DE102018101434A1 - Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Eine Betriebsbereichsgrenze für das Umschalten eines Nockens für das Antreiben (Antriebsnocken) eines Einlassventils wird in einer Richtung der zunehmenden Motorlast verändert, wenn vorhergesagt ist, dass eine Ziel-AGR-Rate während eines Beschleunigungsbetriebs über die in 3 gezeigte Konturlinie hinaus zunehmen wird. Wie aus einem Vergleich der 6 und 7 ersichtlich, ist eine Umschaltgrenze in 7 in eine Richtung der höheren Last verändert, im Vergleich zu 6. Durch eine Veränderung in einer derartigen Hochlastrichtung wird ein Bereich vergrößert, in welchem ein großer Nocken ausgewählt wird. Das heißt, das Umschalten des Antriebsnockens von dem großen Nocken auf den kleinen Nocken wird verzögert. Daher ist es möglich, eine Verschlechterung in dem Verbrennungszustand in dem Zylinder zu unterdrücken.

Description

  • Bezugnahme auf eine verwandte Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2017-26422 , eingereicht am 15. Februar 2017. Der Inhalt dieser Anmeldung wird hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
  • Hintergrund
  • Die Druckschrift JP 2013-72342 A offenbart eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche dazu ausgelegt ist, einen Motor zu steuern, bei welchem ein Teil des Abgases als externes AGR-Gas von einem Abgassystem an ein Ansaugsystem rückgeführt wird. Bei einer derartigen herkömmlichen Steuerungsvorrichtung wird ein Öffnungsgrad eines AGR-Ventils basierend auf einem Kennfeld gesteuert, welches ein Verhältnis zwischen einem durch die Motorgeschwindigkeit und die Motorlast definierten Betriebsbereich und einer Zielmenge von externem AGR-Gas (im Folgenden als „Ziel-AGR-Menge“ bezeichnet) definiert. In dem Kennfeld sind die Betriebsbereiche durch Konturlinien der Ziel-AGR-Menge getrennt. Gemäß dem Kennfeld wird die Ziel-AGR-Menge in einem Teilbereich, welcher einen Bereich der mittleren Motorgeschwindigkeit und mittleren Motorlast umfasst, auf einen Höchstwert eingestellt und nimmt von diesem Teilbereich aus hin zu einem Randteilbereich ab.
  • Die Ziel-AGR-Mengen in dem Kennfeld werden durch ein im Vorhinein durchgeführtes Experiment oder eine Simulation erhalten. Gemäß dem Kennfeld kann eine tatsächliche externe AGR-Menge (im Folgenden auch als eine „tatsächliche AGR-Menge“ bezeichnet) auf einem optimalen Wert gehalten werden, während eines stabilen Betriebs, bei welchem der Motorbetriebszustand in einem Teilbereich bleibt, welcher eine gleiche Ziel-AGR-Menge hat. Andererseits wird die tatsächliche AGR-Menge stark durch eine Zeitverzögerung während eines Übergangsbetriebs beeinflusst, in welchem der Motorbetriebszustand über die Konturlinie der Ziel-AGR-Menge verschoben wird. Wenn der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit einer großen Ziel-AGR-Menge zu einem Teilbereich mit einer niedrigen Ziel-AGR-Menge verschoben wird, verursacht die große Beeinflussung durch die Zeitverzögerung beispielsweise eine Periode, während der die tatsächliche AGR-Menge mit Bezug auf die Ziel-AGR-Menge übermäßig ist. Während dieser übermäßigen Periode verschlechtert sich die Verbrennung recht leicht. Demgemäß ist eine Gegenmaßnahme gegen eine derartige Verschlechterung der Verbrennung während des Übergangsbetriebs erforderlich.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem vorstehend beschriebenen Problem und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auftreten einer Verschlechterung der Verbrennung, wenn der Motorbetriebsbereich von dem Teilbereich mit der hohen Zielmenge zu dem Teilbereich mit der niedrigen Zielmenge übergeht, in einem Fall zu unterdrücken, in welchem ein Öffnungsgrad eines AGR-Ventils auf der Grundlage des Kennfelds gesteuert wird, welches ein Verhältnis zwischen der Zielmenge des externen AGR-Gases und einem Motorbetriebsbereich definiert.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche dazu ausgelegt ist, einen Motor zu steuern, in welchem ein Teil des Abgases als externes AGR-Gas von einem Abgassystem an ein Ansaugsystem rückgeführt wird, wobei die Steuerungsvorrichtung aufweist:
    • ein AGR-Kennfeld, welches ein Verhältnis zwischen einem Betriebsbereich, welcher durch die Motorgeschwindigkeit und die Motorlast definiert ist, und einem Zielwert der externen AGR-Rate definiert, und einen vorbestimmten Teilbereich hat, in welchem der Zielwert auf den Höchstwert eingestellt ist; und
