DE102015115847A1 - Verfahren und Systeme zur Steuerung der Abgasrückführung - Google Patents

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Abstract

Es sind verschiedene Verfahren und Systeme zur Schätzung einer frischen Ansaugluftströmung geschaffen. In einem Beispiel weist ein System einen Motor (104) mit einem Ansaugkrümmer (115), um frische Ansaugluft zu empfangen, und ein Abgasrückführungs(AGR)-System (160) auf, um dem Ansaugkrümmer (115) AGR zuzuführen, wobei eine AGR-Strömung durch das AGR-System (160) mittels eines oder mehrerer Auslassventile (170) gesteuert ist. Das System enthält eine Steuereinrichtung (180), die eingerichtet ist, um eine Position des einen oder der mehreren Auslassventile (170) basierend auf einer geschätzten Strömungsrate der frischen Ansaugluft einzustellen, wobei während eines ersten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer gesamten Gasströmungsrate in den Motor (104) hinein und ferner basierend auf einer momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile (170), einem Ansaugkrümmerdruck, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors (104) geschätzt wird.

Description

  • HINTERGRUND
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen ein Abgasrückführungssystem.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Eine Abgasrückführung (AGR) verringert Spitzenverbrennungstemperaturen und verringert somit die NOx-Erzeugung, und folglich können Motorsysteme dazu eingerichtet sein, die AGR streng zu kontrollieren, um Emissionen unter vorgegebenen Grenzwerten zu halten. Eine genaue Steuerung der Menge der zu dem Motor gelieferten AGR beruht auf der Kenntnis der gesamten und/oder frischen angesaugten Luftströmung zu dem Motor. Insbesondere in Motorsystemen, in denen ein Ansaugluftströmungssensor fehlt, können die Mechanismen zur Bestimmung der Ansaugluftströmungrate wenigstens während einiger Betriebsbedingungen ungenau, langsam und/oder rauschbehaftet sein, was folglich eine genaue AGR-Steuerung verhindert.
  • KURZBESCHREIBUNG
  • In einem Aspekt der Erfindung weist ein System einen Motor mit einem Ansaugkrümmer, um frische Ansaugluft zu empfangen, und ein Abgasrückführungs(AGR)-System zur Zuführung von AGR zu dem Ansaugkrümmer auf, wobei eine AGR-Strömung durch das AGR-System mittels eines oder mehrerer Abgasventile gesteuert wird. Das System enthält ferner eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um eine Position des einen oder der mehreren Auslassventile auf der Basis einer geschätzten Strömungsrate der frischen Ansaugluft einzustellen, wobei während eines ersten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis einer Strömungsrate der gesamten Gasströmung in den Motor hinein und ferner auf der Basis einer momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile, eines Ansaugkrümmerdrucks, eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einer Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors geschätzt wird.
  • In dem zuvor erwähnten System kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die Strömungsrate der frischen Ansaugluft durch folgendes zu schätzen: Bestimmung einer ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis der Strömungsrate des gesamten Gases in den Motor hinein, der momentanen Position des einen oder der mehreren Abgasventile und des Ansaugkrümmerdrucks; Bestimmung einer zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Kraftstoffströmung; und Schätzung der Strömungsrate der frischen Ansaugluft als die durch die zweite Strömungsrate der frischen Ansaugluft korrigierte erste Strömungsrate der frischen Ansaugluft.
  • In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der erste Satz Betriebsbedingungen einen Nicht-Kaltstart-Motorbetrieb bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb einer Schwelle aufweisen.
  • Zusätzlich kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um während eines zweiten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis der Strömungsrate der gesamten Gasströmung in den Motor hinein und ferner auf der Basis der momentanen Position des einen oder der mehreren Abgasventile und des Ansaugkrümmerdrucks zu schätzen.
  • Insbesondere kann der zweite Satz Betriebsbedingungen einen Motorkaltstartbetrieb und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb der Schwelle aufweisen.
  • In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art, kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um während eines dritten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft lediglich auf der Basis der Strömungsrate der gesamten Gasströmung in den Motor hinein zu schätzen.
  • Insbesondere kann der dritte Satz Betriebsbedingungen einen Betrieb aufweisen, wenn eine momentane Position des einen oder der mehreren von dem einen oder den mehreren Abgasventilen nicht verfügbar ist.
  • In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die gesamte Gasströmungsrate zu dem Motor auf der Basis der Motordrehzahl, des Auslassdrucks, des Ansaugkrümmerdrucks und der Ansaugkrümmertemperatur zu bestimmen.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um, wenn eine Bestimmung der momentanen Position des einen oder der mehreren Abgasventile nicht verfügbar ist, die Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis einer Karte einer Verdichterluftströmung als Funktion eines Druckverhältnisses über einem Verdichter eines Turboladers bei einer gegebenen Turboladerdrehzahl zu schätzen.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, das aufweist: während eines ersten Betriebsmodus, Schätzen einer ersten Strömungsrate einer frischen Ansaugluft zu einem Motor auf der Basis einer Schätzung eines volumetrischen Wirkungsgrads; und während eines zweiten Betriebsmodus, Schätzen einer zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu dem Motor auf der Basis einer Kombination einer Schätzung einer transienten Strömung und einer Schätzung einer stationären Strömung. Die Schätzung der stationären Strömung wird aus mehreren unterschiedlichen stationären Strömungsschätzungen ausgewählt, wobei sich die mehreren unterschiedlichen stationären Strömungsschätzungen hinsichtlich wenigstens einer oder mehrerer Eingaben unterscheiden, die verwendet werden, um jede jeweilige stationäre Strömungsschätzung zu berechnen.
  • In dem zuvor erwähnten Verfahren kann der erste Betriebsmodus einen Motorbetrieb ohne Abgasrückführung (AGR) aufweisen, und der zweite Betriebsmodus kann einen Motorbetrieb mit AGR aufweisen.
  • In jedem beliebigen vorstehend erwähnten Verfahren kann das Schätzen der ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu dem Motor auf der Basis der Schätzung des volumetrischen Wirkungsgrads ein Schätzen der ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu dem Motor auf der Basis einer Motordrehzahl, eines Auslassdrucks, eines Ansaugkrümmerdrucks und einer Ansaugkrümmertemperatur aufweisen.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann die Schätzung der transienten Strömung eine dritte Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis der Schätzung des volumetrischen Wirkungsgrads, die hinsichtlich der AGR-Strömungsrate angepasst ist, schätzen, wobei die AGR-Strömungsrate auf der Basis einer momentanen AGR-Ventilposition und eines Ansaugkrümmerdrucks geschätzt werden kann.
  • In dem Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art können die mehreren unterschiedlichen stationären Strömungsschätzungen aufweisen: eine erste stationäre Strömungsschätzung, die eine vierte Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einer Kraftstoffströmung zu dem Motor schätzt; eine zweite stationäre Strömungsschätzung, die eine fünfte Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis einer Karte der Verdichterluftströmung als Funktion des Druckverhältnisses über einem Verdichter eines Turboladers bei einer gegebenen Turboladerdrehzahl schätzt; und eine dritte stationäre Strömungsschätzung, die eine sechste Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis der Schätzung des volumetrischen Wirkungsgrads, der hinsichtlich der AGR-Strömungsrate angepasst ist, schätzt, wobei die AGR-Strömungsrate auf der Basis einer NOx-Konzentration des Abgases geschätzt wird.
  • In dem zuletzt erwähnten Verfahren kann die stationäre Strömungsschätzung aus mehreren verschiedenen stationären Strömungsschätzungen durch Auswählen der ersten stationären Strömungsschätzung, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb einer Schwelle liegt, und Auswählen der zweiten oder der dritten stationären Strömungsschätzung, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb der Schwelle liegt, ausgewählt werden.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann die stationäre Strömungsschätzung aus den mehreren verschiedenen stationären Strömungsschätzungen durch Schätzen einer jeweiligen Strömungsrate der frischen Ansaugluft unter Verwendung jeder der mehreren stationären Strömungsschätzungen und Auswählen der stationären Strömungsschätzung, die die geringste Strömungsrate der frischen Ansaugluft ausgibt, ausgewählt werden.
  • Das Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner ein Steuern einer Position eines oder mehrerer Abgasventile auf der Basis der ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft oder der zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft aufweisen.
  • In einem noch weiteren Aspekt der Erfindung weist ein System einen Motor mit einem Ansaugkrümmer, um frische Ansaugluft zu empfangen, ein Abgasrückführungs(AGR)-System zur Zuführung von AGR zu dem Ansaugkrümmer, wobei die AGR-Strömung durch das AGR-System mittels eines oder mehrerer Abgasventile gesteuert wird, und eine Steuereinrichtung auf. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um während eines Motorbetriebs, wenn keine AGR zu dem Ansaugkrümmer strömt, eine Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis einer Motordrehzahl, eines Auslassdrucks, eines Ansaugkrümmerdrucks und einer Ansaugkrümmertemperatur zu schätzen. Die Steuereinrichtung ist ferner eingerichtet, um während eines stationären Motorbetriebs, wenn eine AGR zu dem Ansaugkrümmer strömt und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schwelle liegt, die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf wenigstens dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Kraftstoffströmung zu dem Motor zu schätzen. Die Steuereinrichtung ist ferner eingerichtet, um während eines stationären Motorbetriebs, wenn eine AGR zu dem Ansaugkrümmer strömt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schwelle liegt, die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf wenigstens der Motordrehzahl, dem Auslassdruck, dem Ansaugkrümmerdruck, der Ansaugkrümmertemperatur und einer Position des einen oder der mehreren Abgasventile zu schätzen.
  • In dem zuvor erwähnten System kann die Steuereinrichtung während eines stationären Motorbetriebs, wenn eine AGR zu dem Ansaugkrümmer strömt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb der Luft-Kraftstoff-Verhältnisschwelle liegt, dazu eingerichtet sein, die Strömungsrate der frischen Ansaugluft weiter auf der Basis der Position des einen oder der mehreren Abgasventile und des Ansaugkrümmerdrucks zu schätzen.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann die Steuereinrichtung während eines transienten Motorbetriebs dazu eingerichtet sein, die Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis wenigstens der Motordrehzahl, des Auslassdrucks, des Ansaugkrümmerdrucks, der Ansaugkrümmertemperatur und der Position des einen oder der mehreren Abgasventile zu schätzen.
  • In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System gemäß dem letzten Aspekt kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, eine Position des einen oder der mehreren Abgasventile auf der Basis der Strömungsrate der frischen Ansaugluft einzustellen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Einstellung des Motorbetriebs auf der Basis einer geschätzten frischen Ansaugluftströmung veranschaulicht.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen einer frischen Ansaugluftströmung veranschaulicht.
  • 4 zeigt ein Diagramm, das einen Steuerprozess zur Schätzung einer frischen Ansaugluftströmung veranschaulicht.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Strömungskarte eines Verdichters.
  • 6 zeigt ein Diagramm, das einen weiteren Steuerprozess zur Schätzung einer frischen Ansaugluftströmung veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung betrifft die Einstellung einer Position eines oder mehrerer Abgasventile auf der Basis einer geschätzten Strömungsrate einer frischen Ansaugluft. Das eine oder die mehreren Abgasventile können Abgasrückführungs(AGR)-Ventile sein, die die AGR-Strömung zu dem Einlass des Motors regulieren, und/oder das eine oder die mehreren Abgasventile können Ventile enthalten, die die AGR-Strömung beeinflussen, wie beispielsweise Abgasrückschlagventile, Turbinenströmungsventile, etc. Die geschätzte Strömungsrate der frischen Ansaugluft kann gemäß einer oder mehreren Schätzungen in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen geschätzt werden. Zum Beispiel kann die Strömungsrate der frischen Ansaugluft während eines ersten Satzes Betriebsbedingungen basierend auf einer gesamte Gasströmungsrate in den Motor hinein und ferner basierend auf einer momentanen Position des einen oder der mehreren Abgasventile, des Ansaugkrümmerdrucks, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Kraftstoffströmung geschätzt werden. In einem weiteren Beispiel kann die Strömungsrate der frischen Ansaugluft während eines zweiten Satzes Betriebsbedingungen basierend auf der gesamten Gasströmungsrate in den Motor hinein und ferner basierend auf der momentanen Position des einen oder der mehreren Abgasventile und des Ansaugkrümmerdrucks und nicht basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Kraftstoffströmung zu Zylindern des Motors geschätzt werden. Auf diese Weise kann die Rate der Luftströmung in den Einlass hinein während verschiedener Betriebsbedingungen genau bestimmt werden, wodurch eine genaue Steuerung der Menge an zu dem Einlass gelieferter AGR aufrechterhalten werden kann.
