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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Anmeldung betrifft ein Abgasrückführungssystem
(AGR-System) für einen Motor in einem Kraftfahrzeug.
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Hintergrund und Kurzdarstellung
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Verbrennungsmotoren
können Abgasrückführung (AGR) verwenden,
um Emissionen, wie zum Beispiel Stickoxide (NOx), zu verringern.
Obgleich AGR von Vorteil sein kann, kann eine ungenaue Bestimmung
der AGR-Menge für die Gesamtmotorleistung nachteilig sein,
was zu erhöhten Emissionen und einem schlechteren Laufverhalten
des Motors führt.
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Ein
beispielhafter Ansatz zur Bestimmung der AGR-Menge wird in der
US-PS 5 145 566 beschrieben.
In diesem Beispiel wird der AGR-Strom auf Grundlage von Feuchtigkeit
unter Bedingungen, unter denen der Motor mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis
läuft, bestimmt. Insbesondere wird ein Abgassensor eingesetzt,
um eine relative Menge an Wasserdampf in einer Abgas-/Einlassluft-Mischung
als eine relative Wassermenge in der Abgas-/Einlassluft-Mischung
zu messen, die von der relativen Menge an AGR abhängig
ist. Darüber hinaus wird ein zweiter Sensor eingesetzt,
um eine relative Menge an Wasserdampf in der das Fahrzeug umgebenden
Luft (zum Beispiel Umgebungswasserdampf) zu bestimmen. Auf diese
Weise kann die AGR-Menge genau bestimmt werden, indem die erste
Messung auf Grundlage der relativen Menge an Umgebungswasserdampf
angepasst wird.
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Während
des Motorbetriebs kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom
stöchiometrischen Wert abweichen (es kann zum Beispiel
bei Luftüberschuss mager oder bei Kraftstoffüberschuss
fett werden). Unter solchen Bedingungen ändert sich die
Beziehung zwischen Abgasrückführung und Feuchtigkeit
aufgrund von Schwankungen der Verbrennungsprodukte. Somit kann das
obige Verfahren eine falsche Schätzung der Abgasrückführungsmenge
erzeugen, was zu einer beeinträchtigten Motorleistung, darunter
Leistungsverlust und erhöhte Emissionen, führen
kann. Des Weiteren nimmt das obige Verfahren einen Kraftstoff aus
100% Benzin an und trägt keinen variierenden Mengen an
Alkohol im Kraftstoff Rechnung (z. B. E85, was 85% Ethanol und 15% Benzin
ist). Des Weiteren beeinflussen Kraftstoffmischungen, die verschiedene
Mengen an Alkohol umfassen, die Verbrennungsprodukte, was bei Verwendung
durch den obigen Ansatz zu einer ungenauen Bestimmung der Abgasrückführung
führen kann.
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Die
Erfinder haben die obigen Probleme erkannt und haben einen Ansatz
konzipiert, um sich diesen zu widmen. Demzufolge wird in einem Beispiel
ein Verfahren zur Bestimmung einer Abgasrückführungsmenge
auf Grundlage von Feuchtigkeit mit Bezug auf variable Parameter,
wie zum Beispiel Luft-Kraftstoff-Verhältnis und Kraftstoffmischung,
offenbart. Das Verfahren umfasst Bestimmung einer Abgasrückführungsmenge
auf Grundlage einer ersten Feuchtigkeit, die von einem ersten Feuchtigkeitssensor
in einem Einlasskrümmer eines Motors generiert wird, und
auf einer zweiten Feuchtigkeit, die von einem zweiten Feuchtigkeitssensor
in einem Auslasskrümmer des Motors generiert wird. Des
Weiteren kann ein dritter Feuchtigkeitssensor außerhalb des
Motors positioniert sein, um eine Umgebungsfeuchtigkeit zu generieren.
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Auf
diese Weise kann eine genaue Abgasrückführungsmenge
auf Grundlage eines Gleichgewichts von Umgebungswassermasse und
Abgaswassermasse in dem Einlasskrümmer bestimmt werden.
Zum Beispiel kann eine Anzeige der Menge an Abgas in der Einlassluft
generiert werden, nachdem die Einlass-, Auslass- und Umgebungsfeuchtigkeit bestimmt
worden sind, da die Einlassluft aus Abgas und Umgebungsluft bestehen
kann. Deshalb können selbst dann genaue AGR-Mengen bestimmt
werden, wenn das Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnis stark
variiert und/oder die Kraftstoffart stark variiert, da die AGR-Bestimmung
auf einem Ansatz basiert, der für diese Faktoren wenig
anfällig ist. Nach Bestimmung einer genauen AGR-Menge können
verschiedene Motorbetriebsparameter eingestellt werden, um den Motorwirkungsgrad
aufrechtzuerhalten oder zu erhöhen.
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Es
versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist,
in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die
in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben
werden. Sie soll nicht wesentliche oder Hauptmerkmale des beanspruchten
Erfindungsgegenstands identifizieren, dessen Schutzbereich einzig
durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche
definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand
nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche
oben oder an anderer Stelle in dieser Offenbarung angeführten
Nachteile überwinden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Schemadiagramm einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Schätzung einer
AGR-Menge darstellt.
