DE102015009519A1

DE102015009519A1 - Abgasrückführungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zu deren Betreiben

Info

Publication number: DE102015009519A1
Application number: DE102015009519.6A
Authority: DE
Inventors: Manuel Franz; Felix Rodner; Rui Tang; Simon Schiesser
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit einer Abgasrückführungsvorrichtung mit einer Empfangsschnittstelle (18) zum Empfang von Daten von einem Ansaugluftsensor (2) und von einer Motorsensoreinheit (3), wobei die Daten Information über einen aktuellen Wert wenigstens eines Ansaugluftparameters und über einen aktuellen Wert wenigstens eines Betriebsparameters des Verbrennungsmotors (4) repräsentieren. Die Steuervorrichtung umfasst ferner eine Ausgabeschnittstelle (19) zum Ausgeben von Signalen an eine Motorsteuerungseinheit (20), eine Speichereinheit (9), in welcher Information über eine vordefinierte Abhängigkeit zwischen einem Abgasrückführungsparameter und einem Abgasrückführungssteuerparameter sowie über eine Abhängigkeiten zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und dem Abgasrückführungsparameter hinterlegt ist, sowie eine Auswerteeinheit (8) zum Ermitteln einer Abweichung zwischen dem erfassten aktuellen Wert des Ansaugluftparameters und einem anhand der in der Speichereinheit hinterlegten Information über die Abhängigkeit zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und dem Abgasrückführungsparameter ermittelten aktuellen Schätzwertes des Ansaugluftparameters, um aus der ermittelten Abweichung eine korrigierte Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zu deren Betreiben.
Zur Verbesserung von Abgas- und Verbrauchsergebnissen von Verbrennungsmotoren werden häufig Abgasrückführungssysteme eingesetzt. Dabei wird zwischen sogenannten internen und externen Abgasrückführungssystemen unterschieden. Bei externen Abgasrückführungssystemen wird im Unterschied zu internen Abgasrückführungssystemen mittels einer externen Leitung eine Verbindung zwischen einem Luftauslasskrümmer und einem Lufteinlasskrümmer des Verbrennungsmotors hergestellt. Somit wird das Abgas aus einem Abgastrakt entnommen und über die externe Leitung einem Ansaugtrakt zugeführt, so dass die frische Luft im Ansaugtrakt mit Abgasen aus dem Abgastrakt vermengt wird. Um dabei die Beladung des Verbrennungsmotors, sprich die Masse der frischen Luft, gleich zu halten, muss die Drosselklappe stärker geöffnet werden. Dadurch kommt es zum sogenannten Entdrosselungseffekt mit der damit einhergehenden Verringerung der Drosselungsverluste, was zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs beiträgt.
Die Motorsteuerung steuert die Kontrollparameter eines Motors unter Berücksichtigung der aktuellen Abgasrückflussrate. Um eine präzise Motorsteuerung zu realisieren, wird eine genaue Kenntnis der Abgasrückflussrate benötigt, die unter anderem von einem effektiven Durchflussquerschnitt des Abgasrückführungsventils abhängt. Eine direkte Echtzeiterfassung der Abgasrückflussrate etwa mit einem Sensor ist aufwändig und auch nicht ohne weiteres möglich. Deshalb werden sogenannte Abgasrückflussmodelle herangezogen, um auf die Abgasrückflussrate zurückzuschließen. Dabei werden Kalibrierwerte des Abgasrückflussventils herangezogen, die einen Zusammenhang zwischen dem Durchflussquerschnitt des Ventils und der Durchflussrate herstellen.
Ein aktueller Durchflussquerschnitt kann allerdings – bedingt etwa durch mechanische Toleranzen oder Verschmutzung – erheblich von einem nominellen Durchflussquerschnitt abweichen. Da die Abgasrückflussmodelle sich auf die Nominalwerte des Durchflussquerschnitts beziehen, können die tatsächlichen Abgasrückflussraten ebenfalls erheblich von den anhand der Kalibrierwerte ermittelten Abgasrückflussraten abweichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorhandenen Abgasrückführungssysteme dahingehend zu verbessern, dass ein motorschonender Betrieb bei niedrigem Kraftstoffverbrauch zuverlässig gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, die eine Empfangsschnittstelle zum Empfang von Daten von einem Ansaugluftsensor und von einer Motorsensoreinheit umfasst. Die Daten repräsentieren dabei Information über einen aktuellen Wert wenigstens eines Ansaugluftparameters und über einen aktuellen Wert wenigstens eines Betriebsparameters des Verbrennungsmotors. Ferner umfasst die Steuervorrichtung eine Ausgabeschnittstelle zum Ausgeben von Signalen an eine Motorsteuerungseinheit und eine Speichereinheit, in welcher Information über eine vordefinierte Abhängigkeit zwischen einem Abgasrückführungsparameter und einem Abgasrückführungssteuerparameter sowie über eine Abhängigkeiten zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und dem Abgasrückführungsparameter hinterlegt ist. Die Steuervorrichtung umfasst außerdem eine Auswerteeinheit zum Ermitteln einer Abweichung zwischen dem erfassten aktuellen Wert des Ansaugluftparameters und einem anhand einer in der Speichereinheit hinterlegten Information über eine Abhängigkeit zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und dem Abgasrückführungsparameter ermittelten aktuellen Schätzwertes des Ansaugluftparameters, um aus der ermittelten Abweichung eine korrigierte Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter zu ermitteln. Dabei ist die Steuervorrichtung so ausgebildet, dass die Motorsteuereinheit mit den über die Ausgabeschnittstelle ausgegebenen Signalen angewiesen werden kann, den Motor unter Berücksichtigung der korrigierten Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter anzusteuern.
