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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft die Steuerung eines Verbrennungsmotors.
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HINTERGRUND
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Die Angaben in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen bezogen auf die vorliegende Offenbarung dar. Dementsprechend sollen solche Angaben keine Berechtigung als Stand der Technik darstellen.
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Ein Motor kann ein Aufladungssystem aufweisen, das eine Turbolader- oder eine Turbokompressoreinrichtung umfasst, um aufgeladene Einlassluft an den Motor zu liefern, wodurch die Leistung des Motors verbessert wird. Die Aufladungseinrichtung komprimiert die Einlassluft oder Frischluftströmung, und in dem Prozess des Komprimierens der Luft wird die Temperatur der Einlassluft ebenso erhöht. Die erhöhte Temperatur der Einlassluft, die aus der Aufladungseinrichtung austritt, weist eine geringere Dichte als die Luft bei Umgebungstemperaturen auf. Eine Ladeluft-Kühlereinrichtung ist ein Wärmetauscher, der zum Kühlen der unter Druck stehenden Einlassluft verwendet wird, wodurch die Dichte der Einlassluft erhöht wird.
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Ein Abgasrückführungskreislauf (AGR-Kreislauf) wird verwendet, um eine AGR-Strömung, die an Sauerstoff verarmt ist, an einen Einlasskrümmer zu liefern, wobei die Einlassluftströmung und die AGR-Strömung gemischt werden, um eine Einlassladungsströmung zur Verbrennung in den Zylindern des Motors zu erzeugen. Der AGR-Kreislauf kann einen AGR-Kühler umfassen, einen Wärmetauscher, der zum Verringern der Temperatur der AGR-Strömung verwendet wird.
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Der Betrieb des Motors hängt von den Eigenschaften der Einlassladungsströmung ab. Das Steuern der Temperatur der Einlassluftströmung, der AGR-Strömung und der Einlassladungsströmung ist wichtig, um den Motor effektiv und effizient zu steuern. Die Temperatur einer Gasströmung kann durch Temperatursensoren gemessen werden, die in der Technik bekannt sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Motor weist einen Einlasskrümmer auf, der eine Einlassluftströmung und eine Abgasrückführungsströmung mischt, um eine Einlassladungsströmung zu liefern. Ein Verfahren zum Schätzen einer Einlassladungstemperatur der Einlassladung umfasst, dass Systembedingungen für den Motor überwacht werden, dass eine Auswirkung des Mischens auf einen spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf den überwachten Systembedingungen ermittelt wird, dass eine Einlassladungstemperatur basierend auf der Auswirkung des Mischens auf den spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung und basierend auf den überwachten Systembedingungen geschätzt wird und dass der Motor basierend auf der geschätzten Einlassladungstemperatur gesteuert wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
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1 einen beispielhaften Verbrennungsmotor, ein beispielhaftes Steuermodul und ein beispielhaftes Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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2 eine beispielhafte Motorkonfiguration, die einen Turbolader aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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3 beispielhafte Werte der spezifischen Wärme für eine Luftströmung und ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftgemisch bei konstantem Volumen über einen Bereich von Temperaturen gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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4 Werte eines Verhältnisses von cpa zu cpc über einen Bereich von AGR-Prozentwerten gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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5 beispielhafte Ergebnisse einer Tc-Schätzung im Vergleich zu entsprechenden gemessenen Tc-Werten in einer Testkonfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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6 beispielhafte Ergebnisse einer Tc-Schätzung über eine Zeitdauer, in der ein AGR-Ventil offen ist, und über Zeitdauern, in denen das AGR-Ventil geschlossen ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
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7 einen beispielhaften Prozess gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, mit dem Tc geschätzt und zur Steuerung eines Motors verwendet werden kann.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, stellt 1 einen beispielhaften Verbrennungsmotor 10, ein beispielhaftes Steuermodul 5 und ein beispielhaftes Abgasnachbehandlungssystem 65 dar. Der beispielhafte Motor umfasst einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung, der Hubkolben 22 aufweist, die an einer Kurbelwelle 24 angebracht und in Zylindern 20 bewegbar sind, die Verbrennungskammern 34 mit variablem Volumen definieren. Die Kurbelwelle 24 ist funktional mit einem Fahrzeuggetriebe und einem Endantrieb verbunden, um in Ansprechen auf eine Drehmomentanforderung TO_REQ eines Bedieners ein Traktionsdrehmoment an diesen zu liefern. Der Motor verwendet vorzugsweise einen Viertaktbetrieb, bei dem jeder Motorverbrennungszyklus 720 Grad einer Winkeldrehung der Kurbelwelle 24 umfasst, welche in vier Stufen mit 180 Grad unterteilt werden (Einlass-Kompression-Expansion-Auslass), welche die Hubbewegung des Kolbens 22 in dem Motorzylinder 20 beschreiben. Ein Targetrad 26 mit mehreren Zähnen ist an der Kurbelwelle angebracht und dreht sich mit dieser. Der Motor weist Sensoren zum Überwachen des Motorbetriebs und Aktuatoren auf, die den Motorbetrieb steuern. Die Sensoren und Aktuatoren sind signaltechnisch oder funktional mit dem Steuermodul 5 verbunden.