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3 zeigt
ein Flussdiagram, das eine Routine zur Anzeige einer Beeinträchtigung
des AGR-Ventils darstellt.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Anzeige einer Beeinträchtigung
des Feuchtigkeitssensors darstellt.
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Ausführliche Beschreibung
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Die
folgende Beschreibung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Motors
in einem Kraftfahrzeug, wobei ein Motorsteuersystem dazu konfiguriert ist,
Motorbetriebsparameter als Reaktion auf eine Abgasrückführungsmenge
(AGR-Menge) einzustellen. Eine AGR-Menge kann auf Grundlage mehrerer Feuchtigkeitsanzeigewerte
bestimmt werden, die an mehreren Stellen generiert werden, wobei
mindestens ein erster Feuchtigkeitssensor in einem Einlasskrümmer
und ein zweiter Feuchtigkeitssensor in einem Auslasskrümmer
angeordnet sind. Bei einer solchen Konfiguration können
Anzeigen der Wasserdampfkonzentration im Einlasskrümmer
und im Auslasskrümmer sowie eine Umgebungswasserdampfkonzentration
generiert werden. Die mehreren erzeugten Feuchtigkeitsanzeigen können
in einer Massenbilanzformel verwendet werden, die auf die Einlassluft
(eine Kombination aus Umgebungsluft und Abgas aus dem AGR-System)
angewandt werden kann, um eine genaue AGR-Menge zu bestimmen. Da
ein im Auslasskrümmer angeordneter Feuchtigkeitssensor
zur Bestimmung der Abgasfeuchtigkeit eingesetzt wird, kann folglich
trotz Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
und/oder Variationen bei der Alkoholmenge in dem Kraftstoff (zum
Beispiel für Flexible-Fuel-Fahrzeuge) eine genaue Anzeige
der AGR-Menge bestimmt werden.
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1 ist
ein Schemadiagramm, das einen Mehrzylindermotor 10 zeigt,
der in einem Antriebssystem eines Fahrzeugs enthalten sein kann,
wobei es sich in einem Beispiel bei dem Fahrzeug um ein Flexible-Fuel-Fahrzeug
handelt, das zum Betrieb mit einer Reihe von Kraftstoffen von zum
Beispiel E85 bis 100% Benzin konfiguriert ist. Der Motor 10 kann zumindest
teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 enthält,
und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über
eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem
Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein
Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 134 zur Erzeugung eines
Proportionalpedalstellungssignals PP. Die Brennkammer (das heißt
der Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennkammerwände 32 mit
einem darin positionierten Kolben 36 enthalten. Der Kolben 36 kann mit
einer Kurbelwelle 40 verbunden sein, so dass die Hin- und
Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt
wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem mit
mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs verbunden sein. Weiterhin
kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 verbunden
sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
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Die
Brennkammer 30 kann Einlassluft von einem Einlasskrümmer 44 über
einen Einlasskanal 42 erhalten und kann Verbrennungsgase über
einen Auslasskanal 48 ablassen. Der Einlasskrümmer 44 und
der Auslasskanal 48 können über ein Einlassventil 52 bzw.
ein Auslassventil 54 gezielt mit der Brennkammer 30 in
Verbindung treten. Bei einigen Ausführungsformen kann die
Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei
oder mehr Auslassventile enthalten.
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In
diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und
das Auslassventil 54 durch eine Nockenbetätigung über
Nockenbetätigungssysteme 51 bzw. 53 gesteuert
werden. Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können
jeweils einen oder mehrere Nocken enthalten und können
Systeme zur Nockenprofilumschaltung (CPS – cam profile
switching) und/oder variablen Nockenwellenverstellung (VCT – variable cam
timing) und/oder variablen Ventilsteuerung (VVT – variable
valve timing) und/oder zum variablen Ventilhub (VVL – variable
valve lift) verwenden, die von der Steuerung 12 betätigt
werden können, um den Ventilbetrieb zu ändern.
Die Stellung des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann
durch Stellungssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden.
Bei alternativen Ausführungsformen können das
Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch
elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel
kann der Zylinder 30 als Alternative ein Einlassventil,
das durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird,
und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung,
darunter CPS- und/oder VCT-Systeme, gesteuert wird, enthalten.
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In
der Darstellung ist ein Kraftstoffeinspritzventil 66 direkt
mit der Brennkammer 30 gekoppelt, um Kraftstoff proportional
zur Pulsbreite des von der Steuerung 12 über den
elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals FPW direkt
einzuspritzen. Auf diese Weise liefert das Kraftstoffeinspritzventil 66 das,
was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30 bekannt
ist. Das Kraftstoffeinspritzventil kann beispielsweise in der Seite
der Brennkammer oder im oberen Ende der Brennkammer angebracht sein.
Kraftstoff kann durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem, das
einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffverteilerleitung enthält,
dem Kraftstoffeinspritzventil 66 zugeführt werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 als
Alternative oder zusätzlich dazu ein Kraftstoffeinspritzventil
enthalten, das bei einer Konfiguration, die das, was als Saugkanaleinspritzung
von Kraftstoff in den Einlassskanal stromaufwärts der Brennkammer 30 bekannt
ist, liefert, im Einlasskanal 42 angeordnet ist.
