DE102011052437A1

DE102011052437A1 - Abgas-Steuerverfahren eines Motors

Info

Publication number: DE102011052437A1
Application number: DE102011052437A
Authority: DE
Inventors: Kihoon Nam; Myoungho Sunwoo; Yeongseop Park; Byounggul Oh; Minkwang Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
Current assignee: Hyundai Motor Co; Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2031-08-06
Also published as: KR20120062362A; CN102486126B; DE102011052437B4; KR101241219B1; US20120138027A1; CN102486126A; US8738273B2

Abstract

Ein EGR-System-Steuerverfahren von einem Motor kann aufweisen: Berechnen eines Zielmassenstroms (ṁ degr ) von EGR-Gas, welches eine EGR-Leitung durchströmt, Berechnen einer effektiven Strömungsfläche (EFA) von einem EGR-Ventil, welches an der EGR-Leitung angeordnet ist, Berechnen einer EGR-Strömungssensitivität durch Dividieren des Zielmassenstroms mit der effektiven Strömungsfläche und Steuern einer tatsächlichen Öffnungsrate des EGR-Ventils durch Anwenden der EGR-Strömungssensitivität auf eine Zielöffnungsrate des EGR-Ventils. Folglich wird ein Verstärkungswert gemäß einer effektiven Strömungsfläche des EGR-Ventils und einem Zielmassenstrom des EGR-Gases in Echtzeit variiert, so dass die tatsächliche Öffnungsrate eines EGR-Ventils genau und präzise gesteuert wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2010-0123587 , welche am 6. Dezember 2010 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme für alle Zwecke hierin mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgas-Steuerverfahren eines Motors (Verbrennungsmotor), welches Abgas von einer Abgasleitung zu einer Einlass- bzw. Ansaugleitung rückführt und einen Fluss bzw. einen Strom des rückgeführten Abgases genau steuert.
Beschreibung verwandter Technik
Üblicherweise ist in den meisten Fahrzeugen., welche mit einem Dieselmotor ausgestattet sind, ein Abgas-Rückführungssystem bereitgestellt, um Maßnahmen bezüglich der Abgasregulierungen zu ergreifen.
Das Abgas-Rückführungssystem führt einen Teil des Abgases, welches von einem Motor entweicht bzw. abgegeben wird, zu einer Einlassvorrichtung von einem Zylinder, um die Verbrennungstemperatur des Motors herabzusetzen und NOx davon zu reduzieren.
Ein EGR-Ventil (EGR = Abgasrückführung) und ein EGR-Kühler sind derart angeordnet, dass das EGR-Gas auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt wird und dem Einlasskrümmer zugeführt wird.
Die Drehzahl des Motors sowie die Kraftstoffeinspritzmenge werden angewandt, und das EGR-Ventil wird mittels eines Vorwärtssteuerungsverfahrens gesteuert, um den Strom des EGR-Gases zu steuern, und ein MAF (MAF = Luftmassenmesser) detektiert den Strom des EGR-Gases.
Der Strom des EGR-Gases, welcher bestimmt wird durch die Drehzahl und die Kraftstoffeinspritzmenge des Motors, kann aufgrund verschiedener Faktoren variieren, so dass eine tatsächliche Strömung des EGR-Gases nicht wiedergegeben werden kann, und eine Regelung kann in einem bestimmten Zustand gestört sein.
Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht verstanden werden als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der Fachleuten bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen ein Abgas-Steuerverfahren eines Motors bereit, welches Vorteile hat hinsichtlich einer genauen. Steuerung des Abgasstroms, welcher von einer Abgasleitung zu einer Einlassleitung rückgeführt wird, einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und einer Verbesserung der Abgasqualität.