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Der Motor ist vorzugsweise ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der eine Verbrennungskammer mit variablem Volumen aufweist, die durch die Hubbewegung des Kolbens in dem Zylinder zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt sowie durch einen Zylinderkopf definiert ist, der ein Einlassventil und ein Auslassventil aufweist. Der Kolben führt eine Hubbewegung in sich wiederholenden Zyklen aus, wobei jeder Zyklus einen Einlass-, einen Kompressions-, einen Expansions- und einen Auslasstakt aufweist.
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Der Motor weist vorzugsweise ein Luft/Kraftstoff-Betriebsregime auf, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist. Ein Fachmann wird verstehen, dass Aspekte der Offenbarung auf andere Motorkonfigurationen anwendbar sind, die hauptsächlich überstöchiometrisch betrieben werden, z. B. Motoren mit Funkenzündung und magerer Verbrennung. Während des normalen Betriebs des Kompressionszündungsmotors tritt ein Verbrennungsereignis während jedes Motorzyklus auf, wenn eine Kraftstoffladung in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, um mit der Einlassluft oder der Einlassladungsströmung die Zylinderladung zu bilden. Die Ladung wird anschließend während des Kompressionstakts durch die Wirkung der Kompression auf diese verbrannt.
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Der Motor ist ausgebildet, um über einen breiten Bereich von Temperaturen, der Zylinderladung (Kraftstoff und Einlassluftströmung, welche die Luft und manchmal die AGR umfasst) und Einspritzungsereignissen zu arbeiten. Die hierin beschriebenen Verfahren sind speziell für den Betrieb bei Motoren mit Kompressionszündung und Direkteinspritzung geeignet, die überstöchiometrisch arbeiten, um Bedingungen zu ermitteln, die mit der Wärmefreigabe in jeder der Verbrennungskammern während des laufenden Betriebs korrelieren. Die Verfahren sind ferner auf andere Motorkonfigurationen anwendbar, einschließlich von Motoren mit Funkenzündung, die solche umfassen, die zur Verwendung von Strategien mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Strategien) ausgebildet sind. Die Verfahren sind auf Systeme anwendbar, die Kraftstoffeinspritzungsereignisse mit mehreren Pulsen pro Zylinder pro Motorzyklus verwenden, beispielsweise auf ein System, das eine Piloteinspritzung zur Kraftstoffreformierung, ein Haupt-Einspritzungsereignis für die Motorleistung und, wo dies anwendbar ist, ein Kraftstoffeinspritzungsereignis nach der Verbrennung für ein Nachbehandlungsmanagement verwendet, von welchen jede Einspritzung den Zylinderdruck beeinflusst.
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Sensoren sind an oder in der Nähe des Motors installiert, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor- und Umgebungsbedingungen korrelierbar sind. Die Sensoren umfassen einen Kurbelwellen-Rotationssensor, der einen Kurbelsensor 44 zum Überwachen einer Kurbelwellendrehzahl (d. h. Motordrehzahl) (RPM) umfasst, indem Kanten an den Zähnen des Targetrads 26 mit mehreren Zähnen detektiert werden. Der Kurbelsensor ist bekannt, und er kann beispielsweise einen Halleffektsensor, einen induktiven Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor umfassen. Die Signalausgabe von dem Kurbelsensor 44 wird in das Steuermodul 5 eingegeben. Ein Verbrennungsdrucksensor 30 ist ausgebildet, um einen Zylinderinnendruck (COMB_PR) zu überwachen. Der Verbrennungsdrucksensor 30 ist vorzugsweise nicht eingreifend und umfasst einen Kraftaufnehmer mit einem ringförmigen Querschnitt, der ausgebildet ist, um in dem Zylinderkopf an einer Öffnung für eine Glühkerze 28 installiert zu werden. Der Verbrennungsdrucksensor 30 ist in Verbindung mit Glühkerze 28 installiert, wobei der Verbrennungsdruck mechanisch durch Glühkerze 28 hindurch zu dem Drucksensor 30 übertragen wird. Das Ausgangssignal COMB_PR des Drucksensors 30 ist dem Zylinderdruck proportional. Der Drucksensor 30 umfasst eine Piezokeramik oder eine andere Einrichtung, die als solcher ausgebildet werden kann. Andere Sensoren umfassen vorzugsweise einen Krümmerdrucksensor zum Überwachen eines Krümmerdrucks (MAP) und eines barometrischen Umgebungsdrucks (BARO), einen Luftmassenströmungssensor zum Überwachen einer Einlass-Luftmassenströmung (MAF) sowie einen Kühlmittelsensor 35, der eine Motorkühlmitteltemperatur (COOLANT) überwacht. Die Sensoren können zusätzlich die Einlasslufttemperatur (Tin), die AGR-Temperatur beim Eintritt in den Einlasskrümmer (Tegr) und die Temperatur der Einlassladungsströmung in dem Einlasskrümmer (Tc) umfassen, die in die Zylinder strömt. Das System kann einen Abgassensor zum Überwachen von Zuständen einer oder mehrerer Abgasbedingungen