Die vordefinierte Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter kann beispielsweise eine nominelle Abhängigkeit sein, die im Zuge einer Eichung einer Abgasrückführungsvorrichtung bei einem Neufahrzeug hinterlegt worden ist. Sie kann auch anhand einer Spezifikation eines Abgasrückführungsventils vordefiniert sein.
Durch die Berücksichtigung der korrigierten Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und Abgasrückführungssteuerparameter kann die Abgasrückführungsvorrichtung präzise angesteuert werden. Dies führt unter anderem dazu, dass bei der Ansteuerung keine übermäßig große Sicherheitsmarge einkalkuliert werden muss, was zur Erhöhung der maximalen Abgasrückführungsrate und zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs beiträgt.
Somit wird eine intrusive Korrektur der Abgasrückflussrate aufgrund einer zusätzlichen Eichung der Abgasrückführungsvorrichtung erreicht.
Die Abhängigkeiten zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und dem Abgasrückführungsparameter kann eine aus einer Modell-Rechnung (AGR-Modell – Abgasrückführungsmodell bzw. EGR-Model – Exhaust Gas Recirculation Model) ermittelte oder eine in einem separaten Eichvorgang erfasste Abhängigkeit sein.
Diese Abhängigkeit kann als Datenfeld in Form einer Look-Up-Tabelle ebenfalls in der Speichereinheit hinterlegt sein.
Mit Hilfe der Lookup-Table kann anhand eines Satzes von Eingabeparametern ein diesem Satz von Eingabeparametern entsprechender Wert eines unbekannten bzw. nicht genau bekannten Parameters ermittelt werden. Somit kann beispielsweise für jedes Wertepaar des Abgasrückführungsparameters und des Betriebsparameters des Motors ein entsprechender Wert des Ansaugluftparameters ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgabeschnittstelle ausgebildet, um einen Ventilsteuerparameter als Abgasrückführungssteuerparameter an eine Ventilsteuereinheit auszugeben. Die Ventilsteuereinheit kann sowohl als Teil der Motorsteuereinheit als auch als separate Steuereinheit ausgebildet sein kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Betriebsparameter des Motors eine Motordrehzahl. Die Drehzahl beeinflusst das Ansaugverhalten des Motors maßgeblich und wird auch als Eingangsparameter für Abgasrückführungsmodellrechnungen herangezogen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abgasrückführungsparameter ein Öffnungsquerschnitt eines Abgasrückführungsventils.
Dieser Parameter eignet sich gut als Abgasrückführungsparameter, da der Öffnungsquerschnitt eines in einem Abgasrückführungstrakt vorgesehenen Abgasrückführungsventils maßgeblich die Abgasrückflussrate beeinflusst.
Dabei kann anhand einer für ein Ventil charakteristischen Ventilfunktion, wie beispielsweise einer kompressiblen Flussfunktion, der Durchflussquerschnitt in die Durchflussrate umgerechnet werden. Auch umgekehrt kann der Durchflussquerschnitt aus einer bekannten Durchflussrate ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der wenigsten eine Ansaugluftparameter einen Ansaugluftfluss oder MAF (Mass Air Flow). Der Ansaugluftfluss eignet sich gut als Ansaugluftparameter, denn er lässt auf die aktuelle Luftbeladung des Motors zurückschließen.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der wenigstens eine Ansaugluftparameter einen Ansaugluftdruck, auch Saugrohrdruck oder MAP (Manifold Absolute Pressure) genannt.
Der Ansaugluftdruck hat sich als sehr sensitiver Parameter gegenüber Variationen in der Abgasrückführungsrate herausgestellt. Dadurch kann die Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter genauer ermittelt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abgasrückführungssteuerparameter ein Tastverhältnis eines Steuerungssignals eines mit einem pulsweitenmodulierten Signal ansteuerbaren Abgasrückführungsventils.
Die Steuerung mit Pulsweitenmodulation (PWM) ist gut geeignet wegen geringer Störungsanfälligkeit und der Öffnungsquerschnitt des Ventils kann leicht durch Einstellung des Tastverhältnisses des PWM-Signals über die Ventilsteuereinheit eingestellt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Abgasrückführungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit einer Sensorik gelöst, wobei die Sensorik einen Ansaugluftsensor zur Messung eines aktuellen Ansaugluftparameters und eine Motorsensoreinheit zur Erfassung wenigstens eines Betriebsparameters des Verbrennungsmotors umfasst.
Die Abgasrückführungsvorrichtung weist ein ansteuerbares Abgasrückführungsventil mit einem Effektivwert eines Öffnungsquerschnittes auf. Dem Ventil ist anhand eines aktuellen Wertes eines Ventilsteuerparameters und einer vordefinierten Abhängigkeit zwischen dem Ventilsteuerparameter und dem Öffnungsquerschnitt ein aktueller Schätzwert des Öffnungsquerschnittes zuordenbar.