Ein EGR-System-Steuerverfahren eines Motors kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung aufweisen:
Berechnen eines Zielmassenstroms (ṁ d / egr ) von EGR-Gas, welches eilte EGR-Leitung durchströmt, Berechnen einer Ziel-effektive-Strömungsfläche (EFA) eines EGR-Ventils, welches an der EGR-Leitung angeordnet ist, Berechnen einer EGR-Strömungssensitivität durch Dividieren des EGR-Massenstroms mit der effektiven Strömungsfläche und Steuern einer tatsächlichen Öffnungsrate (bzw. Öffnungsgrad) des EGR-Ventils durch Anwenden der EGR-Strömungssensitivität auf eine Zielöffnungsrate des EGR-Ventils.
Der Zielmassenstrom des EGR-Gases kann anhand der folgenden Formel berechnet werden: ṁ d / egr = ṁ_a – MAF^d
Wobei ṁ d / egr ein Zielmassenstrom des EGR-Gases ist, MAF^d ein Zielmassenstrom der Einlassluft bzw. Ansaugluft ist und ṁ_a ein Massenstrom von Luft ist, welche in einen Zylinder strömt.
Die Ziel-effektive-Strömungsfläche (EFA) kann anhand der folgenden Formel berechnet werden:
Wobei R_exh eine Gaskonstante von Abgas ist, T_exh eine Abgas-Temperatur ist, PR ein vorne/hinten- oder Vorderseite/Hinterseite-Druckverhältnis des EGR-Ventils ist, k ein spezifisches Wärmeverhältnis ist und P_CR ein kritisches Druckverhältnis ist (z. B. ein kritisches Druckverhältnis der Öffnungsströmung).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berechnet ein Abgas-Steuerverfahren eines Motors einen Zielmassenstrom von EGR-Gas, welches eine EGR-Leitung durchströmt, und wendet eine Öffnungsrate des EGR-Ventils an, um hierdurch einen Strom des EGR-Gases genau und schnell zu steuern. Das heißt, ein Verstärkungswert wird gemäß einer effektiven Strömungsfläche des EGR-Ventils und einem Zielmassenstrom des EGR-Gases in Echtzeit variiert, so dass die tatsächliche Öffnungsrate eines EGR-Ventils genau und schnell gesteuert wird.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich sind aus oder im Detail dargelegt sind in der angehängten Zeichnung, welche hierin mit aufgenommen ist, sowie der folgenden detaillierten Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht eines EGR-Systems eines Motors gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Flussdiagramm, welches ein EGR-System-Steuerverfahren von einem Motor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 zeigt Steuerfaktoren in einem EGR-System-Steuerverfahren eines Motors gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Graph, der einen Effekt des EGR-System-Steuerverfahrens eines Motors gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird im Detail auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von der Beispiele in der angehängten Zeichnung gezeigt und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschrieben wird, sollte es verständlich sein, dass die Beschreibung nicht dazu dient, die Erfindung auf diese als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die als Beispiel dienenden Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche von dem Geist und dem Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert wird, umfasst sein können.
1 ist eine schematische Ansicht eines EGR-Systems von einem Motor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 1 weist ein EGR-System von einem Motor einen Motor 100, eine Abgasleitung 120, einen Katalysator 110, eine Einlassleitung bzw. Ansaugleitung 160, eine EGR-Leitung 140, ein EGR-Ventil 130, einen EGR-Kühler 150 sowie einen Steuerabschnitt 170 auf.
Ferner weist das EGR-System einen Druckdifferenzsensor auf, welcher eine Druckdifferenz zwischen einer Vorderseite und einer Hinterseite von dem EGR-Ventil 130 detektiert, sowie einen EGR-Fluss/Strom-Detektionsabschnitt, welcher einen Fluss/Strom von EGR-Gas detektiert, welches die EGR-Leitung 140 durchströmt, und einen Einlassluft-Fluss/Strom-Detektionsabschnitt, welcher einen Fluss/Strom von Einlassluft detektiert, welche die Einlassleitung 160 durchströmt.
Das Abgas, welches von dem Motor 100 erzeugt wird, wird an die Umgebung abgegeben, Schadstoffe davon werden durch den Katalysator 110 reduziert, und ein Teil des Abgases wird zu der Einlassleitung 160 rückgeführt.