umfassen, z. B. der Temperatur, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und der Zusammensetzungen. Ein Fachmann versteht, dass andere Sensoren und Verfahren zu Zwecken der Steuerung und Diagnose vorhanden sein können. Die Bedienereingabe wird typischerweise in der Form einer Drehmomentanforderung TO_REQ des Bedieners durch ein Gaspedal und ein Bremspedal erhalten, neben anderen Einrichtungen. Der Motor ist vorzugsweise mit anderen Sensoren zum Überwachen des Betriebs und zu Zwecken der Systemsteuerung ausgestattet. Jeder der Sensoren ist signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden, um Signalinformationen zu liefern, die durch das Steuermodul in Informationen umgewandelt werden, die für die entsprechende überwachte Bedingung repräsentativ sind. Es versteht sich, dass diese Konfiguration zur Darstellung dient und nicht einschränkend ist, was umfasst, dass die verschiedenen Sensoren durch funktional äquivalente Einrichtungen ersetzbar sind.
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Die Aktuatoren sind an dem Motor installiert und werden durch das Steuermodul 5 in Ansprechen auf Bedienereingaben gesteuert, um verschiedene Leistungsziele zu erreichen. Die Aktuatoren umfassen ein elektronisch gesteuertes Drosselventil, das eine Drosselöffnung in Ansprechen auf ein Steuersignal (ETC) steuert, und mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12, um Kraftstoff in Ansprechen auf ein Steuersignal (INJ_PW) in jede der Verbrennungskammern direkt einzuspritzen, wobei alle von diesen in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung TO_REQ des Bedieners gesteuert werden. Ein AGR-Ventil 32 und ein Kühler steuern die Strömung eines extern zurückgeführten AGR-Gases zu dem Motoreinlass in Ansprechen auf ein AGR-Steuersignal von dem Steuermodul. Eine Glühkerze 28 ist in jeder Verbrennungskammer installiert und zur Verwendung mit dem Verbrennungsdrucksensor 30 ausgebildet. Zusätzlich kann bei einigen Ausführungsformen ein Aufladungssystem verwendet werden, das Ladeluft gemäß dem gewünschten Krümmerluftdruck zuführt.
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Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 12 ist eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Kraftstoffladung in Ansprechen auf das Befehlssignal INJ_PW von dem Steuermodul direkt in eine der Verbrennungskammer einzuspritzen. Jede der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 wird mit unter Druck stehendem Kraftstoff aus einem Kraftstoffverteilsystem versorgt und weist Betriebseigenschaften auf, die eine minimale Pulsweite und eine zugeordnete minimale steuerbare Kraftstoffströmungsrate sowie eine maximale Kraftstoffströmungsrate umfassen.
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Der Motor kann mit einem steuerbaren Ventiltrieb ausgestattet sein, der dazu dient, das Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen jedes der Zylinder einzustellen, einschließlich eines oder mehrerer von einem Ventilzeitpunkt, einer Phaseneinstellung (d. h. einer zeitlichen Steuerung relativ zu dem Kurbelwinkel und zur Kolbenposition) und einer Größe eines Hubs der Ventilöffnungen. Ein beispielhaftes System umfasst eine variable Nockenphaseneinstellung, die bei Motoren mit Kompressionszündung, Motoren mit Funkenzündung und Motoren mit homogener Kompressionszündung anwendbar ist.
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Das Steuermodul 5 führt Routinen aus, die in diesem gespeichert sind, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Steuern des Motorbetriebs zu steuern, einschließlich der Drosselposition, der Kraftstoffeinspritzungsmasse und des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts, der AGR-Ventilposition zum Steuern der AGR-Strömung, des Glühkerzenbetriebs und der Steuerung von Zeitpunkten, der Phaseneinstellung und des Hubs von Einlass- und/oder Auslassventilen bei Systemen, die derart ausgestattet sind. Das Steuermodul ist ausgebildet, um Eingangssignale von dem Bediener zu empfangen (z. B. eine Gaspedalposition und eine Bremspedalposition), um TO_REQ zu ermitteln, sowie von den Sensoren, welche die Motordrehzahl (RPM), Tin, die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
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1 stellt einen beispielhaften Dieselmotor dar, die hierin beschriebenen Verfahren können jedoch auf ähnliche Weise bei anderen Motorkonfigurationen verwendet werden, die beispielsweise Motoren, die mit Benzinkraftstoff versorgt werden, Motoren, die mit Ethanol oder E85-Kraftstoff versorgt werden oder ähnliche bekannte Konstruktionen umfassen. Die Offenbarung soll nicht auf die speziellen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein, die hierin beschrieben sind.
