DE102017214423A1 - Steuerung und steuerverfahren für verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Um eine Steuerung und ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die zum Lernen der individuellen Differenz und der Alterungsänderung der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils in der Lage sind, durch ein Verfahren, welches kaum durch die individuelle Differenz und die Alterungsänderung des Verbrennungsmotorkörpers beeinflusst ist, und Verbessern der Schätzgenauigkeit der Flussrate des Rückführabgases. Die Steuerung 50 für einen Verbrennungsmotor 1 berechnet eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr, basierend auf der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration (φo2_in; berechnet eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate Qeox, basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr und der Einlassluftflussrate Qa und berechnet einen Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche des EGR-Ventils 22 und berechnet eine Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung, basierend auf der gelernten Öffnungsfläche SegrL.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung und ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor, der mit einem Einlasspfad und einem Abgaspfad versehen ist, einem Drosselventil zum Öffnen und Schließen des Einlasspfades, einen EGR-Pfad zum Rückführen von Abgas aus dem Abgaspfad zu einem Einlasskrümmer, der Teil des Einlasspfades ist, auf der stromabwärtigen Seite des Drosselventils und einem EGR-Ventil zum Öffnen und Schließen des EGR-Pfads.
  • Um einen Verbrennungsmotor angemessen zu steuern, ist es wichtig, die in einen Zylinder aufgenommene Luftmenge genau zu berechnen und die Kraftstoffzufuhrmenge und den Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit der Zylindereinlassluftmenge genau zu steuern. Die Zünd-Timing-Steuerung muss ein Zünd-Timing zum Zünd-Timing (MBT: Minimum Spark Advance for Best Torque, minimale Zündvorstellung für bestes Drehmoment), bei welchem das Abgabedrehmoment maximal wird, oder dergleichen, ändern, in Übereinstimmung mit nicht nur der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Zylindereinlassluftmenge, sondern auch anderen Faktoren wie etwa der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, der Kraftstoffeigenschaft und der EGR- (Abgasrückführ-) Rate.
  • Derweil gibt es in Bezug auf die EGR zwei Verfahren, das heißt ein Verfahren (nachfolgend als eine externe EGR bezeichnet), in der ein EGR-Ventil in einem EGR-Pfad zum Rückführen von Abgas aus dem Abgaspfad zum Einlasskrümmer vorgesehen ist und die Menge an Abgas, das zum Einlasskrümmer rückzuführen ist, basierend auf dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils gesteuert wird, und ein Verfahren (nachfolgend als interne EGR bezeichnet), in der ein variabler Ventil-Timing-Mechanismus, welches die Öffnung/Schließ-Timings einer oder beider von Einlassventil und Auslassventil variabel macht, bereitgestellt wird, und eine Überlappungsperiode, während welcher das Einlassventil und das Auslassventil gleichzeitig geöffnet sind, so geändert wird, dass die Menge von Abgas, das im Zylinder bleibt, gesteuert wird. In den letzten Jahren, um die Kraftstoffkosten zu reduzieren und Abgabe anzuheben, ist die Anzahl von Verbrennungsmotoren, die sowohl mit dem externen EGR-Mechanismus als auch dem internen EGR-Mechanismus versehen sind, gestiegen. In der vorliegenden Erfindung bezeichnet eine EGR und eine EGR-Rate, wenn auf diese Weise einfach beschrieben, eine externe EGR bzw. eine externe EGR-Rate.
  • In den letzten Jahren ist ein Verbrennungsmotor gesteuert worden, in dem als ein Index das Abgabedrehmoment des Verbrennungsmotors eingesetzt worden ist. Weil die thermische Effizienz abhängig von der Zylindereinlassluftmenge und der EGR-Rate wechselt, ist es erforderlich, das Abgabedrehmoment basierend auf der Zylindereinlassluftmenge und der EGR-Rate abzuschätzen. Entsprechend, entweder um das Zünd-Timing zu steuern, oder das Abgabedrehmoment abzuschätzen, ist es erforderlich, die EGR-Rate korrekt abzuschätzen.
  • Als Technologie zum Abschätzen einer EGR-Rate ist beispielsweise bereits die in der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. H07-279774 (JP H07-279774 A) offenbarte Technologie bekannt gewesen. IN der Technologie der JP H07-279774 A wird die Flussrate QACT des Rückführabgases gemäß der Öffnungsfläche des EGR-Ventils unter Verwendung der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils abgeschätzt und wird die Flussrate QCMD des Rückführabgases anhand des Befehlswerts der Öffnungsfläche des EGR-Ventils unter Verwendung der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils geschätzt. Basierend auf den Flussraten QACT und QCMD des Rückführabgases wird so konfiguriert, dass eine EGR-Rate abgeschätzt werden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Jedoch hat es in der Technologie der JP H07-279774 A durch die individuelle Differenz der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils und der Alterungsveränderung der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils durch Ablagerungen wie etwa Sott, ein Problem gegeben, dass die Schätzgenauigkeit der Flussrate von Rückführabgas sich verschlechterte und die Schätzgenauigkeit der EGR-Rate verschlechtert war.
  • Um die Schätzgenauigkeit zu verbessern, ist es vorstellbar, die Variation der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils zu lernen. In diesem Fall, um die Lerngenauigkeit zu verbessern, ist es wünschenswert, ein Verfahren zu verwenden, welches kaum durch die individuelle Differenz und die Alterungsänderung des Verbrennungsmotorkörpers beeinflusst wird.
  • Somit ist es wünschenswert, eine Steuerung und ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die in der Lage sind, die individuelle Differenz und die Alterungsänderung der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils zu erlernen, durch ein Verfahren, welches kaum durch die individuelle Differenz und die Alterungsänderung des Verbrennungsmotorkörpers beeinflusst wird und die Schätzgenauigkeit der Flussrate des Rückführabgases zu verbessern.
  • Eine Steuerung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerung für einen Verbrennungsmotor, der versehen ist mit einem Einlasspfad und einem Abgaspfad, einer Drosselklappe zum Öffnen und Schließen des Einlasspfades, einem EGR-Pfad zum Rückführen von Abgas aus dem Abgaspfad zum Einlasskrümmer, welcher Teil des Einlasspfades ist, auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe und einem EGR-Ventil zum Öffnen und Schließen des EGR-Pfads, wobei die Steuerung für den Verbrennungsmotor beinhaltet:
    • eine Antriebsbedingungs-Detektionseinheit, die eine Krümmer-Innensauerstoff-Konzentration, welche eine Sauerstoff-Konzentration von Gas im Einlasskrümmer ist, eine Einlassluftflussrate, die ein Flussrate von in den Einlasspfad aufgenommener Einlassluft ist, und einen Öffnungsgrad des EGR-Ventils detektiert;
    • eine Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit, die eine Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-EGR-Rate berechnet, die ein Verhältnis eines Rückführabgases, welches ein in den Einlasskrümmer rückgeführtes Abgas ist, zur Einlassluft ist, basierend auf der Krümmer-Innensauerstoff-Konzentration;
    • eine Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit, die eine Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-Rückführungsflussrate berechnet, die eine Flussrate des Rückführungsabgases ist, basierend auf der Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-EGR-Rate und der Einlassluftflussrate, eine Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-Öffnungsfläche berechnet, die eine Öffnungsfläche des EGR-Ventils ist, welches die Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-Rückfführflussrate realisiert und einen Lernwert der Öffnungsfläche des EGR-Ventils basierend auf der Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-Öffnungsfläche berechnet; und
    • eine Rückführungsabgas-Recheneinheit zur Steuerung, die eine erlernte Öffnungsfläche des EGR-Ventils entsprechend dem vorliegenden Öffnungsgrad des EGR-Ventils unter Verwendung des Lernwerts der Öffnungsfläche berechnet, und eine Flussrate von Rückführabgas zur Steuerung berechnet, welche zum Steuern des Verbrennungsmotors verwendet wird, basierend auf der gelernten Öffnungsfläche.
  • Ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor, das mit einem Einlasspfad und einem Abgaspfad versehen ist, einer Drosselklappe zum Öffnen und Schließen des Einlasspfades, einem EGR-Pfad zum Rückführen von Abgas aus dem Abgaspfad zu einem Einlasskrümmer, welcher ein Teil des Einlasspfads auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe ist, und eines EGR-Ventils zum Öffnen und Schließen des EGR-Pfads, wobei das Steuerverfahren beinhaltet:
    • einen Antriebsbedingungs-Detektionsschritt, der eine Krümmer-Innensauerstoff-Konzentration detektiert, die eine Sauerstoffkonzentration von Gas im Einlasskrümmer ist, einer Einlassluftflussrate, die eine Flussrate von in dem Einlasspfad aufgenommener Einlassluft ist und einen Öffnungsgrad des EGR-Ventils;
    • einen Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-EGR-Ratenrechenschritt, der eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate berechnet, was ein Verhältnis eines Rückführabgases, welches ein in dem Einlasskrümmer rückgeführtes Abgas ist, zur Einlassluft, basierend auf der Krümmer-Innensauerstoff-Konzentration ist;
    • einen Öffnungsflächen-Lernwert-Rechenschritt, der eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate, die eine Flussrate von Rückführabgas ist, basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate und der Einlassluftflussrate berechnet, eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche berechnet, die eine Öffnungsfläche des EGR-Ventils ist, welches die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate realisiert, und einen Lernwert der Öffnungsfläche des EGR-Ventils basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche berechnet; und
    • einen Rückführabgas-Rechenschritt zur Steuerung, der eine gelernte Öffnungsfläche des EGR-Ventils entsprechend dem vorliegenden Öffnungsgrad des EGR-Ventils unter Verwendung des Lernwerts der Öffnungsfläche berechnet und eine Flussrate des Rückführabgases zur Steuerung berechnet, die zum Steuern des Verbrennungsmotors basierend auf der erlernten Öffnungsfläche verwendet wird.