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Der
Einlasskanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer
Drosselplatte 64 enthalten. In diesem bestimmten Beispiel
kann die Stellung der Drosselplatte 64 durch die Steuerung 12 über
ein Signal geändert werden, das einem mit der Drossel 62 enthaltenen Elektromotor
oder Aktuator zugeführt wird – eine Konfiguration,
die gemeinhin als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC – electronic
throttle control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 zur Änderung
der der Brennkammer 30 unter anderen Motorzylindern zugeführten
Einlassluft betätigt werden. Die Stellung der Drosselplatte 64 kann der
Steuerung 12 durch das Drosselstellungssignal TP zugeführt
werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Luftmassensensor 120 und
einen Einlasskrümmerdrucksensor 122 zur Zuführung
jeweiliger Signale MAF und MAP zu der Steuerung 12 enthalten.
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Das
Zündsystem 88 kann zwischen gewählten
Betriebsmodi über die Zündkerze 92 als
Reaktion auf ein Zündungsfrühverstellungssignal
SA von der Steuerung 12 einen Zündfunken an die
Brennkammer 30 liefern. Obgleich Funkenzündungskomponenten
gezeigt werden, können bei einigen Ausführungsformen
die Brennkammer 30 oder eine oder mehrere andere Brennkammern
des Motors 10 in einem Kompressionszündungsmodus
mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
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In
der Darstellung ist ein Abgassensor 126 stromaufwärts
der Abgasreinigungsanlage 70 mit dem Auslasskanal 48 gekoppelt.
Der Sensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zur
Bereitstellung einer Anzeige des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des
Abgases sein, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder
UEGO (universal oder wide-range exhaust gas oxygen), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor
oder ein EGO-, ein HEGO-(heated EGO), ein NOx-, ein HC- oder ein
CO-Sensor, sein. Die Abgasreinigungsanlage 70 ist in der
Darstellung entlang dem Auslasskanal 48 stromabwärts
des Abgassensors 126 angeordnet. Die Vorrichtung 70 kann
ein Dreiwegekatalysator (TWC – three way catalyst), eine
NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder
Kombinationen davon sein. Bei einigen Ausführungsformen
kann während des Betriebs des Motors 10 die Abgasreinigungsanlage 70 durch
Betätigung mindestens eines Zylinders des Motors innerhalb
eines bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses regelmäßig
rückgestellt werden.
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Weiterhin
kann bei den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System)
einen gewünschten Abgasteil von dem Auslasskanal 48 über
einen AGR-Kanal 140 zu dem Einlasskanal 42 leiten.
Die dem Einlasskanal 42 zugeführte AGR-Menge kann
durch die Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 142 variiert
werden. Weiterhin kann ein AGR-Sensor 144 in dem AGR-Kanal
angeordnet sein und kann eine Anzeige von Druck und/oder Temperatur
und/oder Konzentration des Abgases bereitstellen. In einigen Beispielen
kann der Sensor 144 eine Anzeige einer AGR-Menge bereitstellen.
Die AGR-Menge kann als Alternative oder zusätzlich dazu
aus Feuchtigkeitsanzeigewerten und anderen Betriebsparametern bestimmt
werden, wie unten ausführlich beschrieben. Unter bestimmten Bedingungen
kann das AGR-System zur Regulierung der Temperatur des Luft- und
Kraftstoffgemisches in der Brennkammer verwendet werden, wodurch
ein Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunkts während
einiger Verbrennungsmodi bereitgestellt wird. Des Weiteren kann
unter bestimmten Bedingungen ein Teil der Verbrennungsgase in der Brennkammer
festgehalten oder eingeschlossen werden, indem die Auslassventilbetätigung
gesteuert wird, wie zum Beispiel durch Steuern einer variablen Ventilsteuerung.
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In
der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein
Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports
(I/O) 104, ein elektronisches Speichermedium für
ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem speziellen
Beispiel als ein Nurlesespeicherchip 106 gezeigt wird,
einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und
einen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 kann
neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit
dem Motor 10 gekoppelten Sensoren erhalten, darunter Messung
der eingeleiteten Luftmasse (MAF – mass air flow) von dem
Luftmassensensor 120; die Motorkühlmitteltemperatur
(ECT – engine coolant temperature) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten
Temperatursensor 112; ein Profilzündungsaufnahmesignal (PIP – Profile
ignition pickup signal) von dem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten
Hall-Sensor 118 (oder Sensor anderer Art); die Drosselstellung
(TP – throttle Position) von einem Drosselstellungssensor;
und ein Absolutkrümmerdrucksignal (MAP – manifold Pressure
signal), von dem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal RPM
(Revolutions per Minute) kann von der Steuerung 12 aus
dem Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal
MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine
Angabe hinsichtlich Vakuum oder Druck in dem Einlasskrümmer
zu liefern. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Kombinationen
der obigen Sensoren verwendet werden können, wie etwa ein MAF-Sensor
ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Bei stöchiometrischem
Betrieb kann der MAP-Sensor eine Angabe über das Motordrehmoment
abgeben. Weiterhin kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten
Motordrehzahl einen Schätzwert der in den Zylinder eingeleiteten
Ladung (einschließlich Luft) liefern. In einem Beispiel
kann der Sensor 118, der auch als ein Motordrehzahlsensor verwendet
wird, eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig
beabstandeten Impulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen.
