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Hintergrund
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft die adaptive Steuerung von Abgasrückführung (AGR) für Verbrennungsmotoren.
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Hintergrund
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Abgasrückführung (AGR) ist ein gut bekanntes Verfahren, das bei verschiedenen Arten von Verbrennungsmotoren verwendet wird, um während Verbrennung NOx-Erzeugung zu reduzieren. Um den AGR-Strom zu steuern, verwenden externe AGR-Systeme typischerweise entweder einen linearen Elektromagnet oder einen Gleichstrommotor, um die Stellung des AGR-Ventils mit Rückmeldung zu ändern, die von einem Stellungssensor für Regelung im geschlossenen Kreis vorgesehen wird. Um in das Motoreinlasssystem einen erwünschten AGR-Massenstrom vorzusehen, wird die Ventilstellung mit der entsprechenden elektrischen Spannung des Stellungssensors geändert, die in einer Lookup-Tabelle oder einem Kennfeld über einem Bereich von Motordrehzahl/Last oder Drehmoment während Fahrzeugsystementwicklung gespeichert wird. Wenn sich der AGR-Strom während des tatsächlichen Betriebs aber aufgrund der Ansammlung von Ablagerungen in dem AGR-Ventil, dem AGR-Kühler und/oder den zugehörigen Leitungen verschlechtert, wird das zuvor gespeicherte Kennfeld bzw. die zuvor gespeicherte Lookup-Tabelle, die die Beziehung zwischen der elektrischen Spannung des Stellungssensors und dem AGR-Massenstrom darstellen, ungenauer. Während verschiedene Strategien entwickelt wurden, um den tatsächlichen AGR-Strom zu messen oder zu schätzen, erfordern viele zusätzliche Sensoren, die Kosten und Komplexität steigern und aufgrund der rauen Betriebsumgebung in den AGR-Kanälen Probleme bezüglich Zuverlässigkeit und Haltbarkeit mit sich bringen können. Ferner ist das Integrieren oder nachträgliche Aufnehmen vieler AGR-Steuerstrategien bei bestehenden Systemen schwierig.
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Als nächstliegenden Stand der Technik offenbart
US 6 182 644 B1 ein Strömungsmess-System zum Messen der Abgasströmung von einem Abgasstutzen eines Verbrennungsmotors zu einem Einlassstutzen des Motors, mit: einem Strömungsregelventil mit variabler Öffnung, angeordnet in einer Abgasrückführungsbahn zwischen dem Abgasstutzen und dem Einlassstutzen des Motors, einem Bereich mit unveränderlicher Messöffnung in der genannten Bahn und stromab des genannten Ventils, und einem Rechner zum Messen eines ersten Drucks stromab der genannten Messöffnung, zum Messen eines Differenzdrucks über die genannte Messöffnung und zum Berechnen eines Massenstroms, basierend auf dem genannten ersten Druck und dem genannten Differenzdruck.
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Ein Verbrennungsmotor gemäß
US 7 231 906 B1 ist mit einer Brennkammerdruckerfassungs- und Abgasrückführungsvorrichtung konfiguriert. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird basierend auf der Verbrennungsphaseneinstellung angepasst und die Abgasrückführung wird basierend auf den durchschnittlichen Einstellungen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts gesteuert.
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US 7 367 188 B2 lehrt ein System für einen Dieselmotor mit einem Ansaugkrümmer und einem Auslasskrümmer, das folgendes umfasst: einen Turbolader zwischen dem Ansaug- und dem Auslasskrümmer des Motors; ein Niederdruck-Abgasrückführungssystem mit einem ersten Ende, das mit dem Abgaskrümmer stromabwärts des Turboladers gekoppelt ist, und einem zweiten Ende, das mit dem Ansaugkrümmer stromaufwärts des Turboladers gekoppelt ist, wobei das Niederdruck-Abgasrückführungssystem ein erstes Ventil aufweist, das zur Regelung des Durchflusses mit diesem gekoppelt ist; ein Hochdruck-Abgasrückführungssystem mit einem ersten Ende, das mit dem Abgaskrümmer stromaufwärts des Turboladers verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit dem Ansaugkrümmer stromabwärts des Turboladers verbunden ist, wobei das Hochdruck-Abgasrückführungssystem ein zweites Ventil aufweist, das zur Regelung des Durchflusses mit diesem gekoppelt ist; einen ersten Luftmassenstromsensor, der in den Motoransaugkrümmer stromaufwärts eines Einlasses des zweiten Endes des Niederdruck-Abgasrückführungssystems eingekoppelt ist; und ein Steuersystem, das konfiguriert ist, um die Verschlechterung des ersten Luftmassenstromsensors zu diagnostizieren.