  • Gemäß der Steuerung und dem Steuerverfahren für den Verbrennungsmotor bezüglich der vorliegenden Erfindung, da die EGR-Rate (die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate) basierend auf dem Detektionswert der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration berechnet wird, die kaum durch die individuelle Differenz und die Alterungsänderung des Verbrennungsmotorkörpers beeinflusst wird, kann die Detektionsgenauigkeit der EGR-Rate verbessert werden. Andererseits, da die Krümmer-Innensauerstoffkonzentration die Sauerstoffkonzentration von Gas nach Mischen und Mitteln von der Einlassluft und der Rückführabgasluft im Einlasskrümmer ist, ist die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate eine Information, die in Reaktion eher als die Flussrate des Rückführabgases verzögert wurde, welches das EGR-Ventil passierte. Daher ist es nicht leicht, die genaue Flussrate von Rückführabgas ohne Antwortverzögerung direkt aus der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate zu berechnen. Entsprechend, indem der Lernwert der Öffnungsfläche des EGR-Ventils, in welchem eine Responsivität nicht erforderlich ist, berechnet wird, basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate und dergleichen, und die Flussrate des Rückführabgases zur Steuerung, basierend auf der erlernten Öffnungsfläche, berechnet wird, kann die Flussrate des Rückführabgases nach Erlernen ohne Antwortverzögerung berechnet werden. Daher kann die individuelle Differenz und die Alterungsänderung der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils durch das Verfahren erlernt werden, welches kaum durch die individuelle Differenz und Alterungsänderung des Verbrennungsmotors beeinflusst wird, und kann die Schätzgenauigkeit der Flussrate des Rückführabgases zur Steuerung verbessert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Verbrennungsmotors und einer Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist ein Blockdiagramm der Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm der Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 4 ist eine Figur, die den Zustand des Partialdrucks von Gasen in dem Einlasskrümmer gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 5 ist eine Figur, die ein Beispiel von Abgasluft-Sauerstoffkonzentrations-Charakteristikdaten gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 6 ist eine Figur, die ein Beispiel von Abgasluft-Sauerstoffkonzentrations-Charakteristikdaten gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
    • 7 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung durch die Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsform 1
  • Eine Steuerung 50 für einen Verbrennungsmotor 1 (nachfolgend einfach als Steuerung 50 bezeichnet) gemäß Ausführungsform 1 wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Verbrennungsmotors 1 und der Steuerung 50; 2 ist ein Blockdiagramm der Steuerung 50 gemäß Ausführungsform 1. Der Verbrennungsmotor 1 und die Steuerung 50 sind in einem Fahrzeug montiert; der Verbrennungsmotor 1 fungiert als eine Antriebskraftquelle für das Fahrzeug (Räder).
  • Konfiguration des Verbrennungsmotors 1
  • Die Konfiguration des Verbrennungsmotors 1 wird erläutert. Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Zylinder 25 auf, in welchem eine Kraftstoff-Luftmischung verbrannt wird. Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Einlasspfad 23 zum Zuführen von Luft zum Zylinder 25 und einen Abgaspfad 17 zum Abgeben von Abgas, das im Zylinder 25 verbrannt ist, auf. Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Drosselklappe 6 zum Öffnen und Schließen des Einlasspfades 23 auf. Die Drosselklappe 6 ist eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe, die durch einen elektrischen Motor, welcher durch die Steuerung 50 gesteuert wird, öffnungs-/schließ-angetrieben wird. Die Drosselklappe 6 ist mit einem Drosselöffnungsgradsensor 7 versehen, der ein elektrisches Signal gemäß einem Drosselöffnungsgrad der Drosselklappe 6 erzeugt.
  • Ein Luftfilter 24 zum Reinigen von in den Einlasspfad 23 aufgenommener Luft ist am obersten Bereich des Einlasspfads 23 vorgesehen. Im Einlasspfad 23 an der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe 6 sind ein Luftflusssensor 3, der ein elektrisches Signal entsprechend der Flussrate von Einlassluft, welche aus der Atmosphäre in den Einlasspfad 23 aufzunehmende Luft ist, ausgibt, und ein Einlasslufttemperatursensor 4, der ein elektrisches Signal gemäß einer Einlasslufttemperatur Ta ausgibt, vorgesehen, welches die Temperatur von Einlassluft ist. Der Druck im Einlasspfad 23 auf der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe 6 kann als gleich dem Atmosphärendruck angesehen werden. Ein Einlassluftdrucksensor 2, der ein elektrisches Signal gemäß einem Einlassluftdruck Pa ausgibt, welches der Druck von Einlassluft (in diesem Beispiel der Atmosphärenluft) ist, wird außerhalb des Einlasspfads 23 (beispielsweise innerhalb der Steuerung 50) vorgesehen.
  • Der Einlasslufttemperatursensor 4 kann entweder integriert sein mit oder getrennt vom Luftflusssensor 3. Alternativ kann der Einlasslufttemperatursensor 4 außerhalb des Einlasspfads 23 vorgesehen sein, wie im Falle beim Einlassluftdrucksensor 2; der Einlassluftdrucksensor 2 kann an derselben Stelle wie der Stelle vorgesehen sein, wo der Einlasslufttemperatursensor 4 vorgesehen ist. In jeglichem Fall sind der Einlassluftdrucksensor 2 und der Einlasslufttemperatursensor 4 an einer Stelle vorgesehen, wo Einlassluft existiert, die in den Einlasspfad 23 aufzunehmen ist, und der Druck der Einlassluft im Wesentlichen der gleiche ist.
  • Der Bereich auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 6 des Einlasspfads 23 ist ein Einlasskrümmer 12. Der stromaufwärtige Bereich des Einlasskrümmers 12 ist ein Spitzentank 11 zum Verringern eines Einlassluftrippelns. Der Verbrennungsmotor 1 weist einen EGR-Pfad 21 zum Rückführen von Abgas aus dem Abgaspfad 17 zum Einlasskrümmer 12 (dem Spitzentank 11 in diesem Beispiel) und ein EGR-Ventil 22 zum Öffnen und Schließen des EGR-Pfads 21 auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist der EGR-Flusspfad 21 mit einem Teil des Abgaspfads 17 auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 19 verbunden. Der EGR-Flusspfad 21 kann mit einem Teil des Abgaspfads 17 auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 19 verbunden werden. Das EGR-Ventil 22 ist ein elektronisch gesteuertes EGR-Ventil, welches durch einen elektrischen Aktuator wie etwa einen Elektromotor, der durch die Steuerung 50 zu steuern ist, öffnungs-/schließ-betrieben wird. Das EGR-Ventil 22 ist mit einem EGR-Öffnungsgradsensor 27 versehen, der ein elektrisches Signal gemäß dem Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22 ausgibt. Abgas (nachfolgend als Rückführabgas bezeichnet), welches um Spitzentank 11 rückgeführt wird und Einlassluft, die in den Spitzentank aufgenommen wird, werden gemischt und homogenisiert im Spitzentank 11. „EGR“ ist eine Abkürzung für Exhaust Gas Recirculation.
  • Im Einlasskrümmer 12 werden ein Krümmerdrucksensor 8, der ein elektrisches Signal entsprechend einem Krümmerdruck Pb ausgibt, welches der Druck von Gas im Einlasskrümmer 12 ist, ein Krümmertemperatursensor 9, der ein elektrisches Signal entsprechend einer Krümmertemperatur Tb ausgibt, welches die Temperatur von Gas im Einlasskrümmer 12 ist, und ein Krümmer-Sauerstoffkonzentrationssensor 10, der ein elektrisches Signal entsprechend einer Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in ausgibt, welches die Sauerstoffkonzentration von Gas im Einlasskrümmer 12 ist, vorgesehen. Die durch den Krümmer-Sauerstoffkonzentrationssensor 10 detektierte Sauerstoffkonzentration ist eine Volumenkonzentration.
  • Sowohl der Krümmertemperatursensor 9 als auch der Krümmer-Sauerstoffkonzentrationssensor 10 können entweder integriert mit oder getrennt von dem Krümmerdrucksensor 8 sein. Der Krümmertemperatursensor 9 und der Krümmer-Sauerstoffkonzentrationssensor 10 sind auf der stromabwärtigen Seite des Verbindungspunkts zwischen dem Einlasskrümmer 12 und dem EGR-Pfad 21 vorgesehen, so dass die Temperatur und die Sauerstoffkonzentration eines Gases, das durch ausreichendes Mischen von Einlassluft mit Rückführabgas erhalten wird, detektiert werden kann.
  • Ein Injektor 13 zum Injizieren eines Kraftstoffs wird auf dem stromabwärtigen Seitenteil des Einlasskrümmers 12 bereitgestellt. Der Injektor 13 kann so vorgesehen sein, dass ein Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzt.
  • Eine Zündkerze zum Zünden einer Kraftstoff-Luftmischung und eine Zündspule 16 zum Zuführen von Zündenergie an die Zündkerze sind oben auf dem Zylinder 25 vorgesehen. Oben auf dem Zylinder 25 sind ein Einlassventil 14 zum Justieren der Menge an aus dem Einlasspfad 23 in den Zylinder 25 aufzunehmenden Einlassluft und ein Abgasventil 15 zum Justieren der Menge an aus dem Zylinder zum Abgaspfad 17 abzugebenden Abgases vorgesehen. Das Einlassventil 14 ist mit einem Einlass-Variabelventil-Timing-Mechanismus versehen, der das Öffnungs- und Schließ-Timing desselben variabel macht. Das Abgasventil 15 ist mit einem Abgas-Variabelventil-Timing-Mechanismus versehen, der das Öffnen/Schließ-Timing desselben variabel macht. Sowohl der Variabelventil-Timing-Mechanismus 14 als auch 15 weisen einen elektrischen Aktuator auf. Auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 ist ein Kurbelwinkelsensor 20 zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend dessen Rotationswinkel vorgesehen.
  • Im Abgaspfad 17 ist ein Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 18 vorgesehen, der ein elektrisches Signal entsprechend einem Luft-/Kraftstoffverhältnis AF erzeugt, welches das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff im Abgas ist. Ein Katalysator 19 zum Reinigen von Abgas ist auch im Abgaspfad 17 vorgesehen. Als der Katalysator 19 wird ein Dreiwege-Katalysator, dessen Reinigungsleistungsfähigkeit in der Nähe des theoretischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses AF0 höher wird, eingesetzt.
  • Konfiguration der Steuerung 50
  • Als Nächstes wird die Steuerung 50 erläutert. Die Steuerung 50 ist die, deren Steuersubjekt der Verbrennungsmotor 1 ist. Wie in 1 repräsentiert, ist die Steuerung 50 mit Steuereinheiten, wie etwa einer Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51, einer Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52, einer Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit 53, einer Rückführabgas-Recheneinheit 54 zur Steuerung und einer Rückführmengeneinsetz-Steuereinheit 55 versehen. Die jeweiligen Steuereinheiten 51 bis 55 und dergleichen der Steuerung 50 werden durch Verarbeitungsschaltungen, die in der Steuerung 50 enthalten sind, realisiert. Spezifisch, wie in 3 illustriert, beinhaltet die Steuerung 50 als Verarbeitungsschaltungen eine Rechenverarbeitungseinheit (Computer) 90, wie etwa eine CPU (Zentraleinheit), Speichervorrichtungen 91, welche Daten mit der Rechenverarbeitungseinheit 90 austauschen, eine Eingangsschaltung 92, die externe Signale an die Rechenverarbeitungseinheit 90 eingibt, eine Ausgangsschaltung 93, die Signale aus der Rechenverarbeitungseinheit 90 nach außen ausgibt, eine Kommunikationsschaltung 94, in der die Rechenverarbeitungseinheit 90 Datenkommunikation mit externen Vorrichtungen durchführt, und dergleichen.