Ferner weist die Abgasrückführungsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, welche eine Auswerteeinheit und eine Speichereinheit aufweist, wobei in der Speichereinheit Information über die Abhängigkeit zwischen dem Ventilsteuerparameter und dem Öffnungsquerschnitt hinterlegt ist. Die Steuervorrichtung ist mit der Sensorik verbunden ist und dazu ausgebildet, eine Abweichung eines aktuellen Wertes des Ansaugluftparameters von einem aufgrund der in der Speichereinheit hinterlegten Abhängigkeit zwischen dem wenigsten einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, dem Schätzwert des Öffnungsquerschnitts des Abgasrückführungsventils und dem Ansaugluftparameters zu erwartenden aktuellen Schätzwert des Ansaugluftparameters zu ermitteln, um aus der ermittelten Abweichung eine korrigierte Abhängigkeit zwischen dem Ventilsteuerparameter und dem Öffnungsquerschnitt zu ermitteln.
Die vordefinierte Abhängigkeit zwischen dem Öffnungsquerschnitt des Ventils und dem Ventilsteuerparameter kann beispielsweise eine nominelle Abhängigkeit sein, die im Wege einer Kalibrierung des Abgasrückführungsventils hinterlegt worden ist.
Die kann auch anhand einer Spezifikation des Abgasrückführungsventils vordefiniert sein.
Durch die Berücksichtigung der korrigierten Abhängigkeit zwischen dem Öffnungsquerschnitt des Ventils und dem Ventilsteuerparameter kann die Abgasrückführungsvorrichtung präzise kontrolliert angesteuert werden. Dies führt unter anderem dazu, dass keine übermäßig große Sicherheitsmarge einkalkuliert werden muss, was zur Erhöhung der maximalen Abgasrückführungsrate und zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs des Motors beiträgt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist Information über die Abhängigkeiten zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und einem Öffnungsquerschnitt des Abgasrückführungsventils in der Speichereinheit hinterlegt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens ein Betriebsparameter des Motors eine Motordrehzahl. Die Drehzahl beeinflusst das Ansaugverhalten des Motors maßgeblich und wird auch als Eingangsparameter für Abgasrückführungsmodellrechnungen herangezogen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ansaugluftsensor ein Ansaugflusssensor. Der Ansaugluftfluss eignet sich gut als Ansaugluftparameter, denn er lässt auf die aktuelle Luftbeladung des Motors zurückschließen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ansaugluftsensor ein Ansaugluftdrucksensor. Wegen der hohen Empfindlichkeit des Ansaugluftdrucks gegenüber Variationen in der Abgasrückführungsrate kann dadurch die Genauigkeit des Verfahrens erhöht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abgasrückführungsventil ein mit einem pulsweitenmodulierten Signal steuerbares Ventil, wobei der Ventilsteuerparameter Tastverhältnis eines Steuerungssignals des Abgasrückführungsventils ist. Dabei kann der Öffnungsquerschnitt des Ventils durch Einstellung des Tastverhältnisses leicht eingestellt werden. Außerdem zeigt die PWM-Steuerung eine geringe Störungsabhängigkeit.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Verbrennungsmotor Teil eines Hybridmotors, welcher einen Elektromotor aufweist und derart ausgebildet ist, das der Verbrennungsmotor mit Hilfe des Elektromotors im Schubmodus bei gleichbleibender Drehzahl betreibbar ist.
Dadurch kann eine Reihe von Messungen bei jeweils konstanter Drehzahl im stabilisierten Motorbetrieb durchgeführt werden, was die Messgenauigkeit sowie Zuverlässigkeit der Messergebnisse und schließlich die Genauigkeit des Eichvorgangs erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Abgasrückführungsventil einen Ventilkörper und ein Schließelement auf, dessen Stellung das Durchflussvermögen des Ventils bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird als Abgasrückführungsventil ein sogenanntes Schmetterlingsventil mit einer Drehklappe verwendet. Dabei erlaubt das Schmetterlingsventil ein schnelles Anpassen der Abgasrückführungsrate durch eine Einstellung des Drehwinkels der Drehklappe.
Nach einem anderen Aspekte der Erfindung wird ein Verfahren zur kontrollierten Abgasrückführung eines Motors vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

– Erfassen eines aktuellen Ansaugluftparameters unter schrittweiser Erhöhung eines Abgasrückführungssteuerparameters bei einem konstant gehaltenen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors,
– Wiederholen des Erfassens des aktuellen Ansaugluftparameters bei verschiedenen Werten des Betriebsparameters und Hinterlegen der erfassten Werte in einem Datenfeld;
– Ermitteln einer Abweichung zwischen dem erfassten aktuellen Ansaugluftparameter und einem aufgrund einer hinterlegten Information über eine Abhängigkeit zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einem Betriebsparameter und einem Abgasrückführungsparameter für jeweilige Werte der Abgasrückführungssteuerparameter und des Betriebsparameters zu erwartenden Schätzwert des Ansaugluftparameters, wobei für Abgasrückführungsparameter ein aktuellen Schätzwert anhand einer vordefinierten Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und Abgasrückführungssteuerungsparameter verwendet wird;
– Ermitteln einer korrigierten Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter, um eine besser kontrollierte Abgasrückführung durch Einstellung des Abgasrückführungssteuerparameters zu ermöglichen.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Ermittlung der korrigierten Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter durch Ermitteln eines Korrekturfaktors, der für ein jeweiliges Wertepaar des Abgasrückführungssteuerparameter und des Betriebsparameters anhand der Abweichung zwischen dem erfassten aktuellen Ansaugluftparameter und dem zu erwartenden Wert der Ansaugluftparameter ermittelt wird.