    • ein Betriebswinkelkennfeld, welches ein Verhältnis zwischen dem Betriebsbereich und einem Betriebswinkel eines Einlassnockens für das Antreiben eines Einlassventils des Motors definiert,
    • wobei das Betriebswinkelkennfeld derart eingestellt ist, dass
    • ein großer Betriebswinkel in einem ersten Bereich ausgewählt wird, welcher einen Bereich umfasst, welcher dem vorbestimmten Teilbereich entspricht, wobei der große Betriebswinkel das Einlassventil in einem ersten Kurbelwinkelprofil schließen kann, und
    • ein kleiner Betriebswinkel in einem zweiten Bereich ausgewählt wird, in welchem die Motorlast höher als die des ersten Bereichs ist, wobei der kleine Betriebswinkel das Einlassventil in einem zweiten Kurbelwinkelprofil schließen kann, welches näher bei einer Seite des unteren Totpunkts angeordnet ist als das erste Kurbelwinkelprofil,
    • wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist:
      • den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen, wenn vorhergesagt ist, dass der Motorbetriebszustand in einem Teilbereich bleibt, welcher in dem AGR-Kennfeld den gleichen Zielwert hat; und
      • wenn vorhergesagt ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit dem hohen Zielwert zu einem Teilbereich mit einem niedrigen Zielwert in dem AGR-Kennfeld verschoben wird, in einem Fall, in welchem der Motorbetriebszustand in eine Richtung der Erhöhung der Motorlast verschoben wird, eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Richtung der Zunahme der Motorlast zu verändern und dann den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform,
    wobei die Steuerungsvorrichtung, wenn sie die Grenze in der Richtung der Zunahme der Motorlast verändert, weiter dazu ausgelegt ist, einen Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn eine Veränderungsrate eines Beschleunigeröffnungsgrads des Motors größer wird.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß des ersten Aspekts,
    wobei die Steuerungsvorrichtung, wenn sie die Grenze in der Richtung der Zunahme der Motorlast verändert, weiter dazu ausgelegt ist:
    ein Zeitintervall von einem Veränderungspunkt des Zielwerts, welcher in Übereinstimmung mit dem AGR-Kennfeld eingestellt ist, bis zu einem Startpunkt der Zunahme einer tatsächlichen externen AGR-Rate zu berechnen; und
    den Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn das Zeitintervall größer ist.
  • Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte,
    wobei der Motor einen Turbolader aufweist, welcher einen Kompressor und eine Turbine aufweist, und
    das externe AGR-Gas von einer Seite stromabwärts der Turbine auf eine Seite stromaufwärts des Kompressors rückgeführt wird.
  • Gemäß dem ersten Aspekt wird, wenn vorhergesagt worden ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit einem hohen Zielwert der externen AGR-Rate zu einem Teilbereich mit einem niedrigen Zielwert der externen AGR-Rate in dem AGR-Kennfeld verschoben wird, in einem Fall, in welchem der Motorbetriebszustand in eine Richtung der Zunahme der Motorlast verschoben wird, die Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in eine Richtung der Zunahme der Motorlast verändert, und daraufhin kann der Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld ausgewählt werden. Wenn die Grenze in der Richtung der Zunahme der Motorlast verändert wird, wird der erste Bereich, in welchem der große Betriebswinkel ausgewählt wird, vergrößert. Demgemäß kann, sogar in der Periode, in welcher ursprünglich der kleine Betriebswinkel ausgewählt worden ist, weiterhin der große Betriebswinkel ausgewählt werden. Hierbei ist, wenn der große Betriebswinkel ausgewählt wird, die Turbulenz in dem Zylinder größer als in einem Fall, in welchem der kleine Betriebswinkel ausgewählt wird. Daher ist es gemäß dem ersten Aspekt möglich, eine Verschlechterung der Verbrennung während der Periode, während welcher die tatsächliche AGR-Rate mit Bezug auf die Ziel-AGR-Rate übermäßig wird, zu unterdrücken.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt kann der Veränderungsgrad der Grenze in der Richtung der Zunahme der Motorlast verändert werden, wenn die Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads größer wird. Demgemäß kann eine Verschlechterung der Verbrennung während der Periode, während welcher die tatsächliche AGR-Rate übermäßig wird, in Übereinstimmung mit der Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads verhindert werden.