  • Als Rechenverarbeitungseinheit 90 können ein DSP (Digital-Signalprozessor), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FGPA (feldprogrammierbares Gate-Array), IC (integrierte Schaltung), verschiedene Arten von Logikschaltungen, verschiedene Arten von Signalverarbeitungsschaltungen und dergleichen eingesetzt werden. Als Rechenverarbeitungseinheit 90 kann eine Mehrzahl desselben Typs oder von verschiedenen Typen vorgesehen sein und jede Verarbeitung kann geteilt und ausgeführt werden. Als die Speichervorrichtung 91 wird ein RAM (Wahlfreizugriffsspeicher) vorgesehen, der Daten lesen aus der und Daten schreiben in die Rechenverarbeitungseinheit 90 kann, ein ROM (Nurlesespeicher), der Daten aus der Rechenverarbeitungseinheit 90 lesen kann, und dergleichen. Die Eingangsschaltung 92 ist mit verschiedenen Arten von Sensoren und Schaltern verbunden und ist mit einem A/D-Wandler und dergleichen zum Eingeben von Ausgangssignalen aus den Sensoren und den Schaltern an der Rechenverarbeitungseinheit 90 versehen. Die Ausgangsschaltung 93 ist mit elektrischen Lasten verbunden und ist mit einer Antriebsschaltung und dergleichen zum Ausgeben eines Steuersignals aus der Rechenverarbeitungseinheit 90 versehen. Die Kommunikationsschaltung 94 wird mit anderen Fahrzeugelektronikvorrichtungen wie etwa einer Getriebesteuerung 81 und dergleichen über eine Kommunikationsleitung verbunden und führt Kabelkommunikation basierend auf einem Kommunikationsprotokoll wie etwa dem CAN (Controller Area Network) durch.
  • Dann lässt die Rechenverarbeitungseinheit 90 Software-Elemente (Programme), die in der Speichervorrichtung 91 wie etwa ein ROM gespeichert sind, ablaufen und mit anderen Hardware-Vorrichtungen in der Steuerung 50 zusammenarbeiten, wie etwa der Speichervorrichtung 91, der Eingangsschaltung 92, der Ausgangsschaltung 93 und der Kommunikationsschaltung 94, so dass die entsprechenden Funktionen der Steuereinheiten 51 bis 55, die in der Steuerung 50 enthalten sind, realisiert werden. Einstelldatenelemente wie etwa Charakteristikdaten und Bestimmungswerte, die in den Steuereinheiten 51 bis 55 einzusetzen sind, werden als Teil von Software-Elementen (Programmen) in der Speichervorrichtung 91 wie etwa einem ROM gespeichert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Eingabeschaltung 92 mit dem Einlassluftdrucksensor 2, dem Luftflusssensor 3, dem Einlasslufttemperatursensor 4, dem Drosselöffnungsgradsensor 7, dem Krümmerdrucksensor 8, dem Krümmertemperatursensor 9, dem Krümmer-Sauerstoffkonzentrationssensor 10, dem Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 18, dem Kurbelwinkelsensor 20, einem Gaspedal-Positionssensor 26, dem EGR-Öffnungsgradsensor 27 und dergleichen verbunden. Die Ausgabeschaltung 93 ist mit der Drosselklappe 6 (Elektromotor), dem Injektor 13, dem Einlass-Variabelventil-Timing-Mechanismus 14, dem Abgas-Variabelventil-Timing-Mechanismus 15, der Zündspule 16, dem EGR-Ventil 22 (elektrischer Aktuator) und dergleichen verbunden. Die Steuerung 50 ist mit verschiedenen Arten nicht illustrierter Sensoren, Schalter, Aktuatoren und dergleichen verbunden.
  • Als Grundsteuerung berechnet die Steuerung 50 eine Kraftstoffeinspritzmenge, einen Zündzeitpunkt und dergleichen, basierend auf eingegebenen Ausgangssignalen und dergleichen aus den verschiedenen Arten von Sensoren und führt dann Antriebssteuerung des Injektors 13, der Zündspule 16 und dergleichen durch. Basierend auf dem Ausgangssignal des Gaspedalpositionssensors 26 und dergleichen berechnet die Steuerung 50 das Abgabedrehmoment des Verbrennungsmotors 1, das vom Fahrer verlangt wird, und steuert dann die Drosselklappe 6 und dergleichen so, dass eine Einlassluftmenge zum Realisieren des abgerufenen Abgabedrehmoments ermittelt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann das Abgabedrehmoment des Verbrennungsmotors 1, welches unten beschrieben wird, und welches basierend auf der Rückführabgas-Flussrate Qes zur Steuerung berechnet wird, berücksichtigt werden. Spezifisch berechnet die Steuerung 50 einen Ziel-Drosselöffnungsgrad und führt dann Antriebssteuerung des Elektromotors für die Drosselklappe 6 so durch, das der Drosselöffnungsgrad, welcher basierend auf dem Ausgangssignal des Drosselöffnungsgradsensors 7 detektiert wird, sich dem Ziel-Drosselöffnungsgrad nähert.
  • <Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51>
  • Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert die Antriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 und des Fahrzeugs. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert verschiedene Arten von Antriebsbedingungen, basierend auf beispielsweise den Ausgabesignalen verschiedener Arten von Sensoren. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert den Krümmerdruck Pb, die Krümmertemperatur Tb und die Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in. In der vorliegenden Ausführungsform detektiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 den Krümmerdruck Pb, basierend auf dem Ausgabesignal des Krümmerdrucksensors 8. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert die Krümmertemperatur Tb, basierend auf dem Ausgabesignal des Krümmertemperatursensors 9. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert die φο2_in basierend auf dem Ausgabesignal des Krümmer-Sauerstoffkonzentrationssensors 10.
  • Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert den Einlassluftdruck Pa und die Einlasslufttemperatur Ta. In der vorliegenden Ausführungsform detektiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 den Einlassluftdruck Pa, basierend auf dem Ausgabesignal des Einlassluftdrucksensors 2. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert die Einlasslufttemperatur Ta, basierend auf dem Ausgabesignal des Einlasslufttemperatursensors 4.
  • Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert einen Drosselöffnungswinkel, basierend auf dem Ausgabesignal des Drosselöffnungsgradsensors 7 und detektiert den Öffnungsgrad Oe des EGR-Ventils 22, basierend auf dem Ausgabesignal des EGR-Öffnungsgradsensors 27. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert ein Luft-/Kraftstoffverhältnis AF des Abgases, basierend auf dem Ausgabesignal des Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 18, detektiert eine Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1, basierend auf dem Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors 20 und detektiert einen Fahrpedal-Öffnungsgrad, basierend auf dem Ausgabesignal des Fahrpedal-Positionssensors 26.
  • Abhängig von der Art elektrischen Motors, der das EGR-Ventil bildet, falls der Öffnungsgrad des EGR-Ventils aus dem Ausgabezustand der Energetisierungssteuerung des Motors abgeschätzt werden kann, kann der EGR-Öffnungsgradsensor 27 nicht bereitgestellt werden, und kann ein Schätzwert des Öffnungsgrads auf den Öffnungsgrad Oe des EGR-Ventils 22 eingestellt werden.
  • Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert eine Einlassluftflussrate Qa, basierend auf dem Ausgabesignal des Luftflusssensors 3. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 berechnet eine Einlassluftmenge QA [g/Hub], die in den Einlasspfad 23 aufgenommen wird (Einlasskrümmer 12) in einer Takt-Periode (beispielsweise dem Intervall von BTDC5degCA), basierend auf der Einlassluftflussrate Qa [g/s], wie in einer Gleichung (1) gezeigt; und wendet eine Erste-Ordnung-Verzögerungs-Filterverarbeitung, die eine Verzögerung beim Einlasskrümmer 12 (Spitzentank) simuliert, auf die Einlassluftmenge QA an, um so eine Zylinder-Einlassluftmenge Qac [g/Takt] zu berechnen, die in dem Zylinder 25 in einer Hub-Periode aufgenommen wird. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 berechnet die Einlassluftmenge QA beispielsweise durch Multiplizieren einer Taktperiode ΔT mit der Einlassluftflussrate Qa. QAc ( n ) = KCCA ⋅ QAc ( n − 1 ) + ( 1 − KCCA ) ⋅ QA ( n ) QA ( n ) = Qa ( n ) ⋅ Δ T ( n )
    Figure DE102017214423A1_0001
    wobei KCCA eine voreingestellte Filterverstärkung ist. Wobei (n) den Wert im aktuellen Rechenzyklus bezeichnet und (n-1) den Wert im unmittelbar vorherigen Rechenzyklus bezeichnet.
  • Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 berechnet eine Ladungseffizienz Ec von Einlassluft durch Teilen der Zylindereinlassluftmenge QAc durch einen Wert, welcher durch Multiplizieren der Dichte ρ0 von Luft unter der Standard-Atmosphärenbedingung mit dem Zylindervolumen Vc erhalten wird. Die Ladeeffizienz Ec ist das Verhältnis der Zylindereinlassluftmenge QAc zur Masse (ρ0 × Vc) von Luft unter Standard-Atmosphärenbedingung, mit welcher das Zylindervolumen Vc gefüllt wird. Die Standard-Atmosphärenbedingung bezeichnet den Zustand von 1 atm bei 25 °C. Ec = QAc ρ 0 ⋅ Vc
    Figure DE102017214423A1_0002
  • Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert eine Temperatur Tex des Abgases an der Abgaspfad 17-Seite des EGR-Ventils 22. In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 die Temperatur Tex des Abgases entsprechend der aktuellen Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1 und der aktuellen Ladeeffizienz Ec, unter Verwendung von Abgastemperatur-Charakteristikdaten, in welchen die Beziehung zwischen der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1, der Ladeeffizienz Ec und des Temperatur Tex des Abgases. Ein Temperatursensor kann im Abgaspfad 17 vorgesehen sein, und basierend auf einem Ausgabesignal des Temperatursensors kann die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 die Temperatur Tex des Abgases detektieren. Für alle Charakteristikdaten wird ein Datenkennfeld, eine Datentabelle, ein Polynom, eine Gleichung oder dergleichen verwendet.
  • Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert einen Druck Pex des Abgases auf der Abgaspfad 17-Seite des EGR-Ventils 22. In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 den Druck Pex des Abgases entsprechend der aktuellen Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1 und der aktuellen Ladeeffizienz Ec unter Verwendung von Abgasdruck-Charakteristikdaten, in welchen die Beziehung zwischen der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1, der Ladeeffizienz Ec und dem Druck Pex von Abgas.