  • 1 veranschaulicht ein beispielhaftes Fahrzeugsystem, das einen Motor und ein AGR-System enthält, die durch eine Steuereinrichtung entsprechend den in den 2–3 veranschaulichten Verfahren gesteuert werden kann. Insbesondere sorgen die Verfahren gemäß den 2–3 für die Auswahl eines oder mehrerer Modelle zur Schätzung der Frischluftströmungsrate auf der Basis der momentanen Betriebsbedingungen und für eine Einstellung eines oder mehrerer Abgasventile auf der Basis der geschätzten Frischluftströmungsrate. 4 und 6 veranschaulichen Steuerdiagramme zur Schätzung einer Frischluftströmungsrate unter vielfältigen Betriebsbedingungen. 5 veranschaulicht eine Verdichterströmungskarte, die in einem der Modelle zur Schätzung der Frischluftströmungsrate verwendet werden kann.
  • Die hierin beschriebene Methode kann in vielfältigen Motortypen und vielfältigen durch einen Motor angetriebenen Systemen angewandt werden. Einige von diesen Systemen können stationär sein, während andere teilweise mobile oder mobile Plattformen sein können. Teilweise mobile Plattformen können zwischen Betriebszeiträumen umpositioniert werden, indem sie beispielsweise auf Tiefladeranhängern montiert werden. Mobile Plattformen umfassen Fahrzeuge mit Eigenantrieb. Derartige Fahrzeuge können Straßentransportfahrzeuge sowie Bergbauausrüstung, Wasserfahrzeuge, Schienenfahrzeuge und andere geländetaugliche Fahrzeuge (OHV, Off-Highway Vehicles) umfassen. Der Klarheit der Darstellung wegen ist eine Lokomotive als ein Beispiel für eine mobile Plattform, die ein System trägt, das eine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet, gezeigt.
  • Vor einer weiteren Beschreibung der Methode zur Bestimmung der Ansaugluftströmung wird ein Beispiel einer Plattform offenbart, in der das Motorsystem in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Schienenfahrzeug, installiert sein kann. Zum Beispiel zeigt 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100 (z.B. eines Lokomotivensystems), das hierin als ein Schienenfahrzeug 106 dargestellt ist, das zum Fahren auf einer Schiene 102 mittels mehrerer Räder 110 eingerichtet ist. Wie dargestellt, enthält das Schienenfahrzeug einen Motor 104. In weiteren nicht beschränkenden Ausführungsformen kann der Motor ein stationärer Motor, beispielsweise in einer Kraftwerksanwendung, oder ein Motor in einem Wasserfahrzeug oder einem geländetauglichen Fahrzeugantriebssystem, wie vorstehend erwähnt, sein.
  • Der Motor erhält Ansaugluft zur Verbrennung von einem Einlass, wie beispielsweise einem Ansaugkrümmer 115. Der Einlass kann eine beliebige geeignete Leitung oder beliebige geeignete Leitungen sein, durch die Gase strömen, um in den Motor einzutreten. Zum Beispiel kann der Einlass den Ansaugkrümmer, den Ansaugkanal 114 und dergleichen enthalten. Der Ansaugkanal empfängt Umgebungsluft von einem (nicht veranschaulichten) Luftfilter, der die Luft von außerhalb eines Fahrzeugs, in dem der Motor positioniert sein kann, filtert. Abgase, die sich aus einer Verbrennung in dem Motor ergeben, werden zu einem Auslass, wie beispielsweise einem Auslasskanal 116, geliefert. Der Auslass kann eine beliebige geeignete Leitung sein, durch die Gase von dem Motor aus strömen. Zum Beispiel kann der Auslass einen Abgaskrümmer 117, den Auslasskanal und dergleichen enthalten. Ein Abgas strömt durch den Auslasskanal und aus einem Abgasschacht des Schienenfahrzeugs heraus.
  • In einem Beispiel ist der Motor ein Dieselmotor, der Luft und Dieselkraftstoff durch Kompressionszündung verbrennt. An sich kann der Motor mehrere Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in jeden Zylinder des Motors enthalten. Zum Beispiel kann jeder Zylinder einen direkten Injektor enthalten, der Kraftstoff von einer Hochdruckkraftstoffzuführung empfängt. In anderen nicht beschränkenden Ausführungsformen kann der Motor Kraftstoff, einschließlich Benzin, Kerosin, Biodiesel oder anderen Erdöldestilaten mit ähnlicher Dichte, durch Kompressionszündung (und/oder Funkenzündung) verbrennen. In einem noch weiteren Beispiel kann der Motor einen gasförmigen Kraftstoff, wie beispielsweise Erdgas, verbrennen. Der gasförmige Kraftstoff kann über Kompressionszündung des injizierten Dieselkraftstoffs, was hierin als Multi-Kraftstoff-Betrieb bezeichnet wird, gezündet werden, oder der gasförmige Kraftstoff kann über Funkenzündung gezündet werden. Der gasförmige Kraftstoff kann den Zylindern z.B. über ein oder mehrere Gaseinlassventile zugeführt werden. In weiteren Beispielen kann der Kraftstoff den Zylindern durch Injektion über Injektionsöffnungen zugeführt werden. Der flüssige Kraftstoff (z.B. Diesel) kann in einem Kraftstofftank aufbewahrt werden, der sich an Bord des Schienenfahrzeugs befindet. Der gasförmige Kraftstoff kann in einem Aufbewahrungstank aufbewahrt werden, der sich an Bord des Schienenfahrzeugs oder an Bord eines anderen Fahrzeugs, der mit dem Schienenfahrzeug betriebsmäßig verbunden ist, befindet.
  • In einer Ausführungsform ist das Schienenfahrzeug ein dieselelektrisches Fahrzeug (oder ein Diesel-/Gaskraftstoff-basiertes elektrisches Hybridfahrzeug). Wie in 1 dargestellt, ist der Motor mit einem elektrischen Stromerzeugungssystem verbunden, das einen Wechselstromgenerator/ Generator 140 und elektrische Traktionsmotoren 112 enthält. Zum Beispiel erzeugt der Motor eine Drehmomentausgabe, die zu dem Wechselstromgenerator/Generator übertragen wird, der mit dem Motor mechanisch verbunden ist. Der Wechselstromgenerator/Generator erzeugt elektrische Leistung, die gespeichert und genutzt werden kann, um anschließend zu unterschiedlichen nachgeschalteten elektrischen Komponenten geleitet zu werden. Als ein Beispiel kann der Wechselstromgenerator/Generator mit mehreren Traktionsmotoren elektrisch verbunden sein, und der Wechselstromgenerator/Generator kann elektrische Leistung zu den mehreren Traktionsmotoren liefern. Wie dargestellt, sind die mehreren Traktionsmotoren jeweils mit einem von mehreren Rädern verbunden, um Zugkraft zum Antreiben des Schienenfahrzeugs zu liefern. Eine beispielhafte Konfiguration umfasst einen einzigen Traktionsmotor pro Rad. Wie hierin dargestellt, entsprechen sechs Paare von Traktionsmotoren jeweils sechs Paaren von Rädern des Schienenfahrzeugs. In einem weiteren Beispiel kann der Wechselstromgenerator/Generator mit einem oder mehreren Widerstandsnetzwerken 142 verbunden sein. Die Widerstandsnetzwerke können eingerichtet sein, um überschüssiges Motordrehmoment als Wärme abzuführen, die durch die Netzwerke aus der durch den Wechselstromgenerator/Generator erzeugten Elektrizität erzeugt wird.
  • In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Motor ein V12-Motor, der zwölf Zylinder aufweist. In anderen Beispielen kann der Motor ein V6-, V8-, V10-, V16-, I4-, I6-, I8-, ein Gegenkolben-4 oder ein anderer Motor sein. Wie dargestellt, enthält der Motor einen Teilsatz von Nicht-Geberzylindern 105, der sechs Zylinder enthält, die Abgas ausschließlich einem Nicht-Geberzylinder-Abgaskrümmer 117 zuführen, und einen Teilsatz von Geberzylindern 107, der sechs Zylinder enthält, die ein Abgas ausschließlich zu einem Geberzylinder-Abgaskrümmer 119 zuführen. In anderen Ausführungsformen kann der Motor wenigstens einen Geberzylinder und wenigstens einen Nicht-Geberzylinder enthalten. Zum Beispiel kann der Motor vier Geberzylinder und acht Nicht-Geberzylinder oder drei Geberzylinder und neun Nicht-Geberzylinder aufweisen. Es sollte verstanden werden, dass der Motor eine beliebige gewünschte Anzahl von Geberzylindern und Nicht-Geberzylindern aufweisen kann, wobei die Anzahl von Geberzylindern gewöhnlich geringer ist als die Anzahl von Nicht-Geberzylindern.
  • Wie in 1 dargestellt, sind die Nicht-Geberzylinder mit dem Auslasskanal verbunden, um das Abgas von dem Motor zu der Atmosphäre zu leiten (nachdem dieses ein Abgasnachbehandlungssystem 130 und einen ersten und zweiten Turbolader 120 und 124 durchströmt hat). Die Geberzylinder, die eine Motorabgasrückführung (AGR) bereitstellen, sind ausschließlich mit einem AGR-Kanal 162 eines AGR-Systems 160 verbunden, das ein Abgas aus den Geberzylindern zu dem Ansaugkanal des Motors und nicht zur Atmosphäre leitet. Durch das Einleiten von gekühltem Abgas in den Motor wird der Anteil des zur Verbrennung verfügbaren Sauerstoffs reduziert, wodurch Verbrennungsflammentemperaturen reduziert werden und die Bildung von Stickoxiden (z.B. NOx) verringert wird.
  • Ein Abgas, das von den Geberzylindern zu dem Ansaugkanal strömt, passiert einen Wärmetauscher, wie beispielsweise einen AGR-Kühler 166, um eine Temperatur des Abgases zu reduzieren (z.B. dieses zu kühlen), bevor das Abgas zu dem Ansaugkanal zurückkehrt. Der AGR-Kühler kann z.B. ein Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher sein. In einem derartigen Beispiel kann ein oder können mehrere Ladeluftkühler 132 und 134, der bzw. die in dem Ansaugkanal (z.B. stromaufwärts von der Stelle, an der das rückgeführte Abgas eintritt) angeordnet ist bzw. sind, eingestellt sein, um die Kühlung der Ladeluft weiter zu steigern, so dass eine Temperatur des Gemisches aus der Ladeluft und dem Abgas bei einer gewünschten Temperatur gehalten wird. In anderen Beispielen kann das AGR-System einen AGR-Kühlerbypass enthalten. Alternativ kann das AGR-System ein AGR-Kühler-Steuerelement enthalten. Das AGR-Kühler-Steuerelement kann derart betätigt werden, dass die Abgasströmung durch den AGR-Kühler reduziert wird; jedoch wird in einer derartigen Konfiguration ein Abgas, das nicht durch den AGR-Kühler strömt, eher zu dem Auslasskanal als zu dem Ansaugkanal geleitet.
  • Zusätzlich kann das AGR-System in einigen Ausführungsformen einen AGR-Bypasskanal 161 enthalten, der dazu eingerichtet ist, ein Abgas aus den Geberzylindern zurück zu dem Auslasskanal abzuleiten. Der AGR-Bypasskanal kann über ein Ventil 163 gesteuert werden. Das Ventil kann mit mehreren Drosselstellen eingerichtet sein, so dass eine variable Abgasmenge zu dem Auslass geleitet wird, um eine variable AGR-Menge dem Einlass zuzuführen.
  • In einer modifizierten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, können die Geberzylinder mit einem modifizierten AGR-Kanal 165 (das mit Strichlinien veranschaulicht ist) verbunden sein, der eingerichtet ist, um ein Abgas wahlweise zu dem Einlass- oder zu dem Auslasskanal zu leiten. Wenn z.B. ein zweites Ventil 170 offen ist, kann ein Abgas aus den Geberzylindern zu dem AGR-Kühler und/oder zusätzlichen Elementen geleitet werden, bevor es zu dem Einlasskanal geleitet wird. Ferner enthält das modifizierte AGR-System ein erstes Ventil 164, das zwischen dem Auslasskanal und dem modifizierten AGR-Kanal angeordnet ist.
