, basierend auf dem Unterschied zwischen dem momentanen CSLP-Wert und einem vordefinierten maximalen Parameter-Wert, und berechnet anschließend eine Herabsetzung in Einheiten des EGR-Anteils basierend auf dieser Differenz. Der Offset-Ausgangswert für den Begrenzer 202₁ ist der herabgesetzte Parameter-Wert in Einheiten des EGR-Anteils. Das Nettoergebnis der Herabsetzung besteht darin, die Öffnung des EGR-Ventils 36 zu verkleinern oder einzuschränken und dabei die EGR-Flussrate hierdurch zu verringern und auf entsprechende Weise den EGR-Anteil der Luftfüllung, die dem Ansaugkrümmer 14 zugeführt wird, zu verringern, sowie entsprechend den VGT-Mechanismus oder mehrere VGT-Mechanismen zu steuern.
Die von dem Block 202₁ bei einer Ausführungsform auferlegte Straffunktion berechnet eine Strafe, basierend auf einer vordefinierten maximalen Grenze und dem momentanen CSLP-Wert, gemäß der Gleichung: Strafe = Max. Grenze/(Max. CSLP-Grenze – momentaner CSLP-Wert), wobei die Strafe exponentiell zunimmt, wenn der momentane CSLP-Wert sich der maximalen CSLP-Grenze nähert.
Um zu verhindern, dass die Straffunktion eine Herabsetzung in sämtlichen Betriebszuständen berechnet, wird die Funktion in Bezug zu einem Soll-Start-Momentan-CSLP-Wert gesetzt zur Anwendung auf die Herabsetzung, indem ein Grenzverhältnis addiert wird, so dass die Straffunktion zu einem Straffaktor wird, der durch die Gleichung bestimmt ist: Straffaktor = [Max. Grenze/(Max. CSLP-Granze – momentaner CSLP-Wert)] – 1/(1-Grenzverhältnis).
Dies ist in dem Schaubild 202₁ der 6 dargestellt, in dem der EGR-Anteil über TSLP aufgetragen ist, wobei der Straffaktor durch die Linie 214 dargestellt ist und der Straffaktor die Null (Linie 210) bei einem Grenzverhältnis 216 (0,75 in 6) kreuzt. Die Herabsetzung ist durch die Kurve 218 dargestellt und auf eine maximale Herabsetzung 212 begrenzt.
Der Straffaktor muss ebenso in den Einheiten des herabzusetzenden Parameters skaliert werden, beispielsweise des EGR-Anteils, indem der Straffaktor mit einer Verstärkung multipliziert wird. Dies führt zu dem tatsächlichen Herabsetzungswert, der in dem Schaubild 202₁ der 6 durch die Linie 212 dargestellt ist. Es müssen auf diese Weise drei Parameter spezifiziert werden, um den Begrenzungsblock 202₁ für den Betrieb einzustellen: (1) Max. CSLP-Grenze, (2) Grenzverhältnis – z.B. spezifiziert als Anteil der Max. CSLP-Grenze, die dem erwünschten Beginn der Herabsetzung entspricht, und (3) Verstärkung – um den Straffaktor in Einheiten des EGR-Anteils umzuwandeln. In dem in 6 dargestellten Beispiel beträgt die Verstärkung 0,3 und die maximale Herabsetzung 0,3.
Es ist klar, dass die soeben beschriebene Straffunktion lediglich beispielhaft vorgesehen ist, und dass andere Straffunktionen für den Turbolader-Stoßbegrenzungsblock 202₁ vorgesehen werden können. Der Fachmann erkennt, dass die von einem der Blöcke 202₁ -202_P auferlegten Straffunktionen vielerlei Formen annehmen können, und dass jede Straffunktion, die das hierin beschriebene allgemeine Steuerkonzept erfüllt, in den Bereich der beigefügten Ansprüche fällt.
Bezugnehmend nun auf die 7 ist eine illustrative Ausführungsform des EGR-Anteil-Befehl begrenzenden Logikblocks 200 der 5 gezeigt. Der Block 200 um fasst einen konstanten Block 246, der einen EGR-Position-Schwellwert EGRP_TH erzeugt, welcher der kleinsten erfassbaren Verschiebung des EGR-Ventils 32 entspricht. Dieser Wert wird zusammen mit dem EGR-Positionssignal EGRP in der Signalleitung 68 zu einem Funktionsblock 244 weitergeleitet, der einen TRUE-Wert erzeugt, falls EGRP größer als EGRP_TH ist, und der einen FALSE-Wert erzeugt, falls EGRP kleiner oder gleich EGRP_TH ist. Ein weiterer konstanter Block 240 erzeugt einen ΔP-Schwellwert ΔP_TH, der von dem Bereich des ΔP-Sensors 60 und den mechanischen Fähigkeiten des EGR-Ventils 36 abhängt. Dieser Wert wird zusammen mit dem ΔP-Signal in der Signalleitung 64 zu einem Funktionsblock 238 weitergeleitet, der einen TRUE-Wert erzeugt, falls ΔP größer als ΔP_TH ist, und der einen FALSE-Wert erzeugt, falls ΔP kleiner oder gleich ΔP_TH ist. Die Ausgänge der Funktionsblöcke 238 und 244 werden einem OR-Block 242 zugeführt, der einen Ausgang besitzt, welcher zu einem Eingang eines AND-Blocks 236 führt. Während des Betriebs der Blöcke 238 bis 246 ist der Ausgang der OR-Blocks 242 nur dann TRUE, wenn das EGR-Ventil 36 offen ist oder ΔP unterhalb der ΔP-Grenze für das Öffnen des EGR-Ventils liegt. Der Betrieb der soeben beschriebenen funktionalen Blöcke verhindert so, dass das EGR-Ventil 36 bei hohen ΔP-Zuständen geöffnet wird.