  • <Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52>
  • Basierend auf der Krümmer-Innensauerstoff-Konzentration φο2_in berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr, welches ein Verhältnis des dem Einlasskrümmer 12 rückgeführten Abgases zur Einlassluft ist. Das Detail der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 wird später beschrieben.
  • <Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit 53>
  • Die Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit 53 wird mit einer Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführflussraten-Recheneinheit 56 verssehen, die eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführflussrate Qeox berechnet, die eine Flussrate des Rückführabgases auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr und der Einlassluftflussrate Qa ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr, welche durch die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 berechnet wird, eine absolute EGR-Rate, die ein Verhältnis des Rückführabgases zur Summe der Einlassluft und des Rückführabgases ist, wie in der später beschriebenen Gleichung (11) gezeigt. Dann, wie in Gleichung (3) gezeigt, wandelt die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführflussraten-Recheneinheit 56 die Absolut-EGR-Rate Regr in eine Relativ-EGR-Rate Regrr um, wie die ein Verhältnis des Rückführabgases zur Einlassluft ist und berechnet dann eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate Qeox durch Multiplizieren der Einlassluftflussrate Qa zur relativen EGR-Rate Regrr. Re grr = Re gr 1 − Re gr Qeox = Re grr ⋅ Qa
    Figure DE102017214423A1_0003
  • Die Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit 53 ist mit einer Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 versehen, welche eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox berechnet, welches die Öffnungsfläche des EGR-Ventils 22 ist, welches die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführflussrate Qeox realisiert, und einer Lernwert-Recheneinheit 58, die einen Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche des EGR-Ventils 22 basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox berechnet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 eine Schallgeschwindigkeit Ae des Abgases auf der Abgaspfad 17-Seite des EGR-Ventils 22, basierend auf der Temperatur Tex des Abgases. Die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 berechnet eine Dichte pe des Abgases auf der Abgaspfad 17-Seite des EGR-Ventils 22, basierend auf der Temperatur Tex des Abgases und dem Druck Pex des Abgases. Dann berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox, basierend auf dem Krümmerdruck Pb, dem Druck Pex des Abgases, der Schallgeschwindigkeit Ae des Abgases, der Dichte pe des Abgases und der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführflussrate Qeox.
  • Spezifisch berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox, welche die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführflussrate Qeox realisiert, unter Verwendung einer Öffnungs-Flussraten-Rechengleichung, die eine fluidmechanische theoretische Formel für ein komprimierbares Fluid ist, in welchem der Fluss in der Nähe des EGR-Ventils 22 als Flüsse vor und nach einer Drosselklappe angesehen werden. Die theoretische Formel für die Flussrate Qe [g/s] des Rückführabgases, welches durch das EGR-Ventil 22 fließt, angesehen als die Drosselklappe, wird wie in Gleichung (4) repräsentiert abgeleitet, aus dem Energieerhaltungssatz, der isoentropischen Flussrelationalgleichung, der Schallgeschwindigkeits-Relationalgleichung und der Zustandsgleichung. Qe = Ae ⋅ ρ e ⋅ Segr ⋅ σ e   Ae = κ ⋅ R ⋅ Tex ,   ρ e = Pex R ⋅ Tex    σ e = 2 κ − 1 [ ( Pb Pex ) 2 κ − ( Pb Pex ) κ + 1 κ ]
    Figure DE102017214423A1_0004
    ist und ein vorläufig eingestellter Wert verwendet wird. R ist eine Gaskonstante des Rückführabgases und es wird ein vorab eingestellter Wert verwendet. Segr ist eine Öffnungsfläche des EGR-Ventils 22. σe ist eine dimensionslose Flussratenkonstante, die entsprechend einem Druckverhältnis Pb/Pex stromaufwärts und stromabwärts (vor und nach) des EGR-Ventils 22 variiert.
  • Die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 berechnet eine Schallgeschwindigkeit Ae des Abgases, basierend auf der Temperatur Tex des Abgases unter Verwendung der zweiten Gleichung der Gleichung (4). Die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 berechnet eine Dichte pe des Abgases, basierend auf der Temperatur Tex des Abgases und dem Druck Pex des Abgases unter Verwendung der dritten Gleichung von Gleichung (4).
  • Die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 berechnet die dimensionslose Flussratenkonstante σe entsprechend dem aktuellen Druckverhältnis Pb/Pex des Drucks Pex des Abgases und dem Krümmerdruck Pb unter Verwendung der Flussraten-Konstant-Charakteristikdaten, in welchen die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis Pb/Pex des Drucks Pex des Abgases und dem Krümmerdruck Pb und die dimensionslose Flussraten-Konstante σe vorab basierend auf der vierten Gleichung von Gleichung (4) eingestellt wird.
  • Dann, wie in der Gleichung (5) gezeigt, die durch Umordnen der ersten Gleichung von Gleichung (4) in Bezug auf die Öffnungsfläche Segr erhalten wird, berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox durch Dividieren der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführflussrate Qeox durch die Schallgeschwindigkeit Ae, die Dichte pe und die dimensionslose Flussraten-Konstante σe des Abgases. Segrox = Qeox Ae ⋅ ρ e ⋅ σ e
    Figure DE102017214423A1_0005
  • Die Lernwert-Recheneinheit 58 berechnet eine Basisöffnungsfläche Segrb entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad Oe des EGR-Ventils 22 unter Verwendung von Basisöffnungs-Charakteristikdaten, in welchen die Beziehung zwischen der Basisöffnungsfläche Segrb des EGR-Ventils 22 und dem Öffnungsgrad Oe des EGR-Ventils 22 vorab eingestellt wird. Dann berechnet die Lernwert-Recheneinheit 58 einen Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche, basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen der Basisöffnungsfläche Segrb und der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wie in der Gleichung (6) gezeigt, berechnet die Lernwert-Recheneinheit 58 eine Differenz ΔSegrox der Öffnungsfläche zwischen der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox und der Basisöffnungsfläche Segrb; berechnet einen Wert, der durch Anwenden einer Durchschnittsverarbeitung (in diesem Beispiel eine Erster-Ordnung-Verzögerungs-Filterungsverarbeitung) auf die Differenz ΔSegrox der Öffnungsfläche ermittelt wird, als den Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche und speichert den Lernwert ΔSegrL in der Speichervorrichtung 91, etwa dem nicht-flüchtigen RAM. Δ Segrox ( n ) = Segrox ( n ) − Segrb ( n ) Δ SegrL ( n ) = Ks ⋅ Δ SegrL ( n − 1 ) + ( 1 − Ks ) ⋅ Δ Segrox ( n )
    Figure DE102017214423A1_0006
    Wobei (n) den Wert des aktuellen Rechenzyklus bezeichnet und (n-1) den Wert des unmittelbar vorherigen Rechenzyklus bezeichnet. Ks bezeichnet eine Filterverstärkung in der Erster-Ordnungs-Verzögerungs-Filterverarbeitung und wird vorläufig auf einen Wert entsprechend der Zeitkonstante eingestellt. Das Durchschnittsbilden, wie etwa eine Verarbeitung eines gleitenden Durchschnitts, kann beispielsweise anstelle der Erster-Ordnungs-Verzögerungs-Filterungsverarbeitung durchgeführt werden. Ein Verhältnis von Öffnungsfläche und dergleichen kann statt der Differenz ΔSegrox der Öffnungsfläche verwendet werden.
  • Die Durchschnittsverarbeitung kann den Einfluss der Antwortverzögerung des Krümmer-Sauerstoffkonzentrationssensors 10, der Antwortabweichung zwischen der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführflussrate Qeox und der Flussrate des Rückführungsabgases, welches das EGR-Ventil 22 passiert, reduzieren, weil die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr eine EGR-Rate nach Mischen im Einlasskrümmer 12 ist, andere Störungsfaktoren und dergleichen; und die Stabilität und Genauigkeit des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche kann verbessert werden.
  • Alternativ kann die Lernwert-Recheneinheit 58 den Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche vergrößern oder verkleinern, basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox und der später beschriebenen erlernten Öffnungsfläche SegrL. Beispielsweise erhöht die Lernwert-Recheneinheit 58 den Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche in dem Fall, bei dem die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox größer ist als die Lernöffnungsfläche SegrL; und senkt die Lernwert-Recheneinheit 58 den Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche in dem Fall, bei dem die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox kleiner als die erlernte Öffnungsfläche SegrL ist.
  • Die Lernwert-Recheneinheit 58 kann den Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche für jeden Betriebspunkt des Öffnungsgrads Oe des EGR-Ventils 22 berechnen. Beispielsweise speichert die Lernwert-Recheneinheit 58 den Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche in der Speichervorrichtung 91, wie etwa einem nicht-flüchtigen RAM, für jeden Öffnungsgradabschnitt, wo der Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22 vorab in eine Mehrzahl von Abschnitten unterteilt wurde; dann liest die Lernwert-Recheneinheit 58 den Lernwert ΔSegrL des Öffnungsgradabschnitts entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22 aus der Speichervorrichtung 91 aus und aktualisiert den Lernwert ΔSegrL durch die Differenz ΔSegrox der Öffnungsfläche. Entsprechend wird dieselbe Nummer des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche wie die Nummer des Öffnungsgradabschnitts bereitgestellt.
  • Die Lernwert-Recheneinheit 58 gestattet eine Aktualisierung des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche unter Verwendung von Gleichung (6) im Falle des Bestimmens, dass eine Änderung der EGR-Rate klein ist und in einem Gleichgewichtszustand; und die Lernwert-Recheneinheit 58 verhindert die Aktualisierung des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche unter Verwendung von Gleichung (6) und hält den Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche in dem Fall der Bestimmung, dass die Änderung der EGR-Rate groß und in einem transienten Zustand ist. Beispielsweise in dem Fall, bei dem eine Periode, in dem ein Änderungsbetrag des Öffnungsgrads Oe des EGR-Ventils 22 kleiner oder gleich einem vorläufig eingestellten EGR-Bestimmungswert ist und ein Änderungsbetrag des Öffnungsgrads der Drosselklappe 6 kleiner oder gleich einem vorab eingestellten Drosselbestimmungswert ist, ein vorbestimmter Entscheidungszeitraum verstreicht, bestimmt die Lernwert-Recheneinheit 58, dass die Änderung der EGR-Rate in einem Gleichgewichtszustand ist; ansonsten bestimmt die Lernwert-Recheneinheit 58, dass die Änderung der EGR-Rate im Übergangszustand ist.
  • Solche Lernerlaubnisbedingungen können den Einfluss der Antwortverzögerung des Krümmer-Sauerstoffkonzentrationssensors 10 reduzieren, die Antwortabweichung zwischen der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate Qeox und der Flussrate des Rückführabgases, welches das EGR-Ventil 22 passiert, weil die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr eine EGR-Rate nach Mischen in dem Einlasskrümmer 12 ist, und dergleichen; und es kann die Genauigkeit des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche verbessert werden.