  • Gemäß dem dritten Aspekt wird die Zeitverzögerung von einem Veränderungspunkt des Zielwerts der externen AGR-Rate, welche in Übereinstimmung mit dem AGR-Kennfeld eingestellt ist, bis zu dem Startpunkt der Zunahme des tatsächlichen Werts der externen AGR-Rate direkt berechnet, und der Veränderungsgrad der Grenze kann erhöht werden, wenn die Zeitverzögerung größer ist. Daher ist es möglich, eine Verschlechterung der Verbrennung während der Periode zu unterdrücken, während welcher die tatsächliche AGR-Rate übermäßig wird.
  • Gemäß dem vierten Aspekt ist es möglich, eine Verschlechterung der Verbrennung des Motors, welcher mit einer LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet ist, während der Periode, während der die tatsächliche AGR-Rate übermäßig wird, zu unterdrücken.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 ist ein beispielhafter Graph, welcher Nockenprofile von zwei Typen von Einlassnocken zeigt, welche in dem System gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind;
    • 3 ist ein beispielhafter Graph, welcher ein Verhältnis zwischen einem Motorbetriebsbereich und einer Ziel-AGR-Rate zeigt;
    • 4 ist ein beispielhafter Graph, welcher ein Verhältnis zwischen dem Motorbetriebsbereich und dem Nocken für das Antreiben des Einlassventils zeigt;
    • 5 ist ein beispielhafter Graph, welcher eine Einlassventilschließzeitgebung zeigt;
    • 6 ist ein beispielhafter Graph, welcher eine Veränderung in dem Motorbetriebszustand während eines Übergangsbetriebs (Beschleunigungsbetriebs) zeigt;
    • 7 ist ein Graph, welcher ein Verfahren des Veränderns einer Umschaltgrenze bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 8 ist ein Zeitdiagramm, welches jeweils ein Verhältnis zwischen den Übergängen eines Beschleunigeröffnungsgrads, einer Motorlast, einer externen AGR-Rate und einer Antriebswelle beschreibt, wenn ein Betriebspunkt von PA zu PB, wie in 6 gezeigt, verschoben wird;
    • 9 ist ein Zeitdiagramm, welches jeweils die Übergänge des Beschleunigeröffnungsgrads, der Motorlast und der externen AGR-Raten während des Beschleunigungsbetriebs zeigt;
    • 10 ist ein Graph, welcher ein Verfahren zur Einstellung einer Umschaltgrenze bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
    • 11 ist ein Graph, welcher ein Verfahren zur Einstellung der Umschaltgrenze gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass gemeinsame Elemente in einer jeden Figur mit denselben Bezugszeichen versehen werden, und eine doppelte Beschreibung davon weggelassen wird. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die folgenden Ausführungsformen die vorliegende Erfindung nicht beschränken.
  • Erste Ausführungsform
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
  • Beschreibung eines Systemkonfigurationsbeispiels
  • 1 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Systems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das in 1 gezeigte System ist ein System für einen Verbrennungsmotor, welcher in einem Fahrzeug montiert ist. Das in 1 gezeigte System weist einen Verbrennungsmotor 10 als eine Antriebsquelle auf. Der Verbrennungsmotor 10 ist ein Viertakt-Hubkolbenmotor, also ein Dreizylinder-Reihenmotor. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl und Anordnung der Zylinder des Verbrennungsmotors 10 in keiner Weise auf die vorstehend beschriebene Anzahl und Anordnung beschränkt sind. Ein jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kommuniziert mit einer Ansaugleitung 12 und einer Abgasleitung 14.
  • Ein Ansaugsystem des Verbrennungsmotors 10 wird beschrieben. Ein Luftreiniger 16 ist in der Nähe bzw. Nachbarschaft eines Einlasses der Ansaugleitung 12 angebracht. Ein Kompressor 18a eines Turboladers 18 ist stromabwärts von dem Luftreiniger 16 vorgesehen. Der Kompressor 18a wird durch eine Rotation einer Turbine 18b angetrieben, welche in der Abgasleitung 14 vorgesehen ist, und komprimiert dadurch Ansaugluft. Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 20 ist stromabwärts von dem Kompressor 18a vorgesehen. Ein Ansaugkrümmer 22, welcher mit der Ansaugöffnung eines jeden Zylinders verbunden ist, ist stromabwärts von dem Drosselventil 20 vorgesehen. Ein Ladeluftkühler 24 vom wassergekühlten Typ ist in dem Ansaugkrümmer 22 eingebaut. Ansaugluft, welche in den Ladeluftkühler 24 strömt, wird durch einen Wärmeaustausch mit Kühlwasser, welches in einer Kühlleitung 26 fließt, gekühlt.