Der Steuerabschnitt 170 steuert die Öffnungsrate (bzw. den Öffnungsgrad) des EGR-Ventils 130, um das EGR-Gas, welches die EGR-Leitung 140 durchströmt, genau zu steuern.
Mit Bezug auf 2 und 3 wird im Folgenden ein Verfahren zum Steuern einer Öffnungsrate eines EGR-Ventils beschrieben.
2 ist ein Flussdiagramm, welches ein EGR-System-Steuerverfahren eines Motors gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt, und 3 zeigt Steuerfaktoren in einem EGR-System-Steuerverfahren eines Motors gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 2 detektiert der Steuerabschnitt 170 einen Einlassdruck bzw. Ansaugdruck (P_int), eine Einlasslufttemperatur bzw. Ansauglufttemperatur (T_int), eine Drehzahl (RPM), einen Abgasdruck (P_exh) sowie eine Abgastemperatur (T_exh), und führt das
-Modell durch. Hierbei bezeichnet Ziel-MAF einen Ziel-Einlassluftstrom.
Mit Bezug auf 3 bezeichnet der Ziel-EGR-Massenstrom einen Zielmassenstrom des EGR-Abgases, welches die EGR-Leitung 140 durchströmt, und ṁ d / egr wird berechnet anhand eines Einlassluft-Massenstroms (MAF^d) sowie eines Luftmassenstroms, welcher in einen Zylinder einströmt (ṁ_a).
Insbesondere wird ein Ziel-EGR-Massenstrom des EGR-Gases anhand der folgenden Formel berechnet: (ṁ d / egr) = ṁ_a – MAF^d Formel 1
ṁ_a ist hierbei
wobei η_v, eine volumetrische Effektivität (bzw. ein volumetrischer Wirkungsgrad oder Füllungsgrad) eines Zylinders ist, ρ_int eine Dichte der Ansaugluft/Einlassluft ist, V_d ein Hubvolumen eines Zylinders ist, N eine Motordrehzahl ist,
R ist eine Gaskonstante und T_int ist eine Temperatur der Ansaugluft.
Mit Bezug auf 2 detektiert der Steuerabschnitt 170 einen Einlassdruck (P_int), eine Einlassluft-Temperatur (T_int) und eine Motordrehzahl (RPM) als einen Fahrzustand, und führt das
-Modell durch.
Mit Bezug auf 3 wird die Ziel-EFA (EFA^d) anhand eines Ziel-EGR-Massenstroms ṁ d / egr berechnet.
Insbesandere wird das EGR-Fluss/Strom-Modell verwendet, um eine Ziel-effektive-Strömungsfläche (EFA) des EGR-Ventils 130 anhand der folgenden Formel zu berechnen:
Hierbei ist R_exh eine Gaskonstante von Abgas, T_exh eine Temperatur von Abgas, PR ein Vorderseite/Hinterseite-Druckverhältnis des EGR-Ventils 130, k ein spezifisches Wärmeverhältnis, P_CR ein kritisches Druckverhältnis (z. B. der Öffnungsströmung), und die Abgastemperatur und der Vorderseite/Hinterseite-Druck des EGR-Ventils 130 werden mittels eines Druckdifferenzsensors und eines Temperatursensors detektiert.
Mit Bezug auf 2 wird eine Zielöffnungsrate (FF Ventilhub) bzw. ein Zielöffnungsgrad des EGR-Ventils 130 anhand der folgenden Formel berechnet: EGR-Ventilhub = P₁ + P₂·FFA^d + P₃·(EFA^d)² + P₄·(EFA^d)³ Formel 3
Hier ist die Formel 3 eine Kurvenanpassungs- bzw. Kurvenannäherungs-Formel, welche erzeugt wird mit einem Graphen, der anhand von experimentellen Daten gezeichnet wird, der EGR-Ventilhub bezeichnet eine Ziel-Ventilöffnungsrate des EGR-Ventils 130, P₁, P₂, P₃ und P₄ sind Konstanten, und EFA^d bezeichnet eine Ziel-effektive-Strömungsfläche. Ferner kann die Kurvenannäherungs-Formel gemäß einer Designspezifikation des Ventils variiert werden.