Der Block 200 umfasst ferner einen Relais-Block 230, der an einem ersten Eingang das befohlene EGR-Anteilsignal CEGRFR erhält. Ein zweiter Eingang des Relais-Blocks 230 erhält einen EGR-Anteil-TRUE-Schwellwert EGRF_THT von dem Block 232, und ein dritter Eingang des Relais-Blocks 230 erhält einen EGR-Anteil-FALSE-Schwellwert EGRF_THF von dem Block 234. Der Ausgang des Relais-Blocks 230 wird an einen zweiten Eingang eines AND-Blocks 236 weitergeleitet. Der Relais-Block 230 erzeugt betriebsmäßig ein TRUE-Signal, falls der befohlene EGR-Anteilwert CEGRFR oberhalb des TRUE-Schwellwerts EGRF_THT liegt, und einen FALSE-Wert, falls der befohlene EGR-Anteilwert CEGRFR unterhalb des FALSE-Schwellwerts EGRF_THF liegt, wobei EGRF_THF kleiner als EGRF_THT ist.
Der Ausgang des AND-Blocks 236 wird einem Eingang eines TRUE/FALSE-Schalters 250 bereitgestellt, der einen zweiten Eingang besitzt, der den Ausgang eines befohlenen EGR-Anteil-Reduktionsblocks 248 erhält. Der Block 248 besitzt einen ersten additiven Eingang, der den befohlenen EGR-Wert CEGRFR erhält, einen zweiten subtraktiven Eingang, der den Verdichterstoß-Grenzparameter-Offset-Wert CSLPOFF erhält, welcher von dem Verdichterstoß-Begrenzungsblock 202₁ erzeugt wird, und eine beliebige Anzahl verbleibender subtraktiver Eingänge, von denen jeder einen Offset-Wert von einem entsprechenden der verbleibenden Betriebsparameter-Begrenzer 202₂ -202_P erhält. Der befohlene EGR-Anteil-Reduktions-Block 248 redu ziert betriebsmäßig den befohlenen EGR-Anteilwert CEGRFR, indem der Verdichterstoß begrenzende Parameter-Offset-Wert CSLPOFF als auch ein anderer Betriebsparameter-Offset-Wert, der von einem der verbleibenden Betriebsparameter-Begrenzer 202₂ -202_P erzeugt wird, von CEGRFR abgezogen wird. In jedem Fall besitzt der True/False-Schalter 250 einen dritten Eingang, der einen konstanten Wert K1 (z.B. Null) von dem Block 252 erhält, und einen Ausgang, der einen Eingang eines variablen Rate-Begrenzungsblock 254 bekannten Aufbaus versorgt. Falls der Ausgang des AND-Blocks 236 "TRUE" ist, führt der True/False-Schalter 250 den reduzierten EGR-Anteil-Befehlswert, der von dem Block 248 erzeugt wird, dem Eingang des variablen Rate-Begrenzers 254 zu, und anderweitig führt der True/False-Schalter 250 den Wert K1 (z.B. Null) dem Eingang des variablen Rate-Begrenzers zu. Der variable Rate-Begrenzer-Block 254 umfasst einen zweiten Eingang, der einen EGR-Anstiegs-Ratewert EGRSR von dem Block 256 erhält, und einen dritten Eingang, der einen konstanten Wert K2 von dem Block 258 erhält. Der EGR-Anstiegs-Ratewert kann für einen Soll-Abgaspartikel-Pegel kallibrierbar sein, und sein Wert kann durch geeignetes Einstellen einer Emissionszelle eingestellt werden. Die Konstante K2 kann auf einen hinreichend niedrigen Wert eingestellt werden, so dass, während der resultierende begrenzte EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_LIM wertmäßig entsprechend dem Anstieg-Ratewert EGRSR ansteigt, und zwar unter EGR-Ventilöffnungs-Zuständen, der von dem Block 248 erzeugte reduzierte EGR-Anteil-Befehl gewissermaßen nicht bei EGR-Ventilschließzuständen begrenzt wird, und der CEGRFR_LIM-Wert deshalb plötzlich abfallen kann.
Es ist klar, dass der EGR-Anteil-Befehlbegrenzungs-Logikblock 200, der in 7 dargestellt ist, für den Fall gezeigt ist, dass die Straffunktionen, die von den Begrenzungsblöcken 202₁ -202_P auferlegt werden, lediglich in Einheiten des EGR-Anteils bereitgestellt werden. Der Block 100 ist deshalb so ausgestaltet, dass CSLPOFF und die Offset-Werte, die von einem der verbleibenden Betriebsparameterbegrenzer 202₂ -202_P erzeugt werden, lediglich den begrenzten EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_LIM beeinflussen. Der Fachmann erkennt, dass der Block 200 alternativ oder zusätzlich so ausgebildet sein kann, dass CSLPOFF und einer oder mehrere der verbleibenden Offset-Werte einen oder mehrere andere Luftsystembefehle durch das VGT-Steuersignal beeinflussen. Weitere Details, die sich auf die spezifische Implementierung des Luftbefehl-Logikblocks 106' beziehen, sind in dem US-Patent Nr. 6,480,782 beschrieben, das den Titel "SYSTEM FOR MANAGING CHARGE FLOW AND EGR FRACTION IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE" trägt und auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, auf dessen Offenbarung hiermit ausdrücklich verwiesen wird.