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Zusammenfassung
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Ein System und Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der ein AGR-Ventil aufweist, umfassen das Ermitteln einer Ventilgrundstellung zum Zuführen eines Sollstroms unter Verwenden eines gespeicherten Kennfelds und das Anpassen der Grundstellung als Reaktion auf Differenzdruck über einer Öffnung in dem AGR-Strom, um das Ventil zu einer Stellung zu bewegen, die sich von der Grundstellung unterscheidet, um den Sollstrom vorzusehen.
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Erfindungsgemäß wird ein tatsächlicher AGR-Strom beruhend auf Differenzdruck über einer Öffnung, die sich stromaufwärts oder stromabwärts des AGR-Ventils befinden kann, gemessen oder geschätzt. Die Öffnung umfasst eine AGR-Ventildichtung.
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In einer Ausführungsform sieht die AGR-Ventildichtung eine scharfkantige Öffnung für den AGR-Strom vor. Unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts der Öffnung kann unter Verwenden eines dedizierten Differenzdrucksensors ein Differenzdruck ermittelt werden oder kann unter Verwenden vorhandener Sensoren, beispielsweise eines Sensors für Motorgegendruck (EBP) und eines Sensors für Krümmerunterdruck (MAP), ermittelt werden.
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In anderen Ausführungsformen ermitteln ein System und Verfahren einen erwünschten AGR-Massenstrom aus einer gespeicherten Tabelle unter Verwenden aktueller Motordrehzahl und Last. Der erwünschte AGR-Massenstrom wird genutzt, um beruhend auf einer zuvor ermittelten Beziehung zwischen AGR-Massenstrom und Delta-Druck eine Sollstellung des AGR-Ventils zu ermitteln. Wenn Umgebungs- und Motorbetriebsbedingungen geeignet sind, wird eine adaptive oder korrigierende Ventilstellung ermittelt und verwendet, um die Sollstellung des AGR-Ventils anzupassen, um den erwünschten AGR-Massenstrom vorzusehen.
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Eine Ausführungsform umfasst eine diagnostische Überwachung für den AGR-Strom, die eine Degradation des AGR-Stroms mit einem vorbestimmten oder adaptiven Schwellenwert vergleicht, um Diagnose- oder Behebungssteuermaßnahmen auszulösen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sehen verschiedene Vorteile vor. Zum Beispiel kann eine Steuerung des AGR-Stroms gemäß der vorliegenden Offenbarung vorrangig in Steuerlogik oder Software umgesetzt werden, wobei erfindungsgemäß eine Öffnung von einer AGR-Ventildichtung vorgesehen wird, die bei bestehenden Systemen verwendet werden kann. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können verwendet werden, um einen Strömungswächter für AGR-Strom-Diagnosezwecke vorzusehen, um eine Strömungsdegradation zu detektieren und das Auftreten von Diagnosecodes in Verbindung mit außerhalb des Bereichs liegenden Stellungssensoren zu verringern.
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Die vorstehenden Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung gehen ohne weiteres aus der folgenden näheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder Verfahrens zum Steuern von AGR gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
- 2 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen AGR-Massenstrom, elektrischer Spannung der AGR-Ventilstellung und Differenzdruck veranschaulicht, die in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden;
- 3 ist ein Steuerdiagramm für ein System oder Verfahren für AGR-Stromsteuerung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 4 und 5 veranschaulichen alternative Drucksensorpositionierung; und
- 6 ist ein Flussdiagramm, das Steuerlogik für ein System oder Verfahren zum Steuern von AGR-Strom gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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Eingehende Beschreibung,
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Wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird, können verschiedene unter Bezug auf eine der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht eigens veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Merkmalskombinationen sehen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen vor. Jedoch können verschiedene Kombinationen und Abwandlungen der Merkmale im Einklang mit den Lehren dieser Offenbarung für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
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Wie in 1 gezeigt umfasst ein Verbrennungsmotor 10 mehrere Brennräume 30 und wird von einem elektronischen Motorsteuergerät 12 gesteuert. In der gezeigten Ausführungsform ist der Motor 10 ein Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung und Direkteinspritzung. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die AGR-Steuerung der vorliegenden Offenbarung von der jeweiligen Motortechnologie unabhängig ist und in verschiedenen anderen Arten von Motoren verwendet werden kann, einschließlich zum Beispiel Fremdzündungsmotoren mit Direkteinspritzung oder Kanaleinspritzung.