  • Als Nächstes wird ein Abgassystem des Verbrennungsmotors 10 beschrieben. Die Turbine 18b des Turboladers 10 ist an der Abgasleitung 14 angebracht. Die Turbine 18b ist mit dem Kompressor 18a verbunden. Die Turbine 18b wird durch die Energie des in die Abgasleitung 14 strömenden Abgases gedreht. Eine Bypass-Leitung 28, welche die Turbine 18b umgeht, ist in der Mitte der Abgasleitung 14 vorgesehen. Ein WGV (Wastegate-Ventil) 30 ist in der Bypass-Leitung 28 vorgesehen. Das WGV 30 wird geöffnet, wenn ein Abgasleitungsdruck (Gegendruck) auf einer Seite stromaufwärts der Turbine 18b höher als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn das WGV 30 geöffnet ist, strömt ein Teil des Abgases, welches stromaufwärts der Turbine 18b strömt, durch die Bypass-Leitung 28 zu der Seite stromabwärts der Turbine 18b. Katalysatoren 32 und 34 zum Reinigen des Abgases sind stromabwärts der Turbine 18b vorgesehen.
  • Als Nächstes wird ein AGR-System für den Verbrennungsmotor 10 beschrieben. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine LPL-AGR (Niedrigdruckschleifen-AGR)-Vorrichtung 36 auf. Die LPL-AGR-Vorrichtung 36 weist eine AGR-Leitung 38 auf, welche die Abgasleitung 24 zwischen den Katalysatoren 32 und 34 und die Ansaugleitung 12 stromaufwärts des Kompressors 18a verbindet. Ein AGR-Kühler 40 vom wassergekühlten Typ ist in der Mitte der AGR-Leitung 38 vorgesehen. In den AGR-Kühler 40 strömendes Abgas (das heißt, externes AGR-Gas) wird durch einen Wärmeaustausch mit Kühlwasser, welches in einer Kühlleitung 42 fließt, gekühlt. Ein elektronisch gesteuertes AGR-Ventil 44 ist stromabwärts des AGR-Kühlers 40 vorgesehen. Eine Veränderung eines Öffnungsgrads des AGR-Ventils 44 bewirkt eine Veränderung einer Flussmenge des externen AGR-Gases, welches von der AGR-Leitung 38 in die Ansaugleitung 12 strömt. Wenn der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 44 größer wird, nimmt eine externe AGR-Rate zu.
  • Als Nächstes wird ein Ventilsystem für den Verbrennungsmotor 10 beschrieben. 2 ist ein beispielhafter Graph, welcher Nockenprofile (dies bedeutet, zumindest einen Hubbetrag und einen Betriebswinkel, und dasselbe soll im Folgenden angewandt werden) von zwei Typen von Einlassnocken beschreibt, welche in dem System gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Wie in 2 gezeigt, weist das System gemäß der ersten Ausführungsform einen großen Nocken und einen kleinen Nocken als die zwei Typen von Einlassnocken auf. Der kleine Nocken hat einen Betriebswinkel und einen Hubbetrag, welche kleiner als die des großen Nockens sind. Der große Nocken und der kleine Nocken sind auf einer Nockenwelle vorgesehen, welche synchron mit einer Kurbelwelle rotiert. Zwei Paare von großen und kleinen Nocken sind auf einem einzigen Zylinder vorgesehen, weil zwei Einlassventile pro Zylinder vorgesehen sind. Jedoch kann die Anzahl von Einlassventilen pro Zylinder bei der vorliegenden Erfindung auch eins, drei oder mehr sein. Einer der Einlassnocken wird als ein Einlassnocken zum Antreiben des Einlassventils (im Folgenden auch als „Antriebsnocken“ bezeichnet) verwendet. Der Antriebsnocken wird zwischen dem großen Nocken und dem kleinen Nocken durch einen Umschaltbetrieb eines Umschaltmechanismus umgeschaltet.
  • Die Nockenwelle, welche den großen Nocken und den kleinen Nocken trägt, ist mit einem VVT (variablen Ventilzeitgebungsmechanismus) ausgestattet. Der VVT ist ein Mechanismus, welcher eine Rotationsphasendifferenz der Nockenwelle mit Bezug auf die Kurbelwelle variiert, um dadurch die Ventilöffnungseigenschaften des Einlassventils zu verändern. Der VVT weist ein Gehäuse, welches mit der Kurbelwelle über eine Steuerungskette oder Ähnliches verbunden ist, und einen Flügelkörper auf, welcher in dem Gehäuse vorgesehen und an einem Endabschnitt der Nockenwelle angebracht ist. Hydraulischer Druck wird einer hydraulischen Kammer zugeführt, welche durch das Gehäuse und den Flügelkörper getrennt ist, um es dadurch dem Flügelkörper zu ermöglichen, mit Bezug auf das Gehäuse relativrotiert zu werden, und es weiterhin zu ermöglichen, dass die Rotationsphasendifferenz der Nockenwelle mit Bezug auf die Kurbelwelle variiert wird. Der dem VVT zugeführte hydraulische Druck wird durch ein hydraulisches Drucksteuerungsventil gesteuert, welches in einer hydraulischen Druckzufuhrleitung vorgesehen ist. Das System eines VVT ist bekannt und eine Konfiguration dieses Systems ist gemäß der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, weshalb weitere Beschreibungen des WTs weggelassen werden.