  • Das erste Ventil und das zweite Ventil können Ein/Aus-Ventile sein, die durch die Steuereinheit 180 (zur Ein- oder Ausschaltung der AGR-Strömung) gesteuert werden, oder sie können beispielsweise eine variable Menge von AGR steuern. In einigen Beispielen kann das erste Ventil derart betätigt werden, dass eine AGR-Menge reduziert wird (Abgas strömt von dem AGR-Kanal zu dem Auslasskanal). In anderen Beispielen kann das erste Ventil derart betätigt werden, dass die AGR-Menge vergrößert wird (z.B. strömt ein Abgas von dem Auslasskanal zu dem AGR-Kanal). In einigen Ausführungsformen kann das modifizierte AGR-System mehrere AGR-Ventile oder andere Strömungssteuerungselemente enthalten, um die Menge an AGR zu steuern.
  • In einer derartigen Konfiguration ist das erste Ventil betreibbar, um Abgas aus den Geberzylindern zu dem Auslasskanal des Motors zu leiten, und das zweite Ventil ist betreibbar, um Abgas aus den Geberzylindern zu dem Einlasskanal des Motors zu leiten. An sich kann das erste Ventil als ein AGR-Bypassventil bezeichnet werden, während das zweite Ventil als ein AGR-Dosierventil bezeichnet werden kann. In der in 1 dargestellten Ausführungsform können das erste Ventil und das zweite Ventil beispielsweise durch Motoröl oder hydraulisch betätigte Ventile mit einem (nicht gezeigten) Wechselventil, um das Motoröl zu modulieren, sein. In einigen Beispielen können die Ventile derart betätigt werden, dass eines von dem ersten und zweiten Ventil normalerweise offen ist, während das andere normalerweise geschlossen ist. In anderen Beispielen können das erste und das zweite Ventil pneumatische Ventile, elektrische Ventile oder ein anderes geeignetes Ventil sein.
  • Wie in 1 veranschaulicht, enthält das Fahrzeugsystem ferner einen AGR-Mischer 172, der das rückgeführte Abgas mit Ladeluft vermischt, so dass das Abgas in dem Gemisch aus Ladeluft und Abgas gleichmäßig verteilt werden kann. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das AGR-System ein Hochdruck-AGR-System, das ein Abgas aus einer Stelle stromaufwärts von den Turboladern 120 und 124 in dem Auslasskanal zu einer Stelle stromabwärts von den Turboladern in dem Einlasskanal leitet. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-AGR-System enthalten, das ein Abgas von einer Stelle stromabwärts von den Turboladern in dem Auslasskanal zu einer Stelle stromaufwärts von den Turboladern in dem Einlasskanal leitet.
  • Wie in 1 dargestellt, enthält das Fahrzeugsystem ferner einen zweistufigen Turbolader mit dem ersten Turbolader 120 und dem zweiten Turbolader 124, die in Reihe angeordnet sind, wobei jeder von den Turboladern zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal angeordnet ist. Der zweistufige Turbolader steigert die Luftaufladung mit Umgebungsluft, die in den Ansaugkanal 114 angesaugt wird, um eine größere Ladedichte während einer Verbrennung bereitzustellen, um die Ausgangsleistung und/oder den Motorbetriebswirkungsgrad zu erhöhen. Der erste Turbolader arbeitet bei einem relativ geringen Druck und enthält eine erste Turbine 121, die einen ersten Verdichter 122 antreibt. Die erste Turbine und der erste Verdichter sind über eine erste Welle 123 mechanisch miteinander verbunden. Der erste Turbolader kann als die „Niederdruckstufe“ des Turboladers bezeichnet werden. Der zweite Turbolader arbeitet bei einem relativ höheren Druck und enthält eine zweite Turbine 125, die einen zweiten Verdichter 126 antreibt. Der zweite Turbolader kann als die „Hochdruckstufe“ des Turboladers bezeichnet werden. Die zweite Turbine und der zweite Verdichter sind über eine zweite Welle 127 mechanisch miteinander verbunden.
  • Wie vorstehend erläutert, sind die Begriffe „Hochdruck“ und „Niederdruck“ relativ, was bedeutet, dass ein „Hoch“-Druck ein Druck ist, der höher ist als ein „Nieder“-Druck. Umgekehrt ist ein „Nieder“-Druck ein Druck, der geringer ist als ein „Hoch“-Druck.
  • Wie hierin verwendet, kann der „zweistufige Turbolader“ sich allgemein auf eine mehrstufige Turboladerkonfiguration beziehen, die zwei oder mehrere Turbolader enthält. Zum Beispiel kann ein zweistufiger Turbolader einen Hochdruck-Turbolader und einen Niederdruck-Turbolader, die in Reihe angeordnet sind, drei in Reihe angeordnete Turbolader, zwei Niederdruck-Turbolader, die einen Hochdruck-Turbolader speisen, einen einzigen Niederdruck-Turbolader, der zwei Hochdruck-Turbolader speist, etc. umfassen. In einer Ausführungsform werden drei Turbolader in Reihe zueinander verwendet. In einem weiteren Beispiel werden nur zwei Turbolader in Reihe zueinander verwendet.
  • In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist der zweite Turbolader mit einem Turbinenbypassventil 128 versehen, der einem Abgas ermöglicht, den zweiten Turbolader zu umströmen. Das Turbinenbypassventil kann z.B. geöffnet werden, um die Abgasströmung von der zweiten Turbine weg abzuzweigen. Auf diese Weise kann die Drehzahl des Verdichters und somit die durch die Turbolader erzielte Verstärkung für den Motor während stationärer Bedingungen reguliert werden. Zusätzlich kann der erste Turbolader auch mit einem Turbinenbypassventil versehen sein. In anderen Ausführungsformen kann lediglich der erste Turbolader mit einem Turbinenbypassventil versehen sein, oder nur der zweite Turbolader kann mit einem Turbinenbypassventil versehen sein. Außerdem kann der zweite Turbolader mit einem Verdichterbypassventil 129 versehen sein, das einem Gas ermöglicht, den zweiten Verdichter zu umströmen, um z.B. Verdichterpumpen zu vermeiden. In einigen Ausführungsformen kann der erste Turbolader auch mit einem Verdichterbypassventil versehen sein, während in anderen Ausführungsformen nur der erste Turbolader mit einem Verdichterbypassventil versehen sein kann. Ferner kann eines oder können mehrere der Turbolader in einigen Beispielen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT, Variable Geometry Turbochargers) sein.
  • Das Fahrzeugsystem enthält ferner ein Abgasnachbehandlungssystem 130, das in dem Auslasskanal angeschlossen ist, um limitierte Emissionen zu reduzieren. Wie in 1 dargestellt, ist das Abgasnachbehandlungssystem stromabwärts von der ersten Turbine des ersten (Niederdruck-)turboladers angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann ein Abgasnachbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ stromaufwärts von dem ersten Turbolader angeordnet sein. Das Abgasnachbehandlungssystem kann eine oder mehrere Komponenten enthalten. Zum Beispiel kann das Abgasnachbehandlungssystem eines oder mehrere von einem Rußpartikelfilter (DPF), einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem Dreiwegekatalysator, einem NOx-Abscheider und/oder verschiedenen anderen Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen von diesen enthalten.
  • Das Fahrzeugsystem enthält ferner die Steuereinheit 180 (die auch als ein Controller bezeichnet wird), die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, verschiedene Komponenten im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem zu steuern. In einem Beispiel enthält die Steuereinheit ein Computersteuerungssystem. Die Steuereinheit enthält ferner nicht transitorische, computerlesbare Speichermedien (nicht veranschaulicht), die einen Code enthalten, der eine Überwachung und Steuerung des Motorbetriebs an Bord ermöglicht. Die Steuereinheit kann, während sie die Steuerung und das Management des Fahrzeugsystems beaufsichtigt, dazu eingerichtet sein, Signale von vielfältigen Motorsensoren zu empfangen, wie dies hier weiter ausgeführt ist, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu bestimmen und entsprechend verschiedene Motoraktuatoren zur Steuerung des Betriebs des Fahrzeugsystems einzustellen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit Signale von verschiedenen Motorsensoren aufnehmen, zu denen gehören: ein Sensor 181, der in dem Einlass der Hochdruckturbine angeordnet ist, ein Sensor 182, der in dem Einlass der Niederdruckturbine angeordnet ist, ein Sensor 183, der in dem Einlass des Niederdruckverdichters angeordnet ist, und ein Sensor 184, der in dem Einlass des Hochdruckverdichters angeordnet ist. Die Sensoren, die in den Einlässen der Turbolader angeordnet sind, können eine(n) oder mehrere von Abgastemperatur und -druck erfassen. Ferner können ein oder mehrere Sensoren 186 in dem Auslasskanal eine Sauerstoffkonzentration des Abgases, eine NOx-Konzentration des Abgases, eine Feinstaubkonzentration des Abgases oder andere Parameter erfassen. Ein oder mehrere Sensoren 185, die in dem Ansaugkrümmer (wie veranschaulicht) oder in dem Einlasskanal angeordnet sind, können den Krümmerdruck, die Krümmertemperatur oder andere Parameter messen. Weitere Sensoren können, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, die Motordrehzahl, die Motorlast, den Ladedruck, den Umgebungsdruck, die Abgastemperatur, den Abgasdruck, etc. umfassen. Dementsprechend kann die Steuereinheit das Fahrzeugsystem steuern, indem sie Befehle zu verschiedenen Komponenten, wie beispielsweise zu Traktionsmotoren, dem Generator, den Zylinderventilen, einer Drossel, zu Wärmetauschern, Ladedruckregelventilen oder anderen Ventilen oder Strömungssteuerelementen, etc. sendet.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, um die Strömung bzw. den Durchfluss einer frischen und/oder der gesamten Ansaugluft zu schätzen. Zum Beispiel kann in einigen Konfigurationen ein Ansaugluftströmungssensor nicht vorhanden sein, oder falls ein Ansaugluftströmungssensor vorhanden ist, kann dieser nicht unter allen Bedingungen funktionsfähig sein (z.B. kann er die Luftströmung während Zeiten mit geringer Strömungsrate, geringer Temperatur, etc. nicht genau messen), und somit kann die Ansaugluftströmung basierend auf einem oder mehreren Motorbetriebsparametern geschätzt werden. Die frische Ansaugluftströmung kann sich auf die Ansaugluftströmung beziehen, die AGR ausschließt und Umgebungsluft von außerhalb des Motors enthält, die gefiltert sein kann oder nicht. In einigen Beispielen kann die frische Ansaugluft andere Luft als Umgebungsluft, wie beispielsweise Spülluft oder andere Gasquellen enthalten, während AGR weiterhin ausgeschlossen ist. Die ganze oder gesamte Ansauggasströmung bezieht sich auf all die Luft, die in die Zylinder eingeführt wird, und enthält die frische Luft sowie AGR. Die gesamte oder frische Ansaugluftströmung kann einen Massenstrom, eine Strömungsrate, eine Durchflussmenge oder eine andere geeignete Schätzung umfassen. Basierend auf der geschätzten Ansaugluftströmung und einer Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration kann eine Menge an AGR, die zu dem Einlass geleitet werden soll, bestimmt werden, und basierend auf der AGR-Menge kann ein oder können mehrere Auslassventile eingestellt werden.
  • Die frische und/oder gesamte Ansaugluftströmung kann entsprechend einer Anzahl unterschiedlicher Modelle geschätzt werden. Jedes der unterschiedlichen Modelle kann auf unterschiedlichen Sätzen von Eingaben basieren und kann somit zu verschiedenen Ansaugluftströmungsschätzungen führen. Ferner kann jedes der verschiedenen Modelle ein anderes Rauschniveau aufweisen, kann eine hohe Genauigkeit unter manchen Bedingungen, aber nicht unter anderen aufweisen, kann Eingaben umfassen, die nur während bestimmter Bedingungen verfügbar sind, etc. Somit kann kein einziges Modell die Ansaugluftströmung zu allen Zeiten genau schätzen. Um sicherzustellen, dass eine verlässliche, genaue Luftströmungsschätzung stets verfügbar ist, kann ein oder können mehrere der Modelle ausgewählt werden, um die Ansaugluftströmung auf der Basis der momentanen Betriebsbedingungen zu schätzen.