Eine Ziel-Ventilöffnungsrate des EGR-Ventils 130, welche anhand der Formel 3 berechnet wird, wird als ein Zielwert einer Vorwärtssteuerung (Feed forward control Vorwärtssteuerung) gesetzt, um eine Öffnung des EGR-Ventils 130 in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu steuern.
In der 2 zeigt der FF Ventilhub an, dass eine Ventilöffnung (Ventilhub) anhand eines Vorwartssteuerungsverfahrens variiert wird.
In der 2 führt der Steuerabschnitt ein Modell
(EGR-Strömungssensitivität-Modell) durch, um für die Steuerung eine Steuerverstärkung zu berechnen, verwendet einen linearen Regler bzw. eine lineare Steuerung, um eine Ventilöffnung (EGR-Ventilhub) zu kompensieren, und gibt ein Öffnungssignal (tatsachliche EGR-Ventil-Öffnungssignal-Ausgabe) zum öffnen des EGR-Ventils 130 in dem Modell
gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus.
Folglich wird in dem Modell
ein Verfahren zum Berechnen einer EGR-Gas-Strömungssensitivität beschrieben.
Mit Bezug auf 3 wird die EGR-Gas-Strömungssensitivität berechnet durch Dividieren eines Zielmassenstroms (ṁ d / egr ) des EGR-Gases mit einer bzw. durch eine effektive Strömungsfläche (EFA) des EGR-Ventils 130.
Die EGR-Gas-Strömungssensitivität wird anhand der folgenden Formel berechnet: Formel 4
Üblicherweise, wenn eine Steuerverstärkung größer ist, kann ein tatsächlicher Steuerfaktor (eine Öffnungsrate des EGR-Ventils in verschiedenen Ausführungsformen) erhöht werden oder entlang einer vorbestimmten Frequenz variiert werden, und wenn eine Steuerverstärkung klein ist, gibt es ein Problem, dass die Reaktionsgeschwindigkeit einer Steuerung/Regelung langsam wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine Sensitivität (Verstärkungswert) in Echtzeit gemäß einem Massenstrom des EGR-Gases und einer Ziel-effektive-Strömungsfläche des EGR-Ventils variiert, so dass eine tatsächliche Öffnungsrate (bzw. Öffnungsgrad) des EGR-Ventils 130 genau und schnell gesteuert wird.
Folglich, in einem Fall, in dem eine Sensitivität für einen Massenstrom des EGR-Gases hoch ist, wird ein Verstärkungswert kleiner, und in einem Fall, in dem eine Sensitivität in einem niedrigen Lastzustand oder einer niedrigen RPM niedrig ist, wird ein Verstärkungswert größer, so dass die Öffnungsrate des EGR-Ventils 130 nicht übermäßig größer ist oder eine Reaktionsgeschwindigkeit in Echtzeit nicht verschlechtert ist.
4 ist ein Graph, welcher einen Effekt des EGR-System-Steuerverfahrens eines Motors gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 4 bezeichnet die horizontale Achse die Zeit, und die vertikale Achse bezeichnet eine Fehlerrate und einen Massenstrom (MAF: Massen-Luft-Strom) der Einlassleitung 160.
Ref bezeichnet einen Referenzwert des Einlass-Massenstroms, Meas. bezeichnet einen gemessenen Massenstrom des Einlassstroms, wobei der gemessene Wert dem Bezugswert gut folgt. Ferner ist gezeigt, dass die Fehlerrate in fast allen Flächen in dem Bereich von 10 bis 20% ist.
Zur leichteren Beschreibung und genauen Definition in den angehängten Ansprüchen werden die Ausdrücke vorne oder hinten etc. verwendet, um Merkmale der als Beispiel dienenden Ausführungsformen mit Bezug auf deren Position in den Figuren zu beschreiben.