Wie in Bezug auf die 3 voranstehend beschrieben wurde, wird der Turbolader-Verdichterstoß solange vermieden, wie der CSLP auf einem Wert gehalten wird, der geringer als eins ist. Der Luftbefehl begrenzende Logikblock 106', der soeben beschrieben wurde, begrenzt betriebsmäßig den befohlenen EGR-Anteilwert CEGRFR, so dass der Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 betriebsmäßig die Position des EGR-Ventils 36 über ein entsprechendes EGR-Ventil-Steuersignal EGRC steuert, das auf dem resultierenden begrenzten EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_L basiert, um die Position des EGR-Ventils 36 für CSLP-Werte zu steuern oder herabzusetzen, die größer als eins sind, so dass die Flussrate des Abgases hierdurch bei einer Flussrate gehalten wird, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird. Alternativ oder zusätzlich kann das VGT-Steuersignal auf ähnliche Weise gesteuert werden, um den EGR-Anteil zu verringern.
Wie voranstehend in Bezug auf die 2 beschrieben wurde, sind Ausführungsformen des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks 104 in Betracht gezogen worden, die möglicherweise keinen Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP erzeugen, und stattdessen oder zusätzlich zu dem CSLP Tabellenachsen-Parameter TAX1 und TAX2 erzeugen. Zurück zur 3 kann die Ausführungsform des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks 104', wie dargestellt und beschrieben, alternativ oder zusätzlich CSLP als den ersten Tabellenachsen-Parameter TAX1 und den Ladefluss-Wert CF als den zweiten Tabellenachsen-Parameter TAX2 bereitstellen, wie gestrichelt gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Steuercomputer 42 den EGR-Ventilposition begrenzenden Logikblock 112, der alternativ oder zusätzlich das EGR-Ventilsteuersignal EGRC, das von dem Block 110 erzeugt wird, begrenzt und/oder den VGT beeinflusst, um den Turbolader-Verdichterstoß zu steuern.
Bezugnehmend nun auf die 8 ist eine illustrative Ausführungsform 112' des EGR-Ventilposition begrenzenden Logikblocks 112 gezeigt, so wie er sich auf Tabellenachsen-Werte TAX1 und TAX2 bezieht, die von dem Turboladerstoß begrenzenden Logikblock 104' der 3 erzeugt werden. Die in 8 dargestellte Ausführungsform 112' wird nun als dergestalt ausgebildet beschrieben, dass sie das EGR-Ventilsteuersignal EGRC begrenzt, um den Turbolader-Verdichterstoß bei Abwesenheit des Luftbefehl begrenzenden Logikblocks 106' zu steuern, obwohl es klar ist, dass die Ausführungsform 112' alternativ in Kombination mit dem Block 106' verwendet werden kann, um den Betrieb des Blocks 106' zu erweitern oder zu verbessern. In jedem Fall umfasst der EGR-Ventilposition begrenzende Logikblock 112' der 8 eine EGR-Ventilsteuersignal-Reduktionstabelle 270, wobei eine Tabellenachse, z.B. TAX1, den Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP und die andere Tabellenachse, z.B. TAX2, den Ladefluss-Wert CF enthält. Bei dieser Ausführungsform entspricht der Verdichterstoß begrenzende Parameter CSLP einem Flussverhältnis in der Form von MAF_S/MAF_F oder {MAF_S·[1 + (MAF_SL/100)]}/MAF_F, wie voranstehend beschrieben wurde, wobei beide Flussverhältnisse in der Tabelle 270 durch die Variable "R" dargestellt sind. Die Flussverhältnis-Werte R₁-R_M definieren eine Tabellenachse 270 und die Ladefluss-Werte CF₁-CF_N definieren die andere Achse der Tabelle 270 und die Tabelle 270 enthält EGR-Ventilsteuersignal-Reduktionswerte RD₁₁-RD_MN, wobei "M" und "N" positive ganze Zahlen sind. Allgemein sind die Reduktionswerte RD₁₁-RD_MN kleiner als eins, so dass eine anschließende Multiplikation des EGR-Ventilsteuersignals EGRC mit einem geeigneten RD-Wert durch den Multiplikationsblock 272, um das reduzierte EGR-Ventilsteuersignal EGRC_R zu erzeugen, zu einer Reduktion oder Abnahme des zurückgeführten Abgasflusses durch das EGR-Ventil 36 führt.
Der Block 112' umfasst ferner einen Funktionsblock 276, der an einem Eingang den Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP erhält, und an einem weiteren Eingang einen konstanten Wert, z.B. 1, durch den Block 278 erhält. Falls TSLP kleiner als 1 ist, ist der Ausgang des Funktionsblocks 276 "TRUE", und falls TSLP größer oder gleich 1 ist, so ist der Ausgang des Funktionsblocks 276 "FALSE". Der Ausgang des Funktionsblocks 276 wird einem Steuereingang eines True/False-Schalters oder Blocks 274 bereitgestellt, der einen zweiten Eingang, der das EGR-Ventilsteuersignal EGRC erhält, und einen dritten Eingang besitzt, der das reduzierte EGR-Ventilsteuersignal EGRC_R erhält, das von dem Multiplikationsblock 272 erzeugt wird. Der Ausgang des True/False-Blocks 274 besteht in dem begrenzten EGR-Ventilsteuersignal EGRC_L.