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2 stellt eine beispielhafte Motorkonfiguration dar, die einen Turbolader aufweist. Der beispielhafte Motor ist ein Mehrzylindermotor und umfasst eine Vielzahl von Kraftstoffzufuhrtypen und Verbrennungsstrategien, die in der Technik bekannt sind. Die Motorsystemkomponenten umfassen einen Einlassluftkompressor 40, der eine Turbine 46 und einen Luftkompressor 45 umfasst, einen Ladeluftkühler 142, ein AGR-Ventil 132 und einen Kühler 152, einen Einlasskrümmer 50 und einen Auslasskrümmer 60. Umgebungs-Einlassluft wird durch einen Einlass 171 in den Kompressor 45 eingelassen. Eine unter Druck stehende Einlassluft- und AGR-Strömung wird zur Verwendung in dem Motor 10 an den Einlasskrümmer 50 geliefert. Eine Abgasströmung verlässt den Motor 10 durch einen Auslasskrümmer 60, treibt die Turbine 46 an und tritt durch ein Abgasrohr 170 aus. Der dargestellte AGR-Kreislauf ist ein Hochdruck-AGR-System, das unter Druck stehendes Abgas aus dem Auslasskrümmer 60 an den Einlasskrümmer 50 liefert. Eine alternative Konfiguration, ein Niederdruck-AGR-System, kann Abgas mit niedrigem Druck aus dem Abgasrohr 170 an den Einlass 171 liefern. Sensoren sind an dem Motor installiert, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor- und Umgebungsbedingungen korrelierbar sind. Die Sensoren umfassen vorzugsweise einen Umgebungsluft-Drucksensor 112, einen Umgebungs- oder Einlassluft-Temperatursensor 114, der Tin überwacht, und einen Luftmassenströmungssensor 116 (von denen alle einzeln oder als eine einzige integrierte Einrichtung ausgebildet sein können), einen MAP-Sensor 120, einen Abgas-Temperatursensor 124 und einen AGR-Ventilpositionssensor 130. Ein Motordrehzahlsensor 44 überwacht die Drehzahl des Motors. Zusätzlich ist ein Einlassluftströmungs-Temperatursensor 118 angeordnet, um eine Temperatur der Einlassluftströmung (Tcac) zu liefern, nachdem die Einlassluft den Ladeluftkühler 142 verlässt und bevor die Einlassluft in den Einlasskrümmer 50 eintritt, und ein AGR-Temperatursensor 134 ist angeordnet, um Tegr zu liefern, das überwacht wird, nachdem die AGR-Strömung aus dem AGR-Kühler 152 austritt und bevor die AGR-Strömung in den Einlasskrümmer 50 eintritt.
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Jeder der Sensoren ist signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden, um Signalinformationen zu liefern, die durch das Steuermodul 5 in Informationen umgeformt werden, die für den entsprechenden überwachten Zustand repräsentativ sind. Es versteht sich, dass diese Konfiguration zur Darstellung und nicht zur Einschränkung dient, was umfasst, dass die verschiedenen Sensoren durch funktional äquivalente Einrichtungen ersetzbar sind, die weiterhin in den Umfang der Offenbarung fallen. Ferner kann der Einlassluftkompressor 40 innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung alternative Turbolader- oder Turbokompressor-Konfigurationen aufweisen, die in der Technik bekannt sind.
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Eine genaue Messung von Tc kann die Motorleistung, die Kraftstoffeffizienz und die Emissionen verbessern. Eine Leistungsschwankung oder eine Fehlfunktion entweder des Ladeluftkühlers oder des AGR-Kühlers kann unerwartete Veränderungen in Tc bewirken. Ein überwachter oder ermittelter Wert von Tc kann zum Steuern des Motorbetriebs verwendet werden, um eine beliebige Schwankung zwischen einem gewünschten Tc und einem tatsächlichen Tc zu kompensieren. Tc kann direkt durch einen Sensor überwacht werden, Sensoren sind jedoch teuer und erzeugen zusätzliche Installations- und Wartungsprobleme.