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Der Brennraum 30 umfasst Brennraumwände 32 mit einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36. Der Brennraum oder Zylinder 30 steht mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 mittels jeweiliger Einlassventile 52a und 52b (nicht gezeigt) und Auslassenventile 54a und 54b (nicht gezeigt) in Verbindung. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66A ist mit dem Brennraum 30 zum Zuführen von flüssigem Kraftstoff direkt in diesen proportional zur Pulsweite eines von dem Steuergerät 12 mittels eines herkömmlichen elektronischen Treibers 68 empfangenen Signals fpw direkt verbunden. Kraftstoff wird durch eine (nicht gezeigte) Hochdruck-Kraftstoffanlage, die einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und ein Kraftstoffverteilerrohr umfasst, der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66A zugeführt.
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Der Ansaugkrümmer 44 steht mittels eines Drosselventils oder einer Drosselklappe 62 mit einem Drosselklappenstutzen 58 in Verbindung. In diesem bestimmten Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit einem Elektromotor 94 verbunden, so dass die Stellung der Drosselklappe 62 mittels des Elektromotors 94 durch das Steuergerät 12 gesteuert wird. Diese Auslegung wird üblicherweise als elektronische Drosselsteuerung (ETC, kurz vom engl. Electronic Throttle Control) bezeichnet, die auch genutzt wird, um wie hierin beschrieben Frischluftstrom und AGR-Strom zu steuern.
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Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können einen Stickoxid(NOx)-Katalysator 70 umfassen, der stromaufwärts eines Partikelfilters 72 positioniert ist. Der NOx-Katalysator 70 reduziert NOx, wenn der Motor 10 überstöchiometrisch arbeitet, wie gut bekannt ist.
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Das Steuergerät 12 ist ein herkömmlicher Mikrocomputer, welcher aufweist: einen Mikroprozessor 102, Input/Output-Ports 104 und maschinell lesbare oder elektronische Speichermedien 76 zum Speichern von Daten, die Code oder ausführbare Befehle und Kalibrierungswerte darstellen. Die maschinell lesbaren Speichermedien 76 können umfassen: Speichervorrichtungen, die zum Beispiel als Festwertspeicher 106, Arbeitsspeicher 108 und Dauerspeicher 110 dienen, wobei sie mittels eines herkömmlichen Datenbuses mit dem Mikroprozessor (CPU) 102 in Verbindung stehen. Das Steuergerät 12 empfängt verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, die umfassen können: Massenluftstrom (MAF) von einem Luftmengensensor 100, der mit dem Drosselklappenstutzen 58 verbunden ist; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperaturfühler 112; ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118; und eine Drosselstellung TP von einem Drosselstellungssensor 120; und ein Krümmerunterdrucksignal (MAP) von einem Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM wird von dem Steuergerät 12 aus dem Signal PIP in herkömmlicher Weise erzeugt, und das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor liefert einen Hinweis auf Unterdruck oder Druck in dem Ansaugkrümmer. Ein Sensor 118 kann auch als Motordrehzahlsensor verwendet werden und erzeugt eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Pulse pro Umdrehung der Kurbelwelle.
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Das Abgas- und/oder Schadstoffbegrenzungssystem kann verschiedenen Sensoren umfassen, um entsprechende Signale vorzusehen, beispielsweise Katalysatortemperatur Tcat, die von einem Temperatursensor 124 vorgesehen wird, und Temperatur Ttrp, die von einem Temperatursensor 126 vorgesehen wird
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Weiter mit 1 ist eine Nockenwelle 130 des Motors 10 mit Kipphebeln 132 und 134 zum Betätigen von Einlassventilen 52a, 52b und Auslassventilen 54a, 54b verbunden. Die Nockenwelle 130 ist direkt mit einem Gehäuse 136 verbunden. Das Gehäuse 136 bildet ein Zahnrad mit mehreren Zähnen 138 aus. Das Gehäuse 136 ist mit einer (nicht gezeigten) Innenwelle, die wiederum direkt mittels einer (nicht gezeigten) Steuerkette mit der Nockenwelle 130 gekoppelt ist, hydraulisch verbunden. Daher drehen das Gehäuse 136 und die Nockenwelle 130 bei einer Drehzahl, die im Wesentlichen gleich der der inneren Nockenwelle ist. Die innere Nockenwelle dreht bei einem konstanten Drehzahlverhältnis zur Kurbelwelle 40. Durch Beeinflussen der hydraulischen Kopplung kann aber die relative Position der Nockenwelle 130 zu der Kurbelwelle 40 durch Hydraulikdrücke in einer Vorverstellkammer 142 und einer Nachverstellkammer 144 verändert werden. Durch Eindringenlassen von Hochdruck-Hydraulikfluid in die Vorverstellkammer 142 wird die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 auf früh verstellt. Somit öffnen und schließen die Einlassventile 52a, 52b und die Auslassventile 54a, 54b im Verhältnis zur Kurbelwelle 40 zu einem früheren Zeitpunkt als normal. Analog wird durch Eindringenlassen von Hochdruck-Hydraulikfluid in die Nachverstellkammer 144 die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 auf spät verstellt. Somit öffnen und schließen die Einlassventile 52a, 52b und die Auslassventile 54a, 54b im Verhältnis zur Kurbelwelle 40 zu einem späteren Zeitpunkt als normal.