  • <Rückführabgas-Recheneinheit 54 zur Steuerung>
  • Die Rückführabgas-Recheneinheit 54 zur Steuerung ist mit einer Lernöffnungsflächen-Recheneinheit 59 versehen, die eine gelernte Öffnungsfläche SegrL des EGR-Ventils 22 entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22 unter Verwendung des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche berechnet, und einer Rückführflussraten-Recheneinheit 60 zur Steuerung, welche eine Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung berechnet, welches zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 basierend auf der gelernten Öffnungsfläche SegrL verwendet wird.
  • Da die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate Qeox, welche in Reaktion aufgrund der Antwortverzögerung des Krümmer-Sauerstoffkonzentrationssensors 10 und der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr verzögert ist, die eine EGR-Rate nach Mischen im Einlasskrümmer 12 ist, nicht direkt verwendet wird, sondern der Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche, welche basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate Qeox berechnet wird, verwendet wird, während unterdrückt wird, dass die oben erwähnte Antwortverzögerung in der Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung verursacht, kann die Rechengenauigkeit der Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung verbessert werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Lernöffnungsflächen-Recheneinheit 59 die Lernöffnungsfläche SegrL durch Korrigieren der Basisöffnungsfläche Segrb durch den Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche. Dann berechnet die Rückführflussraten-Recheneinheit 60 zur Steuerung die Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung, basierend auf der Lernöffnungsfläche SegrL, dem Krümmerdruck Pb, dem Druck Pex des Abgases, der Schallgeschwindigkeit Ae des Abgases und der Dichte pe des Abgases.
  • Die Lernöffnungsflächen-Recheneinheit 59 berechnet einen Wert, der durch Addieren des Lernwerts ΔSegrL einen Wert, der durch Addieren des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche zur Basisöffnungsfläche Segrb entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22 als die Lernöffnungsfläche SegrL erhalten wird, wie in der Gleichung (7) gezeigt. Wie im Fall bei der Lernwert-Recheneinheit 58, berechnet die Lernöffnungsflächen-Recheneinheit 59 die Basisöffnungsfläche Segrb entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22 unter Verwendung der oben beschriebenen Basisöffnungs-Charakteristikdaten. Die Basisöffnungsfläche Segrb, welche durch die Lernwert-Recheneinheit 58 berechnet wird, kann verwendet werden. SegrL = Segrb + Δ SegrL
    Figure DE102017214423A1_0007
  • In dem Fall, bei dem die Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit 53 konfiguriert ist, den Lernwert ΔSegrL von der Öffnungsfläche für jeden Betriebspunkt des Öffnungsgrads 0e des EGR-Ventils 22 zu berechnen, berechnet die Lernöffnungsflächen-Recheneinheit 59 die Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung unter Verwendung des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22. Spezifisch liest die Lernöffnungsflächen-Recheneinheit 59 den Lernwert ΔSegrL des Öffnungsgradabschnitts entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22 aus der Speichervorrichtung 91 aus und berechnet einen Wert, der durch Addieren des gelesenen Lernwerts ΔSegrL zur Basisöffnungsfläche Segrb ermittelt wird, als die Lernöffnungsfläche SegrL.
  • Die Rückführflussraten-Recheneinheit 60 zur Steuerung berechnet die Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung, welche durch die Lernöffnungsfläche SegrL unter Verwendung der Öffnungsflussraten-Rechengleichung der Gleichung (4) realisiert wird, wie im Falle bei der Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit 53. Wie es der Fall ist bei der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57, berechnet die Rückführflussraten-Recheneinheit 60 zur Steuerung die Schallgeschwindigkeit Ae des Abgases, basierend auf der Temperatur Tex des Abgases unter Verwendung der zweiten Gleichung der Gleichung (4). Wie es der Fall ist bei der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57, berechnet die Rückführflussraten-Recheneinheit 60 zur Steuerung die Dichte pe des Abgases, basierend auf der Temperatur Tex des Abgases und dem Druck Pex des Abgases unter Verwendung der dritten Gleichung der Gleichung (4). Wie es der Fall ist bei der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57, berechnet die Rückführflussraten-Recheneinheit 60 zur Steuerung die dimensionslose Flussraten-Konstante σe entsprechend dem aktuellen Druckverhältnis Pb/Pex des Drucks Pex des Abgases und dem Krümmerdruck Pb unter Verwendung der oben beschriebenen Flussraten-Konstanten-Charakteristikdaten. Die Schallgeschwindigkeit Ae des Abgases, die Dichte pe des Abgases und die dimensionslose Flussratenkonstante σe, welche durch die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsflächen-Recheneinheit 57 berechnet werden, können verwendet werden.
  • Dann berechnet die Rückführflussraten-Recheneinheit 60 zur Steuerung einen Wert, der durch Multiplizieren der Schallgeschwindigkeit Ae, der Dichte pe und der dimensionslosen Flussratenkonstante σe des Abgases zur Lernöffnungsfläche SegrL erhalten wird, als die Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung unter Verwendung der Gleichung (8) entsprechend der ersten Gleichung von Gleichung (4) . Qes = Ae ⋅ ρ e ⋅ SegrL ⋅ σ e
    Figure DE102017214423A1_0008
  • Die Rückführabgasraten-Recheneinheit 54 zur Steuerung wird mit einer EGR-Raten-Recheneinheit 61 zur Steuerung versehen, die eine EGR-Rate Regrs zur Steuerung, basierend auf der Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung berechnet. Die EGR-Raten-Recheneinheit 61 zur Steuerung berechnet eine Rückführratenabgasmenge QES [g/Takt], welche in einer Taktperiode zum Einlasskrümmer 12 rückführt (beispielsweise dem Intervall von BTDC5degCA), basierend auf der Flussrate Qes [g/s] des Rückführabgases zur Steuerung, wie in der Gleichung (9) gezeigt; und wendet die Erster-Ordnungs-Verzögerungs-Filterungsverarbeitung, welche eine Verzögerung bei dem Einlasskrümmer 12 (Spitzentank) simuliert, auf die Rückführabgasmenge QES an, um so eine Zylindereinlass-Rückführ-Abgasmenge QESc [g/Takt] zu berechnen, die eine Menge an Rückführabgas ist, das in den Zylinder in einer Taktperiode aufgenommen wird. Die EGR-Raten-Recheneinheit 61 zur Steuerung berechnet die Rückführabgasmenge QES beispielsweise durch Multiplizieren einer Taktperiode ΔT der Flussrate Qes [g/s] des Rückführabgases zur Steuerung. QESc ( n ) = KCCA ⋅ QESc ( n − 1 ) + ( 1 − KCCA ) ⋅ QES ( n ) QES ( n ) = Qes ( n ) ⋅ Δ T ( n )
    Figure DE102017214423A1_0009
  • Wobei KCCA eine vorab eingestellte Filterverstärkung ist und derselbe Wert wie bei Gleichung (1) verwendet werden kann.
  • Die EGR-Raten-Recheneinheit 61 zur Steuerung berechnet die EGR-Rate Regrs zur Steuerung, basierend auf der Zylindereinlassluftmenge QAc und der Zylindereinlass-Rückführ-Abgasmenge QESc. In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die EGR-Raten-Recheneinheit 61 zur Steuerung eine relative EGR-Rate, welche durch Dividieren der Zylindereinlass-Rückführabgasmenge QESc durch die Zylindereinlassluftmenge QAc erhalten wird, als die EGR-Rate Regrs zur Steuerung, wie in Gleichung (10) gezeigt. Es kann eine Absolut-EGR-Rate berechnet werden. Re grs = QESc QAc
    Figure DE102017214423A1_0010
  • <Rückfführmengeneinsatz-Steuereinheit 55>
  • Die Rückführmengeneinsetz-Steuereinheit 55 steuert den Verbrennungsmotor 1 unter Verwendung der Rückfführabgas-Flussrate Qes zur Steuerung, welche durch die Rückführabgas-Recheneinheit 54 zur Steuerung berechnet wird. In der vorliegenden Ausführungsform führt die Rückführmengeneinsetz-Steuereinheit 55 zumindest eine oder mehrere von einer Änderung des Zündzeitpunkts, einer Änderung des Öffnungsgrads 0e des EGR-Ventils 22 und einer Berechnung des Abgabedrehmoments des Verbrennungsmotors 1 durch, basierend auf der Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung.
  • Beispielsweise berechnet die Rückführmengeneinsatz-Steuereinheit 55 den Zündzeitpunkt, basierend auf der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1, der Ladeeffizienz Ec und der EGR-Rate Regrs zur Steuerung. Die Rückführmengeneinsetz-Steuereinheit 55 berechnet eine Ziel-EGR-Rate, basierend auf der Antriebsbedingung wie etwa der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1 und der Ladeeffizienz Ec und erhöht oder senkt den Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22, so dass die EGR-Rate Regrs zur Steuerung sich der Ziel-EGR-Rate nähert. Durch Verbessern der Rechengenauigkeit der Rückführabgas-Flussrate Qes zur Steuerung, kann die Einstellpräzision des Zündzeitpunkts und die Steuergenauigkeit der EGR-Rate verbessert werden und können die Steuergenauigkeit der Verbrennungsbedingung, das Abgabedrehmoment, die thermische Effizienz, die NOx-Erzeugungsmenge und dergleichen des Verbrennungsmotors 1 verbessert werden.
  • Die Rückführmengeneinsatz-Steuereinheit 55 berechnet die thermische Effizienz, basierend auf der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1, der Ladeeffizienz Ec und der EGR-Rate Regrs zur Steuerung. Dann berechnet die Rückführmengeneinsatz-Steuereinheit 55 einen angegebenen mittleren Effektivdruck durch Multiplizieren der thermischen Effizienz zum kalorischen Wert des dem Zylinder 26 zugeführten Kraftstoffs und berechnet das Abgabedrehmoment des Verbrennungsmotors 1, basierend auf dem angegebenen mittleren Effektivdruck. Die Rückführmengeneinsatz-Steuereinheit 55 ändert den Zündzeitpunkt, der die Einlassluftmenge und die Rückführabgasmenge, basierend auf dem Abgabedrehmoment des Verbrennungsmotors 1; oder sendet das Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors 1 an andere Steuerungen wie etwa die Getriebesteuerung 81 und bringt andere Steuerungen dazu, das Abgabedrehmoment als eine Drehmomentsteuerung des Gesamtfahrzeugs zu verwenden.