Mit Hilfe des Korrekturfaktors kann die ursprünglich hinterlegte vordefinierte Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter in eine neue korrigierte Abhängigkeit durch einfaches Multiplizieren des jeweiligen Wertes des Abgasrückführungsparameters mit einem entsprechenden Wert des Korrekturfaktors erfolgen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens ein Betriebsparameter des Motors eine Motordrehzahl. Die Drehzahl beeinflusst das Ansaugverhalten des Motors maßgeblich und wird auch als Eingangsparameter für Abgasrückführungsmodellrechnungen herangezogen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird während der schrittweisen Erhöhung des Abgasrückführungssteuerparameters der Verbrennungsmotor wenigstens zeitweise im Schubmodus betrieben.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird im Schubmodus die Drehzahl ohne Kraftstoffzufuhr konstant gehalten. Nach einer Neueinstellung der Drehzahl wird erst abgewartet, bis die Drehzahl sich stabilisiert hat, um Messungen erst danach beim stabilisierten Motorbetrieb durchzuführen. Dadurch wird die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messergebnisse erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der wenigsten eine Ansaugluftparameter einen Ansaugluftfluss, auch MAF (Mass Air Flow) genannt. Der Ansaugluftfluss eignet sich gut als Ansaugluftparameter, denn er auf die aktuelle Luftbeladung des Motors zurückschließen lässt.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der wenigstens eine Ansaugluftparameter einen Ansaugluftdruck.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abgasrückführungssteuerparameter ein Tastverhältnis eines Steuerungssignals eines mit einem pulsweitenmodulierten Signal ansteuerbaren Abgasrückführungsventils.
Die Steuerung mit Pulsweitenmodulation (PWM) ist wegen einer geringen Störungsanfälligkeit gut für die Steuerung des Ventils geeignet. Außerdem kann der Öffnungsquerschnitt des Ventils auf einfache Weise durch Einstellung des Tastverhältnisses des PWM-Signals über die Ventilsteuereinheit eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Korrekturfaktor für einen jeden PWM-Stellwert („Breakpoint”) ermittelt. Dabei erfolgt die Erfassung des Ansaugluftdrucks durch Mittelung der Messwerte, nach dem sich Betriebsparameter stabilisiert haben, um eine hohe Zuverlässigkeit der Messung zu erreichen.
Das Verfahren kann sowohl bei Neufahrzeugen als auch bei im Einsatz befindlichen Fahrzeugen im Wege einer Nachrüstung implementiert werden. Der Kraftstoffverbrauch kann dadurch auf effiziente Weise sowohl bei Neufahrzeugen als auch bei bereits im Einsatz befindlichen Fahrzeugen reduziert werden.
Bei Neufahrzeugen können die Abweichungen von der nominellen Abhängigkeit des Öffnungsquerschnittes vom Ventilsteuerparameter stärker durch Fertigungstoleranzen bedingt sein, während bei den im Einsatz befindlichen Fahrzeugen im Allgemeinen die Verschmutzung eine größere Rolle spielen kann.
Im ersten Fall kann der Eichvorgang auf niedrige Werte des Öffnungswinkels beschränkt werden, da die Fertigungstoleranzen bei kleinen Öffnungswinkeln stärker ins Gewicht fallen. Dadurch könnte der Eichvorgang deutlich beschleunigt werden.
Die Einengung des Öffnungsquerschnitts durch die Verschmutzung kann dagegen auch bei großen Öffnungsquerschnitten erhebliche Auswirkung haben, was durch Versuche mit Dichtungen im Abgasrückführungstrakt zwischen dem Abgaskühler und dem Saugrohr verifiziert wurde. Dabei sind Dichtungen mit Öffnungsradien im Bereich von 5 bis 20 mm eingesetzt worden und die Auswirkung der Querschnittsreduzierung auf die Abgasrückfussrate wurde bei unterschiedlichen Drehzahlen und Geschwindigkeit des Ramp-Up untersucht.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zur kontrollierten Abgasrückführung eines Motors vorgesehen, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Fahrzeuges ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, folgende Schritte auszuführen:

Mit diesem intrusiven Algorithmus kann die Abgasrückführung für jedes einzelne Kraftfahrzeug derart kalibriert werden, dass der Kraftstoffverbrauch bei den im Einsatz und in der Produktion befindlichen Motoren weitgehend verbessert wird.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Medium vorgesehen, auf welchem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei das Kraftfahrzeug einen Abgastrakt und einen Ansaugtrakt sowie eine Steuervorrichtung aufweist und mit einer Abgasrückführungsvorrichtung gemäß einem der Aspekte der Erfindung ausgestattet ist, so dass der Motor unter Berücksichtigung der korrigierten Abhängigkeit des Öffnungsquerschnitts vom Ventilsteuerparameter angesteuert werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Abgasrückführungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt den Verlauf einzelner Parameter während eines Verfahrens gemäß einem der Aspekte der Erfindung.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine Abgasrückführungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Abgasrückführungsvorrichtung 1 weist einen Abgastrakt 10 und einen Ansaugtrakt 12 eines Verbrennungsmotors 4 auf. Der Abgastrakt 10 des Verbrennungsmotors 4 ist über eine Abgasrückführungsleitung 11 mit dem Ansaugtrakt 12 verbunden.