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Das
Nurlesespeicher-Speichermedium 106 kann mit rechnerlesbaren
Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, welche durch
den Prozessor (CPU) 102 zur Durchführung der unten
in den 2–4 beschriebenen
Verfahren sowie Variationen davon, die erwartet, aber nicht speziell
angeführt werden, ausführbar sind.
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Des
Weiteren enthält der Motor 10 mehrere Feuchtigkeitssensoren.
Die Feuchtigkeitssensoren können eine Wasserdampfkonzentration
an den verschiedensten Stellen im Motor erfassen und können mit
verschiedenen anderen Betriebszustandsdaten kombiniert werden, um
eine AGR-Menge sowie verschiedene andere Betriebsparameter des Motors
zu bestimmen.
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Ein
erster Feuchtigkeitssensor H2 ist an einer ersten Stelle im Einlasskrümmer 44 positioniert. Die
erste Stelle befindet sich stromabwärts der Stelle, an
der Abgas aus dem AGR-System in den Einlasskrümmer eintritt.
Somit kann der Feuchtigkeitssensor H2 die Feuchtigkeit der in die
Brennkammer 30 eintretenden Luft (im Folgenden als Einlassluft
bezeichnet) erfassen. Wenn das AGR-Ventil 142 geöffnet
ist, enthält die Einlassluft sowohl Frischluft als auch
Abgas, und ein generierter Feuchtigkeitsanzeigewert zeigt die Feuchtigkeit
der Kombination aus den beiden an. In einem Zustand, in dem das
AGR-Ventil 142 geschlossen ist, besteht die Einlassluft
nur aus Frischluft (zum Beispiel Umgebungsluft), wobei keine wesentliche
Menge an Rückstoß oder Ausstoßung von
Verbrennungsprodukten in den Einlasskrümmer an dem Einlassventil
vorbei angenommen wird; somit zeigt der generierte Feuchtigkeitsanzeigewert
die Feuchtigkeit der Frischluft an.
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Ein
zweiter Feuchtigkeitssensor H1 ist an einer zweiten Stelle in dem
Auslasskrümmer 48 positioniert, die sich stromaufwärts
der Stelle befindet, an der Abgas in das AGR-System eintritt. An
dieser Stelle generiert der zweite Feuchtigkeitssensor H1 einen Feuchtigkeitsanzeigewert,
der das die Brennkammer 30 verlassende Abgas anzeigt, wobei
keine wesentliche Menge an Durchblasegas von dem Einlasskrümmer
zu dem Auslasskrümmer unter Bedingungen einer verstärkten
positiven Ventilüberschneidung, oder zumindest, wenn solche
Bedingungen nicht vorliegen, angenommen wird.
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Ein
dritter Feuchtigkeitssensor H3 ist an einer dritten Stelle außerhalb
des Motors positioniert. An dieser Stelle generiert der dritte Feuchtigkeitssensor einen
Feuchtigkeitsanzeigewert, der die Feuchtigkeit der Frischluft (zum
Beispiel Umgebungsluft) außerhalb des Motors anzeigt. Obgleich
ein dritter Feuchtigkeitssensor in 1 gezeigt
wird, kann der Motor 10 einen dritten Feuchtigkeitssensor
H3 enthalten oder nicht enthalten. Bei einigen Ausführungsformen
ist der dritte Feuchtigkeitssensor nicht enthalten, da der erste
Feuchtigkeitssensor H2 die Umgebungsfeuchtigkeit unter Bedingungen,
unter denen das AGR-Ventil geschlossen ist, erfassen kann.
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Wie
oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors,
und dass jeder Zylinder ebenso seinen eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen,
ein Kraftstoffeinspritzventil, eine Zündkerze usw. enthalten
kann.
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2 zeigt
eine Steuersystemroutine 200 zum Schätzen einer
Menge an Abgasrückführung (AGR). Insbesondere
bestimmt die Routine eine AGR-Menge auf Grundlage mehrerer Feuchtigkeitsanzeigewerte,
die durch Feuchtigkeitssensoren an mehreren Stellen generiert werden,
darunter ein Feuchtigkeitssensor im Einlasskrümmer und
ein Feuchtigkeitssensor im Auslasskrümmer. Da sowohl die
Wasserdampfkonzentration der Umgebungsluft als auch die Wasserdampfkonzentration
des Abgases bestimmt werden, kann eine genaue Anzeige der AGR-Menge
durch Verwendung einer Massenbilanzformel generiert werden, die
auf die Einlassluft angewandt wird, welche eine Kombination aus
Umgebungsluft und Abgas sein kann.
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Bei 210 der
Routine 200 werden Motorbetriebsbedingungen bestimmt. Die
Motorbetriebsbedingungen können Zündzeitpunktsteuerung, Luft-Kraftstoff-Verhältnis
und Menge an Alkohol (zum Beispiel Ethanol) im Kraftstoff umfassen,
sind aber nicht darauf beschränkt.
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Nach
der Bestimmung der Motorbetriebsbedingungen werden bei 212 der
Routine 200 in 2 Feuchtigkeitsanzeigewerte
an den gewünschten Stellen generiert. Wie in 1 dargestellt,
kann ein Feuchtigkeitsanzeigewert durch jeweils einen an jeder von
drei Stellen positionierten Feuchtigkeitssensor generiert werden.