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Zähne 138, die mit dem Gehäuse 136 und der Nockenwelle 130 gekoppelt sind, ermöglichen eine Messung von relativer Nockenstellung mittels eines Nockensteuerungssensors 150, der dem Steuergerät 12 ein Signal VCT liefert. Zähne 1, 2, 3 und 4 werden zur Messung von Nockensteuerung verwendet und sind gleichmäßig beabstandet (zum Beispiel in einem V-8-Motor mit Doppelreihe 90 Grad von einander beabstandet), während der Zahn 5 vorzugsweise zur Zylinderidentifizierung verwendet wird. Ferner sendet das Steuergerät 12 Steuersignale (LACT, RACT) zu (nicht dargestellten) herkömmlichen Magnetventilen, um das Strömen von Hydraulikfluid entweder in die Vorstellkammer 142, die Nachstellkammer 144 oder keine davon zu steuern.
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Die relativen Nockensteuerzeiten können unter Verwenden bekannter Verfahren ermittelt werden. Allgemein gesagt gibt die Zeit bzw. der Drehwinkel zwischen der ansteigenden Flanke des PIP-Signals und dem Empfangen eines Signals von einem der mehreren Zähne 138 auf dem Gehäuse 136 ein Maß der relativen Nockensteuerzeiten. Für das spezielle Beispiel eines V-8-Motors mit zwei Zylinderreihen und eines Rads mit fünf Zähnen wird ein Maß der Nockensteuerzeiten für eine bestimmte Reihe viermal pro Umdrehung empfangen, wobei das Extrasignal für die Zylinderidentifizierung verwendet wird.
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Ein Sensor 160 liefert einen Hinweis sowohl auf Sauerstoffkonzentration in dem Abgas als auch auf NOx-Konzentration. Ein Signal 162 liefert dem Steuergerät 12 eine elektrische Spannung, die die Sauerstoffkonzentration anzeigt, während ein Signal 164 eine elektrische Spannung vorsieht, die eine NOx-Konzentration anzeigt.
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Der Motor 10 umfasst ein Abgasrückführungssystem mit einem Auslasskanal 170, der Abgas von dem Abgaskrümmer 48 zu dem Ansaugkrümmer 44 strömen lässt. Bei manchen Anwendungen kann der Auslasskanal 170 einen AGR-Katalysator und/oder einen Partikelfilter 180 und einen AGR-Kühler 182 umfassen. Ein AGR-Ventil 172 ist ebenfalls in dem Auslasskanal 170 angeordnet und kann zum Beispiel durch ein lineares Magnetventil oder einen Gleichstrommotor umgesetzt sein. Das Ventil 172 empfängt von dem Steuergerät 12 ein Befehlssignal (EGR_COM) und kann einen integralen Ventilstellungssensor 184 umfassen, um ein Rückführsignal für die Regelung im geschlossenen Kreis vorzusehen. Eine große, minimal drosselnde scharfkantige Öffnung 186 ist stromabwärts des AGR-Ventils 172 vorgesehen und ist erfindungsgemäß durch eine AGR-Ventildichtung umgesetzt. Die jeweilige Art von AGR-Ventil kann nach Anwendung und Umsetzung unterschiedlich sein und kann zum Beispiel ein elektromagnetisches Magnetventil, ein unterdruckbetätigtes Magnetventil oder ein durch einen Schrittmotor betätigtes Ventil umfassen. Weiterhin kann das Ventilöffnen von unterschiedlicher Art sein, beispielsweise eine scharfkantige Öffnungsart, eine Drehschieberart oder verschiedene andere.