  • In einem Beispiel kann die Ansaugluftströmung unter Verwendung eines volumetrischen Wirkungsgradmodells geschätzt werden, wobei der volumetrische Wirkungsgrad des Motors (auf der Basis von Ansaugkrümmerbedingungen), gekoppelt mit der Motordrehzahl, die gesamte Luftströmung in die Zylinder hinein beschreibt. Kurz gesagt, ist der volumetrische Wirkungsgrad eines Motors das Verhältnis aus der tatsächlichen Luftströmung in die Zylinder zu der theoretisch maximal möglichen Luftströmung (auf der Basis der bekannten Bauteilkonfiguration des Motors, z.B. dem Hubraum des Motors). Der volumetrische Wirkungsgrad kann basierend auf der Motordrehzahl, dem Auslassdruck, dem Krümmerluftdruck und der Krümmerlufttemperatur bestimmt werden und kann eine genaue Schätzung der Ansaugluftströmung sowohl während transienter als auch während stationärer Bedingungen ergeben. Jedoch schätzt das volumetrische Wirkungsgradmodell nur die gesamte Luftströmung, die in den Motor hineinführt, und kann somit nicht das Vorhandensein von AGR in dem Einlass berücksichtigen. An sich kann das volumetrische Wirkungsgradmodell nur dann zuverlässig herangezogen werden, wenn die AGR deaktiviert ist.
  • Mehrere der anderen Ansaugluftströmungsmodelle können verwendet werden, wenn die AGR aktiv ist. In einem Beispiel kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Modell verwendet werden, um die frische Ansaugluftströmung auf der Basis eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (LKV) und der Kraftstoffströmung zu schätzen. Das LKV kann basierend auf einer Rückmeldung von einem Abgassauerstoffsensor (und ferner basierend auf der erfassten oder geschätzten Feuchtigkeit in einigen Beispielen) bestimmt werden, und die Kraftstoffströmung kann ausgehend von Kraftstoffinjektorkarten und einer Annahme oder Modellierung der Kraftstoffdichte bestimmt werden. Das LKVbasierte Modell kann unter den meisten stationären Betriebsbedingungen genau sein. Während Leerlaufbedingungen oder anderer Bedingungen, bei denen das LKV sehr hoch ist, können jedoch geringe Veränderungen der erfassten Abgassauerstoffkonzentration große Änderungen bei dem bestimmten LKV hervorrufen, und die Genauigkeit des LKV-basierten Modells kann während Bedingungen mit hohem LKV gering sein. Ferner kann die transiente Antwort des LKV-basierten Modells aufgrund der Latenz des Sauerstoffsensors bei der Reaktion auf Veränderungen der Abgassauerstoffkonzentration während transienter Bedingungen gering sein. Somit kann das LKV-basierte Modell während Bedingungen mit mäßiger bis hoher Last, wenn das LKV relativ gering ist, und während eines stationären Betriebs zuverlässig herangezogen werden. Um jedoch der Latenzzeit in der Sauerstoffsensorausgabe entgegenzuwirken, kann das Kraftstoffströmungssignal einer Verzögerung/einem Nachlauf bei der Übertragung unterworfen werden, um mit den Zeitpunkten der Sauerstoffsensorausgabe übereinzustimmen, und wenn die Latenz auf diese Weise kompensiert wird, kann das LKV-Modell während transienter Bedingungen wirksam sein. In einigen Beispielen kann die Dynamik des LKV-Signals mit dem Kraftstoffströmungssignal in dem Zeitbereich synchronisiert werden. Dies kann ein genaueres Ergebnis der Multiplikation aus LKV und Kraftstoffströmung ermöglichen, was somit die transiente Genauigkeit der Ansaugluftströmungsschätzung verbessert. Dies kann die gesamte Kenntnis über die angesaugte Frischluftströmung verbessern.
  • In einem weiteren Beispiel kann die frische Ansaugluftströmung gemäß einem Auslassventilpositionsmodell geschätzt werden. Das Auslassventilpositionsmodell kann die gesamte Ansaugluftströmung zu den Zylindern auf der Basis des volumetrischen Wirkungsgradmodells bestimmen, und dann kann die Menge an AGR in dem Einlass basierend auf der Position des einen oder der mehreren Auslassventile, die die AGR-Strömung beeinflussen, bestimmt werden. In einem ersten Beispiel eines Auslassventilpositionsmodells wird (werden) die Auslassventilposition(en) in eine Karte eingegeben, die eine AGR-Rate auf der Basis der Position(en) und des Ansaugkrümmerdrucks ausgibt, und die AGR-Rate wird mit der Ausgabe des volumetrischen Wirkungsgradmodells multipliziert, um die Frischluftansaugströmung zu bestimmen. Dieses Modell ist während transienter Bedingungen ansprechfähig, ihm kann jedoch aufgrund von Faktoren, die die tatsächliche AGR-Rate beeinflussen können, wie beispielsweise Auslassdruck, die nicht berücksichtigt werden, an Genauigkeit mangeln. In einem zweiten Beispiel eines Auslassventilpositionsmodells wird, anstatt sich einfach auf die Auslassventilposition zu verlassen, wenigstens eines der Auslassventile als eine Drosselöffnung mit variabler Größe charakterisiert, und es werden Strömungsgleichungen für komprimierbare Gase angewandt, um eine detailliertere Schätzung des Durchflusses durch das Ventil zu liefern.
  • In einem weiteren Beispiel kann die frische Ansaugluftströmung gemäß einem Verdichterströmungsmodell geschätzt werden. Das Verdichterströmungsmodell verwendet eine vorbestimmte Verdichterkarte (z.B. für einen Hochdruckverdichter in einem zweistufigen Turboladersystem) mit Verdichterdruckverhältnis- und korrigierten Turbodrehzahleingaben (die Turbodrehzahl kann in einem Beispiel hinsichtlich der Ansauglufttemperatur korrigiert sein). Die Karte gibt eine korrigierte Verdichterluftströmung aus, die dann entsprechend den Verdichtereinlassbedingungen umkorrigiert wird. Jedoch kann dieses Modell ungenau und/oder rauschbehaftet sein, wenn der Verdichter nahe an der Pumpenlinie der Karte arbeitet, wo die Turbodrehzahllinien dazu neigen, nahezu horizontal zu verlaufen.
  • Zum Beispiel veranschaulicht 5 eine beispielhafte Verdichterkarte 500, die eine korrigierte Verdichterströmung (W) als Funktion eines Verdichterdruckverhältnisses (PR) für gegebene Turbodrehzahlen aufzeichnet. Die Karte 500 veranschaulicht eine einzige konstante Turbodrehzahllinie, wobei jedoch erkannt wird, dass andere Turbodrehzahllinien vorhanden sein können. In einem Bereich 502 verläuft die Turbodrehzahllinie im Wesentlichen horizontal, und somit können geringe Veränderungen des Druckverhältnisses (ob real oder aufgrund eines Fehlers) zu großen Änderungen der Verdichterluftströmung führen.
  • Es kann ein modifiziertes Verdichterströmungsmodell verwendet werden, das die großen Verdichterausgangsströmungsvariationen berücksichtigt, die von kleinen Druckverhältnisvariationen herrühren können, wenn in der Nähe der Pumplinie (und somit in dem Bereich der Verdichterkarte, der relativ flache Turbodrehzahllinien aufweist) gearbeitet wird. In dem modifizierten Modell wird der Motoratmungslinienwinkel über die Zeit hinweg gelernt und nicht zugelassen, dass sich dieser mit der unerwünschten Variation hin und her verschiebt. Auf diese Weise wird erzwungen, dass die Nachschlagegröße der Luftströmung in der Verdichterkarte von der gelernten Atmungslinie herrührt. Es wird eine Triangulation an der Verdichterkartennachschlagegröße (z.B. der Nachschlagegröße unter Verwendung des Druckverhältnisses über dem Verdichter, der Strömung und der Turbodrehzahl an der Atmungslinie) durchgeführt, um Rauschen zu vermeiden und dabei die Dynamik, die reale Bedingungen widerspiegelt, aufrechtzuerhalten.
  • Zum Beispiel kann, wie in 5 veranschaulicht, eine tatsächliche Druckverhältnis- und Verdichterströmungsmessung durchgeführt werden (PRRT bzw. WRT), und es kann eine Motoratmungslinie bestimmt werden. Eine Motoratmungslinie bezieht sich auf die ungefähr gerade Linie, die auf der Verdichterkarte bei einem Betrieb mit einer konstanten Drehzahl bei variierender Last erscheint. Dann kann ein (möglicherweise „rauschbehafteter“) Echtzeit-Atmungslinienwinkel (θRT) berechnet werden. Wie in 5 veranschaulicht, repräsentiert der Echtzeit-Atmungswinkel den Winkel zwischen dem Betriebspunkt in Echtzeit (der durch PRRT und WRT beschrieben ist) und dem Atmungslinienankerpunkt 504 (der durch PRθ und Wθ beschrieben ist). Der Atmungslinienankerpunkt ist ein statischer, vorbestimmter Punkt, der den ungefähren Punkt widerspiegelt, wo alle Motoratmungslinien dazu neigen, auf der Verdichterkarte zu konvergieren. Das θRT wird anschließend gefiltert (mit einem Tiefpassfilter oder Ähnlichem), um einen gefilterten Atmungslinienwinkel θF zu erhalten. Dies kann ein langsames Filter umfassen, falls |θRT – θF| < X1, oder ein schnelles Filter, falls |θRT – θF| ≥ X1. Hier weist das langsame Filter eine relativ geringe Bandbreite, die nur eine langsame Dynamik bis θF ermöglicht, während das schnelle Filter eine relativ hohe Bandbreite aufweist, die auch eine schnelle Dynamik bis über θF hinweg ermöglicht. Die Schwelle X1 repräsentiert die Schwelle, an der der Übergang zwischen dem langsamen und dem schnellen Filter vollzogen wird. Diese zweistufige Filterung ermöglicht dem gefilterten Atmungslinienwinkel θF, während Betriebszeiten entlang einer statischen Atmungslinie stark gefiltert zu werden (und somit ein relativ sauberes Signal mit geringem „Rauschen“ zu haben), aber ermöglicht auch, dass sich θF schnell ändern kann (was somit der berechneten Atmungslinie ermöglicht, sich selbst schnell zu verändern), falls sich die erkennbare Atmungslinie in der Tat schnell verändert. Schließlich wird eine Verdichterströmung unter Verwendung des gefilterten Atmungslinienwinkels θF und der korrigierten Turbodrehzahl bestimmt. Durch Bestimmung des gefilterten Atmungslinienwinkels wechselt die Verdichterkarte von einer Verwendung in einer Weise entsprechend kartesischen Koordinaten zu derjenigen, die einem Polarkoordinatensystem ähnlicher ist. Dies ermöglicht ein Ausgangsströmungssignal, das für „Rauschen“ weniger anfällig ist, wenn in der Nähe des Pumpens gearbeitet wird, wo die Turbodrehzahllinien dazu neigen, nahezu horizontal zu verlaufen.
  • In einem noch weiteren Beispiel kann die frische Ansaugluftströmung gemäß einem NOx-basierten Model geschätzt werden. Das NOx-basierte Modell kann die gesamte Zylinderluftströmung unter Verwendung des vorstehend beschriebenen volumetrischen Wirkungsgradmodells bestimmen, die AGR-Rate unter Verwendung der Abgas-NOx-Konzentration bestimmen und anschließend die gesamte Ansaugluftströmung mit der AGR-Rate multiplizieren, um die geschätzte frische Ansaugluftströmung zu bestimmen. Zum Beispiel kann eine Karte oder Nachschlagetabelle eine AGR-Rate auf der Basis der Abgas-NOx-Konzentration ausgeben. Die AGR-Raten-Bestimmung kann genauer vorgenommen werden, indem Faktoren berücksichtigt werden, die NOx wahrscheinlich beeinflussen, zu denen die Motordrehzahl, die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern, die AGR liefern (z.B. Geberzylindern), und die Umgebungsfeuchte gehören. Die NOx-Motorausgaben können eine verlässliche Angabe der AGR-Rate liefern, selbst wenn das LKV sehr hoch ist.