Ein erster im Einlasskrümmer positionierter Feuchtigkeitssensor
bestimmt die Wasserdampfkonzentration der Einlassluft. Da der erste Feuchtigkeitssensor
stromabwärts der Stelle positioniert ist, an der Abgas
vom AGR-System in den Einlasskrümmer eintritt, kann der
Feuchtigkeitsanzeigewert die Wasserdampfkonzentration einer Kombination
aus Umgebungseinlassluft und rückgeführtem Abgas
anzeigen. Unter Bedingungen, unter denen das AGR-Ventil geschlossen
ist und das Abgas nicht in den Einlasskrümmer eintreten
kann, zeigt die in dem Einlasskrümmer erzeugte Feuchtigkeit
die Wasserdampfkonzentration von in den Motor eintretender Frischluft
(zum Beispiel Umgebungsluft) an.
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Ein
zweiter Feuchtigkeitssensor, der in dem Auslasskrümmer
angeordnet ist, bestimmt die Wasserdampfkonzentration des Abgases,
wenn es die Brennkammer verlässt. Der zweite Feuchtigkeitssensor
ist stromabwärts der Stelle angeordnet, an der Abgas in
das AGR-System eintritt; somit zeigt der zweite Feuchtigkeitsanzeigewert
die Wasserdampfkonzentration des Abgases in dem AGR-System an.
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Ein
dritter Feuchtigkeitssensor, der außerhalb des Motors positioniert
ist, bestimmt die Wasserdampfkonzentration von das Fahrzeug umgebender Umgebungsluft.
Bei einigen Ausführungsformen enthält der Motor
möglicherweise keinen dritten Feuchtigkeitssensor, da die
Umgebungsfeuchtigkeit von dem ersten Feuchtigkeitssensor erfasst
werden kann. Im Folgenden enthält die Beschreibung jedoch einen
Feuchtigkeitssensor, da die Aufnahme eines dritten Feuchtigkeitssensors
zur Identifikation einer Beeinträchtigung des AGR-Ventils
und einer oder mehrerer der mehreren Feuchtigkeitssensoren von Vorteil
sein kann, wie unten beschrieben wird.
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Weiter
auf 2 Bezug nehmend, wird bei 214 der Routine 200 eine
Massenbilanzformel (zum Beispiel Erhaltung von Masse) auf die bei 212 generierten
Feuchtigkeitsdaten angewandt, um einen Abgasanteil zu bestimmen.
Insbesondere kann die Massenbilanzformel auf die Einlassluft angewandt werden.
Zum Beispiel ist die Feuchtigkeit der Einlassluft (Feinl)
eine Kombination aus der Umgebungsfeuchtigkeit (Fumg)
und der Abgasfeuchtigkeit (Fabg), wenn das
AGR-Ventil geöffnet ist, da die Einlassluft aus einem Anteil
von Abgas aus dem AGR-System (AAGR) und
einem Anteil von Umgebungsluft (AUL = 1 – AAGR) besteht. Somit kann eine Gleichung folgender Form Feinl = AAGR·Fabg + (1 – AAGR)·Fumg (GL.
1) verwendet werden, um den Anteil
von AGR (Abgas aus dem AGR-System) in der Einlassluft zu bestimmen.
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Bei 216 der
Routine 200 in 2 wird eine AGR-Menge bestimmt.
Die AGR-Menge basiert auf dem Abgasanteil (AAGR),
der aus GL. 1 bestimmt wird, und dem Luftmassenstrom der in die
Brennkammer eintretenden Einlassluft. Wie aus GL. 1 ersichtlich, wird
die von dem im Auslasskrümmer angeordneten Feuchtigkeitssensor
generierte Abgasfeuchtigkeit zur Bestimmung der AGR-Menge verwendet.
Die Abgasfeuchtigkeit kann aufgrund einer Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
und/oder einer Änderung der Menge an Alkohol in dem in
den Zylinder eingespritzten Kraftstoff schwanken, wenn es sich beispielsweise
bei dem Motor um einen Flexible-Fuel-Motor handelt. Da die Abgasfeuchtigkeit
in dem Auslasskrümmer erfasst wird und nicht auf Grundlage
eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
oder einer Alkoholmenge im Kraftstoffgeschätzt wird, kann
die AGR-Menge bei Änderungen in der Wasserdampfkonzentration
des Abgases leichter ausgeglichen werden.
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Nach
der Bestimmung der AGR-Menge können als Reaktion auf die
bei 216 bestimmte AGR-Menge gewünschte Motorbetriebsparameter bei 218 der
Routine 200 eingestellt werden. Solche Betriebsparameter
können Zündzeitpunktsteuerung enthalten.
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Der
Anteil an verbrannten Gasen (zum Beispiel Abgas in der Einlassluft
von dem AGR-System) in einem Motorzylinder beeinflusst die Rate,
mit der das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird. Somit kann die
Zündzeitpunktsteuerung als eine Funktion der AGR-Menge
variieren. Somit kann Zündzeitpunktsteuerung vorgesehen
werden, um Kraftstoffwirtschaftlichkeit mit einer genauen Anzeige
der AGR-Menge aufrechtzuerhalten und/oder zu verbessern. Als Beispiel
kann in mindestens einem Zustand die Zündzeitpunktsteuerung
als Reaktion auf eine zunehmende AGR-Menge (das heißt die
bei 216 bestimmte AGR-Menge ist größer
als eine vorherige Anzeige der AGR-Menge) nach früh verstellt
werden.