Der Block 112' ist so ausgebildet, dass der True/False-Block 274 das EGR-Ventilsteuersignal EGRC direkt zu dem EGRC_L-Ausgang leitet, solange wie CSLP kleiner eins bleibt. Falls CSLP größer oder gleich eins ist, leitet jedoch der True/False-Block 274 das reduzierte EGR-Ventilsteuersignal EGRC_R zu dem EGRC_L-Ausgang, wobei EGRC_R dem EGR-Ventilsteuersignal EGRC entspricht, das um einen geeigneten Reduktionswert der Reduktionswerte RD der Tabelle 270 in Abhängigkeit von CSLP und dem Ladeflusswert CF reduziert ist. Die Reduktionswerte RD der Tabelle 270 werden so ausgewählt, dass der resultierende reduzierte EGR-Ventilsteuersignal-Wert EGRC_R für CSLP-Werte größer als eins das EGR-Ventil 36 auf eine Weise steuern, so dass die Flussrate des hierdurch zurückgeführten Abgases unterhalb einer Flussrate gehalten wird, bei der der Turbolader-Verdichterstoß auftritt.
Es ist klar, dass, während der EGR-Ventilposition begrenzende Logikblock 112' der 8 als offene EGR-Ventilsteuersignal begrenzende Strategie dargestellt und beschrieben ist, der Block 112' alternativ als geschlossene EGR-Ventilsteuersignal begrenzende Strategie unter Verwendung bekannter Verfahren ausgebildet sein kann, die dem Fachmann aufgrund seines Fachwissens bekannt sind. Z.B. kann der Block 112' derart modifiziert werden, dass eine geschlossene Steuerstrategie gebildet wird, indem das EGR-Positionssignal EGRP zurückgeleitet wird, ein Fehler zwischen dem begrenzten EGR-Ventilsteuersignal EGRC_L und dem EGR-Positionssignal EGRP berechnet wird, und dieser Fehlerwert auf Null über ein geeignetes Steuergerät mit bekanntem Aufbau gesteuert wird, beispielsweise unter Verwendung einer beliebigen Kombination bekannter proportionaler, integraler und differentieller Verfahren oder dergleichen. Jede solche Modifikation an dem Block 112', um eine geschlossene Steuerung bzw. Regelung des begrenzten EGR-Ventilsteuersignals EGR_L herbeizuführen, stellt einen mechanischen Schritt für den Fachmann dar.
Bezugnehmend nun auf die 9, ist eine weitere illustrative Ausführungsform 104'' des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks 104 der 2 gezeigt. Der Verdichterstoß begrenzende Logikblock 104'' besitzt mehrere gemeinsame Elemente mit dem Verdichterstoß begrenzenden Logikblock 104' der 3, und ähnliche Bezugszeichen werden deshalb verwendet, die auf ähnliche Bauteile hinweisen. Es wird auf eine vollständige Beschreibung solcher gemeinsamer Bauteile an dieser Stelle aus Gründen der knappen Darstellung verzichtet. Bei der in 10 dargestellten Ausführungsform umfasst der Block 104'' einen Rechenblock 300, der beide MAF_S erhält, oder falls der optionale Massenflussrate-Stoßgrenze-Logikblock 156 umfasst ist, erhält er an einem subtraktiven Eingang immer MAF_L und an einem additiven Eingang den Ladefluss-Wert CF, der von dem Block 100 erzeugt wird. Der Ausgang des Blocks 300 ist die Differenz zwischen CF und MAF_S oder MAF_L und stellt einen maximalen EGR-Flusswert EGRF_MAX dar, unterhalb dem der Turbolager-Verdichterstoß vermieden wird.
Allgemein ist die Frischtluft-Massenflussrate MAF_F, die dem Ansaugkrümmer 14 durch den Verdichter 16 zugeführt wird, gleich der Differenz zwischen der Massenflussrate der Luftfüllung CF, die dem Ansaugkrümmer 14 zugeführt wird, und der Massenflussrate des zurückgeführten Abgases EGRF, das dem Ansaugkrümmer 14 durch das EGR-Ventil 36 zugeführt wird, oder es gilt MAF_F = CF – EGRF, wie voranstehend beschrieben wurde. Wie in Bezug auf die 4 beschrieben wurde, ist es erwünscht, die Frischtluft-Massenflussrate MAF_F so aufrechtzuerhalten, dass sie größer als der Massenflussrate-Stoßwert MAF_S oder alternativ größer als die Massenflussgrenze MAF_L ist, die beide von der Turboladerdrehzahl abhängen, um MAF_L ist, die beide von der Turboladerdrehzahl abhängen, um den Turbolader-Verdichterstoß zu vermeiden. Hinsichtlich des Massenflussrate-Stoßwerts MAF_S erfordert dieser Zustand z.B., dass MAF_F = CF – EGRF > MAF_S oder EGRF < CF – MAF_S gilt, und hinsichtlich des Massenfluss-Grenzwerts MAF_L erfordert dieser Zustand z.B., dass EGRF < CF – MAF_L gilt. Der maximale EGR-Flusswert EGRF_MAX, unterhalb dem der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird, ist deshalb durch die Gleichung EGRF_MAX = CF – MAF_S (oder MAF_L) definiert und entspricht dem Ausgang des Rechenblocks 300.