Die vorhergehende Beschreibung von spezifischen als Beispiel dienenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde präsentiert zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder dazu dienen, die Erfindung auf die offenbarten genauen Formen zu beschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die als Beispiel dienenden Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um hierdurch Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene als Beispiel dienende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hierin angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 10-2010-0123587 [0001]

Claims

Ein EGR-System-Steuerverfahren von einem Motor, wobei das Verfahren aufweist: Berechnen eines Zielmassenstroms (ṁ d / egr ) von EGR-Gas, welches durch eine EGR-Leitung strömt, Berechnen einer Ziel-effektive-Strömungsfläche (EFA) von einem EGR-Ventil, welches in der EGR-Leitung angeordnet ist, Berechnen einer EGR-Strömungssensitivität durch Dividieren des Zielmassenstroms durch die effektive Strömungsfläche, und Steuern einer tatsächlichen Öffnungsrate des EGR-Ventils durch Anwenden der EGR-Strömungssensitivität auf eine Zielöffnungsrate des EGR-Ventils.
Das EGR-System-Steuerverfahren nach Anspruch 1, wobei der Zielmassenstrom des EGR-Gases berechnet ward anhand von: ṁ d / egr = ṁ_a – MAF^d wobei ṁ d / egr der Zielmassenstrom des EGR-Gases ist, MAF^d ein gemessener Massenstrom von Ansaugluft ist und ṁ_a ein Massenstrom von Luft ist, welche in einen Zylinder einströmt.
Das EGR-System-Steuerverfahren nach Anspruch 1, wobei die Ziel-effektive-Strömungsfläche (EFA) berechnet wird anhand von:
wobei R_exh eine Gaskonstante von Abgas ist, T_exh eine Abgas-Temperatur ist, PR ein vorne/hinten-Druckverhältnis des EGR-Ventils ist, k ein spezifisches Wärmeverhältnis ist, und P_CR ein kritisches Druckverhältnis ist.
Das EGR-System-Steuerverfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Festsetzen einer Steuerverstärkung unter Verwendung der EGR-Strömungssensitivität.
Ein EGR-System-Steuersystem eines Motors, aufweisend: eine EGR-Leitung, welche Abgas von einer Abgasleitung zu einer Einlassleitung leitet, ein EGR-Ventil, welches an der EGR-Leitung angeordnet ist, um das EGR-Gas zu steuern, und eine ECU, welche das EGR-Ventil steuert, wobei die ECU durchführt: Berechnen eines Zielmassenstroms (ṁ d / egr ) von EGR-Gas, welches eine EGR-Leitung durchströmt, Berechnen einer Ziel-effektive-Strömungsfläche (EFA) eines EGR-Ventils, welches an der EGR-Leitung angeordnet ist, Berechnen einer EGR-Strömungssensitivität durch Dividieren des Massenstroms von EGR-Gas mit der effektiven Strömungsfläche und Steuern einer tatsächlichen Öffnungsrate des EGR-Ventils durch Anwenden der EGR-Strömungssensitivität auf eine zielöffnungsrate des EGR-Ventils.
Das EGR-System-Steuersystem nach Anspruch 5, wobei der Massenstrom von EGR-Gas berechnet wird anhand von ṁ d / egr = ṁ_a – MAF^d wobei ṁ d / egr der Zielmassenstrom des EGR-Gases ist, MAF^d ein gemessener Massenstrom von Einlassluft ist und ṁ_a ein Massenstrom von Luft ist, welche in einen Zylinder strömt.
Das EGR-System-Steuersystem nach Anspruch 5, wobei die effektive Strömungsfläche (EFA) berechnet wird anhand vorn
wobei R_exh eine Gaskonstante von Abgas ist, T_exh eine Abgas-Temperatur ist, PR ein vorne/hinten-Druckverhältnis des EGR-Ventils ist, k ein spezifisches Wärmeverhältnis ist und P_CR ein kritisches Druckverhältnis ist.