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Wie
oben beschrieben, kann durch Generieren einer Feuchtigkeitsanzeige
an mehreren Stellen, darunter mindestens eine Stelle im Einlasskrümmer und eine
Stelle im Auslasskrümmer, trotz des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
oder der Alkoholmenge im Kraftstoff eine genaue Anzeige einer Abgasrückführungsmenge
generiert werden. Darüber hinaus kann das Vorsehen mehrerer
Feuchtigkeitssensoren an mehreren Stellen einen Weg bereitstellen,
Probleme bei dem AGR-System sowie den Sensoren selbst zu identifizieren,
wie unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Routine 300 zur Anzeige einer
Beeinträchtigung des AGR-Ventils darstellt. Insbesondere
bestimmt die Routine einen Zustand des AGR-Ventils auf Grundlage
eines ersten Satzes von Feuchtigkeitsanzeigewerten, der außerhalb
des Motors und im Einlasskrümmer unter Bedingungen, unter
denen das AGR-Ventil geschlossen ist, generiert wird. Unter solchen
Bedingungen sollte die Einlassfeuchtigkeit gleich der Umgebungsfeuchtigkeit
sein; somit kann eine Beeinträchtigung des AGR-Ventils
identifiziert werden, wenn die Einlassfeuchtigkeit nicht gleich
der Umgebungsfeuchtigkeit ist oder sich um mehr als einen Schwellwert
davon unterscheidet.
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Bei 310 der
Routine 300 in 3 wird ermittelt, ob sich das
AGR-Ventil in der geöffneten Stellung befindet (ob zum
Beispiel die AGR eingeschaltet ist) oder um mehr als ein Mindestöffnungsausmaß geöffnet
ist. Wenn das AGR-Ventil geöffnet ist, wird gestattet,
dass Abgase in den Einlasskrümmer eintreten, wodurch die
Feuchtigkeit im Einlasskrümmer geändert wird.
Aus diesem Grunde endet die Routine 300, wenn das AGR-Ventil
geöffnet ist.
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Wenn
ermittelt wird, dass das AGR-Ventil nicht geöffnet ist
(das AGR-Ventil zum Beispiel geschlossen ist), dann geht die Routine 300 zu 312 über,
wo der dritte Feuchtigkeitssensor eine Anzeige der Umgebungsfeuchtigkeit
generiert und der erste Feuchtigkeitssensor eine Anzeige der Einlassfeuchtigkeit
generiert. Die Umgebungsfeuchtigkeit und die Einlassfeuchtigkeit
werden bei 314 der Routine 300 verglichen. Wie
oben angeführt, ist die Einlassfeuchtigkeit im Wesentlichen
gleich der Umgebungsfeuchtigkeit, wenn sich das AGR-Ventil in der
geschlossenen Stellung befindet. Wenn bestimmt wird, dass die Einlassfeuchtigkeit
im Wesentlichen gleich der Umgebungsfeuchtigkeit ist (sich die Feuchtigkeiten
zum Beispiel um weniger als einen Schwellwert unterscheiden), dann
endet die Routine deshalb. Wenn sich jedoch die Einlassfeuchtigkeit
um mehr als den Schwellwert von der Umgebungsfeuchtigkeit unterscheidet,
dann geht die Routine zu 316 über.
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Bei 316 wird
eine Beeinträchtigung des Abgasrückführungsventils
identifiziert. Zum Beispiel kann eine Beeinträchtigung
des AGR-Ventils ein Lecken des Ventils verursachen, und Abgas kann
versehentlich in den Einlasskrümmer strömen. Dies kann
zu einer Änderung der Wasserdampfkonzentration im Einlasskrümmer
führen und die Einlassfeuchtigkeit entspricht nicht der
Umgebungsfeuchtigkeit. Ebenso öffnet sich das AGR-Ventil
möglicherweise nicht, wenn es angesteuert wird, oder kann
aufgrund von Ventilverkokung zusätzliche Beschränkungen aufweisen.
Somit kann bei einigen Ausführungsformen eine Beeinträchtigung über
einen zum Steuersystem gesendeten Diagnosecode angezeigt werden.
Bei anderen Ausführungsformen kann ein Merker gesetzt werden,
um die AGR-Ventilbeeinträchtigung anzuzeigen.
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Deshalb
ist es durch Generieren einer Anzeige der Wasserdampfkonzentration
im Einlasskrümmer und einer Anzeige der Wasserdampfkonzentration
außerhalb des Motors unter Bedingungen, unter denen das
AGR-Ventil geschlossen ist, möglich, eine Beeinträchtigung
des AGR-Ventilsystems zu identifizieren.