  • Zurückkommend auf 1 wird das Systemkonfigurationsbeispiel weiter beschrieben. Das in 1 gezeigte System weist eine ECU (elektronische Steuerungseinheit) 50 als eine Steuerungsvorrichtung auf. Die ECU 50 weist einen RAM (Random Access Memory), einen ROM (Read Only Memory), eine CPU (Mikroprozessor) und Ähnliches auf. Die ECU 50 nimmt Signale von verschiedenen Sensoren, welche in einem Fahrzeug montiert sind, auf, und verarbeitet sie. Die verschiedenen Sensoren umfassen ein Luftflussmessgerät 52, einen Kurbelwinkelsensor 54, einen Beschleunigeröffnungsgradsensor 56 und einen Ladedrucksensor 58. Das Luftflussmessgerät 52 ist in der Nachbarschaft des Luftreinigers 16 vorgesehen und erfasst eine Ansaugluftmenge. Der Kurbelwellensensor 54 gibt in Übereinstimmung mit einem Rotationswinkel der Kurbelwelle ein Signal aus. Der Beschleunigeröffnungsgradsensor 56 erfasst einen Betätigungsbetrag eines Gaspedals durch einen Fahrer. Der Ladedrucksensor 58 erfasst einen Ansaugleitungsdruck (Ladedruck) stromaufwärts des Drosselventils 20. Die ECU 50 empfängt und verarbeitet die Signale von den verschiedenen Sensoren, um verschiedene Aktuatoren in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Steuerungsprogramm anzutreiben. Die verschiedenen Aktuatoren umfassen das vorstehend beschriebenen Drosselventil 20 und das WGV 30. Die verschiedenen Aktuatoren umfassen auch einen VVT 60 und einen Nockenumschaltmechanismus 62.
  • Kennzeichnende Steuerung der ersten Ausführungsform
  • 3 ist ein beispielhafter Graph, welcher ein Verhältnis zwischen einem Motorbetriebsbereich und einer Ziel-AGR-Rate zeigt. Das in 3 gezeigte Verhältnis wird auf der Grundlage einer im Vorhinein durchgeführten Simulation erzeugt. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Ziel-AGR-Rate einen Zielwert bezeichnet, welcher durch ein Teilen einer externen AGR-Menge durch eine Ansaugluftmenge erhalten wird, oder auch als ein Wert bezeichnet werden kann, welcher durch das Teilen der vorstehend beschriebenen Ziel-AGR-Menge durch die Ansaugluftmenge erhalten wird. Unter den Bereichen, welche durch die in 3 gezeigten Konturlinien getrennt sind, ist die Ziel-AGR-Rate in dem Teilbereich auf den Höchstwert eingestellt, welcher eine mittlere Motorgeschwindigkeit und einen mittleren Motorlastbereich umfasst. Daher wird die externe AGR-Rate in dem Bereich der mittleren Motorgeschwindigkeit und der mittleren Motorlast, welcher mit einer besonders hohen Frequenz verwendet wird, erhöht, um eine Ansauglufttemperatur zu reduzieren, wodurch die Wärmeeffizienz verbessert wird. Die Ziel-AGR-Rate wird in einem Betriebsbereich, für welchen die Verwendungsfrequenz relativ niedriger ist, auf einen niedrigeren Wert eingestellt. Insbesondere wird die Ziel-AGR-Rate auf einen im Vergleich mit einem Wert in den Teilbereichen, welche einen Bereich der mittleren Motorlast umfassen, niedrigeren Wert in den Teilbereichen eingestellt, welche einen Bereich der hohen Motorlast und einen Bereich der niedrigen Motorlast aufweisen. Ähnlich dazu wird die Ziel-AGR-Rate in den Teilbereichen auf einen im Vergleich mit einem Wert in den Teilbereichen, welche einen Bereich der mittleren Motorgeschwindigkeit umfassen, niedrigeren Wert eingestellt, welche einen Bereich der hohen Motorgeschwindigkeit und einen Bereich der niedrigen Motorgeschwindigkeit umfassen. In der ersten Ausführungsform ist das in 3 gezeigte Verhältnis in dem ROM der ECU als ein Kennfeld gespeichert, und ein tatsächlicher Betriebszustand wird auf das Kennfeld angewandt, um dadurch einen Öffnungsgrad des AGR-Ventils zu steuern.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird der Motor dadurch gesteuert, dass eine Einlassventilschließzeitgebung mit der vorstehend beschriebenen Ziel-AGR-Rate kombiniert wird. 4 ist ein beispielhafter Graph, welcher ein Verhältnis zwischen dem Motorbetriebsbereich und dem (Antriebs-)Nocken zum Antreiben des Einlassventils zeigt. Wie in 4 gezeigt, wird der große Nocken in dem Bereich der mittleren Motorgeschwindigkeit und der mittleren Motorlast und dem Bereich der niedrigen Motorgeschwindigkeit und der niedrigen Motorlast ausgewählt, und der kleine Nocken wird in dem Bereich der hohen Motorgeschwindigkeit und der hohen Motorlast ausgewählt. Bei der ersten Ausführungsform ist das in 4 gezeigte Verhältnis in dem ROM der ECU als ein Kennfeld gespeichert und ein tatsächlicher Betriebszustand wird auf das Kennfeld angewandt, um dadurch den Schaltbetrieb des Nockenschaltmechanismus zu steuern.