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Ein Sensor für Abgasdruck (oder Gegendruck) 174 ist stromaufwärts von Ventil 172 positioniert. Der Sensor 174 liefert dem Steuergerät 12 einen Hinweis auf Abgasdruck und kann beim Steuern des Betriebs des AGR-Ventils 172 verwendet werden, wie hierin beschrieben wird.
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Allgemein gesagt sieht die vorliegende Offenbarung eine adaptive Steuerung des AGR-Ventils 172 vor, um einen erwünschten oder Soll-AGR-Massenstrom durch den Kanal 170 zu dem Ansaugkrümmer 44 beruhend auf aktuellen Motor- und/oder Umgebungsbetriebsbedingungen zu liefern. Die adaptive Steuerung kompensiert Änderungen der Beziehung zwischen der Stellung des AGR-Ventils und dem AGR-Strom für einen vorgegebenen Differenzdruck, die auf Rußansammlung oder andere Ablagerung in dem AGR-Ventil und/oder Kanal zurückzuführen sein können. Eine Schätzung des tatsächlichen AGR-Stroms wird beruhend auf Druck stromaufwärts und stromabwärts der Öffnung 186 ermittelt, die vorzugsweise eine scharfkantige Öffnung großen Durchmessers ist, um eine signifikante Strömungsdrosselung zu verhindern, während ein stabiler Bezugswert für die AGR-Strommessung vorgesehen wird. In einem Beispiel wird der AGR-Strom durch eine Funktion der Differenz zwischen Abgasdruck und Ansaugkrümmerdruck ermittelt, die durch die Sensoren 178 bzw. 122 ermittelt werden. In einer anderen Ausführungsform wird der AGR-Strom beruhend auf dem Produkt des Krümmerdrucks und des Differenzdrucks über der Öffnung 186 geschätzt. Weiterhin können Schätzungen eines oder beider von Krümmerdruck und Abgasdruck beruhend auf Motorbetriebsbedingungen ermittelt werden. Zum Beispiel kann der Ansaugkrümmerdruck beruhend auf Drosselstellung und Motordrehzahl ermittelt werden. Alternativ kann der Abgasdruck als Funktion von Motorluftstrom ermittelt werden. Ferner können verschiedene andere Betriebsparameter aufgenommen werden, um die Schätzungen von Druck zu verbessern, beispielsweise Luftstromtemperatur, Abgastemperatur und verschiedene andere.
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4 und 5 veranschaulichen alternative Ausführungsformen der AGR-Kanäle 170' bzw. 170". Wie in 4 gezeigt ist der Abgasdrucksensor 178' stromaufwärts des AGR-Katalysators 180 positioniert. In der Ausführungsform von 5 misst ein Differenzdrucksensor 190 einen Druck unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts der Öffnung 186, so dass kein Abgasdrucksensor 178 für die AGR-Stromsteuerung verwendet wird. 5 veranschaulicht auch eine optionale Positionierung einer Durchflussbegrenzungsvorrichtung oder -Öffnung 186', die im Verhältnis zum AGR-Ventil 172 stromaufwärts positioniert ist.
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2 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen AGR-Massenstrom, Differenzdruck und elektrischer Spannung der AGR-Ventilstellung veranschaulicht. In der Ausführungsform von 2 wird der Differenzdruck beruhend auf Abgasgegendruck und Krümmerunterdruck (MAP) ermittelt, wobei die Differenz mit MAP multipliziert wird. Die durch Linie 200 dargestellte Beziehung wird während der Entwicklung durch Abbildung oder Aufzeichnung der Stellung (elektrische Spannung) des AGR-Ventils über einem Bereich von Drehzahl/Last oder Drehmoment empirisch ermittelt, um einen kalibrierten AGR-Durchsatz in das Einlasssystem des Motors vorzusehen. Wenn der AGR-Strom aufgrund des Aufbaus von Ablagerungen in dem AGR-Ventil und/oder den Kanälen schlechter wird, wird der tatsächliche AGR-Massenstrom für eine bestimmte Ventilstellung verringert, wie durch Linie 202 dargestellt ist. Die vorliegende Offenbarung sieht eine adaptive Steuerung der AGR-Ventilstellung durch Abwandeln der elektrischen Spannung der AGR-Ventilstellung um einen Betrag 204 vor, um den Aufbau von Ablagerung zu kompensieren und einen erwünschten AGR-Massenstrom in den Ansaugkrümmer zu erreichen. Abhängig von den jeweiligen Sensoren und der Sensorpositionierung, die verwendet werden, und der jeweiligen Art von AGR-Ventil können die Werte der gezeigten Beziehung schwanken. Die allgemeine Form der Kurven 200, 202 bleibt aber ähnlich.