Ferner weist der Ansaugtrakt 12 eine Frischluftleitung 15 zur Frischluftversorgung des Verbrennungsmotors 4 auf. Der Ansaugtrakt 12 weist eine Anschlussstelle 13 auf, in dem ein Saugrohr 14, die Abgasrückführungsleitung 11 und die Frischluftleitung 15 zusammengeschlossen sind. Die Abgasrückführungsleitung 11 ist mit einem Abgasrückführungsventil 6 versehen.
Das in 1 gezeigte Abgasrückführungsventil 6 ist ein sogenanntes Schmetterlingsventil. Das Abgasrückführungsventil 6 weist einen Ventilkörper 16 und einen Schließkörper 17 auf, der in diesem Beispiel als eine um eine Drehachse 26 drehbar gelagerte Drehklappe ausgeführt ist. Das Abgasdurchlassvermögen des Ventils 6 wird durch einen Durchflussquerschnitt beschrieben. Bedingt durch Herstellungstoleranzen und Verschmutzung bzw. Verrußung weist das Abgasrückführungsventil 6 einen von einem nominellen Durchflussquerschnitt unterschiedlichen aktuellen effektiven Durchflussquerschnitt auf.
Ferner weist das Abgasrückführungsventil eine Minimalstellung auf, welche einem Minimalwert des Öffnungsquerschnitts bzw. Durchflussquerschnitts entspricht, und eine Maximalstellung auf, welche einem maximalen Öffnungsquerschnitt des Ventils entspricht. Der Drehwinkel der Drehklappe des Abgasrückführungsventils 6 kann einen beliebigen Wert zwischen dem Minimalwinkel und dem Maximalwert einnehmen, so dass der Öffnungsquerschnitt stufenlos verändert werden kann.
Ferner weist die Abgasrückführungsvorrichtung 1 eine Ventilsteuereinheit 25 auf, die dazu geeignet ist, die Drehklappe des Ventils 6 in Abhängigkeit von dem durch die Steuervorrichtung 7 vorgegebenen Steuerwert einzustellen.
Das Ventil 6 wird über die Ventilsteuereinheit 25 elektrisch angesteuert werden. Das Steuersignal wird mit PWM erzeugt und der Steuerungswert wird durch das Tastverhältnis des PWM-Signals bestimmt.
Die Abgasrückführungsvorrichtung 1 weist eine Sensorik 5 mit einer Motorsensoreinheit 3 zum Erfassen wenigstens eines Betriebsparameters des Verbrennungsmotors 4 auf. Die Sensorik 5 umfasst auch einen Luftdrucksensor 2 zur Erfassung eines aktuellen Luftdrucks (Ansaugluftdrucks) im Saugrohr 14.
Die Abgasrückführungsvorrichtung 1 gemäß 1 weist eine Steuervorrichtung 7 mit einer Auswerteeinheit 8 und einer Speichereinheit 9 auf. In der Speichereinheit 9 ist eine Information über eine Abhängigkeit zwischen dem Ansaugluftdruck, dem Öffnungsquerschnitt des Ventils 6 und dem Motordrehzahl hinterlegt. Außerdem beinhaltet die Speichereinheit 9 Information über eine vordefinierte Abhängigkeit zwischen dem Öffnungsquerschnitt des Ventils 6 und dem PWM-Tastverhältnis.
Diese Information über die Abhängigkeit zwischen dem Ansaugluftdruck, dem Öffnungsquerschnitt des Ventils 6 und dem Motordrehzahl ist in Form einer Lookup-Table in der Speichereinheit 9 hinterlegt.
Ferner weist die Steuervorrichtung 7 eine Empfangsschnittstelle 18 zum Empfangen der von der Sensorik erfassten Daten sowie eine Ausgabeschnittstelle 19 auf.
Außerdem weist die Abgasrückführungsvorrichtung 1 eine Motorsteuereinheit 20 zum Steuern des Verbrennungsmotors 4 auf.
Die Sensorik 5 ist dazu ausgebildet, Daten von der Motorsensoreinheit 3 und von dem Luftdrucksensor 2 zu erfassen.
Die Steuervorrichtung 7 weist eine Empfangsschnittstelle 18 zum Empfangen von Daten auf, welche von der Sensorik 5 erfasste Informationen über einen aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 4 und über den aktuellen Ansaugluftdruck repräsentieren.
Die Steuervorrichtung 7 weist ferner eine Ausgabeschnittstelle 19 zum Ausgeben von Signalen an die Motorsteuereinheit 20 auf.