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Jede der Strömungen, die in den Einlasskrümmer eintreten und diesen verlassen, die Einlassluftströmung, die AGR-Strömung und die Einlassladungsströmung, weisen unterschiedliche thermische Eigenschaften auf. Insbesondere weist jede Strömung unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der spezifischen Wärme auf. Verfahren zum Schätzen von Tc umfassen Ungenauigkeiten, die durch das Mischen der Einlassluftströmung und der AGR-Strömung in den Krümmer und durch die Auswirkungen der thermischen Eigenschaften der gemischten Gase bedingt sind. Ein Verfahren zum Schätzen einer Auswirkung oder zum Korrigieren der Auswirkungen der thermischen Eigenschaften umfasst, dass eine Auswirkung des Mischens in dem Einlasskrümmer auf die thermischen Eigenschaften, insbesondere auf die spezifische Wärme, der resultierenden Einlassladungsströmung ermittelt wird, die aus dem Einlasskrümmer zu den Zylindern des Motors strömt (gemessen anhand eines spezifischen Wärmekoeffizienten cpc). Da die Einlassladungsströmung das Gemisch der Einlassluftströmung und der AGR-Strömung umfasst, ist eine Ermittlung der Auswirkung, die das Gemisch auf die spezifische Wärme der Einlassluftströmung hat, eine Möglichkeit zum Korrigieren der Auswirkungen des Mischens der Gase. cpc kann direkt ermittelt werden, es kann jedoch rechentechnisch schwierig zu ermitteln sein. Ein Verfahren zum Ermitteln einer Auswirkung von cpc auf die Einlassladungsströmung umfasst, dass ein Verhältnis der spezifischen Wärme der Einlassluftströmung, die in den Einlasskrümmer eintritt, (gemessen anhand eines spezifischen Wärmekoeffizienten cpa) zu cpc ermittelt wird. Indem ein Verhältnis von cpa zu cpc anstelle eines Absolutwerts von cpc zum Schätzen von Tc verwendet wird, kann ein Ausmaß, um das die thermischen Eigenschaften der Einlassluftströmung in dem Mischprozess verändert werden, anstelle einer schwierigeren Ermittlung des Absolutwerts der thermischen Eigenschaften evaluiert werden. Es wird ein Verfahren zum Schätzen einer Temperatur einer Einlassladungsströmung in einem Einlasskrümmer eines Motors offenbart, das eine Korrektur der thermischen Eigenschaften von Gasen in dem Einlasskrümmer umfasst und die geschätzte Temperatur verwendet, um den Motor zu steuern. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass Systembedingungen für den Motor überwacht werden, dass eine Auswirkung des Mischens auf einen spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung basierend auf den überwachten Systembedingungen ermittelt wird, dass die geschätzte Einlassladungstemperatur basierend auf der Auswirkung des Mischens auf einen spezifischen Wärmekoeffizienten der Einlassladungsströmung und basierend auf den überwachten Systembedingungen ermittelt wird und dass der Motor basierend auf der geschätzten Einlassladungstemperatur gesteuert wird.
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Gemäß einem Verfahren zum Analysieren eines Einlasskrümmers kann der Krümmer als ein Behälter mit einem festen Volumen modelliert werden, der zwei Eingänge, einen für die Einlassluftströmung (Wa) und einen für die AGR-Strömung (Wegr), und einen Ausgang aufweist, über den die Einlassladungsströmung oder die gesamte Ladungsströmung (Wc) aus dem Krümmer in die Zylinder austritt. Wc kann anhand von Beziehungen, die in der Technik bekannt sind, gemäß der folgenden Beziehung beschrieben werden.
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ηv ist eine volumetrische Effizienz für den Motor. D ist ein Zylinderhubraumvolumen. P ist der Einlasskrümmerdruck, der beispielsweise durch den MAP-Sensor 120 gemessen wird. N ist die Motordrehzahl. R ist die universelle Gaskonstante. Die Einlasskrümmerdynamik kann basierend auf eine Enthalpiegleichung gemäß der folgenden Beziehung modelliert werden.
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c
pe ist ein spezifischer Wärmekoeffizient für die AGR-Strömung.
umfasst ein Maß von Verlusten in dem Einlasskrümmer, wobei c
vc der spezifische Wärmekoeffizient für die Inhalte des Einlasskrümmers ist, V das Volumen des Einlasskrümmers ist und Q . der Wärmeverlust aus dem Einlasskrümmer ist. dP/dt ist eine Ableitung des Einlasskrümmerdrucks, beispielsweise eines Krümmerabsolutdruck-Sensormesswerts, bezüglich der Zeit. Unter der Annahme eines Massengleichgewichts, das durch die folgende Beziehung ausgedrückt wird
Wc = We + Wa [3] kann eine Schätzung für T
c gemäß der vorliegenden Beziehung ausgeführt werden.
wobei f
A ein Luftanteil ist, der durch das Folgende angegeben wird.
γ ist ein Verhältnis der spezifischen Wärme, das in der Technik bekannt ist.