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3 ist ein Steuerblockdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder Verfahrens zum Steuern von AGR gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Eine Lookup-Tabelle oder ähnliche Vorrichtung 302 wird verwendet, um einen erwünschten AGR-Massenstrom (EM) 304 beruhend auf mindestens einer Motor- und/oder Umgebungsbetriebsbedingung zu ermitteln. In der gezeigten Ausführungsform wird die Lookup-Tabelle 302 verwendet, um einen erwünschten AGR-Massenstrom beruhend auf aktueller Motordrehzahl und Last zu ermitteln. Der erwünschte AGR-Massenstrom (EM) wird dann zusammen mit dem Differenzdruck (oder Deltadruck) verwendet, um eine Soll- oder abgebildete AGR-Ventilstellung 308 aus der Lookup-Tabelle 306 zu ermitteln. Die abgebildete oder Soll-AGR-Ventilstellung (elektrische Spannung) wird durch eine adaptive Ventilstellungskorrektur 310 bei Block 312 angepasst, um eine erwünschte AGR-Ventilstellung (elektrische Spannung) 314 vorzusehen. Die erwünschte/Soll-AGR-Ventilstellung wird einem Rückführungsregler 316 geliefert, der eine Rückführungsregelung im geschlossenen Kreis umsetzt, um das AGR-Ventil zu der erwünschten Ventilstellung 314 zu bewegen.
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In der gezeigten Ausführungsform verwendet das Steuergerät 316 eine Proportional-Integral-Differential-Steuerung (PID) 320, um einen Ventilaktorbefehl 322 zu erzeugen, wobei die tatsächliche Ventilstellung durch den Stellungssensor 324 ermittelt und bei 318 als Rückführung verwendet wird. Das resultierende Befehlssignal 326 wird verwendet, um das AGR-Ventil zu der erwünschten Ventilstellung zu steuern. Auch wenn die gezeigte Ausführungsform ein PID-Steuergerät beruhend auf dem AGR-Stromfehler verwendet, können verschiedene andere Steuerarchitekturen verwendet werden, beispielsweise ein Proportional-Steuergerät oder ein Proportional-Integral-Steuergerät oder verschiedene andere Steuergeräte, die Steuermaßnahmen mit kombinierter Rückführung und Vorwärtsregelung umfassen.
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Die adaptive Steuerung 330 arbeitet nur, wenn die Motor- und/oder Umgebungsbetriebsparameter innerhalb zugeordneter Bereiche liegen, die für adaptives Lernen geeignet sind, d.h. wenn vorbestimmte Voraussetzungen erfüllt sind. Voraussetzungen können Motordrehzahl-, Last- und Temperaturbedingungen umfassen, beispielsweise nur während Betrieb bei hoher Last, mittlerer Motordrehzahl und hohem AGR-Massenstrom über eine vorbestimmte Zeit nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur. Voraussetzungen werden im Allgemeinen gewählt, um repräsentative stabile Betriebsbedingungen vorzusehen, bei denen Ermittlungen von tatsächlichem AGR-Massenstrom genauer sind, und können abhängig von der jeweiligen Anwendung und Umsetzung verschiedene andere Bedingungen umfassen.
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Wenn die Voraussetzungen erfüllt sind, kann ein neuer adaptiver Ventilstellungskorrekturwert 310 ermittelt werden. Während des folgenden Betriebs kann der zuvor ermittelte adaptive Ventilstellungskorrekturwert 310 verwendet werden, um die abgebildete Ventilstellung 308 für aktuelle Betriebsbedingungen anzupassen, unabhängig davon, ob die Voraussetzungen für adaptives Lernen erfüllt sind oder nicht.
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Während des adaptiven Lernmodus wird ein tatsächlicher AGR-Massenstrom 334 durch Messung oder Schätzung unter Verwenden der Lookup-Tabelle 332 beruhend auf dem Differenzdruck über einer Öffnung oder Flussbegrenzung 186 ermittelt. Der tatsächliche Wert variiert abhängig von der jeweiligen Implementierung, wie vorstehend beschrieben wurde. Bei Ausführungsformen mit einer Öffnung 186, die stromaufwärts eines AGR-Ventils 172 positioniert ist, kann der tatsächliche AGR-Massenstrom (EM) 334 gemäß: EM = K * sqrt (Abgasgegendruck - MAP) ermittelt werden, wobei K eine empirisch ermittelte Konstante ist, die beruhend auf Öffnungs- und AGR-Ventilausstoß-Koeffizienten, Rohrgeometrie des AGR-Kanals, Gaskonstante und Temperatur ermittelt wird. Bei Ausführungsformen, die eine stromabwärts eines AGR-Ventils 172 positionierte Öffnung 186 aufweisen, kann der tatsächliche AGR-Massenstrom (EM) 334 gemäß: EM = K * sqrt (Abgasgegendruck - MAP) * MAP ermittelt werden, wobei K eine andere empirisch ermittelte Konstante ist, die beruhend auf den gleichen zuvor beschriebenen Parametern ermittelt wurde. Somit kann der tatsächliche AGR-Massenstrom beruhend auf dem Ansaugkrümmerdruck (Druck stromabwärts) und dem Abgasdruck (Druck stromaufwärts) ermittelt werden.