Der Verdichterstoß begrenzende Logikblock 104'' umfasst ferner einen EGR-Anteilbestimmungs-Logikblock 302, der so ausgebildet ist, um den maximalen EGR-Flussrate-Wert EGRF_MAX in einen maximalen EGR-Anteil-Wert EGRFR_MAX in Abhängigkeit des Ladefluss-Werts CF und des maximalen EGR-Flusswerts EGRF_MAX umzuwandeln. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der EGR-Anteilbestimmungs-Logikblock 302 so ausgebildet, um den maximalen EGR-Anteilwert EGRFR_MAX als ein Verhältnis von CF zu EGRF_MAX zu berechnen; d.h. EGRFR_MAX = EGRF_MAX/CF. Es ist klar, dass die Berechnung des maximalen EGR-Anteilwerts EGRFR_MAX, wie soeben beschrieben, eine vereinfachte Näherung dieses Parameters basierend auf Annahmen darstellt, wonach die Abgastemperatur durch das EGR-Ventil 36 konstant und der Abgasfluss durch das EGR-Ventil 36 gleichbleibend ist, und wonach Effekte vernachlässigt werden, die aus den variablen Zeitverzögerungen zwischen dem Durchgang des zurückgeführten Abgases durch das EGR-Ventil 36 und der Ankunft des entsprechenden EGR-Anteils in den Motorzylindern resultieren. Weitere Details bezogen auf Strategien, die solche Annahmen angehen, einschließlich der Wirkungen einer oder mehrerer solcher Annahmen, sind in der co-anhängigen US-Patentanmeldung mit der Nr. 09/774,897 beschrieben, die den Titel "SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING EGR MASS FLOW AND EGR FRACTION" trägt und auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, auf deren Offenbarung hiermit ausdrücklich verwiesen wird. In jedem Fall entspricht der die Turboladerdrehzahl begrenzende Parameter TSLP der in 9 dargestellten Ausführungsform des Blocks 104'' dem maximalen EGR-Anteilwert EGRFR_MAX.
Bei Ausführungsformen des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks 104'', der den Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP erzeugt, wie soeben beschrieben, umfasst der Steuercomputer 42 den Luftbefehl begrenzenden Logikblock 106, der voranstehend in Bezug auf die 2 beschrieben wurde. Bezugnehmend nun auf die 10, ist eine illustrative Ausführungsform 106'' des Luftbefehl begrenzenden Logikblocks 106 gezeigt, der in 2 dargestellt ist, so wie er sich auf den Verdichter stoß begrenzenden Logikblock 104'' der 10 bezieht. Bei einer Ausführungsform umfasst der Block 106'' einen MIN-Block 310, der als einen ersten Eingang den Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP erhält, der in diesem Fall dem maximalen EGR-Anteilwert EGRFR_MAX entspricht, und als zweiten Eingang den befohlenen EGR-Anteilwert CEGRFR erhält. Der Ausgang des MIN-Blocks 310 besteht in dem begrenzten EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_L und entspricht dem Minimum des befohlenen EGR-Anteils CEGRFR und dem maximalen EGR-Anteilwert EGRFR_MAX. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Block 310 ein Rate-Begrenzer mit bekanntem Aufbau sein, der einen die Rate begrenzenden Wert RATE von dem Block 312 erhält. Bei dieser Ausführungsform begrenzt der Rate-Begrenzer 312 betriebsmäßig den befohlenen EGR-Anteil CEGRFR auf den maximalen EGR-Anteilwert EGRFR_MAX, und zwar mit einer Rate, die durch den die Rate begrenzenden Wert RATE definiert ist. In beiden Fällen begrenzt der Block 310 betriebsmäßig den befohlenen EGR-Anteil CEGRFR und erzeugt einen entsprechend begrenzten EGR-Anteil-Befehl CEGRFR_L, und der Luftmechanismus-Steuerlogikblock 110 steuert betriebsmäßig die Position des EGR-Ventils 36 durch ein entsprechendes EGR-Ventilsteuersignal EGRC, das auf dem CEGRFR_L basiert, um die Position des EGR-Ventils 36 zu steuern und/oder das VGT-Steuersignal zu steuern, so dass die Flussrate des Abgases hierdurch bei einer Flussrate gehalten wird, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird.
Wie voranstehend in Bezug auf die 2 beschrieben wurde, sind Ausführungsformen des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks 104 in Betracht gezogen worden, die den Verdichterstoß begrenzenden Parameter CSLP erzeugen können, und anstelle oder zusätzlich zu dem CSLP die Tabellenachsen-Parameter TAX1 und TAX2 erzeugen. Zurück zur 9 kann die dargestellte und beschriebene Ausführungsform des Verdichterstoß begrenzenden Logikblocks 104'' alternativ oder zusätzlich entweder MAF_S oder MAF_L (MAF_L ist beispielhaft dargestellt) als den ersten Tabellenachsen-Parameter TAX1 vorsehen und den Ladefluss-Wert CF als den zweiten Tabellenachsen-Parameter TAX2 vorsehen, wie gestrichelt gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform kann der EGR-Ventilposition begrenzende Logikblock 112 alternativ oder zusätzlich das EGR-Ventilsteuersignal EGRC begrenzen, das von dem Block 110 erzeugt wird, um den Turbolader-Verdichterstoß zu steuern.