  • Somit stehen vielfältige Schätzmodelle für die Ansaugluftströmung zur Verfügung, und jedes Schätzmodell weist seine eigenen Stärken und Schwächen auf. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend in Bezug auf die 2–4 erläutert, können in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen ein oder mehrere der Ansaugluftströmungsschätzmodelle verwendet werden, um zu einer endgültigen Ansaugluftströmungsschätzung zur Steuerung des Motorbetriebs, einschließlich der Auslassventilpositionseinstellung, zu gelangen. Kurz gesagt, kann die Ausgabe aus mehreren Ansaugluftströmungsschätzmodellen in ein „komplexes“ Modell eingegeben werden, das die Antwort der Schätzmodelle auf Veränderungen der Betriebsbedingungen mit der Genauigkeit der Modelle während stationärer Bedingungen wirksam einsetzt. Da das komplexe Modell auf vielfältigen Schätzmodellen (und somit vielfältigen Eingaben) beruht, ist es jedoch nicht während aller Betriebsbedingungen einsetzbar. Zum Beispiel kann ein oder können mehrere der Sensoren, die verwendet werden, um eine Rückmeldung zu einem oder mehreren der Schätzmodelle zu liefern, ggf. bei niedriger Temperatur nicht zuverlässig arbeiten, und somit kann das komplexe Modell während Motorkaltstartvorgängen nicht verlässlich sein. Während dieser Bedingungen, die sich häufig mit der AGR-Deaktivierung überlappen können, kann das volumetrische Wirkungsgradmodell alleine verwendet werden.
  • Indem nun auf 2 Bezug genommen wird, ist ein Verfahren 200 zur Einstellung des Motorbetriebs auf der Basis einer geschätzten frischen Ansaugluftströmung dargestellt. Das Verfahren 200 kann durch eine Steuereinrichtung, wie beispielsweise die Steuereinheit 180 nach 1, entsprechend darauf gespeicherten nicht transitorischen Anweisungen durchgeführt werden. Bei 202 enthält das Verfahren 200 ein Bestimmen von Motorbetriebsparametern. Die bestimmten Motorbetriebsparameter können die Motortemperatur, Motordrehzahl, Motorlast und den AGR-Status / die AGR-Rate (z.B., ob AGR aktiviert oder deaktiviert ist) umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Bei 204 wird festgestellt, ob das komplexe Modell, das zur Berechnung der frischen Ansaugluftströmung verwendet wird, einsetzbar ist. Wie oben erläutert und in größeren Einzelheiten in Bezug auf die 3–4 und 6 erläutert, empfängt das komplexe Modell (das auch als ein Prädiktor / Korrektor bezeichnet wird) als Eingabe die Ausgabe von mehreren unterschiedlichen Ansaugluftströmungsschätzmodellen. Jedes der jeweiligen Schätzmodelle enthält eine oder mehrere erfasste Eingangsgrößen, wie beispielsweise die Abgassauerstoffkonzentration, die Abgas-NOx-Konzentration oder die Turbodrehzahl, die es erfordern können, dass eine minimale Abgastemperatur oder Abgasströmungsrate erreicht wird, bevor die erfasste Eingangsgröße verlässlich ist. Somit kann das komplexe Modell nur unter manchen Bedingungen einsetzbar sein. In einem Beispiel kann das komplexe Modell nach einem Motorstart (z.B., bevor die Turbinendrehzahl eine Schwellendrehzahl erreicht hat), wenn die Motortemperatur unterhalb einer Schwelle liegt (wenn z.B. ein NOx- oder O2-Sensor unterhalb seiner Anspringtemperatur ist) und/oder wenn die AGR deaktiviert ist, nicht einsetzbar sein.
  • Wenn festgestellt wird, dass das komplexe Modell einsetzbar ist, wenn z.B. die AGR aktiviert ist oder wenn der Motor nicht unter Kaltstartbedingungen arbeitet, schreitet das Verfahren 200 zu 206 fort, um die frische Ansaugluftströmung unter Verwendung des komplexen Modells zu schätzen, was in größeren Einzelheiten nachstehend in Bezug auf die 3, 4 und 6 erläutert ist.
  • Kurz gesagt, gibt das komplexe Modell eine endgültige frische Ansaugluftströmung auf der Basis einer Kombination aus transienter und stationärer Schätzung der frischen Ansaugluftströmung aus. Das Verfahren 200 schreitet dann zu 210 fort, um die Position eines oder mehrerer Auslassventile auf der Basis der geschätzten frischen Ansaugluftströmung und einer Einlasssauerstoffreferenzkonzentration, wenn sie angegeben ist, einzustellen. Ein Einstellen der einen oder mehreren Auslassventilpositionen kann z.B. angezeigt sein, wenn sich die tatsächliche (entweder modellierte oder erfasste) Einlasssauerstoffkonzentration von der Einlasssauerstoffreferenzkonzentration unterscheidet oder wenn sich die Einlasssauerstoffreferenzkonzentration (z.B. aufgrund einer Veränderung der befohlenen Motorlast) verändert. Das eine oder die mehreren Auslassventile können ein oder mehrere Ventile zur Steuerung der AGR-Strömung durch einen AGR-Kanal, wie beispielsweise die Ventile 163, 164 und/oder 170, das Ventil 128 oder andere Ventile, enthalten. Durch Einstellung des einen oder der mehreren Auslassventile wird sich die Menge an AGR, die in den Einlass eingeleitet wird, verändern, um die Einlasssauerstoffkonzentration auf die Referenzkonzentration zu bringen. In einigen Beispielen kann, um zusätzlich die AGR einzustellen oder alternativ um das eine oder die mehreren Auslassventile einzustellen, die Kraftstoffzufuhr zu den AGR-Zylindern (z.B. den Geberzylindern) angepasst werden, es kann eine Position eines Turboladers mit variabler Geometrie angepasst werden, oder es kann ein anderer Faktor, der die AGR beeinflussen kann, angepasst werden. Das Verfahren 200 kehrt dann zurück.
  • Falls bei einer Rückkehr zu 204 festgestellt wird, dass das komplexe Modell nicht einsetzbar ist, falls z.B. die AGR deaktiviert ist oder falls der Motor unter Kaltstartbedingungen arbeitet, schreitet das Verfahren 200 zu 208 fort, um die frische Ansaugluftströmung auf der Basis des vorstehend beschriebenen volumetrischen Wirkungsgradmodells zu schätzen, bei dem angenommen wird, dass die frische Ansaugluftströmung gleich der gesamten Luftströmung, die in die Zylinder hineinführt, ist und auf der Motordrehzahl, dem Auslassdruck, dem Ansaugkrümmerdruck und der Ansaugkrümmertemperatur basiert. Das Verfahren 200 geht dann zu 210 über, um die Auslassventilposition(en) auf der Basis der geschätzten Frischluftströmung, wie vorstehend beschrieben, einzustellen.
  • Während das Verfahren 200, wie vorstehend beschrieben, das komplexe Modell während Bedingungen nutzt, bei denen das Modell einsetzbar ist, und das komplexe Modell während Bedingungen, bei denen das Modell nicht einsetzbar ist, nicht verwendet, versteht es sich, dass in einigen Ausführungsformen das komplexe Modell selbst dann eingesetzt werden kann, wenn einige der Eingangsgrößen nicht verlässlich sind. Dies kann Bedingungen umfassen, bei denen die AGR aktiviert ist, und somit das volumetrische Wirkungsgradmodell nicht verwendet werden kann, da es die Auswirkung von AGR auf die gesamte Ansaugluftströmung nicht berücksichtigt.
  • Indem nun auf 3 verwiesen wird, ist ein Verfahren 300 zur Schätzung einer frischen Ansaugluftströmung auf der Basis des komplexen Prädiktor/Korrektor-Modells dargestellt. Das Verfahren 300 kann durch die Steuereinheit 180, beispielsweise während der Ausführung des Verfahrens 200, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt werden. Das Verfahren 300 kombiniert eine erste Schätzung der frischen Ansaugluftströmung mit einer zweiten Schätzung der frischen Ansaugluftströmung, um eine endgültige Frischluftströmungsschätzung zu erreichen. Die erste frische Ansaugluftströmungsschätzung kann aus einem „transienten“ Modell ausgegeben werden, das derart festgelegt ist, dass es eine schnelle Ansprechrate während sich ändernder Bedingungen aufweist, während die zweite frische Ansaugluftströmungsschätzung aus einem „stationären“ Modell ausgegeben werden kann, das festgelegt ist, um die beste Genauigkeit während stationärer (z.B. sich nicht ändernder) Bedingungen zu haben. Ferner kann eines oder können beide von dem transienten Modell und dem stationären Modell, die zur Berechnung der frischen Ansaugluftströmungsschätzungen verwendet werden, die in das komplexe Modell eingegeben werden, aus mehreren unterschiedlichen Modellen basierend auf den Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Die möglichen transienten und stationären Modelle können all die vorstehend beschriebenen Modelle, einschließlich des volumetrischen Wirkungsgradmodells, des LKV-basierten Modells, beider Auslassventilpositionsmodelle, beider Verdichterströmungsmodelle und des NOx-basierten Modells umfassen.
  • Bei 302 enthält das Verfahren 300 ein Bestimmen einer transienten frischen Ansaugluftströmung auf der Basis eines ausgewählten transienten Modells für die frische Ansaugluftströmung enthalten. Das ausgewählte transiente frische Ansaugluftströmungsmodell kann unter mehreren unterschiedlichen transienten frischen Ansaugluftströmungsmodellen ausgewählt werden. Die transienten frischen Ansaugluftströmungsmodelle können Ansaugluftströmungsschätzmodelle umfassen, die relativ genau während transienter Bedingungen sind, schnell auf sich ändernde Eingangsgrößen reagieren (z.B. die Sensoren, die eine Rückmeldung zu den Modellen liefern, weisen keine große Latenzzeit auf) und/oder hohe Signal-Rausch-Verhältnisse aufweisen. Die transienten frischen Ansaugluftströmungsmodelle können die beiden Auslassventilpositionsmodelle und die beiden verdichterströmungsbasierten Modelle, wie vorstehend beschrieben, umfassen. Die Ausgabe des transienten Schätzmodells für die frische Ansaugluftströmung, die als Eingabe in das komplexe Modell ausgewählt wird, kann in einem Beispiel auf der Basis von Betriebsparametern ausgewählt werden. In einem anderen Beispiel kann die transiente frische Luftströmung anstatt unter mehreren transienten frischen Ansaugluftströmungsschätzmodellen ausgewählt zu werden, unter Verwendung des Auslassventilpositionsmodells geschätzt werden, wobei die frische Ansaugluftströmung basierend auf der gesamten Luftströmung zu den Zylindern (wie sie durch das volumetrische Wirkungsgradmodell bestimmt wird), der Position der Auslassventile (z.B. des AGR-Ventils) und dem Ansaugkrümmerdruck geschätzt wird. Das Auslassventilpositionsmodell kann eine erhöhte Genauigkeit mit schnellem transienten Ansprechen im Vergleich zu den anderen Schätzmodellen für frische Ansaugluftströmung bieten. In einigen Beispielen kann in dem Fall, dass festgestellt wird, dass die Auslassventilpositionsinformation nicht verlässlich ist (wenn z.B. ein Ventilpositionsrückmeldesensor beeinträchtigt ist oder ansonsten keine verlässliche Rückmeldung liefert), anstatt das Auslassventilpositionsmodell zu verwenden, eines der Verdichterströmungsmodelle genutzt werden.