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Der tatsächliche AGR-Massenstrom (EM) 334 wird mit einem erwünschten AGR-Massenstrom bei 336 verglichen. Die Differenz wird mit dem Delta- oder Differenzdruck verwendet, um auf die Lookup-Tabelle 338 zuzugreifen und den Wert für die Anpassung oder Korrektur 310 der Ventilstellung zu ermitteln oder abzuwandeln.
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In einer Ausführungsform ermittelt eine AGR-Stromüberwachung einen Degradationsfaktor durch Vergleichen der anfänglichen kalibrierten Druckdifferenz (AGR-Massenstrom) für einen vorgegebenen Drehzahl/Last- oder Drehmoment-Betriebspunkt hohen Stroms mit einem aktuellen Wert für den gleichen Betriebspunkt. Ein Degradationsfaktor kann zum Beispiel beruhend auf der bei 336 ermittelten Differenz und/oder beruhend auf der entsprechenden Korrektur 310 der Ventilstellung ermittelt werden. Der Degradationsfaktor kann mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden und ein Diagnosecode kann ausgelöst werden, wenn der Schwellenwert überschritten wird. In einer Ausführungsform stellt der Schwellenwert eine Zunahme von NOx um einen Faktor von 1,5 dar.
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6 veranschaulicht den Betrieb eines Systems oder Verfahrens für die Steuerung und Diagnose von AGR-Massenstrom gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Diagramm von 6 sieht eine repräsentative Steuerstrategie für einen Verbrennungsmotor mit einem AGR-System mit einer Vorrichtung oder Öffnung für minimale Durchflussbegrenzung gemäß der vorliegenden Offenbarung vor. Die Steuerstrategie und/oder Logik, die in 6 gezeigt ist, wird im Allgemeinen als Code gespeichert, der im Steuergerät 12 durch Software und/oder Hardware umgesetzt ist. Der Code kann unter Verwenden einer beliebigen Anzahl bekannter Strategien wie ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen verarbeitet werden. Daher können verschiedene gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Auch wenn dies nicht eigens gezeigt ist, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden können. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hierin beschriebenen Merkmale und Vorteile zu verwirklichen, wird aber der einfachen Veranschaulichung und Beschreibung halber vorgesehen. Vorzugsweise wird die durch das vereinfachte Flussdiagramm von 6 dargestellte Steuerlogik bzw. Code vorrangig in Software umgesetzt, wobei Befehle von einem Fahrzeug-, Motor- und/oder Antriebsstrangsteuergerät auf Mikroprozessorbasis, beispielsweise Steuergerät 12 (1), ausgeführt werden. Natürlich kann die Steuerlogik bei einem oder mehreren Steuergeräten abhängig von der jeweiligen Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination von Software und Hardware umgesetzt werden. Bei Umsetzung in Software ist die Steuerlogik vorzugsweise in einem oder mehreren maschinell lesbaren Speichermedien mit gespeicherten Daten vorgesehen, die Code oder Befehle darstellen, die von einem Computer zum Steuern des Motors ausgeführt werden. Die maschinell lesbaren Speichermedien können eine oder mehrere einer Anzahl bekannter physikalischer Vorrichtungen umfassen, die elektrische, magnetische, optische und/oder Hybridspeicherung nutzen, um ausführbare Befehle und zugeordnete Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen aufzubewahren.