Bezugnehmend nun auf die 11 ist eine weitere illustrative Ausführungsform 112' des EGR-Ventilposition begrenzenden Logikblocks 112 gezeigt, so wie er sich auf den Turboladerstoß begrenzenden Logikblock 104'' der 10 bezieht. Die Massenfluss-Grenzwerte MAF_L1- MAF_LM (oder alternativ die Massenflussrate-Stoßwerte MAF_S1- MAF_SM) definieren eine Achse der Tabelle 320 und die Ladefluss-Werte CF₁-CF_N definieren die andere Achse der Tabelle 320, und die Tabelle 320 enthält die EGR-Ventilsteuersignal-Reduktionswerte RD₁₁-RD_MN , wobei "M" und "N" beliebige positive ganze Zahlen sein können. Allgemein sind die Rekduktionswerte RD₁₁-RD_MN kleiner als eins, so dass die im Anschluss folgende Multiplikation des EGR-Ventilsteuersignals EGRC mit einem geeigneten RD-Wert durch den Multiplikationsblock 322 ein begrenztes EGR-Ventilsteuersignal EGRC_L ergibt, das zu einer geeigneten Reduktion, oder Abnahme, des zurückgeführten Abgasflusses durch das EGR-Ventil 36 führt.
Wie voranstehend in Bezug auf die 9 beschrieben wurde, wird der Turbolader-Verdichterstoß solange vermieden, wie die Flussrate des zurückgeführten Abgases durch das EGR-Ventil 36 unter einem maximalen EGR-Flusswert EGRF_MAX gehalten wird, der als die Differenz zwischen CF und MAF_S (oder MAF_S) definiert ist. Die Reduktionswerte RD, die in der Tabelle 320 enthalten sind, werden entsprechend als Funktionen von CF und MAF_L (oder MAF_S) ausgewählt, so dass der resultierende begrenzte EGR-Ventilsteuersignal-Wert EGRC_L betriebsmäßig die Position des EGR-Ventils 36 derart steuert, so dass die Flussrate des Abgases hierdurch bei einer Flussrate gehalten wird, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird.
Es ist klar, dass, während der EGR-Ventilposition begrenzende Logikblock 112'' der 11 als eine offene EGR-Ventilsteuersignal begrenzende Strategie dargestellt und beschrieben ist, der Block 112' alternativ als eine geschlossene bzw. regelnde EGR-Ventilsteuersignal begrenzende Strategie ausgebildet sein kann, und zwar unter Anwendung bekannter Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind. Beispielsweise kann der Block 112'' derart modifiziert sein, dass er eine geschlossene Steuerstrategie bildet, indem das EGR-Positionssignal EGRP zurückgeführt wird, ein Fehler zwischen dem begrenzten EGR-Ventilsteuersignal EGRC_L und dem EGR-Positionssignal EGRP berechnet wird und dieser Fehler auf Null über ein geeignetes Steuergerät mit bekanntem Aufbau gesteuert wird, z.B. unter Verwendung einer beliebigen Kombination bekannter Proportional-, Integral- und Differential-Verfahren oder dergleichen. Jede solche Modifikation an dem Block 112'', um eine geschlossene Steuerung bzw. Regelung des begrenzten EGR-Ventilsteuersignals EGR_L herbeizuführen, würde einen mechanischen Schritt für den Fachmann bedeuten.
Während die Erfindung im Detail in den voranstehenden Zeichnungen und der Beschreibung dargestellt und beschrieben worden ist, so ist diese als illustrativ und nicht einschränkend anzusehen, und es ist klar, dass lediglich bevorzugte Ausfüh rungsformen derselben gezeigt und beschrieben worden sind, und dass sämtliche Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Erfindungsgeists liegen, als schützenswert empfunden werden. Während verschiedene Zähler in Bezug auf die Algorithmen 300 und 400 als zunehmend voranstehend beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann beispielsweise, dass solche Zähler alternativ als abnehmend ausgebildet sein können und jede Modifikation an beiden Algorithmen 300 oder 400, um alternative Zählerkonfigurationen herbeizuführen, einen mechanischen Schritt für den Fachmann bedeuten würde.

Claims

System zum Steuern eines Turbolader-Verdichterstoßes, mit: – einem Verbrennungsmotor mit einem Ansaugkrümmer und einem Abgaskrümmer; – einem Turbolader, der einen Verdichter umfasst, welcher einen mit der Umgebung fluidleitend gekoppelten Einlass und einen mit dem Ansaugkrümmer fluidleitend gekoppelten Auslass besitzt; – einem Abgasrückführungs(EGR)-Ventil, das in Reihe mit einer EGR-Leitung angeordnet ist, die fluidleitend mit dem Ansaugkrümmer und dem Abgaskrümmer gekoppelt ist, wobei das EGR-Ventil auf ein EGR-Ventilsteuersignal reagiert, um einen Abgasfluss hierdurch zu steuern; – einem Mittel zum Bestimmen eines Massenflussparameters, der einer Massenflussrate von Frischluft entspricht, die dem Ansaugkrümmer zugeführt wird; – einem Geschwindigkeitssensor, der ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, das indikativ für eine Turboladergeschwindigkeit ist; und – einem Steuercomputer, der zur Bestimmung eines Massenflussrate-Stoßwerts in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals ausgebildet ist, wobei der Massenflussrate-Stoßwert einer Frischluft-Massenflussrate entspricht, oberhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird, und wobei der Steuercomputer das EGR-Ventilsteuersignal in Abhängigkeit des Massenflussparameters und des Massenflussrate-Stoßwerts begrenzt, um den Abgasfluss durch das EGR-Ventil auf einem Wert zu halten, unterhalb dem der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird.