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Spezifische Wärmekoeffizienten, insbesondere cpc, beeinflussen die Genauigkeit der Tc-Schätzung. cpc wird durch eine Anzahl von Faktoren beeinflusst, welche die AGR-Mischung in dem Einlasskrümmer und die Einlassdrosselposition umfassen. Die spezifischen Wärmekoeffizienten cpa und cpe können folgendermaßen angegeben werden: cpa = f(Tcac) [6] cpe = R + Φ·fcvstoic(Tegr) + (1 – Φ)fcvair(Tegr) [7] wobei Φ ein Äquivalenzverhältnis für die Ladung ist. fcvstoic(Tegr) und fcvair(Tegr) sind Funktionen, die das Verhalten der spezifischen Wärmekoeffizienten bei konstantem Volumen für Luft und für eine stöchiometrische Ladung beschreiben. 3 stellt beispielhafte Werte der spezifischen Wärme für eine Luftströmung und ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftgemisch bei konstantem Volumen über einen Bereich von Temperaturen dar. Die horizontale x-Achse stellt die Temperatur in Grad K dar. Die vertikale y-Achse stellt die spezifische Wärme dar. Die Kurve 210 repräsentiert die spezifische Wärme für eine spezielle stöchiometrische Ladung, und die Kurve 200 repräsentiert die spezifische Wärme für Luft. Solche Kurven können anhand von Verfahren, die in der Technik bekannt sind, für einen speziellen Kraftstofftyp ermittelt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein Verhältnis von cpa zu cpc, das zum Ermitteln eines Terms von Gleichung 4 verwendbar ist, für eine bekannte Motorkonfiguration wie folgt modelliert werden.
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EGR% ist ein AGR-Anteil, eine AGR-Ventilposition oder ein Maß der AGR-Strömung (von denen ein beliebiges als Abgasrückführung bezeichnet werden kann), die gegenwärtig in den Einlasskrümmer geleitet wird. Für ein spezielles Φ kann das Verhältnis von cpa zu cpc bei einer speziellen Motorkonfiguration für einen Bereich von AGR-Prozentwerten ermittelt werden. 4 stellt Werte eines Verhältnisses von cpa zu cpc über einen Bereich von AGR-Prozentwerten dar. Die horizontale x-Achse stellt einen Bereich von AGR-Prozentwerten dar, die als ein Anteil von Null bis Eins ausgedrückt werden. Die vertikale y-Achse stellt einen Bereich von Werten des Verhältnisses von cpa zu cpc dar. Die Punkte 260 stellen Datenpunkte dar, die beim Testen einer speziellen Motorkonfiguration erfasst wurden. Die Kurve 250 stellt eine beispielhafte Trendlinie dar, die basierend auf den dargestellten Datenpunkten 260 ermittelt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform kann ermittelt werden, dass eine Motorkonfiguration hauptsächlich durch EGR% beeinflusst wird, sodass nur ein Datensatz erforderlich ist, um das erforderliche Verhältnis zu ermitteln. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Vielzahl von Datensätzen verwendet werden, um ähnliche Kurven für unterschiedliche Φ-Werte zu erzeugen. Eine solche Vielzahl von Kurven kann in mehreren Nachschlagetabellen, in einem 3-dimensionalen Diagramm oder in einem beliebigen anderen ähnlichen Verfahren verwendet werden, um eine Ausgabe basierend auf EGR% und Φ zu liefern. Gemäß einer Ausführungsform kann das Verhältnis von cpe zu cpa anhand von Gleichung 6 und 7 ermittelt werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Verhältnis von cpe zu cpa, das zum Ermitteln eines Terms von Gleichung 4 verwendbar ist, für eine bekannte Motorkonfiguration wie folgt modelliert werden.
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Funktionale Beziehungen für die Verhältnisse der spezifischen Wärme, die in Gleichung 8 und 9 ausgedrückt werden, können basierend auf experimentellen Daten, einer Berechnung, einer Modellierung oder einem beliebigen Verfahren ermittelt werden, das ausreicht, um den Motorbetrieb und die Strömung durch einen Einlasskrümmer zu umfassen, und die funktionalen Beziehungen können in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden, für ein programmiertes Eingabe/Ausgabe-Ansprechen vereinfacht werden, oder sie können ein beliebiges anderes Verfahren sein, das zur Verwendung in einem Fahrzeug in der Technik bekannt ist.
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Basierend auf den genauen Ermittlungen von Werten für die spezifische Wärme durch die hierin offenbarten Gleichungen kann eine genaue Schätzung von Tc ausgeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform können die vorstehenden Gleichungen umgeformt werden, um die nachstehend vorgesehene Gleichung zum Schätzen von Tc auszudrücken, wenn das AGR-Ventil offen ist.