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Ein erwünschter AGR-Massenstrom wird beruhend auf Motor- und/oder Umgebungsbetriebsparametern, beispielsweise Drehzahl/Last, Drehmoment und/oder Temperatur, ermittelt, wie bei 400 dargestellt ist. Der erwünschte AGR-Massenstrom wird verwendet, um eine Grund- oder abgebildete AGR-Ventilstellung zu ermitteln, um den erwünschten oder Soll-AGR-Strom für die aktuellen Betriebsbedingungen unter Verwenden eines gespeicherten Kennfelds oder einer Lookup-Tabelle zu liefern, wie bei 402 dargestellt ist. Die Grundventilstellung wird dann durch einen zuvor ermittelten adaptiven Anpassungs- oder Korrekturwert angepasst, wie bei 404 dargestellt. Die resultierende erwünschte AGR-Ventilstellung (elektrische Spannung) wird dann von einem Stellungsrückführungssteuergerät verwendet, um das AGR-Ventil zu einer Stellung zu bewegen, die sich von der ursprünglich ermittelten Grundstellung unterscheidet, um den Soll-AGR-Massenstrom vorzusehen, wie bei Block 406 dargestellt ist. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass dem AGR-Ventil typischerweise nicht befohlen wird, sich zu der Grundstellung zu bewegen. Vielmehr stellt die Grundstellung eine vorläufige Ermittlung dar, die vor dem Befehl an das Ventil, sich zu bewegen, durch den adaptiven Korrekturwert angepasst wird. Dann wird das Ventil unter Verwenden eines Stellungsrückführungssteuergeräts gesteuert, um den Soll-AGR-Massenstrom vorzusehen, wie bei Block 406 dargestellt ist.
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Wie ebenfalls in 6 veranschaulicht ist, werden Voraussetzungen für den adaptiven Modus bei 408 getestet. Wenn die Voraussetzungen erfüllt sind, kann der Ventilstellungskorrekturwert in einem adaptiven Wertlernmodus ermittelt oder aktualisiert werden. In dem adaptiven Lernmodus wird ein tatsächlicher AGR-Massenstrom bei 410 beruhend auf dem Differenzdruck über der Öffnung ermittelt, wie vorstehend beschrieben wurde. Eine Differenz zwischen dem tatsächlichen AGR-Massenstrom und dem Soll-AGR-Massenstrom wird bei 412 ermittelt. Die Differenz kann in einen entsprechenden AGR-Ventilstellungskorrekturwert (elektrische Spannung) umgewandelt und im Speicher gespeichert werden, so dass sie für anschließende Anpassung der AGR-Ventil-Grundstellung verfügbar ist, wie bei 414 dargestellt ist.
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Eine AGR-Strom-Überwachung 422 kann einen Degradationsfaktor ermitteln, wie bei 416 dargestellt ist, und den Degradationsfaktor bei 418 mit einem entsprechenden Schwellenwert vergleichen. Wenn der Degradationsfaktor den Schwellenwert übersteigt, kann ein Diagnosecode ausgelöst werden, wie bei 420 dargestellt ist. Der Diagnosecode kann im Speicher gespeichert sein, verwendet werden, um einen Fahrer zu warnen, und/oder verwendet werden, um eine zugeordnete alternative oder behebende Steuerstrategie umzusetzen. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die AGR-Überwachungsfunktion 422 unabhängig davon arbeiten kann, ob Voraussetzungen erfüllt sind, was bei 408 ermittelt wird, wobei die Darstellung von 6 lediglich der Zweckdienlichkeit halber vorgesehen ist. Weiterhin kann die AGR-Strom-Überwachung 422 abhängig von der jeweiligen Anwendung und Umsetzung während des adaptiven Lernmodus und einen gewissen Zeitraum lang danach sogar ausgesetzt werden.
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Wie die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen, sieht die vorliegende Offenbarung eine AGR-Strom-Steuerung mit verschiedenen Vorteilen vor. Die AGR-Strom-Steuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann vorrangig in Steuerlogik oder Software umgesetzt sein, wobei durch eine AGR-Ventildichtung eine Öffnung vorgesehen ist, die an bestehenden Systemen angebracht werden kann. Eine AGR-Strom-Überwachung gemäß der vorliegenden Offenbarung detektiert Stromdegradation und verringert das Vorkommen von Diagnosecodes in Verbindung mit außerhalb des Bereichs liegenden Stellungssensoren.
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Während eine oder mehrere Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche veranschaulichen und beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Worte beschreibende statt einschränkende Worte und es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Während verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik bezüglich einer oder mehreren erwünschten Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben wurden, wird einem Fachmann bewusst sein, dass auf ein oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften verzichtet werden kann, um die erwünschten Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängen können. Diese Attribute umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktgängigkeit, Erscheinungsbild, Bauraum, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, mühelose Montage etc. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften gegenüber anderen Ausführungsformen als weniger erwünscht beschrieben sind, liegen nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimme Anwendungen wünschenswert sein.