  • Detaillierte Erläuterung der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52
  • Als Nächstes wird die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 im Detail erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr die absolute EGR-Rate und ist das Verhältnis des in dem Einlasskrümmer 12 rückgeführten Abgases (das Rückführabgas) zum Gas im Einlasskrümmer 12. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr auch einfach als die EGR-Rate Regr bezeichnet. Die EGR-Rate Regr kann durch ein Verhältnis eines Partialdrucks P_egr des Rückführabgases, welches in den Einlasskrümmer 12 rückgeführt wird, zum Krümmerdruck Pb, welches der Druck von Gas im Einlasskrümmer 12 ist, berechnet werden, wie in der Gleichung (11) gezeigt. Re gr = P_egr Pb
    Figure DE102017214423A1_0011
  • 4 repräsentiert den Zustand von Partialdrücken von Gasen im Einlasskrümmer 12 zu einem Zeitpunkt, wenn Abgas in den Einlasskrümmer 12 rückgeführt wird. Das Gas im Einlasskrümmer 12 ist ein Mischgas des Einlassgases, das in den Einlasskrümmer 12 in der Atmosphäre aufgenommen wird und des in den Einlasskrümmer 12 rückgeführten Abgases. Hier wird der Partialdruck des in den Einlasskrümmer 12 genommenen Einlassgases als „P_new“ ausgedrückt.
  • Wie in Gleichung (12) gezeigt, kann der Sauerstoff-Partialdruck Pb_o2 des Gases im Einlasskrümmer indirekt berechnet werden, indem der Sauerstoff-Partialdruck (P_new·φo2_air) der in den Einlasskrümmer 12 aufgenommenen Einlassluft und der Sauerstoff-Partialdruck (P_egr·φo2_ex) des in den Einlasskrümmer 12 rezirkulierten Rückführabgases berechnet werden und kann direkt durch Multiplizieren der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in [Vol%] zum Krümmerdruck Pb berechnet werden. Hier kann der Sauerstoff-Partialdruck der Einlassluft im Einlasskrümmer 12 durch Multiplizieren der Atmosphären-Sauerstoffkonzentration φo2_air [Vol%] mit dem Partialdruck P_new der Einlassluft im Krümmerdruck berechnet werden. Der Sauerstoff-Partialdruck des Rückführabgases im Einlasskrümmer 12 kann durch Multiplizieren der Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases zum Partialdruck P_egr des Rückführabgases im Krümmerdruck berechnet werden. Jede Sauerstoffkonzentration ist ein Volumenkonzentration. Pb_o2 = P_new ⋅ ϕ o 2 _air + P_egr ⋅ ϕ o2_ex = Pb ⋅ ϕ o2_in
    Figure DE102017214423A1_0012
  • Durch Umordnen nach Dividieren der Gleichung (12) durch Pb·φo2_in wird die Gleichung (13) zur Berechnung der EGR-Rate Regr abgeleitet. Die Gleichung (13) zeigt, dass die EGR-Rate Regr basierend auf der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in [Vol%] berechnet werden kann. P_new Pb ⋅ ϕ o2_air ϕ o2_in + P_egr Pb ⋅ ϕ o2_ex ϕ o2_in = 1 ( 1 − P_egr Pb ) ⋅ ϕ o2_air ϕ o2_in + P_egr Pb ⋅ ϕ o2_ex ϕ o2_in = 1 Re gr = P_egr Pb = ϕ o2_air − ϕ o2_in ϕ o2_air − ϕ o2_ex
    Figure DE102017214423A1_0013
  • Entsprechend berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr, basierend auf der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φo2_in [Vol%].
  • Gemäß dieser Konfiguration, da die EGR-Rate (die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate) basierend auf dem Detektionswert der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in berechnet wird, die kaum durch die individuelle Differenz und Alterungsänderung des Verbrennungsmotors 1-Hauptkörpers beeinflusst wird, kann die Detektionsgenauigkeit der EGR-Rate verbessert werden. Andererseits, da die Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in die Sauerstoffkonzentration von Gas nach Mischen und Mitteln der Einlassluft und des Rückführabgases im Abgaskrümmer 12 ist, ist die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr eine Information, die in Reaktion eher verzögert ist als die Flussrate des Rückführabgases, welches das EGR-Ventil 22 passiert. Daher ist es nicht einfach, die genaue Flussrate von Rückführabgas, das keine Antwortverzögerung aufweist, direkt aus der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr zu berechnen. Entsprechend, wie oben erwähnt, durch Berechnen des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche des EGR-Ventils 22, in dem eine Responsivität nicht erforderlich ist, basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr und dergleichen und Berechnen der Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung, basierend auf der Lernöffnungsfläche SegrL, kann die Flussrate des Rückführabgases nach Lernen ohne Antwortverzögerung berechnet werden. Daher wird der Einfluss individueller Differenz und der Alterungsänderung der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils 22 durch das Verfahren erlernt, welches kaum durch die individuelle Differenz und Alterungsänderung des Verbrennungsmotorkörpers beeinflusst wird, und kann die Schätzgenauigkeit der Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung verbessert werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform berechnet unter Verwendung der Rechengleichung der Gleichung (14) die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr, basierend auf der detektierten Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in [Vol%]. Hier wird die Atmosphären-Sauerstoffkonzentration φο2_air [Vol%] vorab auf 21 [Vol%] als Standardwert eingestellt. Re gr = ϕ o2_air − ϕ o2_in ϕ o2_air − ϕ o2_ex
    Figure DE102017214423A1_0014
  • Da die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases signifikant niedriger wird als die Atmosphärenluft durch Verbrennung, kann sie auf 0 oder einen vorab eingestellten Festwert um 0 herum eingestellt werden. Selbst in diesem Fall, falls der Nenner der Gleichung (14), da die Sauerstoffkonzentration φo2-ex [Vol%] des Abgases klein gegenüber 21 der Atmosphären-Sauerstoffkonzentration φo2_air wird, wird unterdrückt, dass die Rechengenauigkeit der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr signifikant beeinträchtigt wird.
  • Die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 kann die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr entsprechend der vorliegenden Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φo2_in [Vol%] unter Verwendung der EGR-Raten-Charakteristikdaten berechnen, in welchen die Beziehung zwischen der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in [Vol%] und der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr vorab eingestellt wird. Die EGR-Raten-Charakteristikdaten können vorab basierend auf der Gleichung (14) eingestellt werden oder können vorab basierend auf einem experimentellen Wert eingestellt werden.
  • <Berechnung von Sauerstoffkonzentration von Abgas, basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis>
  • Die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases ändert sich gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF des Verbrennungsmotors 1. Um die Rechengenauigkeit der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr zu verbessern, ist es wünschenswert, die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF des Verbrennungsmotors 1 zu verändern.
  • In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases, basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF des Verbrennungsmotors 1 und berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in [Vol%] und der Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases in Übereinstimmung mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF verändert werden und kann die Rechengenauigkeit der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr verbessert werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases, basierend auf dem durch den Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 18 detektierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF. Alternativ kann die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF verwenden, welches basierend auf dem zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzmenge verwendeten Kraftstoff-Korrekturkoeffizienten berechnet wird. Beispielsweise ist der Kraftstoff-Korrekturkoeffizient ein Korrekturkoeffizient, der mit einer Basiskraftstoffeinspritzmenge multipliziert wird, um so zum theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu werden; und ein Wert, der durch Dividieren des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (beispielsweise 14,7) durch den Kraftstoff-Korrekturkoeffizienten erhalten wird, wird als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF berechnet.
  • Die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr, basierend auf der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in [Vol%] und der Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases unter Verwendung der Rechengleichung der Gleichung (14). Alternativ, durch Verwenden von EGR-Raten-Charakteristikdaten, in welchen die Beziehung zwischen der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φο2_in [Vol%], der Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases und der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr vorab eingestellt ist, kann die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr entsprechend der aktuellen Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φo2_in [Vol%] und die aktuelle Sauerstoffkonzentration φο2_ex [Vol%] des Abgases berechnen. Die EGR-Rate-Charakteristikdaten können vorab basierend auf der Gleichung (14) eingestellt werden oder können vorab basierend auf einen experimentellen Wert eingestellt werden.