  • 5 ist ein beispielhafter Graph, welcher eine Einlassventilschließzeitgebung beschreibt. Wie in 5 gezeigt, wird, wenn der Antriebsnocken der große Nocken ist, das Einlassventil in einem Kurbelwinkelprofil CA1 geschlossen, welches mit Bezug auf ein unteres Totpunktzentrum bzw. auf einen unteren Totpunkt zurückgesetzt ist (ABDC = 0). Auf der anderen Seite wird, wenn der Antriebsnocken der kleine Nocken ist, das Einlassventil früh in einem Kurbelwinkelprofil CA2 geschlossen, welches den unteren Totpunkt umfasst. Die Weiten der Kurbelwinkelprofile CA1, CA2, welche in 5 gezeigt sind, werden bereitgestellt, um den Einlassventilschließzeitpunkt durch den WT zu variieren. Wenn der große Nocken als der Antriebsnocken ausgewählt ist, um die Motorleistung zu erhöhen, wird das Kurbelwinkelprofil CA1 derart eingestellt, dass es einen Kurbelwinkel umfasst, bei welchem die Saugeffizienz maximiert ist. Auf der anderen Seite wird, wenn der kleine Nocken, welcher einen kleinen Hubbetrag hat, als der Antriebsnocken ausgewählt wird, das Kurbelwinkelprofil CA2 derart eingestellt, dass es den Kurbelwinkel, bei welchem die Saugeffizienz maximiert ist, nicht umfasst. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die in 5 gezeigte Saugeffizienz unter Betriebsbedingungen erhalten werden kann, in welchen beispielsweise die Motorgeschwindigkeit gleich gehalten wird.
  • Wenn das AGR-Ventil basierend auf dem in 3 gezeigten Verhältnis angesteuert wird, kann eine tatsächliche externe AGR-Rate (im Folgenden auch als eine „tatsächliche AGR-Rate“ bezeichnet) auf einen Optimalwert eingestellt werden, während eines stabilen Betriebs, in welchem der Motorbetriebszustand in einem Teilbereich bleibt, welcher eine gleiche bzw. gleichbleibende Ziel-AGR-Rate hat. Andererseits wird die tatsächliche AGR-Rate durch eine Zeitverzögerung während eines Umschaltübergangsbetriebs stark beeinflusst, in welchem der Motorbetriebszustand über die Konturlinie der Ziel-AGR-Rate verschoben wird. Dieses Problem wird mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist ein beispielhafter Graph, welcher eine Veränderung in dem Motorbetriebszustand während des Übergangsbetriebs zeigt. 6 ist ein Graph, in welchem die in den 3 und 4 gezeigten Verhältnisse kombiniert sind. 6 zeigt ein Beispiel einer Veränderung in dem Motorbetriebszustand während eines Beschleunigungsbetriebs. Dieses Beispiel setzt voraus, dass der Motorbetriebszustand von einem Betriebspunkt PA auf einen Betriebspunkt PB verändert wird. Wenn der Betriebspunkt von PA zu PB verschoben wird, wird der Betriebspunkt von dem Teilbereich R1 über einen Teilbereich R2 zu einem Teilbereich R3 verschoben.