Die Abgasrückführungsvorrichtung 1 weist ferner einen Abgaskühler 22 auf, der in dem Abgasrückführungstrakt zwischengeschaltet ist und dazu dient, das zurückgeführte Abgas vor dem Eintritt in den Ansaugtrakt 12 abzukühlen. Der Abgaskühler 22 weist einen Kühlmitteleinlass 23 und einen Kühlmittelauslass 24 auf, so dass ein flüssiges Kühlmittel durch den Abgaskühler 22 strömen kann.
Die Abgasrückführungsleitung weist eine Dichtung 29 mit einer Öffnung 30 auf. Die Dichtung 29 wird dazu verwendet, den dem Abgasrückführungsmodell zugrunde liegenden Einfluss einer Einengung der Abgasrückführungsleitung auf die Abgasrückführungsrate etwa bedingt durch mechanische Toleranzen oder Verschmutzung zu verifizieren. Dabei werden Dichtungen mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten eingesetzt und die Abgasrückführungsrate gemessen.
2 zeigt ein Beispiel eines Eichvorgangs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die obere Kurve 40 gibt den zeitlichen Verlauf des Ventilsteuerparameters wieder. Für die Ventilsteuerung wird die Pulsweitenmodulation (PWM) eingesetzt. Als Steuerparameter des Ventils wird ein PWM-Tastverhältnis verwendet. Der Ventilsteuerparameter, in diesem Fall also das Tastverhältnis des PWM-Signals, wird stufenweise hochgefahren. Man erkennt die charakteristische Stufenstruktur der PWM-Rampe.
Dabei wird das Tastverhältnis jedes Mal sprungartig auf den nächsten Wert erhöht und dann während einer bestimmten Haltezeit konstant gehalten. Die Haltezeit entspricht der Stufenlänge der PWM-Rampe.
Der Eichvorgang findet in dem sogenannten Schubbetrieb (deceleration fuel cut-off mode oder DFCO) statt. Dabei wird der Motor bei einer konstanten Drehzahl ohne Kraftstoffzufuhr betrieben.
In diesem Beispiel handelt es sich um ein Hybridfahrzeug, das zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor über einen elektrischen Motor verfügt. Der Elektromotor wird beim Eichvorgang dazu verwendet, die Drehzahl des Verbrennungsmotors bei abgeschalteter Kraftstoffzufuhr konstant zu halten.
Das Verfahren kann aber auch ohne Elektromotor durchgeführt werden. Dabei kann die annähernd konstante Drehzahl des Verbrennungsmotors aufgrund der Trägheit des Kraftfahrzeugs über das Getriebe gehalten werden.
Während des Eichvorgangs wird der Saugrohrdruck mittels des Luftdrucksensors 2 erfasst. In der Grafik der 2 ist der zeitliche Verlauf des gemessenen Ansaugluftdrucks in willkürlichen Einheiten als Kurve 60 dargestellt.
In der Grafik ist ebenfalls ein zeitlicher Verlauf des zu erwartenden Werts des Saugrohdrucks als Kurve 50 aufgetragen.
Der zu erwartende Wert des Saugrohrdrucks wird dabei anhand des Tastverhältnisses des PWM-Signals (Kurve 40) und einer Initialeichung des Ventils für jede Drehzahl ermittelt.
Wie aus der Grafik zu erkennen ist, weicht der gemessene Saugrohrdruck von dem zu erwartenden Wert des Saugrohrdrucks zum Teil erheblich ab.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß einem der Aspekte der Erfindung.
In einem ersten Schritt 100 werden Initialwerte für das Tastverhältnis des PWM-Signals (PWM-Wert) und für die Motordrehzahl eingestellt. Danach wird der Motor in den Schubmodus versetzt.
Auch in diesem Beispiel handelt es sich um ein Hybridfahrzeug, das zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor über einen elektrischen Motor verfügt. Im Schubmodus wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors mit Hilfe des Elektromotors bei abgeschalteter Kraftstoffzufuhr konstant gehalten.
Im Schritt 200 wird mit Hilfe des Ansaugluftsensors der aktuelle Wert des Ansaugluftdrucks erfasst. Dabei erfolgt die Erfassung des Ansaugluftdrucks durch Mittelung der Messwerte, nach dem sich Betriebsparameter stabilisiert haben.
Im Schritt 300 wird der PWM-Wert um ein Inkrement erhöht, so dass durch wiederholte Durchführung des Schrittes 300 der PWM-Wert schrittweise erhöht werden kann.
Dabei wird das Inkrement so gewählt, dass der PWM-Wert solche Diskrete Werte annehmen kann, für welche Kalibrierungsdaten des Ventils vorliegen. Die Kalibrierungsdaten stellen einen Zusammenhang zwischen dem PWM-Wert und dem Öffnungsquerschnitt des Ventils her und sind in als Datenfeld in der Speichereinheit hinterlegt.
Beispielsweise kann der PWM-Wert in 5%- bzw. 10%-Schritten erhöht werden, so dass der gesamte Bereich von 0% bis 100% abgedeckt wird, was einer schrittweisen Erhöhung des Öffnungsquerschnittes des Ventils von einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert entspricht.
Danach wird der Schritt 200 wiederholt wird solange der PWM-Wert den vorgegebenen maximalen Wert nicht erreicht hat.