  • Bei 304 enthält das Verfahren 300 ein Feststellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (LKV) größer als ein Schwellen-LKV oder gleich diesem ist. Das Schwellen-LKV kann ein relativ hohes LKV sein, wie beispielsweise ein typisches LKV, das während Leerlaufbedingungen oder Bedingungen mit sehr geringer Last beobachtet wird. In einem Beispiel kann das Schwellen-LKV in einem Bereich zwischen 80:1 und 100:1 liegen. Falls das LKV nicht größer ist als die Schwelle, schreitet das Verfahren 300 zu 306 fort, um die LKV-basierte stationäre Schätzung der frischen Ansaugluftströmung als Eingangsgröße in das komplexe Modell auszuwählen, und es schreitet zu 314 fort, wie nachstehend erläutert. Wie oben erläutert, gibt das LKV-basierte Modell eine Schätzung der frischen Ansaugluftströmung auf der Basis des LKVs und der Kraftstoffströmung aus, wobei das LKV basierend auf einer Rückmeldung von einem Abgassauerstoffsensor bestimmt wird. Während Bedingungen mit hohem LKV (z.B. geringer Kraftstoffströmung, hoher Ansaugluftströmung) können sich kleine Fehler bei den Abgassauerstoffmesswerten in große LKV-Fehler und somit in große Schätzfehler für die frische Ansaugluftströmung übertragen. Während das LKV-basierte Modell unter Bedingungen mit mittlerer bis hoher Last (z.B. geringen LKV-Bedingungen) genau ist, ist es an sich während hoher LKV-Bedingungen (z.B. bei LKVs von 80:1 oder höher) nicht so genau. Falls somit das LKV höher ist als der Schwellenwert bei 304, schreitet das Verfahren 300, anstatt sich auf das LKVbasierte Modell zu verlassen, zu 308 fort, um eine stationäre frische Ansaugluftströmung auf der Basis eines ausgewählten stationären Modells zu schätzen, das unter mehreren unterschiedlichen stationären Modellen ausgewählt wird.
  • Das stationäre Modell kann entsprechend einer vorbestimmten Konfiguration ausgewählt werden. In einem Beispiel können Schätzungen der frischen Ansaugluftströmung aus all den vorstehend beschriebenen Modellen in eine mehrere Anschlüsse aufweisende Weiche eingegeben werden, und die minimale Schätzung der frischen Ansaugluftströmung aus all den Modellen wird ausgewählt, um als eine Eingabe in das komplexe Modell verwendet zu werden, wie bei 310 angezeigt. Eine derartige Konfiguration ermöglicht, dass ein geringer Irrtum in Bezug auf die frische Ansaugluftströmung einen hohen Irrtum bei der Berechnung der AGR-Strömung ergibt, und somit kann sich die tatsächlich gelieferte AGR geringfügig irren, was die Bandbreite zur Minimierung der Raucherzeugung erhöht. In einem weiteren Beispiel kann das gewünschte stationäre Modell basierend auf Betriebsbedingungen ausgewählt werden, wie bei 312 angezeigt. In einem speziellen Beispiel kann, wenn die Motorlast unterhalb einer Schwelle liegt (z.B. in einem Betrieb unter Leerlauf), das ausgewählte stationäre Modell, das NOx-basierte Modell sein, wobei die frische Ansaugluftströmung basierend auf der gesamten Zylinderluftströmung (wie sie unter Verwendung des volumetrischen Wirkungsgradmodells bestimmt wird), der Abgas-NOx-Konzentration und ferner basierend auf der Feuchte, der Motordrehzahl und/oder den Zylinderkraftstoffmengen (insbesondere zu den Zylindern, die AGR hervorbringen, die ansonsten als Geberzylinder bezeichnet werden) geschätzt wird.
  • Sobald eine transiente frische Ansaugluftströmungsschätzung und eine stationäre frische Ansaugluftströmungsschätzung ausgewählt sind, schreitet das Verfahren 300 zu 314 fort, um eine endgültige Frischluftströmungsschätzung als die mit der stationären Schätzung korrigierte transiente Schätzung auszugeben. Eine Korrektur der transienten Schätzung mit der stationären Schätzung kann eine Bestimmung einer Differenz zwischen der transienten und der stationären Schätzung bei 316, eine Filterung der Differenz bei 318 und eine Addition der gefilterten Differenz zu der transienten frischen Ansaugluftströmungsschätzung bei 320 enthalten. Das Verfahren 300 endet anschließend.
  • 4 zeigt ein Steuerdiagramm 400, das den Prozess der Schätzung einer frischen Ansaugluftströmung gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren 200 und 300 veranschaulicht. Das Steuerdiagramm 400 enthält mehrere Schätzungen der frischen Ansaugluftströmung, die gemäß den vorstehend beschriebenen Schätzmodellen bestimmt werden und die in mehrere Weichen und ein komplexes Modell zur Bestimmung einer endgültigen frischen Ansaugluftströmung eingegeben werden.
  • Das Steuerdiagramm enthält eine Weiche 402 mit mehreren Anschlüssen, in die mehrere Schätzungen 404 der stationären frischen Ansaugluftströmung, die aus mehreren Schätzmodellen für frische Ansaugluftströmung ausgegeben werden, eingegeben werden. Die Weiche mit mehreren Anschlüssen wählt auf der Basis einer vorbestimmten Weichenkonfiguration eine einzige Schätzung aus. Während fünf gesonderte stationäre Schätzungen in dem Steuerdiagramm veranschaulicht sind, versteht es sich, dass das Diagramm von veranschaulichender Natur und nicht beschränkend ist und somit andere Weichenkonfigurationen möglich sind. In einem Beispiel enthält die stationäre Schätzung 1 das Minimum von den Schätzungen der frischen Ansaugluftströmung aus dem LKV-basierten Modell und dem NOxbasierten Modell, während die stationäre Schätzung 2 die Schätzung der frischen Ansaugluftströmung aus dem LKV-basierten Modell enthält, die stationäre Schätzung 3 die Schätzung der frischen Ansaugluftströmung aus den NOx-basierten Modell enthält, die stationäre Schätzung 4 das Minimum von den Schätzungen der frischen Ansaugluftströmung aus dem LKVbasierten Modell und dem volumetrischen Wirkungsgradmodell enthält und die stationäre Station 5 die Schätzung der frischen Ansaugluftströmung aus dem Verdichterströmungsmodell enthält. In einem weiteren Beispiel kann eine zusätzliche stationäre Schätzung aufgenommen werden, die gleich der transienten Schätzung ist, wie nachstehend beschrieben. Die Schätzungsausgabe aus der Weiche mit mehreren Anschlüssen kann basierend auf Betriebsbedingungen, basierend auf einem minimalen Wert oder basierend auf einer anderen Konfiguration ausgewählt werden.
  • Die Ausgabe aus der Weiche 402 mit mehreren Anschlüssen (die ausgewählte Schätzung der frischen Ansaugluftströmung) wird gemeinsam mit einer LKV-basierten Schätzung (z.B. der frischen Ansaugluftströmungsschätzung, die mit dem LKV-basierten Modell bestimmt wird) in die Weiche 406 eingespeist. Die Weiche 406 wählt aus der LKV-basierten Schätzung und der Schätzungsausgabe aus der Weiche 402 auf der Basis des LKVs aus, wobei ein geringes LKV zur Folge hat, dass die LKV-basierte Schätzung ausgewählt wird, und ein hohes LKV zur Folge hat, dass die Schätzungsausgabe aus der Weiche 402 ausgewählt wird. Die Ausgabe aus der Weiche 406 (die als die stationäre Schätzung bezeichnet werden kann) wird in das komplexe Prädiktor/Korrektor-Modell 410 eingespeist.
  • Das komplexe Prädiktor/Korrektor-Modell 410 enthält einen Block 412, bei dem die Differenz zwischen der stationären Schätzung und einer ausgewählten transienten Schätzung bestimmt wird. Z.B. kann die transiente Schätzung von der stationären Schätzung subtrahiert werden. Wie zuvor erläutert, kann die transiente Schätzung eine Schätzung der frischen Ansaugluftströmung sein, die unter Verwendung des Auslassventilpositionsmodells (z.B. basierend auf der gesamten Zylinderluftströmung, der Auslassventilposition und dem Ansaugkrümmerdruck) oder einem anderen geeigneten Modell bestimmt wird. Die Differenz aus dem Block 412 wird in ein Tiefpassfilter 412 eingespeist (obwohl andere Filter oder kein Filter möglich sind), und die gefilterte Differenz wird in den Block 416 gemeinsam mit der transienten Schätzung eingespeist. Die gefilterte Differenz und die transiente Schätzung können im Block 416 zusammen addiert werden. Die Ausgabe aus dem Block 416 kann die endgültige frische Ansaugluftströmungsschätzung darstellen, die unter Verwendung des komplexen Modells 410 bestimmt wird, und sie kann in die Weiche 418 eingegeben werden.
  • Die Weiche 418 wählt entweder die Ausgabe aus dem komplexen Modell oder die Schätzungsausgabe der frischen Ansaugluftströmung aus dem volumetrischen Wirkungsgradmodell basierend darauf, ob festgestellt wird, dass das komplexe Modell einsetzbar ist (was in einigen Beispielen umfassen kann, dass das komplexe Modell einsetzbar ist, wenn die transiente Schätzung einsetzbar ist, selbst wenn die stationäre Schätzung nicht einsetzbar ist), und/oder basierend darauf, ob die AGR aktiviert ist. In einem Beispiel wird in dem Fall, dass die AGR aktiviert ist, die Ausgabe aus dem komplexen Modell ausgewählt, und in dem Fall, dass die AGR nicht aktiviert ist, wird die Ausgabe aus dem volumetrischen Wirkungsgradmodell unabhängig von anderen Betriebsbedingungen ausgewählt. In einem weiteren Beispiel wird die Ausgabe aus dem komplexem Modell ausgewählt, falls das komplexe Modell einsetzbar ist, und die Ausgabe aus dem volumetrischen Wirkungsgradmodell wird ausgewählt, falls das komplexe Modell nicht einsetzbar ist, unabhängig von dem AGR-Status. Dies kann eine Auswahl der Ausgabe aus dem volumetrischen Wirkungsgradmodell umfassen, wenn Sensoren, die zur Bestimmung der Ausgabe aus dem komplexem Modell verwendet werden, nicht online sind, wenn z.B. die Sensoren ihre Anspringtemperatur nicht erreicht haben, einer Kalibrierung unterzogen werden, etc. Die Ausgabe aus der Weiche 418 ist die endgültige Frischluftströmungsschätzung, die verwendet werden kann, um eine angestrebte AGR-Strömungsrate zu bestimmen und/oder andere Motorbetriebsparameter einzustellen.
  • Das komplexe Modell, das vorstehend in Bezug auf die 3–4 beschrieben ist, bestimmt eine frische Ansaugluftströmung auf der Basis einer oder mehrerer frischer Ansaugluftströmungsschätzungen, einschließlich einer Schätzung auf der Basis des volumetrischen Wirkungsgrads, einer transienten Schätzung und einer stationären Schätzung. Wie vorstehend beschrieben, kann die stationäre Schätzung unter mehreren stationären Schätzungen auf der Basis der Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Ebenso kann die transiente Schätzung unter mehreren transienten Schätzungen auf der Basis von Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Während dieses komplexe Modell genaue Schätzungen der frischen Ansaugluftströmung über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen liefern kann, ist es auch ziemlich komplex, und es kann schwer sein, dieses richtig zu kalibrieren.
  • Somit kann, wie in Bezug auf 6 beschrieben, eine vereinfachte Version des komplexen Modells ausgeführt werden. In der vereinfachten Version kann auf die Weiche mit mehreren Anschlüssen sowie auf die Auswahl der transienten Schätzung zugunsten eines einzigen stationären Modells (das auch als der „Korrektor“ bezeichnet wird) und eines einzigen transienten Modells (das auch als der „Prädiktor“ bezeichnet wird) verzichtet werden, wie nachstehend beschrieben.
  • 6 zeigt ein Steuerdiagramm 600, das einen vereinfachten Prozess der Schätzung einer frischen Ansaugluftströmung gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren 200 und 300 veranschaulicht. Das Steuerdiagramm 600 enthält einen Prädiktor/Korrektor-Block 602, der eine Schätzung der frischen Ansaugluftströmung auf der Basis einer Kombination aus einem transienten und einem stationären Modell ausgibt. Die stationäre Schätzung, die hier verwendet wird, ist die LKV-basierte Schätzung, während die frische Ansaugluftströmung auf der Basis des LKVs und der Kraftstoffströmung geschätzt wird. Die LKV-basierte Schätzung (der „Korrektor“) wird gemeinsam mit einer transienten Schätzung in einen Block 604 eingespeist. Die hier verwendete transiente Schätzung (der „Prädiktor“) ist die Schätzung auf der Basis der Auslassventilposition, wobei die frische Ansaugluftströmung basierend auf dem volumetrischen Wirkungsgrad, der Auslassventilposition und dem Ansaugkrümmerdruck geschätzt wird. Unter einigen Betriebsbedingungen kann die LKV-basierte Schätzung unverlässlich sein, wenn beispielsweise das LKV hoch ist und/oder wenn der Abgassauerstoffsensor keine Anspringtemperatur aufweist. Während dieser Bedingungen kann die Differenz zwischen dem Korrektor und dem Prädiktor (z.B. die Ausgabe aus dem Block 604) null sein.