  • Die Ziel-AGR-Rate ist in dem Teilbereich R1 auf den höchsten Wert eingestellt, und wird in der Reihenfolge der Teilbereiche R2, R3 und R4 niedriger. Daher nimmt, wenn der Betriebspunkt von PA zu PB verschoben wird, die Ziel-AGR-Rate ab. Jedoch produziert die Zeitverzögerung eine Periode, während der die tatsächliche AGR-Rate bezogen auf die Ziel-AGR-Rate übermäßig wird. Wenn eine derartige übermäßige Periode der tatsächlichen AGR-Rate auftritt, wird der Verbrennungszustand in dem Zylinder tendentiell instabil. Weiterhin wird, wenn der Antriebsnocken während der übermäßigen Periode von dem großen Nocken auf den kleinen Nocken umgeschaltet wird, eine Turbulenz in dem Zylinder reduziert. Daher kann eine Verschlechterung des Verbrennungszustands in dem Zylinder nicht vermieden werden.
  • In Anbetracht dieser Gründe wird eine Betriebszustandsgrenze für das Umschalten des Antriebsnockens (im Folgenden auch als „Umschaltgrenze“ bezeichnet) in eine Richtung der Zunahme der Motorlast verändert, wenn vorhergesagt ist, dass die Ziel-AGR-Rate während des Beschleunigungsbetriebs über die in 3 gezeigte Konturlinie zunehmen wird. 7 ist ein Graph, welcher ein Verfahren des Veränderns der Umschaltgrenze bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Betriebspunkte PA, PB und die Teilbereiche R1 bis R4, welche in 7 gezeigt sind, entsprechen den Betriebspunkten PA, PB und den Teilbereichen R1 bis R4, welche jeweils in 6 gezeigt sind. Wie aus einem Vergleich der 6 und 7 ersichtlich, ist eine Umschaltgrenze in 7 in einer Richtung der zunehmenden bzw. höheren Last verändert, im Vergleich zu der in 6. Durch das Verändern in eine derartige Richtung der höheren bzw. zunehmenden Last wird ein Bereich, in welchem der große Nocken ausgewählt wird, vergrößert. Das heißt, das Umschalten der Antriebswelle von dem großen Nocken auf den kleinen Nocken wird verzögert. Daher ist es möglich, die Verschlechterung des Verbrennungszustands in dem Zylinder aufgrund des Umschaltens des Antriebsnockens während der übermäßigen Periode zu unterdrücken.
  • 8 ist ein Zeitdiagramm, welches jeweils ein Verhältnis zwischen Übergängen eines Beschleunigeröffnungsgrads, einer Motorlast und einer externen AGR-Rate und eines Antriebsnockens zeigt, wenn der Betriebspunkt, wie in 6 gezeigt, von PA zu PB verschoben wird. Wie in 8 gezeigt, beginnt der Beschleunigeröffnungsgrad zu einem Zeitpunkt t1 zuzunehmen. Wenn der Beschleunigeröffnungsgrad zunimmt, nimmt die Motorlast von LA auf LB zu. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die in 8 gezeigte Motorlast LA die Motorlast zu dem in 6 gezeigten Betriebspunkt PA wiedergibt, und die Motorlast LB die Motorlast zu dem in 6 gezeigten Betriebspunkt PB wiedergibt.
  • Da die Ziel-AGR-Rate, wenn die Motorlast nach dem Zeitpunkt t1 zunimmt, dem in 3 gezeigten Verhältnis folgt, nimmt die Ziel-AGR-Rate ab. Wenn die Ziel-AGR-Rate abnimmt, wird der AGR-Ventilöffnungsgrad kleiner und auch die tatsächliche AGR-Rate nimmt ab. Die tatsächliche AGR-Rate beginnt nach dem Zeitpunkt t1 zuzunehmen, weil sie durch die vorstehend beschriebene Zeitverzögerung beeinflusst wird. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Ziel-AGR-Rate beginnt abzunehmen, nachdem sie das Maximum erreicht hat, weil der Betriebspunkt von dem Teilbereich R1 zu dem Teilbereich R2, wie in 6 gezeigt, verschoben wird.
  • Die ECU sagt basierend auf einer Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads nach dem Zeitpunkt t1 vorher, ob die Ziel-AGR-Rate über die in 6 gezeigte Konturlinie zunehmen wird. Beispielsweise speichert die ECU in dem ROM einen Schwellenwert, welcher im Vorhinein basierend auf Intervallen zwischen den Konturlinien der Ziel-AGR eingestellt worden ist, um einen Vergleich zwischen dem Schwellenwert und der Veränderungsrate der Beschleunigeröffnungsrate (bzw. -grads) zu ermöglichen. Wenn die ECU bestimmt, dass die Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads den Schwellenwert nach dem Zeitpunkt t1 überschreitet, sagt die ECU vorher, dass die Ziel-AGR-Rate über die Konturlinie, welche in 3 gezeigt ist, hinaus zunehmen wird.