In einem Abfrageschritt 400 wird erfasst, ob der aktuelle PWM-Wert einen vorgegebenen maximalen Wert erreicht hat. Ergibt die Abfrage 400, dass der aktuelle PWM-Wert den vordefinierten Maximalwert nicht erreicht hat, so wird der Erfassungsschritt 200 wiederholt. Andernfalls wird zum nächsten Verfahrensschritt 500 übergegangen.
Im Verfahrensschritt 500 wird die Motordrehzahl um einen bestimmten Betrag erhöht.
Im Abfrageschritt 410 wird erfasst, ob der aktuelle Wert der Motordrehzahl einen vorgegebenen maximalen Wert erreicht hat. Ergibt die Abfrage 410, dass der aktuellen Wert der Drehzahl nicht erreicht hat, so werden die Schritte 200 bis 500 wiederholt. Andernfalls wird zum nächsten Schritt 600 übergegangen.
Im Schritt 600 werden Korrekturwerte für den Ansaugluftdruck für jedes Wertepaar PWM-Wert-Drehzahl ermittelt und in einem Datenfeld abgelegt.
Im Folgeschritt 700 werden die abgelegten Daten mit einer Filterfunktion angepasst. Dabei kann die Filterfunktion etwaige nichtlineare Abhängigkeiten zwischen den Parametern berücksichtigt werden.
Die so ermittelten Korrekturfaktoren werden dann im Schritt 800 als Multiplikationskoeffizienten für entsprechende Werte des Öffnungsquerschnitts angewandt um eine korrigierte Abhängigkeit zwischen dem PWM-Wert und dem Öffnungsquerschnitt des Abgasrückführungsventils zu erhalten.
Diese korrigierte Abhängigkeit kann dem Abgasrückführungsmodell zugrunde gelegt werden, um so die durch die Abweichungen verlorene Genauigkeit der Abgasrückführung wieder zu gewinnen.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasrückführungsvorrichtung
2: Luftdrucksensor
3: Motorsensoreinheit
4: Verbrennungsmotor
5: Sensorik
6: Abgasrückführungsventil
7: Steuervorrichtung
8: Auswerteeinheit
9: Speichereinheit
10: Abgastrakt
11: Abgasrückführungsleitung
12: Ansaugtrakt
13: Anschlussstelle
14: Saugrohr
15: Frischluftzufuhr
16: Ventilkörper
17: Schließkörper
18: Empfangsschnittstelle
19: Ausgabeschnittstelle
20: Motorsteuereinheit
21: Abgaskrümmer
22: Abgaskühler
23: Kühlmitteleinlass
24: Kühlmittelauslass
25: Ventilsteuereinheit
26: Drehachse
27: Hybridmotor
28: Elektromotor
29: Dichtung mit Öffnung
30: Dichtungsöffnung
40: PWM-Tastverhältnis
50: Erwartungswert des Saugrohrdrucks
60: Messwert des Saugrohrdrucks
100: Start
200: Erfassen des Ansaugluftdrucks
300: Schrittweises Erhöhen des PWM-Tastverhältnisses
400, 410: Abfrageschritte
500: Erhöhen der Motordrehzahl
600: Ermitteln der Korrekturwerte
700: Filterung
800: Korrekturschritt

Claims

Steuervorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrennungsmotors (4) eines Kraftfahrzeugs mit einer Abgasrückführungsvorrichtung, umfassend: – eine Empfangsschnittstelle (18) zum Empfang von Daten von einem Ansaugluftsensor (2) und von einer Motorsensoreinheit (3), wobei die Daten Information über einen aktuellen Wert wenigstens eines Ansaugluftparameters und über einen aktuellen Wert wenigstens eines Betriebsparameters des Verbrennungsmotors (4) repräsentieren, – eine Ausgabeschnittstelle (19) zum Ausgeben von Signalen an eine Motorsteuerungseinheit (20); – eine Speichereinheit (9), in welcher Information über eine vordefinierte Abhängigkeit zwischen einem Abgasrückführungsparameter und einem Abgasrückführungssteuerparameter sowie über eine Abhängigkeiten zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und dem Abgasrückführungsparameter hinterlegt ist, – eine Auswerteeinheit (8) zum Ermitteln einer Abweichung zwischen dem erfassten aktuellen Wert des Ansaugluftparameters und einem anhand der in der Speichereinheit hinterlegten Information über die Abhängigkeit zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und dem Abgasrückführungsparameter ermittelten aktuellen Schätzwertes des Ansaugluftparameters, um aus der ermittelten Abweichung eine korrigierte Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter zu ermitteln, wobei – die Steuervorrichtung (7) so ausgebildet ist, dass die Motorsteuereinheit (20) mit den über die Ausgabeschnittstelle (19) ausgegebenen Signalen angewiesen werden kann, den Motor (4) unter Berücksichtigung der korrigierten Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter anzusteuern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgabeschnittstelle (19) ausgebildet ist, um einen Ventilsteuerparameter als Abgasrückführungssteuerparameter an eine Ventilsteuereinheit (25) auszugeben.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abgasrückführungsparameter ein Öffnungsquerschnitt eines Abgasrückführungsventils ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abgasrückführungssteuerparameter ein Tastverhältnis eines Steuerungssignals eines mit einem pulsweitenmodulierten Signal ansteuerbaren Abgasrückführungsventils (6) ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information über die Abhängigkeiten zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (4) und dem Abgasrückführungsparameter als ein Datenfeld in der Speichereinheit (9) hinterlegt ist.
Abgasrückführungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (4) eines Kraftfahrzeugs mit einer einen Ansaugluftsensor (2) zur Erfassung eines aktuellen Ansaugluftparameters und eine Motorsensoreinheit (3) zur Erfassung wenigstens eines Betriebsparameters des Verbrennungsmotors (4) umfassenden Sensorik (5), aufweisend: – eine Abgasrückführungsleitung (11) mit einem ansteuerbaren Abgasrückführungsventil (6), das einen Effektivwert eines Öffnungsquerschnittes aufweist und welchem ein aktueller Schätzwert des Öffnungsquerschnitts zuordenbar ist, und zwar anhand eines aktuellen Wertes eines Ventilsteuerparameters und einer vordefinierten Abhängigkeit zwischen dem Ventilsteuerparameter und dem Öffnungsquerschnitt, – eine Steuervorrichtung (7), welche eine Auswerteeinheit (8) und eine Speichereinheit (9) aufweist, wobei in der Speichereinheit (9) Information über die Abhängigkeit zwischen dem Ventilsteuerparameter und dem Öffnungsquerschnitt sowie über eine Abhängigkeit zwischen dem wenigsten einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (4), dem Schätzwert des Öffnungsquerschnitts des Abgasrückführungsventils (6) und dem Ansaugluftparameters hinterlegt ist; und wobei – die Steuervorrichtung (7) mit der Sensorik (5) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, eine Abweichung eines aktuellen Wertes des Ansaugluftparameters von einem aufgrund der in der Speichereinheit (9) hinterlegten Abhängigkeit zwischen dem wenigsten einen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (4), dem Schätzwert des Öffnungsquerschnitts des Abgasrückführungsventils (6) und dem Ansaugluftparameters zu erwartenden aktuellen Schätzwert des Ansaugluftparameters zu ermitteln, um aus der ermittelten Abweichung eine korrigierte Abhängigkeit zwischen dem Ventilsteuerparameter und dem Öffnungsquerschnitt zu ermitteln.
Abgasrückführungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Ansaugluftsensor (2) ein Ansaugluftdrucksensor oder Ansaugluftflusssensor ist.
Abgasrückführungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Abgasrückführungsventil (6) ein mit einem pulsweitenmodulierten Signal steuerbares Ventil ist, wobei der Abgasrückführungssteuerparameter ein Tastverhältnis eines Steuerungssignals des Abgasrückführungsventils ist.
Abgasrückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Verbrennungsmotor (4) Teil eines Hybridmotors (27) ist, welcher einen Elektromotor (28) aufweist und derart ausgebildet ist, dass der Verbrennungsmotor (4) mit Hilfe des Elektromotors (28) im Schubmodus bei gleichbleibender Drehzahl betreibbar ist.
Verfahren zur kontrollierten Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors, das folgende Schritte umfasst: – Erfassen eines aktuellen Ansaugluftparameters unter schrittweiser Erhöhung eines Abgasrückführungssteuerparameters bei einem konstant gehaltenen Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, – Wiederholen des Erfassens des aktuellen Ansaugluftparameters bei verschiedenen Werten des Betriebsparameters und Hinterlegen der erfassten Werte in einem Datenfeld; – Ermitteln einer Abweichung zwischen dem erfassten aktuellen Ansaugluftparameter und einem aufgrund einer hinterlegten Information über eine Abhängigkeit zwischen dem Ansaugluftparameter, dem wenigstens einem Betriebsparameter und einem Abgasrückführungsparameter für jeweilige Werte der Abgasrückführungssteuerparameter und des Betriebsparameters zu erwartenden Schätzwert des Ansaugluftparameters, wobei für Abgasrückführungsparameter ein aktuellen Schätzwert anhand einer vordefinierten Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und Abgasrückführungssteuerungsparameter verwendet wird; – Ermitteln einer korrigierten Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter, um eine besser kontrollierte Abgasrückführung durch Einstellung des Abgasrückführungssteuerparameters zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Ermittlung der korrigierten Abhängigkeit zwischen dem Abgasrückführungsparameter und dem Abgasrückführungssteuerparameter unter Berücksichtigung eines Korrekturfaktors erfolgt, welcher für jeweilige Wertepaare der Abgasrückführungssteuerparameter und des Betriebsparameters anhand der erfassten Abweichung zwischen dem erfassten aktuellen Ansaugluftparameters und dem zu erwartenden Ansaugluftparameter ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei während der schrittweisen Erhöhung des Abgasrückführungssteuerparameters der Verbrennungsmotor wenigstens zeitweise im Schubmodus betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Ansaugluftparameter Ansaugluftdruck oder Ansaugluftfluss ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Abgasrückführungsvorrichtung ein Abgasrückführungsventil aufweist, und wobei der wenigstens ein Abgasrückführungsparameter wenigstens einen Ventilparameter und wobei der wenigstens eine Abgasrückführungssteuerparameter wenigstens einen Ventilsteuerparameter umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der wenigstens eine Ventilparameter einen Öffnungsquerschnitt des Abgasrückführungsventils umfasst.