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Ein Wert für cpc kann beispielsweise ermittelt werden, indem ein cpa/cpc Verhältnis gemäß Gleichung 8 ermittelt wird, indem cpa gemäß Gleichung 6 ermittelt wird und indem anschließend nach cpc aufgelöst wird. Die Verwendung von Gleichung 10 kann unter bestimmten Umständen gegenüber der Verwendung von Gleichung 4 bevorzugt sein. Gleichung 4 ermittelt Tc basierend auf Wc. Gemäß Gleichung 1 kann Wc basierend auf Tc ermittelt werden. Die Abhängigkeit von Tc von Wc, wobei Wc von Tc abhängig ist, erzeugt eine rekursive Bedingung, bei der beispielsweise ein Wert von Wc aus einer vorhergehenden Iteration für Tc verwendet werden muss, um eine gegenwärtige Iteration von Tc zu ermitteln. Gleichung 10 ist bestimmend, wobei jeder Term in einer gegenwärtigen Iteration ohne Abhängigkeit eines beliebigen Terms von Tc ermittelt werden kann. Gleichung 10 ist jedoch möglicherweise nicht gültig, wenn sich die AGR-Strömung Null annähert. Gemäß einer Ausführungsform kann Gleichung 10 verwendet werden, ganz gleich, ob das AGR-Ventil geöffnet oder geschlossen ist, und zwar unter der Annahme, dass sich Gleichung 10 zu Tc = Tcac vereinfacht, wenn das AGR-Ventil geschlossen ist, wobei als Übergang ein beliebiges kleines Leck aus dem AGR-Kreislauf oder aus dem Restgemisch in dem Einlasskrümmer vernachlässigt oder ignoriert wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann Gleichung 4 immer dann ausgewählt werden, wenn angewiesen wird, dass ein AGR-Ventil geschlossen werden soll, beispielsweise während eines Motorstarts, oder zu einer geschlossenen Position hin geschlossen wird, und Gleichung 10 kann immer dann ausgewählt werden, wenn bekannt ist, dass das AGR-Ventil offen ist. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Befehl zum Schließen eines AGR-Ventils überwacht werden, und eine Schätzung von Tc kann darauf basieren, ob der Befehl vorliegt oder nicht. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann Gleichung 10 verwendet werden, wenn das AGR-Ventil offen ist, und die nachfolgende Beziehung kann verwendet werden, wenn das AGR-Ventil geschlossen ist: Tc = Tcac + ΔT [11] wobei ΔT eine Temperaturänderung über den Einlasskrümmer ist. Indem überwacht wird, ob ein Befehl für das Abgasrückführungsventil ein Schließen des Abgasrückführungsventils angibt, können die offenbarten Verfahren verwendet werden, um Tc selektiv zu ermitteln.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein Steuermodul sowohl Gleichung 10 als auch Gleichung 11 verwenden und basierend darauf zwischen den Gleichungen auswählen, ob das AGR-Ventil offen oder geschlossen ist. 6 stellt beispielhafte Ergebnisse einer Tc-Schätzung über eine Zeitdauer, in der ein AGR-Ventil offen ist, und über Zeitdauern dar, in denen das AGR-Ventil geschlossen ist. Eine obere Grafik stellt eine Schätzung von Tc über der Zeit dar, und eine untere Grafik stellt eine AGR-Ventilposition über derselben Zeitdauer wie die obere Grafik dar. Die horizontalen x-Achsen beider Grafiken stellen die Zeit in Sekunden dar. Die vertikale y-Achse der unteren Grafik umfasst einen Wert von Null für ein geschlossenes AGR-Ventil und einen Wert von eins für ein offenes AGR-Ventil. Die Kurve 400 stellt dar, dass sich ein AGR-Ventil anfänglich in einem geschlossenen Zustand befindet, in einen offenen Zustand übergeht und anschließend zurück in einen geschlossenen Zustand übergeht. Die y-Achse der oberen Grafik stellt die Temperatur dar. Die Kurve 410 stellt eine Tc-Schätzung dar, die gemäß Gleichung 10 und 11 basierend darauf ermittelt wird, ob das AGR-Ventil geöffnet oder geschlossen ist. In beiden Phasen, in denen das AGR-Ventil geschlossen ist, nähert sich Tc einem relativ niedrigen Wert Tcac an. In der Phase, in der das AGR-Ventil offen ist, nimmt die Temperatur zu und schwankt gemäß einem Einfluss eines relativ gesehen höheren Tegr-Werts, wobei die AGR-Strömung mit der Einlassluftströmung gemischt wird, um die Temperatur der Einlassladungsströmung zu erhöhen.
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5 stellt beispielhafte Ergebnisse einer Tc-Schätzung im Vergleich zu entsprechenden gemessenen Tc-Werten in einer Testkonfiguration dar. Die horizontale x-Achse stellt die Zeit über eine Testzeitdauer dar. Die vertikale y-Achse stellt eine Temperatur von Tc in Kelvin dar. Die Testkonfiguration wird mit einem Satz von Eingaben betrieben, und ein Temperatursensor, der eine Temperatur der Einlassladungsströmung der Testkonfiguration überwacht, misst diese über die dargestellte Testzeitdauer. Daten von dem Temperatursensor sind als Kurve 300 dargestellt. Die Eingaben der Testkonfiguration werden zusätzlich durch ein Modul verarbeitet, das die hierin offenbarten Verfahren zum Schätzen von Tc verwendet. Die Ergebnisse der Tc-Schätzung sind als Kurve 310 dargestellt. Ein Vergleich der Kurven 300 und 310 lässt den Schluss zu, dass die Tc-Schätzung die tatsächliche Temperatur der Einlassladungsströmung der Testkonfiguration eng und genau nachverfolgt.