  • <Sauerstoffkonzentration von Abgas>
  • Nachfolgend, indem den entsprechenden Zahlen von Molen von Molekülen und den Partialdrücken von Gasen in einer Verbrennungschemie-Reaktionsformel Aufmerksamkeit gewidmet wird, wird eine relationale Gleichung zwischen den jeweiligen Mol-Anzahl von Molekülen, den Partialdrücken, der Sauerstoffkonzentration und der EGR-Rate Regr abgeleitet. Die chemische Verbrennungsreaktionsformel für einen Kohlenwasserstoff zu einer Zeit, wenn der Kraftstoff des Verbrennungsmotors 1 Benzin ist, ist beispielsweise durch die Gleichung (15) ausgedrückt. C n H m + ( n + m 4 ) ⋅ O 2 → n ⋅ CO 2 + m 2 ⋅ H 2 O
    Figure DE102017214423A1_0015
  • Es wird angenommen, dass die Durchschnittsmolekularformel für Benzin C7H14 ist und dass die Zusammensetzung von Luft „Sauerstoff (O2): Stickstoff (N2) = 21 : 79“ ist. In dem Fall, bei dem das Benzin und die Luft zusammen bei dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF0 verbrennen, wird die chemische Verbrennungsreaktionsformel durch die Gleichung (16) ausgedrückt. λ = 1 2 ⋅ C 7 H 14 + 21 ⋅ O 2 + 79 ⋅ N 2 → 14 ⋅ CO 2 + 14 ⋅ H 2 O + 79 ⋅ N 2
    Figure DE102017214423A1_0016
  • Unter den Bedingungen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF fett ist (λ < 1), in dem Fall, bei dem der gesamte Sauerstoff verbraucht und das Benzin verbrannt wurde, wird die chemische Verbrennungsreaktionsformel durch die Gleichung (17) ausgedrückt. λ < 1 2 ⋅ C 7 H 14 + λ ⋅ ( 21 ⋅ O 2 + 79 ⋅ N 2 )                   → λ ⋅ ( 14 ⋅ CO 2 + 14 ⋅ H 2 O + 79 ⋅ N 2 ) + ( 1 − λ ) ⋅ 2 ⋅ C 7 H 14
    Figure DE102017214423A1_0017
  • Unter den Bedingungen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF mager ist (λ > 1), in dem Fall, bei dem das gesamte Benzin verbrannt ist, wird die chemische Verbrennungsreaktionsformel durch die Gleichung (18) ausgedrückt. λ > 1 2 ⋅ C 7 H 14 + λ ⋅ ( 21 ⋅ O 2 + 79 ⋅ N 2 )                   → 14 ⋅ CO 2 + 14 ⋅ H 2 O + λ ⋅ 79 ⋅ N 2 + ( λ−1 ) ⋅ 21 ⋅ O 2
    Figure DE102017214423A1_0018
  • Jede der Gleichungen (16), (17) und (18) ist eine reine chemische Verbrennungsreaktionsformel, in der kein Rückführabgas berücksichtigt wird. Ein Überschuss-Luftverhältnis λ ist das Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF zum theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF0 (beispielsweise 14,7), wie in der Gleichung (19) repräsentiert. Wenn λ = 1, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF zum theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF0; wenn λ < 1, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF fett, wenn λ > 1, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager. λ = AF AF0
    Figure DE102017214423A1_0019
  • Wie in Gleichung (20) und 5 gezeigt, in dem Fall des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (λ = 1) und fett (λ < 1), gibt es kein O2 auf der rechten Seite der Gleichung (16) und der Gleichung (17) und kann Null als die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases eingesetzt werden. Im Falle von Mager (λ > 1) kann das Verhältnis der Molanzahl von O2 zur Gesamtmolanzahl jedes Gasmoleküls auf der rechten Seite der Gleichung (18) auf die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases eingestellt werden. 1 )   λ = 1,   λ < 1       ϕ o2_ex = 0 2 )   λ > 1       ϕ o2_ex = ( λ − 1 ) ⋅ 21 14 + 14 + λ ⋅ 79 + ( λ − 1 ) ⋅ 21 ⋅ 100 = 21 ⋅ ( λ − 1 ) 100 ⋅ λ + 7 ⋅ 100
    Figure DE102017214423A1_0020
  • Wie im Beispiel von 5 gezeigt, in dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (λ = 1) oder fett (λ < 1), stellt die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φο2_ex [Vol%] des Abgases auf Null ein; und in dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF mager ist (λ > 1), macht die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φο2_ex [Vol%] des Abgases von Null steigend, wenn der Mager-Grad des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF ansteigt.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases genau berechnet werden, in Übereinstimmung damit, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, fett oder mager ist. In der vorliegenden Ausführungsform, da das Abgas aus dem Abgaspfad 17 auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators 19 rezirkuliert, selbst in dem Fall, bei dem der unverbrannte Kraftstoff in dem aus dem Zylinder 25 abgegebenen Abgas enthalten ist, wird der unverbrannte Kraftstoff im Katalysator 19 oxidiert (verbrannt) und gelangt im Falle des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und von fett die Sauerstoffkonzentration des Abgases nahe an Null. Daher kann als oben erwähnte Konfiguration, selbst falls die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases auf Null eingestellt wird, die Rechengenauigkeit der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr aufrechterhalten werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, in dem Fall, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF mager ist (λ > 1), berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases unter Verwendung der zweiten Gleichung von Gleichung (20). Gemäß der Konfiguration, durch die aus dem Molanzahl-Verhältnis der chemischen Reaktionsformel der Gleichung (18) im Falle von mager abgeleiteten Gleichung, kann die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr im Falle von mager genau berechnet werden.
  • Alternativ, unter Verwendung von Abgasluft-Sauerstoffkonzentrations-Charakteristikdaten, in welchen die Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF und der Sauerstoffkonzentration φο2_ex [Vol%] des Abgases vorläufig eingestellt ist, kann die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases entsprechend dem vorliegenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF einstellen. Die Abgas-Sauerstoffkonzentrations-Charakteristikdaten können vorab basierend auf Gleichung (20) eingestellt werden oder können basierend auf dem experimentellen Wert vorab eingestellt werden.
  • Da der unverbrannte Kraftstoff nicht durch den Katalysator 19 in dem Fall oxidiert wird, bei dem das Abgas aus dem Abgaspfad 17 auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators rezirkuliert, selbst in dem Fall des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und fett, wird die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases höher als Null und im Falle von mager wird die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases höher als die zweite Gleichung der Gleichung (20).
  • Dann, wie im Beispiel von 6 gezeigt, in dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) oder Fett (λ < 1) ist, kann die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases auf einen größeren Wert als Null einstellen; und in dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF mager ist (λ > 1), kann die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases erhöhen, wenn der Magergrad des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ansteigt. In diesem Fall, unter Verwendung von vorab eingestellten Abgas-Sauerstoffkonzentrations-Charakteristikdaten, wie im Beispiel von 6 gezeigt, stellt die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases entsprechend auf das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF ein. Die Abgasluft-Sauerstoffkonzentrations-Charakteristikdaten werden vorab basierend auf dem experimentellen Wert eingestellt.
  • Die Sauerstoffkonzentration des Abgases ändert sich anhand der Fahrbedienung, wie etwa der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1, der Ladeeffizienz Ec und der EGR-Rate. Daher, unter Verwendung der Abgasluft-Sauerstoffkonzentrations-Charakteristikdaten, welche vorab für jede Fahrbedingung eingestellt werden, kann die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases entsprechend der aktuellen Fahrbedingung und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF einstellen.
  • Flussdiagramm
  • Die Prozedur (das Steuerverfahren für den Verbrennungsmotor 1) der Verarbeitung durch die Steuerung 50 gemäß Ausführungsform 1 wird basierend auf dem in 7 repräsentierten Flussdiagramm erläutert. Die im Flussdiagramm in 7 repräsentierte Verarbeitung wird rekurrent implementiert, beispielsweise in jedem konstanten Operationszyklus, während die Rechenverarbeitungseinheit 90 Software (ein Programm) implementiert, welches in der Speichervorrichtung 91 gespeichert ist.
  • Im Schritt S01, wie oben erwähnt, implementiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 eine Antriebsbedingungs-Detektionsverarbeitung (ein Antriebsbedingungs-Detektionsschritt), der die verschiedenen Arten von Antriebsbedingungen der Verbrennungsmotoren 1 detektiert, wie etwa die Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φo2_in, die Einlassluftflussrate Qa und den Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22.
  • Als Nächstes implementiert im Schritt S02, wie oben erwähnt, die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Raten-Rechenverarbeitung (einen Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Raten-Rechenschritt), welcher die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr berechnet, basierend auf der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φo2_in. In der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit 52 die Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases, basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF des Verbrennungsmotors 1, und berechnet die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr, basierend auf Krümmer-Innensauerstoffkonzentration φo2_in [Vol%] und der Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases.
  • Im Schritt S03, wie oben erwähnt, implementiert die Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit 53 eine Öffnungsflächen-Lernwert-Rechenverarbeitung (einen Öffnungsflächen-Lernwert-Rechenschritt), der die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate Qeox basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate Regr und der Einlassluftflussrate Qa berechnet, die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox berechnet, welches die Öffnungsfläche des EGR-Ventils 22 ist, welches die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate Qeox realisiert, und den Lernwert ΔSegrL der Öffnungsfläche des EGR-Ventils 22 berechnet, basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche Segrox.
  • Im Schritt S04, wie oben erwähnt, implementiert die Rückführabgas-Recheneinheit 54 zur Steuerung eine Rückführabgas-Rechenverarbeitung zur Steuerung (ein Rückführabgas-Rechenschritt zur Steuerung), welche die Lernöffnungsfläche SegrL des EGR-Ventils 22 entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad 0e des EGR-Ventils 22 unter Verwendung des Lernwerts ΔSegrL der Öffnungsfläche berechnet und die Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung berechnet, welches zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 basierend auf der Lernöffnungsfläche SegrL verwendet.
  • Im Schritt S05, wie oben erwähnt, implementiert die Rückführmengeneinsatz-Steuereinheit 55 eine Rückführmengeneinsatz-Steuerverarbeitung (einen Rückführmengeneinsatz-Steuerschritt), welche den Verbrennungsmotor 1 unter Verwendung der Rückführabgas-Flussrate Qes zur Steuerung steuert.
  • <Andere Ausführungsformen>
  • Zuletzt werden andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Jede der Konfigurationen von Ausführungsformen, die unten zu erläutern sind, ist nicht darauf beschränkt, getrennt eingesetzt zu werden, sondern kann in Kombination mit den Konfigurationen der anderen Ausführungsformen eingesetzt werden, solange keine Diskrepanz entsteht.
    1. (1) In der oben erwähnten Ausführungsform 1 ist der Fall erläutert worden, in dem der Fall berücksichtigt wird, bei dem als der Kraftstoff für den Verbrennungsmotor 1 Benzin verwendet wird, es angenommen wird, dass die Durchschnitts-Molekularformel von Benzin und die Zusammensetzung von Luft durch die Gleichungen (16) bis (18) gegeben sind. Jedoch sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf den vorstehenden Fall beschränkt. Das bedeutet, dass die chemische Reaktionsformel und die Molanzahl jedes Moleküls in der chemischen Reaktionsformel unter Verwendung eines strengeren Wertes für die Durchschnitts-Molekularformel von Benzin und der Luftzusammensetzung geändert werden kann und die Einstellwerte jeder Konstante der zweiten Gleichung der Gleichung (20), welche für die Berechnung der Sauerstoffkonzentration φo2_ex [Vol%] des Abgases verwendet wird, geändert werden kann. Als Kraftstoff des Verbrennungsmotors kann anderer Kraftstoff als Benzin, beispielsweise Leichtöl, Alkohol, oder Erdgas verwendet werden, kann die Durchschnitts-Molekularformel des Kraftstoffs in Übereinstimmung mit der Art des Kraftstoffs verwendet werden und können die chemische Reaktionsformel und die Molanzahl jedes der Moleküle der chemischen Reaktionsformel geändert werden und können die Einstellwerte jeder Konstante der zweiten Gleichung der Gleichung (20), welche zur Berechnung der Sauerstoffkonzentration φο2_ex [Vol%] des Abgases verwendet werden, geändert werden.
    2. (2) In der oben erwähnten Ausführungsform 1 ist der Fall erläutert worden, bei dem der Verbrennungsmotor 1 ein Saugmotor ist. Jedoch kann der Verbrennungsmotor 1 ein Verbrennungsmotor sein, der mit einem Turbolader oder einem Superlader versehen ist.
    3. (3) In der oben erwähnten Ausführungsform ist der Fall erläutert worden, in welchem die Rückführmengeneinsatz-Steuereinheit 55, wie oben erwähnt, zumindest eine oder mehr einer Änderung von Zündzeitpunkt, eine Änderung des Öffnungsgrads 0e des EGR-Ventils 22 und eine Berechnung eines Abgabedrehmoments des Verbrennungsmotors 1 durchführt, basierend auf der Flussrate Qes des Rückführabgases zur Steuerung. Jedoch sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf den vorstehenden Fall beschränkt. Das bedeutet, dass die Rückführmengeneinsatz-Steuereinheit 55 die Rückführabgasflussrate Qes zu einer anderen Steuerung als diesen Steuerungen verwenden kann, beispielsweise einer Steuerung für die Einlassluftmenge, einer Steuerung zum Ändern des Ventilöffnungs- und Schließ-Timings einer oder beider von Einlassventil 14 und Auslassventil 15 und dergleichen.
  • Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden Fachleuten ersichtlich werden, ohne vom Schutzumfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen und es versteht sich, dass diese nicht auf die hier dargestellten illustrativen Ausführungsformen zu beschränken ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP H07279774 A [0005, 0006]

Claims (11)

  1. Steuerung (50) für einen Verbrennungsmotor (1), der versehen ist mit einem Einlasspfad (23) und einem Abgaspfad (17), einer Drosselklappe (6) zum Öffnen und Schließen des Einlasspfades (23), einem EGR-Pfad (21) zum Rückführen von Abgas aus dem Abgaspfad (17) zu einem Einlasskrümmer (12), welcher ein Teil des Einlasspfades (23) ist, auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (6) und einem EGR-Ventil (22) zum Öffnen und Schließen des EGR-Pfads (21), wobei die Steuerung für den Verbrennungsmotor (1) beinhaltet: eine Antriebsbedingungs-Detektionseinheit (51), die eine Krümmer-Innensauerstoff-Konzentration (φο2_in), welche eine Sauerstoff-Konzentration von Gas im Einlasskrümmer (12) ist, eine Einlassluftflussrate (Qa), die eine Flussrate von in den Einlasspfad (23) aufgenommener Einlassluft ist, und einen Öffnungsgrad (Oe) des EGR-Ventils detektiert; eine Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit (52), die eine Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-EGR-Rate (Regr) berechnet, die ein Verhältnis eines Rückführabgases, welches das in den Einlasskrümmer (12) rückgeführtes Abgas ist, zur Einlassluft ist, basierend auf der Krümmer-Innensauerstoff-Konzentration (φο2_in); eine Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit (53), die eine Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-Rückführungsflussrate (Qeox) berechnet, die eine Flussrate des Rückführungsabgases ist, basierend auf der Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-EGR-Rate (Regr) und der Einlassluftflussrate (Qa), eine Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-Öffnungsfläche (Segrox) berechnet, die eine Öffnungsfläche des EGR-Ventils (22) ist, welches die Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-Rückführflussrate (Qeox) realisiert, und einen Lernwert (ΔSegrL) der Öffnungsfläche des EGR-Ventils basierend auf der Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-Öffnungsfläche (Segrox) berechnet; und eine Rückführungsabgas-Recheneinheit (54) zur Steuerung, die eine erlernte Öffnungsfläche (SegrL) des EGR-Ventils (22) entsprechend dem vorliegenden Öffnungsgrad (Oe) des EGR-Ventils (22) unter Verwendung des Lernwerts (ΔSegrL) der Öffnungsfläche berechnet, und eine Flussrate (Qes) des Rückführabgases zur Steuerung berechnet, welche zum Steuern des Verbrennungsmotors (1) verwendet wird, basierend auf der gelernten Öffnungsfläche (SegrL).
  2. Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit (52) die Sauerstoffkonzentration (φo2_ex) des Abgases, basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors (1) berechnet und die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate (Regr) basierend auf der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration (φο2_in) und der Sauerstoffkonzentration (φο2_ex) des Abgases berechnet.
  3. Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 2, wobei in dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder fett ist, die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit (52) die Sauerstoffkonzentration (φo2_ex) des Abgases auf Null einstellt und in dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, wenn ein Magergrad des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ansteigt, die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit (52) die Sauerstoffkonzentration (φo2_ex) des Abgases dazu bringt, von Null aus anzusteigen.
  4. Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, wobei in dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder fett ist, die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit (52) die Sauerstoffkonzentration (φo2_ex) des Abgases auf Null einstellt; und in dem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, durch Einstellen der Sauerstoffkonzentration des Abgases auf φο2_ex und Einstellen eines Überschuss-Luftverhältnisses, welches durch Dividieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf λ ermittelt wird, die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit (52) die Sauerstoffkonzentration des Abgases durch eine Rechengleichung von φ o2_ex = 21 × ( λ − 1 ) / ( 100 × λ + 7 )
    Figure DE102017214423A1_0021
    berechnet.
  5. Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei durch Einstellung der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate auf Regr, Einstellung der Krümmer-Innensauerstoffkonzentration auf φo2_in, Einstellung der Sauerstoffkonzentration des Abgases auf φο2_ex und Einstellung einer Sauerstoffkonzentration der Einlassluft, die auf einen vorab eingestellten Standardwert, auf φo2_air eingestellt wird, die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Ratenrecheneinheit (52) die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate durch eine Rechengleichung von Regr = ( φ o2_air − φ o2_in ) / ( φ o2_air − φ o2_ex )
    Figure DE102017214423A1_0022
    berechnet.
  6. Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit (51) eine Temperatur (Tex) des Abgases der Abgaspfad (17)-Seite des EGR-Ventils (22) und einen Druck (Pex) des Abgases auf der Abgaspfad (17)-Seite des EGR-Ventils (22) detektiert, und wobei die Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit (53) eine Schallgeschwindigkeit (Ae) des Abgases bei der Abgaspfad (17)-Seite des EGR-Ventils (22) basierend auf der Temperatur (Tex) des Abgases berechnet, eine Dichte (pe) des Abgases bei der Abgaspfad (17)-Seite des EGR-Ventils (22) berechnet, basierend auf der Temperatur (Tex) und dem Abgas und Druck (Pex) des Abgases und die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche (Segrox) basierend auf dem Krümmerdruck (Pb), dem Druck (Pex) des Abgases, der Schallgeschwindigkeit (Ae) des Abgases, der Dichte (pe) des Abgases und der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate (Qeox) berechnet.
  7. Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 6, wobei die Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit (53) eine Basisöffnungsfläche (Segrb) entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad (0e) des EGR-Ventils (22) berechnet, unter Verwendung von Basisöffnungs-Charakteristikdaten, in welchen eine Beziehung zwischen der Basisöffnungsfläche (Segrb) des EGR-Ventils (22) und dem Öffnungsgrad (0e) des EGR-Ventils (22) vorab eingestellt wird, und den Lernwert (ΔSegrL) der Öffnungsfläche, basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen der Basisöffnungsfläche (Segrb) und der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche (Segrox) berechnet, und wobei die Rückführabgas-Recheneinheit (54) zur Steuerung die Lernöffnungsfläche (SegrL) durch Korrigieren der Basisöffnungsfläche (Segrb) mit dem Lernwert (ΔSegrL) der Öffnungsfläche berechnet und die Flussrate (Qes) des Rückführabgases zur Steuerung, basierend auf der Lernöffnungsfläche (SegrL), dem Krümmerdruck (Pb), dem Druck (Pex) des Abgases, der Schallgeschwindigkeit (Ae) des Abgases und der Dichte (pe) des Abgases berechnet.
  8. Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit (53) den Lernwert (ΔSegrL) der Öffnungsfläche für jeden Betriebspunkt des Öffnungsgrads (0e) des EGR-Ventils (22) berechnet, und Wobei die Rückführabgas-Recheneinheit (54) zur Steuerung die Flussrate (Qes) des Rückführabgases zur Steuerung unter Verwendung des Lernwerts (ΔSegrL) der Öffnungsfläche entsprechend dem aktuellen Öffnungsgrad (0e) des EGR-Ventils (22) berechnet.
  9. Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Öffnungsflächen-Lernwert-Recheneinheit (53) eine Aktualisierung des Lernwerts (ΔSegrL) der Öffnungsfläche im Fall der Bestimmung gestattet, dass eine Änderung der EGR-Rate klein und in einem stabilen Zustand ist, und die Aktualisierung des Lernwerts (ΔSegrL) der Öffnungsfläche verhindert und den Lernwert (ΔSegrL) der Öffnungsfläche in dem Fall des Bestimmens hält, dass die Änderung der EGR-Rate groß und in einem Übergangszustand ist.
  10. Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter umfassend eine Rückführmengen-Einsatz-Steuereinheit, die eine Änderung des Zündzeitpunkts, eine Änderung des Öffnungsgrads (0e) des EGR-Ventils (22) oder/und eine Berechnung eines Abgabedrehmoments des Verbrennungsmotors (1) durchführt, basierend auf der Flussrate (Qes) des Rückführabgases zur Steuerung.
  11. Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor (1), der versehen ist mit einem Einlasspfad (23) und einem Abgaspfad (17), einer Drosselklappe (6) zum Öffnen und Schließen des Einlasspfades (23), einem EGR-Pfad (21) zum Rückführen von Abgas aus dem Abgaspfad (17) zu einem Einlasskrümmer (12), welcher ein Teil des Einlasspfads (23) auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (6) ist, und einem EGR-Ventil (22) zum Öffnen und Schließen des EGR-Pfads (21), wobei das Steuerverfahren beinhaltet: einen Antriebsbedingungs-Detektionsschritt, der eine Krümmer-Innensauerstoff-Konzentration (φο2_in), die eine Sauerstoffkonzentration von Gas im Einlasskrümmer (12) ist, eine Einlassluftflussrate (Qa), die eine Flussrate von in dem Einlasspfad (23) aufgenommener Einlassluft ist und einen Öffnungsgrad (Oe) des EGR-Ventils (22) detektiert; einen Sauerstoff-Konzentrations-Detektions-EGR-Ratenrechenschritt, der eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate (Regr) berechnet, die ein Verhältnis eines Rückführabgases, welches ein in dem Einlasskrümmer (12) rückgeführtes Abgas ist, zur Einlassluft, basierend auf der Krümmer-Innensauerstoff-Konzentration (φο2_in) ist; einen Öffnungsflächen-Lernwert-Rechenschritt, der eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführflussrate (Qeox), die eine Flussrate des Rückführabgases ist, basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-EGR-Rate (Regr) und der Einlassluftflussrate (Qa) berechnet, eine Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche (Segrox) berechnet, die eine Öffnungsfläche des EGR-Ventils (22) ist, welches die Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Rückführrate (Qeox) realisiert, und einen Lernwert (ΔSegrL) der Öffnungsfläche des EGR-Ventils (22) basierend auf der Sauerstoffkonzentrations-Detektions-Öffnungsfläche (Segrox) berechnet; und einen Rückführabgas-Rechenschritt zur Steuerung, der eine gelernte Öffnungsfläche (SegrL) des EGR-Ventils (22) entsprechend dem vorliegenden Öffnungsgrad (Oe) des EGR-Ventils (22) unter Verwendung des Lernwerts (ΔSegrL) der Öffnungsfläche berechnet und eine Flussrate des Rückführabgases zur Steuerung berechnet, die zum Steuern des Verbrennungsmotors (1) basierend auf der gelernten Öffnungsfläche (SegrL) verwendet wird.
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