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Auf
Grundlage eines zweiten Satzes von Feuchtigkeitsanzeigewerten, die
unter gewählten Betriebsbedingungen generiert werden (wie
unten beschrieben wird), ist es des Weiteren möglich, zwischen
einer AGR-Ventilbeeinträchtigung und einer Feuchtigkeitssensorbeeinträchtigung
zu unterscheiden. Wenn sich zum Beispiel unter einer Motornichtkraftstoffzufuhrbedingung
eine mehrerer Feuchtigkeitsanzeigen (zum Beispiel die Umgebungsfeuchtigkeit,
die Einlassfeuchtigkeit und die Auslassfeuchtigkeit) von den anderen
um mehr als einen Schwellwert unterscheidet, dann wird eine Beeinträchtigung
des Sensors angezeigt. Selbst wenn das AGR-Ventil beeinträchtigt
ist (zum Beispiel versehentlich geöffnet ist, wenn sein
geschlossener Zustand für die Feuchtigkeitssensordiagnostik
angesteuert wird), dann kann über den zweiten Satz von
Feuchtigkeiten unter Nichtkraftstoffzufuhrbedingungen eine Feuchtigkeitssensorbeeinträchtigung
identifiziert werden, da die durch das AGR-System rückgeführte
Luft im Wesentlichen Umgebungsluft ist.
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Ein
eine Routine 400 zur Identifikation einer Feuchtigkeitssensorbeeinträchtigung
darstellendes Flussdiagramm wird in 4 gezeigt.
Insbesondere bestimmt die Routine die Beeinträchtigung
der mehreren Feuchtigkeitssensoren auf Grundlage eines zweiten Satzes
von Feuchtigkeitsanzeigewerten, die außerhalb des Motors
und im Einlass- und Auslasskrümmer unter Motornichtkraftstoffzufuhrbedingungen,
unter denen das AGR-Ventil geschlossen ist, generiert werden. Wie
unten ausführlich erläutert wird, sollte unter
Bedingungen, unter denen kein Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt
wird und das AGR-Ventil geschlossen ist, die Feuchtigkeit an jeder der
drei Stellen im Wesentlichen die gleiche sein.
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Es
wird bei 410 der Routine 400 ermittelt, ob sich
der Motor unter einer Nichtkraftstoffzufuhrbedingung befindet. Zu
Nichtkraftstoffzufuhrbedingungen gehören Motorbetriebsbedingungen,
unter denen die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird, sich der Motor aber
weiter dreht und mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil
(zum Beispiel das Einlassventil und das Auslassventil des gleichen
Zylinders) in Betrieb sind, wie zum Beispiel eine Schubabschaltung (SAS).
Somit strömt Luft durch einen oder mehrere Zylinder, aber
in die Zylinder wird kein Kraftstoff eingespritzt. Unter Nichtkraftstoffzufuhrbedingungen wird
keine Verbrennung durchgeführt und Umgebungsluft kann sich
von dem Einlasskrümmer durch den Zylinder zu dem Auslasskrümmer
bewegen. Auf diese Weise kann der zweite Feuchtigkeitssensor, der
im Auslasskrümmer angeordnet ist, Umgebungsluft empfangen,
an der Feuchtigkeitsmessungen durchgeführt werden können.
Des Weiteren kann im Falle einer AGR-Ventilbeeinträchtigung,
da Umgebungsluft durch den Zylinder zu dem Auslasskrümmer
bewegt wird, Umgebungsluft auch durch das AGR-System strömen;
somit werden Feuchtigkeitsmessungen nicht beeinflusst, wenn das
AGR-Ventil zum Beispiel leckt oder versehentlich geöffnet
ist, wenn sein geschlossener Zustand angesteuert wird.
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Wenn
bei 410 bestimmt wird, dass sich der Motor nicht unter
Nichtkraftstoffzufuhrbedingungen befindet (zum Beispiel Kraftstoff
in einen oder mehrere Zylinder eingespritzt wird), endet die Routine. Wenn
andererseits bestimmt wird, dass sich der Motor unter Nichtkraftstoffzufuhrbedingungen
befindet, geht die Routine 400 zu 412 über,
wo bestimmt wird, ob die AGR eingeschaltet ist (zum Beispiel ob
das AGR-Ventil geöffnet ist). Wenn sich das AGR-Ventil in
der geöffneten Stellung befindet und das Abgas in den Einlasskrümmer
strömen kann, endet die Routine 400.
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In
dem Fall, dass sich das AGR-Ventil in der geschlossenen Stellung
befindet und nicht gestattet wird, dass Abgas in den Einlasskrümmer
strömt, geht die Routine 400 von 4 zu 414 über.
Bei 414 generiert der erste Feuchtigkeitssensor einen ersten Feuchtigkeitsanzeigewert,
der die Wasserdampfkonzentration im Einlasskrümmer anzeigt,
der zweite Feuchtigkeitssensor generiert einen zweiten Feuchtigkeitsanzeigewert,
der die Wasserdampfkonzentration im Auslasskrümmer anzeigt,
und der dritte Feuchtigkeitssensor generiert einen dritten Feuchtigkeitsanzeigewert,
der die Wasserkonzentration außerhalb des Motors anzeigt.
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Bei 416 der
Routine 400 wird ermittelt, ob die bei 414 generierten
Feuchtigkeitsanzeigewerte gleich sind (ob zum Beispiel die Feuchtigkeit
des Einlasskrümmers gleich der Feuchtigkeit des Auslasskrümmers
und der Feuchtigkeit der Umgebungsluft ist). Da der Motor unter
Nichtkraftstoffzufuhrbedingungen läuft und das AGR-Ventil
geschlossen ist, wird keine Verbrennung durchgeführt und
die Auslassfeuchtigkeit sollte im Wesentlichen gleich der Einlassfeuchtigkeit
sein. Die Einlassfeuchtigkeit sollte des Weiteren im Wesentlichen
die gleiche sein wie die Umgebungsgfeuchtigkeit, da das AGR-Ventil
geschlossen ist. Wenn alle drei der Feuchtigkeitsanzeigewerte im
Wesentlichen gleich sind (oder sich um nicht mehr als einen Schwellwert
unterscheiden), dann endet somit die Routine 400.