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Die offenbarten Gleichungen können verwendet werden, um verschiedene Terme zu ermitteln. Beispielsweise wird Gleichung 4 offenbart, um eine Schätzung von Tc zu ermitteln. Wenn eine Schätzung oder ein Wert für Wc benötigt wird, kann Gleichung 4 in einer umgeformten Fassung verwendet werden, um Wc anhand eines zuvor ermittelten Werts von Tc zu ermitteln.
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Wenn beispielsweise ein Wert von cpc erforderlich ist, kann auf ähnliche Weise ein Verhältnis von cpa/cpc in Relation zu Gleichung 10 gemäß Gleichung 8 ermittelt werden, und ein Wert von cpa anhand von Gleichung 6 kann verwendet werden, um einen Wert für cpc zu ermitteln.
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7 stellt einen beispielhaften Prozess dar, durch den T
c geschätzt und zur Steuerung eines Motors verwendet werden kann. Tabelle 1 ist als ein Schlüssel für
7 vorgesehen, wobei die numerisch bezeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt dargelegt sind. Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 510 | Überwache Systembedingungen, einschließlich Φ, Wa, Wc, Tegr, Tcac, Pi, Twall, EGR% |
| 520 | Ermittle das Verhältnis cpe/cpa |
| 530 | Ermittle fA |
| 540 | Ermittle Korrektur und Wärmeübertragungsfaktoren |
| 550 | Ermittle das Verhältnis cpa/cpc |
| 560 | Schätze Tc |
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Der Prozess
500 beginnt bei Block
510. Bei Block
510 werden Systembedingungen, die zum Schätzen von T
c verwendbar sind, überwacht oder ermittelt. Die Systembedingungen können beispielsweise durch einen Temperatur- oder Strömungssensor direkt überwacht werden. Alternativ können die Systembedingungen ermittelt werden, indem Daten, die in dem Fahrzeug verfügbar sind, gemäß in der Technik bekannten Verfahren überwacht werden. Bei Block
520 wird ein Verhältnis c
pe/c
pa beispielsweise gemäß Gleichung 9 basierend auf T
egr, T
cac und Φ ermittelt. Bei Block
530 wird f
A beispielsweise gemäß Gleichung 5 ermittelt. Bei Block
540 werden Korrektur- und Wärmeübertragungsfaktoren, die in Gleichung 2 beispielhaft durch den Ausdruck
dargestellt werden, beispielsweise basierend auf P, T
wall oder der Temperatur einer Wand des Einlasskrümmers, die Q . und W
c beeinflusst, ermittelt. Bei Block
550 wird ein Verhältnis c
pa/c
pc beispielsweise gemäß Gleichung 8 basierend auf EGR% und Φ ermittelt. Bei Block
560 wird T
c gemäß Gleichung 4 basierend auf den überwachten und ermittelten Termen geschätzt.
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Sobald es geschätzt ist, kann Tc zur Steuerung des Motors verwendet werden. Ein gewünschtes Tc oder ein Tc-Wert, der dem beabsichtigten Motorbetrieb entspricht, kann überwacht oder ermittelt und mit dem geschätzten Tc verglichen werden. Wenn das AGR-Ventil geschlossen ist und das geschätzte Tc von dem gewünschten Tc um mehr als ein Schwellenwert abweicht, kann ein Problem ermittelt werden, das die Einlassluftströmung beeinflusst und beispielsweise auf einer Fehlfunktion des Ladeluftkühlers beruht. Wenn das System normalerweise mit akzeptierbaren Tc-Werten arbeitet, wenn das AGR-Ventil geschlossen ist, sich das geschätzte Tc jedoch um mehr als ein Schwellenwert von dem gewünschten Tc unterscheidet, wenn das AGR-Ventil offen ist, dann kann beispielsweise ein Problem ermittelt werden, das die AGR-Strömung beeinflusst und auf einer Fehlfunktion des AGR-Kühlers beruht. Basierend auf einer diagnostizierten Fehlfunktion kann der Betrieb des Motors modifiziert werden, um diese zu kompensieren, und es kann eine geeignete Wartungsanzeige angewiesen werden.
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Das Schätzen von Tc kann in einem Steuermodul gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen in einer einzigen physikalischen Einrichtung oder verteilt über eine Anzahl von physikalischen Einrichtungen ausgeführt werden. Steuermodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine geeignete oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Ausdrücke bedeuten beliebige durch einen Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Routinen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Routinen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle Ausführungsform bzw. die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
γ ist ein Verhältnis der spezifischen Wärme, das in der Technik bekannt ist.