System nach Anspruch 1, bei dem der Massenflussparameter einer Massenflussrate von Frischluft entspricht, die dem Ansaugkrümmer durch den Verdichter zugeführt wird, wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, ein Flussverhältnis als ein Verhältnis des Massenflussrate-Stoßwerts zu der Frischluft-Massenflussrate zu bestimmen, und wobei der Steuercomputer das EGR-Ventilsteuersignal in Abhängigkeit des Flussverhältnisses begrenzt.
System nach Anspruch 2, weiter umfassend: – einen Verdichtereinlass-Temperatursensor, der ein Verdichtereinlass-Temperatursignal erzeugt, das indikativ für die Turbolader-Verdichtereinlass-Temperatur ist, und – einen Verdichtereinlass-Drucksensor, der ein Verdichtereinlass-Drucksignal erzeugt, das indikativ für den Turbolader-Verdichtereinlass-Druck ist, wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, den Massenflussparameter als ein Verhältnis eines Produktes aus der Frischluft-Massenflussrate und einer Wurzel des Verdichtereinlass-Temperatursignals zu dem Verdichtereinlass-Drucksignal zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Verdichtereinlass-Temperatursensor, der ein Verdichtereinlass-Temperatursignal erzeugt, das indikativ für die Turbolader-Verdichtereinlass-Temperatur ist, wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, den Massenfluss-Stoßwert ferner in Abhängigkeit des Verdichtereinlass-Temperatursignals zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Verdichtereinlass-Drucksensor, der ein Verdichtereinlass-Drucksignal erzeugt, das indikativ für den Turbolader-Verdichtereinlass-Druck ist, wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, den Massenfluss-Stoßwert ferner in Abhängigkeit des Verdichtereinlass-Drucksignals zu bestimmen.
System nach Anspruch 2, bei dem der Steuercomputer umfasst: – ein Mittel zum Erzeugen eines EGR-Anteil-Befehls, der einem Soll-Anteil von zurückgeführtem Abgas relativ zu einer dem Ansaugkrümmer zugeführten Luftfüllung entspricht, wobei die Luftfüllung eine Kombination aus zurückgeführtem Abgas und Frischluft ist; – ein Mittel, das auf den EGR-Anteil-Befehl und das Flussverhältnis reagiert, um einen begrenzten EGR-Anteil-Befehl zu erzeugen, der einem EGR-Anteil entspricht, unterhalb dem der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird; und – ein Mittel, das auf den begrenzten EGR-Anteil-Befehl reagiert, um das EGR-Ventilsteuersignal zu erzeugen.
System nach Anspruch 6, bei dem der Steuercomputer ferner dazu ausgebildet ist, eine Massenflussrate-Stoßgrenze in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals zu bestimmen, wobei die Massenflussrate-Stoßgrenze einer Frischluft-Massenflussrate entspricht, welche größer als der Massenflussrate-Stoßwert ist; und wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, das Flussverhältnis ferner in Abhängigkeit der Massenflussrate-Stoßgrenze zu bestimmen.
System nach Anspruch 7, bei dem der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, einen Stoßgrenze-Prozentsatz als eine Summe aus Eins und einem Verhältnis der Massenflussrate-Stoßgrenze zu Einhundert zu bestimmen, wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, eine Massenflussrategrenze als ein Produkt aus dem Massenflussrate-Stoßwert und dem Stoßgrenze-Prozentsatz zu berechnen und das Flussverhältnis als ein Verhältnis der Massenflussrategrenze zu dem Frischluft-Massenfluss zu bestimmen.
System nach Anspruch 2, bei dem der Steuercomputer umfasst: – ein Mittel zum Erzeugen eines EGR-Anteil-Befehls, der einem Soll-Anteil von zurückgeführtem Abgas relativ zu einer dem Ansaugkrümmer zugeführten Luftfüllung entspricht, wobei die Luftfüllung eine Kombination aus zurückgeführtem Abgas und Frischluft ist; – ein Mittel, das auf den EGR-Anteil-Befehl reagiert, um das EGR-Ventilsteuersignal zu erzeugen; – ein Mittel zum Bestimmen eines Ladeflusswertes, der einem Massenfluss der Luftfüllung entspricht; und – ein Mittel zum Begrenzen des EGR-Ventilsteuersignals in Abhängigkeit des Flussverhältnisses und des Ladeflusswerts, um den Abgasfluss durch das EGR-Ventil auf einem Wert zu halten, unterhalb dem der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird.
System nach Anspruch 9, bei dem das Mittel zum Begrenzen des EGR-Ventilsteuersignals umfasst: – ein Mittel zum Bestimmen eines Reduktionswerts in Abhängigkeit des Flussverhältnisses und des Ladeflusswerts, wobei der Reduktionswert einem Reduktionsbetrag des Abgasflusses durch das EGR-Ventil entspricht, der erforderlich ist, um den Abgasfluss durch es auf dem Wert zu halten, unterhalb dem der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird; und – ein Mittel zum Begrenzen des EGR-Ventilsteuersignals in Abhängigkeit des Reduktionswerts und des EGR-Ventilsteuersignals lediglich dann, wenn das Flussverhältnis größer oder gleich einem vordefinierten Verhältniswert ist.