  • Im Block 604 wird die Differenz zwischen dem Korrektor und dem Prädiktor bestimmt und bei 606 in einen Filter eingespeist. Die gefilterte Ausgabe aus dem Block 606 wird gemeinsam mit dem Prädiktorwert in einen Block 608 eingegeben, wo die beiden Werte aufsummiert werden. Die Ausgabe aus dem Block 608 wird in die Weiche 610 eingespeist.
  • Die Weiche 610 wählt zwischen der Ausgabe des Prädiktors/Korrektors (z.B. der Ausgabe aus dem Block 608) und der Schätzung auf der Basis des volumetrischen Wirkungsgrads (z.B. der Schätzung der gesamten Ansaugluftströmung, die keine AGR berücksichtigt) aus. Die Wahl zwischen den beiden Schätzungen kann darauf basieren, ob die Eingaben in das Prädiktor/Korrektor-Modell solide sind, ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Weiche 418. In einigen Beispielen braucht, um die Ausgabe aus dem Prädiktor/Korrektor auszuwählen, nur der Prädiktor solide zu sein. D.h., selbst wenn das LKV hoch ist (z.B. 80:1 oder mehr beträgt) und/oder der Abgassauerstoffsensor nicht einsetzbar ist, was somit die Korrektorausgabe unzuverlässig macht, kann das Prädiktor/Korrektor-Modell verwendet werden, um eine Schätzung der frischen Ansaugluftströmung (allein auf der Basis der Prädiktorschätzung, wobei eine Anpassung ausgehend von der Differenz zwischen dem Korrektor und dem Prädiktor einfach zu Null gesetzt wird) zu bestimmen.
  • Somit ergeben die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme eine Ausführungsform eines Systems, das aufweist: einen Motor mit einem Ansaugkrümmer, um frische Ansaugluft zu empfangen; ein Abgasrückführungs(AGR)-System zur Zuführung von AGR zu dem Ansaugkrümmer, wobei eine AGR-Strömung durch das AGR-System durch ein oder mehrere Auslassventile gesteuert wird; und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um eine Position des einen oder der mehreren Auslassventile auf der Basis einer geschätzten Strömungsrate der frischen Ansaugluft einzustellen, wobei während eines ersten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer gesamten Gasströmungsrate in den Motor hinein und ferner basierend auf einer momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile, einem Ansaugkrümmerdruck, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors geschätzt wird.
  • In einem Beispiel ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um die Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu schätzen durch: Bestimmung einer ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der gesamten Gasströmungsrate in den Motor hinein, der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile und dem Ansaugkrümmerdruck; Bestimmung einer zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der gesamten Gasströmungsrate in den Motor hinein, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Kraftstoffströmung; und Schätzung der Strömungsrate der frischen Ansaugluft als die durch die zweite Strömungsrate der frischen Ansaugluft korrigierte erste Strömungsrate der frischen Ansaugluft.
  • Der Motor weist eine erste Gruppe von Zylindern, die mit dem AGR-System strömungsmäßig verbunden sind, und eine zweite Gruppe von Zylindern auf, die mit einem Auslasskanal und nicht mit dem AGR-System strömungsmäßig verbunden sind, wobei die Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors eine Kraftstoffströmung zu der ersten Gruppe von Zylindern aufweist.
  • Der erste Satz Betriebsbedingungen weist einen Nicht-Kaltstart-Motorbetrieb bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb einer Schwelle auf. In einem Beispiel entspricht die Schwelle einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von etwa 80:1. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um während eines zweiten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der gesamten Gasströmungsrate in den Motor hinein und ferner basierend auf der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile und dem Ansaugkrümmerdruck zu schätzen. Der zweite Satz Betriebsbedingungen weist einen Nicht-Motorkaltstart-Betrieb und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb der Schwelle auf.
  • Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um während eines dritten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft nur basierend auf der gesamten Gasströmungsrate in den Motor hinein zu schätzen. Der dritte Satz Betriebsbedingungen weist Kaltstart-Motorbetriebsbedingungen auf. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die gesamte Gasströmungsrate zu dem Motor basierend auf der Motordrehzahl, dem Auslassdruck, dem Ansaugkrümmerdruck und der Ansaugkrümmertemperatur zu bestimmen.
  • In einem Beispiel ist die Steuereinrichtung für den Fall, dass eine Bestimmung einer momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile nicht verfügbar ist (wenn z.B. ein Ventilpositionsrückmeldesensor beeinträchtigt ist) konfiguriert, um die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer Karte der Verdichterluftströmung als Funktion des Druckverhältnisses über einem Verdichter eines Turboladers bei einer gegebenen Turboladerdrehzahl zu schätzen.
  • Eine weitere Ausführungsform eines Systems weist auf: einen Motor mit einem Ansaugkrümmer, um frische Ansaugluft zu empfangen; ein Abgasrückführungs(AGR)-System zur Zuführung von AGR zu dem Ansaugkrümmer, wobei eine AGR-Strömung durch das AGR-System mittels eines oder mehrerer Auslassventile gesteuert wird; und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um eine Position des einen oder der mehreren Auslassventile basierend auf einer geschätzten Strömungsrate der frischen Ansaugluft einzustellen, wobei während eines ersten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer Strömungsrate der gesamten Luft in den Motor hinein und ferner basierend auf einer momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile und einer Abgas-NOx-Konzentration geschätzt wird.
  • In einem Beispiel weist der erste Satz Betriebsbedingungen einen Nicht-Kaltstart-Motorbetrieb bei geringer Motorlast und einem hohen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf.
  • Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der Strömungsrate der gesamten Luft in den Motor hinein und ferner basierend auf der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile und der Abgas-NOx-Konzentration durch folgendes zu schätzen: Bestimmung einer ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der Strömungsrate der gesamten Luft in den Motor hinein und der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile; Bestimmung einer zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der Strömungsrate der gesamten Luft in den Motor hinein, der Abgas-NOx-Konzentration und einer oder mehreren von Motordrehzahl, Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors und Umgebungsfeuchte; und Schätzung der Strömungsrate der frischen Ansaugluft als die mit der zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft korrigierte erste Strömungsrate der frischen Ansaugluft.
  • Der Motor weist eine erste Gruppe von Zylindern, die mit dem AGR-System strömungsmäßig verbunden sind, und eine zweite Gruppe von Zylindern auf, die mit einem Auslasskanal und nicht mit dem AGR-System strömungsmäßig verbunden sind, wobei die Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors eine Kraftstoffströmung zu der ersten Gruppe von Zylindern aufweist.
  • Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um während eines zweiten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der Strömungsrate der gesamten Luft in den Motor hinein und ferner basierend auf der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile, dem Ansaugkrümmerdruck, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Kraftstoffströmung zu den Zylindern des Motors zu schätzen. In einem Beispiel weist der zweite Satz Betriebsbedingungen einen Nicht-Kaltstart-Motorbetrieb bei einem geringen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf.
  • Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der Strömungsrate der gesamten Luft in den Motor hinein und ferner basierend auf der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile, dem Ansaugkrümmerdruck, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Kraftstoffströmung zu den Zylindern durch folgendes zu schätzen: Bestimmung einer ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der Strömungsrate der gesamten Luft in den Motor hinein, der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile und dem Ansaugkrümmerdruck; Bestimmung einer zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der Strömungsrate der gesamten Luft in den Motor hinein, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Kraftstoffströmung zu den Zylindern; und Schätzung der Strömungsrate der frischen Ansaugluft als die durch die zweite Strömungsrate der frischen Ansaugluft korrigierte erste Strömungsrate der frischen Ansaugluft.
  • Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um während eines dritten Satzes Betriebsbedingungen die frische Ansaugluftströmungsrate nur basierend auf der gesamten Luftströmungsrate in den Motor hinein zu schätzen. In einem Beispiel weist der dritte Satz Betriebsbedingungen Kaltstart-Motorbetriebsbedingungen auf. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die gesamte Luftströmungsrate zu dem Motor basierend auf der Motordrehzahl, dem Auslassdruck, dem Ansaugkrümmerdruck und der Ansaugkrümmertemperatur zu bestimmen.
  • Die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme ergeben ferner eine Ausführungsform eines Verfahrens, das aufweist: während eines ersten Betriebsmodus, Schätzen einer ersten Strömungsrate einer frischen Ansaugluft zu dem Motor basierend auf einer volumetrischen Wirkungsgradschätzung; während eines zweiten Betriebsmodus, Schätzen einer zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu dem Motor auf der Basis einer Kombination aus einer transienten Strömungsschätzung und einer stationären Strömungsschätzung, wobei die stationäre Strömungsschätzung unter mehreren unterschiedlichen stationären Strömungsschätzungen ausgewählt wird und sich die mehreren unterschiedlichen stationären Strömungsschätzungen hinsichtlich wenigstens einer oder mehrerer Eingaben unterscheiden, die verwendet werden, um jede jeweilige stationäre Strömungsschätzung zu berechnen.
  • In einem Beispiel weist der erste Betriebsmodus einen Motorbetrieb ohne Abgasrückführung (AGR) auf, und der zweite Betriebsmodus weist einen Motorbetrieb mit AGR auf.
  • Ein Schätzen der ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu dem Motor basierend auf der volumetrischen Wirkungsgradschätzung weist ein Schätzen der ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu dem Motor basierend auf der Motordrehzahl, dem Auslassdruck, dem Ansaugkrümmerdruck und der Ansaugkrümmertemperatur auf. Die transiente Strömungsschätzung schätzt eine dritte Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der hinsichtlich der AGR-Strömungsrate angepassten volumetrischen Wirkungsgradschätzung, wobei die AGR-Strömungs-rate basierend auf einer momentanen AGR-Ventilposition und dem Ansaugkrümmerdruck geschätzt wird.
  • Die mehreren stationären Strömungsschätzungen umfassen: eine erste stationäre Strömungsschätzung, die eine vierte Strömungsrate der frischen Ansaugluft auf der Basis eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und einer Kraftstoffströmung zu dem Motor schätzt; eine zweite stationäre Strömungsschätzung, die eine fünfte frische Ansaugluftströmungsrate basierend auf einer Karte einer Verdichterluftströmung als Funktion eines Druckverhältnisses über einem Verdichter eines Turboladers bei einer gegebenen Turboladerdrehzahl schätzt; und eine dritte stationäre Strömungsschätzung, die eine sechste Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der hinsichtlich der AGR-Strömungsrate angepassten volumetrischen Wirkungsgradschätzung schätzt, wobei die AGR-Strömungsrate basierend auf der Abgas-NOx-Konzentration geschätzt wird.
  • In einem Beispiel weist das Auswählen der stationären Strömungsschätzung unter mehreren stationären Strömungsschätzungen ein Auswählen der ersten stationären Strömungsschätzung, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb einer Schwelle liegt, und ein Auswählen der zweiten oder dritten stationären Strömungsschätzung auf, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb der Schwelle liegt.
  • In einem weiteren Beispiel weist das Auswählen der stationären Strömungsschätzung unter mehreren stationären Strömungsschätzungen ein Auswählen einer jeweiligen Strömungsrate der frischen Ansaugluft unter Verwendung jeder von den mehreren stationären Strömungsschätzungen und ein Auswählen der stationären Strömungsschätzung auf, die die geringste Strömungsrate der frischen Ansaugluft ausgibt. Das Verfahren weist ferner ein Steuern einer Position eines oder mehrerer Auslassventile auf der Basis der ersten Frischluftströmungsrate oder der zweiten Frischluftströmungsrate auf.
  • Die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme ergeben ferner eine Ausführungsform eines Systems, das aufweist: einen Motor mit einem Ansaugkrümmer, um frische Ansaugluft zu empfangen; ein Abgasrückführungs(AGR)-System zur Zuführung von AGR zu dem Ansaugkrümmer, wobei eine Strömung der AGR durch das AGR-System mittels eines oder mehrerer Auslassventile gesteuert wird; und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um: während eines Motorbetriebs, wenn keine AGR zu dem Ansaugkrümmer strömt, eine Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer Motordrehzahl, einem Auslassdruck, einem Ansaugkrümmerdruck und einer Ansaugkrümmertemperatur zu schätzen; während eines stationären Motorbetriebs, wenn eine AGR zu dem Ansaugkrümmer strömt und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schwelle liegt, eine Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf wenigstens dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Kraftstoffströmung zu dem Motor zu schätzen; und während eines stationären Motorbetriebs, wenn eine AGR zu dem Ansaugkrümmer strömt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schwelle liegt, eine Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf wenigstens einer Motordrehzahl, einem Auslassdruck, einer Ansaugkrümmertemperatur, einem Ansaugkrümmerdruck und einer Position des einen oder der mehreren Auslassventile zu schätzen.