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Eine
Beeinträchtigung von einem oder mehreren Feuchtigkeitssensoren
kann über die Routine 400 identifiziert werden.
Wenn die Einlassfeuchtigkeit zum Beispiel im Wesentlichen gleich
der Umgebungsfeuchtigkeit ist und sich die Auslassfeuchtigkeit um
mehr als einen Schwellwert davon unterscheidet, kann eine Beeinträchtigung
des im Auslasskrümmer positionierten zweiten Feuchtigkeitssensors
vorliegen. Als ein anderes Beispiel kann, wenn die Einlassfeuchtigkeit
im Wesentlichen gleich der Auslassfeuchtigkeit ist, sich die Umgebungsfeuchtigkeit
aber um mehr als einen Schwellwert davon unterscheidet, eine Beeinträchtigung
des Umgebungsfeuchtigkeitssensors, der sich außerhalb des
Motors befindet, vorliegen. Als ein weiteres Beispiel kann, wenn
die Auslassfeuchtigkeit im Wesentlichen gleich der Umgebungsfeuchtigkeit
ist und sich die Einlassfeuchtigkeit um mehr als einen Schwellwert
von den anderen beiden unterscheidet, eine Beeinträchtigung
des Einlassfeuchtigkeitssensors, der im Einlasskrümmer
positioniert ist, vorliegen.
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Auf
diese Weise ist es möglich, auf Grundlage einer Differenz,
die größer ist als ein Schwellwert, zwischen dem
Feuchtigkeitsanzeigewert eines Sensors und den Feuchtigkeitsanzeigewerten
der anderen Sensoren unter gewählten Betriebsbedingungen zu
unterscheiden, welcher von mehreren Feuchtigkeitssensoren beeinträchtigt
ist.
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Bei 418 der
Routine 400 in 4 wird eine Feuchtigkeitssensorbeeinträchtigung
angezeigt und es kann ein Signal zu dem Fahrzeugführer
gesendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Sensorbeeinträchtigung über
einen Diagnosecode angezeigt werden, der zu dem Steuersystem gesendet
wird und anzeigt, welcher der mehreren Feuchtigkeitssensoren beeinträchtigt
ist. Bei anderen Ausführungsformen kann ein Merker gesetzt
werden, um eine Sensorbeeinträchtigung anzuzeigen. Diese
Codes und Merker, die eine Beeinträchtigung eines oder mehrerer
der Feuchtigkeitssensoren anzeigen, können vor der Alarmierung
des Fahrzeugführers akkumuliert werden.
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Wie
hier beschrieben, können mehrere Feuchtigkeitssensoren,
die an mehreren Stellen positioniert sind, darunter mindestens ein
erster Sensor im Einlasskrümmer und ein zweiter Sensor
im Auslasskrümmer, verwendet werden, um eine genaue Anzeige
einer Abgasrückführungsmenge zu generieren. Durch
Aufnahme eines Feuchtigkeitssensors in dem Auslasskrümmer
und somit Anzeige der Wasserdampfkonzentration des Abgases kann
unabhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis
oder der Menge an Alkohol im Kraftstoff eine genaue Abgasrückführungsmenge
bestimmt werden. Auf diese Weise können verschiedene Motorbetriebsparameter
auf Grundlage der Abgasrückführungsmenge eingestellt werden,
um Emissionen aufrechtzuerhalten oder zu vermindern und um Kraftstoffwirtschaftlichkeit
und Fahrverhalten des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten oder zu verbessern.
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Des
Weiteren können die mehreren Feuchtigkeitssensoren verwendet
werden, um eine Beeinträchtigung eines Abgasrückführungsventils
sowie eine Beeinträchtigung eines Feuchtigkeitssensors auf
Grundlage der generierten Feuchtigkeiten und Motorbetriebsbedingungen,
wie zum Beispiel Nichtkraftstoffzufuhrbedingungen, und/oder wenn
das AGR-Ventil geschlossen ist, zu erfassen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften
Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor-
und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können.
Die hier beschriebenen bestimmten Routinen können eine
oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel
ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading
und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene
dargestellte Handlungen, Betätigungen oder Funktionen in
der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt
werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso
ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um
die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen,
die hier beschrieben werden, zu erreichen, sondern ist zur besseren
Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der
dargestellten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit
von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt
werden. Des Weiteren können die beschriebenen Handlungen
einen in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuersystem
zu programmierenden Code graphisch darstellen.
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Es
versteht sich, dass die Konfigurationen und Routinen rein beispielhaft
sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht
in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen,
weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie
kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6, V-12-, Boxer-4- und andere
Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt
somit alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen
der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale,
Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind, ein.
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Die
folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen
und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich
betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich
auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element
oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche
sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen
aufweisend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solcher Elemente
weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen
und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente
und/oder Eigenschaften können durch Änderung der
vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden.
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Solche
Ansprüche werden, ob sie im Schutzbereich breiter, schmaler,
gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche
sind, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten
betrachtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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