System nach Anspruch 9, bei dem der Steuercomputer ferner dazu ausgebildet ist, eine Massenflussrate-Stoßgrenze in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals zu bestimmen, wobei die Massenflussrate-Stoßgrenze einer Frischluft-Massenflussrate entspricht, die größer als der Massenflussrate-Stoßwert ist, und wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, das Flussverhältnis ferner in Abhängigkeit der Massenflussrate-Stoßgrenze zu bestimmen.
System nach Anspruch 11, bei dem der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, einen Stoßgrenze-Prozentsatz als eine Summe aus Eins und einem Verhältnis der Massenflussrate-Stoßgrenze zu Einhundert zu bestimmen, wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, eine Massenflussrate-Grenze als ein Produkt aus dem Massenflussrate-Stoßwert und dem Stoßgrenze-Prozentsatz zu berechnen und das Flussverhältnis als ein Verhältnis der Massenflussrate-Grenze zu dem Frischluft-Massenfluss zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, bei dem der Massenflussrateparameter ein Ladeflusswert ist, der einer Massenflussrate einer Kombination aus dem Ansaugkrümmer durch den Verdichter zugeführter Frischluft und zurückgeführtem Abgas, das dem Ansaugkrümmer durch das EGR-Ventil zugeführt wird, entspricht, wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, das EGR-Ventilsteuersignal in Abhängigkeit des Massenflussrate-Stoßwerts und des Ladeflusswerts zu begrenzen.
System nach Anspruch 13, bei dem der Steuercomputer umfasst: – ein Mittel zum Erzeugen eines EGR-Anteil-Befehls, der einem Soll-Anteil an zurückgeführtem Abgas relativ zu einer dem Ansaugkrümmer zugeführten Luftfüllung entspricht, wobei die Luftfüllung die Kombination aus Frischluft und zurückgeführtem Abgas ist; – ein Mittel zum Bestimmen eines maximalen EGR-Anteilwerts in Abhängigkeit des Massenflussrate-Stoßwerts und des Ladeflusswerts, wobei der maximale EGR-Anteilwert einem EGR-Anteil entspricht, unterhalb dem der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird; – ein Mittel zum Erzeugen eines begrenzten EGR-Anteil-Befehls in Abhängigkeit des EGR-Anteil-Befehls und des maximalen EGR-Anteilwerts; und – ein Mittel, das auf den begrenzten EGR-Anteil-Befehl reagiert, um das EGR-Ventilsteuersignal zu erzeugen.
System nach Anspruch 14, bei dem das Mittel zum Bestimmen eines maximalen EGR-Anteilwerts umfasst: – ein Mittel zum Berechnen eines maximalen EGR-Flussratewerts, der den um den Massenflussrate-Stoßwert verringerten Ladeflusswert darstellt; und – ein Mittel zum Berechnen des maximalen EGR-Anteilwerts in Abhängigkeit des maximalen EGR-Flussratewerts.
System nach Anspruch 14, bei dem der Steuercomputer ferner dazu ausgebildet ist, eine Massenflussrate-Stoßgrenze in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals zu bestimmen, wobei die Massenflussrate-Stoßgrenze einer Frischluft-Massenflussrate entspricht, die größer als der Massenflussrate-Stoßwert ist, und wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, das Flussverhältnis ferner in Abhängigkeit der Massenflussrate-Stoßgrenze zu bestimmen.
System nach Anspruch 16, bei dem der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, einen Stoßgrenze-Prozentsatz als eine Summe aus eins und einem Verhältnis der Massenflussrate-Stoßgrenze zu einhundert zu bestimmen, wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, eine Massenflussrategrenze als ein Produkt aus dem Massenflussrate-Stoßwert und dem Stoßgrenze-Prozentsatz zu berechnen und das Flussverhältnis als ein Verhältnis der Massenflussrategrenze zu dem Frischluft-Massenfluss zu bestimmen.
System nach Anspruch 13, bei dem der Steuercomputer umfasst: – ein Mittel zum Bestimmen eines Reduktionswerts in Abhängigkeit des Massenflussrate-Stoßwerts und des Ladeflusswerts, wobei der Reduktionswert einem Reduktionsbetrag des Abgasflusses durch das EGR-Ventil entspricht, der erforderlich ist, um den Abgasfluss hierdurch bei der Flussrate zu halten, unterhalb der der Turbolader-Verdichterstoß vermieden wird; und – ein Mittel zum Begrenzen des EGR-Ventilsteuersignals in Abhängigkeit des Reduktionswerts und des EGR-Ventilsteuersignals.
System nach Anspruch 18, bei dem der Steuercomputer ferner dazu ausgebildet ist, eine Massenflussrate-Stoßgrenze in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssignals zu bestimmen, wobei die Massenflussrate-Stoßgrenze einer Frischluft-Massenflussrate entspricht, die größer als der Massenflussrate-Stoßwert ist, und wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, das Flussverhältnis ferner in Abhängigkeit der Massenflussrate-Stoßgrenze zu bestimmen.
System nach Anspruch 19, bei dem der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, einen Stoßgrenze-Prozentsatz als eine Summe aus eins und einem Verhältnis der Massenflussrate-Stoßgrenze zu einhundert zu bestimmen, wobei der Steuercomputer dazu ausgebildet ist, eine Massenflussrategrenze als ein Produkt aus dem Massenflussrate-Stoßwert und dem Stoßgrenze-Prozentsatz zu berechnen und das Flussverhältnis als ein Verhältnis der Massenflussrategrenze zu dem Frischluft-Massenfluss zu bestimmen.