  • Während eines stationären Motorbetriebs, wenn AGR strömt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schwelle liegt, ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Strömungsrate der frischen Ansaugluft ferner basierend auf einer Position des einen oder der mehreren Auslassventile und dem Ansaugkrümmerdruck zu schätzen.
  • Während eines transienten Motorbetriebs ist die Steuereinrichtung konfiguriert, um eine Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf wenigstens der Motordrehzahl, dem Auslassdruck, der Ansaugkrümmertemperatur, dem Ansaugkrümmerdruck und einer Position des einen oder der mehreren Auslassventile zu schätzen. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert, um eine Position des einen oder der mehreren Auslassventile basierend auf der Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu steuern.
  • Wie hierin verwendet, kann sich ein transienter Betrieb auf einen Motorbetrieb beziehen, bei dem wenigstens ein Betriebsparameter sich über die Zeit hinweg um ein Schwellenmaß verändert. Der wenigstens eine Betriebsparameter kann die Motordrehzahl, die Motorlast, die AGR-Rate, eine Einlass-Sauerstoff-Referenzkonzentration, eine Kraftstoffströmung oder andere Parameter umfassen. Im Gegensatz hierzu kann sich ein stationärer Betrieb auf einen Motorbetrieb beziehen, bei dem der wenigstens eine Betriebsparameter sich nicht verändert, z.B. relativ konstant bleibt. In einem speziellen Beispiel kann ein transienter Betrieb umfassen, dass ein Fahrzeugführer eine Einstellung eines Fahrhebels mit Raststellungen verändert, während ein stationärer Betrieb umfassen kann, dass die Einstellung des Fahrhebels mit Raststellungen konstant bleibt.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist ein System einen Motor mit einem Ansaugkrümmer, um frische Ansaugluft zu empfangen, ein Abgasrückführungs(AGR)-System zur Zuführung von AGR zu dem Ansaugkrümmer und eine Steuereinrichtung auf. Eine AGR-Strömung durch das AGR-System wird mittels eines oder mehrerer Auslassventile gesteuert. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um während eines ersten Satzes Betriebsbedingungen eine Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer Strömungsrate der gesamten Gasströmung in den Motor hinein, der jeweiligen einen oder mehreren momentanen Positionen des einen oder der mehreren Auslassventile, einem Ansaugkrümmerdruck, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors zu schätzen. Die Steuereinrichtung ist ferner eingerichtet, um die jeweilige eine oder jeweiligen mehreren momentanen Positionen des einen oder der mehreren Auslassventile basierend auf der Strömungsrate der frischen Ansaugluft, die geschätzt wird, einzustellen.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist ein Verfahren ein Schätzen, mit einer Steuereinrichtung, einer frischen Ansaugluftströmungsrate von frischer Ansaugluft in den Ansaugkrümmer eines Motors hinein basierend auf einem Ansaugkrümmerdruck, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, einer Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors, einer gesamten Gasströmungsrate in den Motor hinein und einer momentanen Position von einem oder mehreren Auslassventilen eines Abgasrückführungs(AGR)-Systems, das konfiguriert ist, um dem Ansaugkrümmer AGR zuzuführen, auf. Die AGR-Strömung durch das AGR-System wird mittels eines oder mehrerer Auslassventile gesteuert. Das Verfahren weist ferner ein Einstellen, mit der Steuereinrichtung, der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile auf der Basis der Strömungsrate der frischen Ansaugluft, die geschätzt wird, auf.
  • Wie hierin verwendet, sollte ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl angegeben ist und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorangestellt ist, nicht derart verstanden werden, dass es mehrere derartige Elemente oder Schritte ausschließt, sofern ein derartiger Ausschluss nicht explizit angegeben ist. Ferner schließen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ der Erfindung nicht die Existenz weiterer Ausführungsformen aus, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten. Außerdem können, sofern nicht explizit das Gegenteil angegeben ist, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen“, „enthalten“ oder „haben“, zusätzlich solche Elemente enthalten, die diese Eigenschaft nicht aufweisen. Die Ausdrücke „enthalten“ und „in dem/der“ werden als die sprachlichen Äquivalente der jeweiligen Ausdrücke „aufweisend“ und „worin“ verwendet. Außerdem werden die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“ lediglich als Bezeichnungen verwendet, und sie sollen ihren Objekten keine nummerischen Anforderungen oder keine bestimmte Positionsreihenfolge auferlegen.
  • Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um einen Fachmann auf dem relevanten Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
  • Es sind verschiedene Verfahren und Systeme zur Schätzung einer frischen Ansaugluftströmung geschaffen. In einem Beispiel weist ein System einen Motor 104 mit einem Ansaugkrümmer 115, um frische Ansaugluft zu empfangen, und ein Abgasrückführungs(AGR)-System 160 auf, um dem Ansaugkrümmer 115 AGR zuzuführen, wobei eine AGR-Strömung durch das AGR-System 160 mittels eines oder mehrerer Auslassventile 170 gesteuert ist. Das System enthält eine Steuereinrichtung 180, die eingerichtet ist, um eine Position des einen oder der mehreren Auslassventile 170 basierend auf einer geschätzten Strömungsrate der frischen Ansaugluft einzustellen, wobei während eines ersten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer gesamten Gasströmungsrate in den Motor 104 hinein und ferner basierend auf einer momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile 170, einem Ansaugkrümmerdruck, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors 104 geschätzt wird.

Claims (10)

  1. System, das aufweist: einen Motor (104), der einen Ansaugkrümmer (115) aufweist, um frische Ansaugluft zu empfangen; ein Abgasrückführungs(AGR)-System (160), um dem Ansaugkrümmer (115) eine AGR zuzuführen, wobei eine AGR-Strömung durch das AGR-System (160) mittels eines oder mehrerer Auslassventile (170) gesteuert ist; und eine Steuereinrichtung (180), die eingerichtet ist, um eine Position des einen oder der mehreren Auslassventile (170) basierend auf einer geschätzten Strömungsrate der frischen Ansaugluft einzustellen, wobei die Steuereinrichtung (180) ferner eingerichtet ist, um während eines ersten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer Strömungsrate der gesamten Gasströmung in den Motor (104) hinein und ferner basierend auf einer momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile (170), einem Ansaugkrümmerdruck, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Kraftstoffströmung zu einem oder mehreren Zylindern des Motors (104) zu schätzen.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (180) eingerichtet ist, um die Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu schätzen durch: Bestimmung einer ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der Strömungsrate der gesamten Gasströmung in den Motor (104) hinein, der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile (170) und dem Ansaugkrümmerdruck; Bestimmung einer zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Kraftstoffströmung; und Schätzung der Strömungsrate der frischen Ansaugluft als die mit der zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft korrigierte erste Strömungsrate der frischen Ansaugluft.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Satz Betriebsbedingungen einen Nicht-Kaltstart-Motorbetrieb bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb einer Schwelle aufweist.
  4. System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (180) eingerichtet ist, um während eines zweiten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der Strömungsrate der gesamten Gasströmung in den Motor (104) hinein und ferner basierend auf der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile (170) und dem Ansaugkrümmerdruck zu schätzen, wobei der zweite Satz Betriebsbedingungen einen Motorkaltstartbetrieb und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb der Schwelle aufweist; und wobei die Steuereinrichtung (180) eingerichtet ist, um während eines dritten Satzes Betriebsbedingungen die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend lediglich auf der Strömungsrate der gesamten Gasströmung in den Motor (104) hinein zu schätzen, wobei der dritte Satz Betriebsbedingungen einen Betrieb aufweist, wenn eine momentane Position eines oder mehrerer von dem einen oder den mehreren Auslassventilen (170) nicht verfügbar ist.
  5. System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (180) eingerichtet ist, um die Strömungsrate der gesamten Gasströmung zu dem Motor (104) basierend auf einer Motordrehzahl, einem Auslassdruck, dem Ansaugkrümmerdruck und der Ansaugkrümmertemperatur zu bestimmen; und/oder wobei die Steuereinrichtung (180) eingerichtet ist, um, wenn eine Bestimmung der momentanen Position des einen oder der mehreren Auslassventile (170) nicht verfügbar ist, die Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer Karte der Verdichterluftströmung als Funktion eines Druckverhältnisses über einem Verdichter (126) eines Turboladers (124) bei einer gegebenen Turboladerdrehzahl zu schätzen.
  6. Verfahren, das aufweist: während eines ersten Betriebsmodus, Schätzen (208) einer ersten Strömungsrate einer frischen Ansaugluft zu einem Motor (104) basierend auf einer volumetrischen Wirkungsgradschätzung; und während eines zweiten Betriebsmodus, Schätzen (206) einer zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu dem Motor (104) basierend auf einer Kombination aus einer transienten Strömungsschätzung und einer stationären Strömungsschätzung, wobei die stationäre Strömungsschätzung unter mehreren verschiedenen stationären Strömungsschätzungen ausgewählt wird und die mehreren verschiedenen stationären Strömungsschätzungen sich hinsichtlich wenigstens einer oder mehrerer Eingaben unterscheiden, die verwendet werden, um jede jeweilige stationäre Strömungsschätzung zu berechnen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Betriebsmodus einen Motorbetrieb ohne Abgasrückführung (AGR) aufweist und wobei der zweite Betriebsmodus einen Motorbetrieb mit AGR aufweist; und/oder wobei das Verfahren ferner ein Steuern einer Position eines oder mehrerer Auslassventile (170) basierend auf der ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft oder der zweiten Strömungsrate der frischen Ansaugluft aufweist.
  8. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 6–7, wobei das Schätzen der ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu dem Motor basierend auf der volumetrischen Wirkungsgradschätzung ein Schätzen der ersten Strömungsrate der frischen Ansaugluft zu dem Motor basierend auf einer Motordrehzahl, einem Auslassdruck, einem Ansaugkrümmerdruck und einer Ansaugkrümmertemperatur aufweist; und/oder wobei die transiente Strömungsschätzung eine dritte Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der hinsichtlich der AGR-Strömungsrate angepassten volumetrischen Wirkungsgradschätzung schätzt, wobei die AGR-Strömungsrate basierend auf einer momentanen AGR-Ventilposition und einem Ansaugkrümmerdruck geschätzt wird.
  9. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 6–8, wobei die mehreren verschiedenen stationären Strömungsschätzungen aufweisen: eine erste stationäre Strömungsschätzung, die eine vierte Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einer Kraftstoffströmung zu dem Motor (104) schätzt; eine zweite stationäre Strömungsschätzung, die eine fünfte Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf einer Karte einer Verdichterluftströmung als Funktion eines Druckverhältnisses über einem Verdichter (126) eines Turboladers (125) bei einer gegebenen Turboladerdrehzahl schätzt; und eine dritte stationäre Strömungsschätzung, die eine sechste Strömungsrate der frischen Ansaugluft basierend auf der hinsichtlich der AGR-Strömungsrate angepassten volumetrischen Wirkungsgradschätzung schätzt, wobei die AGR-Strömungsrate basierend auf einer Abgas-NOx-Konzentration geschätzt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die stationäre Strömungsschätzung unter mehreren verschiedenen stationären Strömungsschätzungen ausgewählt wird, indem die erste stationäre Strömungsschätzung ausgewählt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterhalb einer Schwelle liegt, und die zweite oder dritte stationäre Strömungsschätzung ausgewählt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb der Schwelle liegt; und/oder wobei die stationäre Strömungsschätzung unter mehreren verschiedenen stationären Strömungsschätzungen ausgewählt wird, indem eine jeweilige Strömungsrate der frischen Ansaugluft unter Verwendung jeder der mehreren stationären Strömungsschätzungen geschätzt wird und die stationäre Strömungsschätzung, die die geringste Strömungsrate der frischen Ansaugluft ausgibt, ausgewählt wird.
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