  • In 8 ist zu dem Zeitpunkt t2 vorhergesagt, dass die Ziel-AGR-Rate über die in der 3 gezeigte Konturlinie hinaus zunehmen wird. Wenn der Antriebsnocken zu dem Zeitpunkt t2 basierend auf dem in 4 gezeigten Verhältnis von dem großen Nocken zu dem kleinen Nocken umgeschaltet wird, verschlechtert sich der Verbrennungszustand in dem Zylinder sehr leicht. In dieser Hinsicht kann gemäß der ersten Ausführungsform weiterhin der großen Nocken bis zu einem Zeitpunkt t3, welcher später als der Zeitpunkt t2 ist, ausgewählt werden, da die Umschaltgrenze in der Richtung verändert ist, in welcher die Motorlast zunimmt. Daher ist es möglich, die Verschlechterung des Verbrennungszustands in dem Zylinder während der übermäßigen Periode zu unterdrücken.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entspricht das das in 3 gezeigte Verhältnis definierende Kennfeld einem „AGR-Kennfeld“ gemäß einem ersten Aspekt. Das das in 4 gezeigte Verhältnis definierende Kennfeld entspricht einem „Betriebswinkelkennfeld“ gemäß des ersten Aspekts. Der Teilbereich R1, welcher in 6 gezeigt ist, entspricht einem „vorbestimmten Teilbereich“ gemäß des ersten Aspekts. Das in 5 gezeigte Kurbelwinkelprofil CA1 entspricht einem „ersten Kurbelwinkelprofil“ gemäß des ersten Aspekts. Das Kurbelwinkelprofil CA2 entspricht einem „zweiten Kurbelwinkelprofil“ des ersten Aspekts.
  • Zweite Ausführungsform
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 9 bis 10 beschrieben.
  • Kennzeichnende Steuerung der zweiten Ausführungsform
  • Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird, wenn während des Beschleunigungsbetriebs vorhergesagt wird, dass die Ziel-AGR-Rate über die in 3 gezeigte Konturlinie hinaus zunehmen wird, die Umschaltgrenze in der Richtung der zunehmenden Motorlast verändert. Die zweite Ausführungsform berücksichtigt auch eine Veränderungsrate eines Beschleunigeröffnungsgrads während des Beschleunigungsbetriebs.
  • 9 ist ein Zeitdiagramm, welches die Übergänge des Beschleunigeröffnungsgrads, der Motorlast und der externen AGR-Rate jeweils während des Beschleunigungsbetriebs zeigt. 9 zeigt einen Fall einer schnellen Beschleunigung, in welchem die Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads groß ist, und einen Fall einer langsamen Beschleunigung, in welchem die Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads klein ist. Wie in 9 gezeigt, ist im Falle der schnellen Beschleunigung die Zunahme der Motorlast kleiner als in dem Fall der langsamen Beschleunigung, und die Abnahme der Ziel-AGR-Rate ist ebenfalls langsamer als in dem Fall der langsamen Beschleunigung.
  • Bei der zweiten Ausführungsform wird daher eine Position der Umschaltgrenze in Übereinstimmung mit der Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads während des Beschleunigungsbetriebs eingestellt bzw. angepasst. 10 ist ein Graph, welcher ein Verfahren der Einstellung der Umschaltgrenze gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 10 gezeigt, wird bei der zweiten Ausführungsform die Motorlast bei der Umschaltgrenze auf einen höheren Wert eingestellt, wenn die Veränderungsrate größer wird. Das heißt, der Veränderungsgrad der Umschaltgrenze wird erhöht, wenn die Veränderungsrate größer wird. Daher kann die Verschlechterung des Verbrennungszustands in dem Zylinder während der übermäßigen Periode in Übereinstimmung mit der Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads unterdrückt werden. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass der Motorlastwert, wenn die Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads, wie in 10 gezeigt, null entspricht, dem Motorlastwert bei der Umschaltgrenze während des stabilen Betriebs, welcher in 4 gezeigt ist, entspricht.
  • Dritte Ausführungsform
  • Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 11 beschrieben.
  • Kennzeichnende Steuerung der dritten Ausführungsform
  • Bei der ersten Ausführungsform wird die Umschaltgrenze in der Richtung der Zunahme der Motorlast verändert, wenn die Ziel-AGR-Rate über die in 3 gezeigte Konturlinie hinaus zunimmt. Wie vorstehend beschrieben liegt der Grund hierfür darin, dass die Zeitverzögerung eine Periode erzeugt, während welcher die tatsächliche AGR-Rate bezogen auf eine Ziel-AGR-Rate übermäßig wird. Bei der dritten Ausführungsform berechnet die ECU die tatsächliche AGR-Rate während des Beschleunigungsbetriebs, um die Zeitverzögerung vorherzusagen. Die tatsächliche AGR-Rate wird beispielsweise basierend auf einer Ansaugluftmenge, einem Ladedruck und einem tatsächlichen Öffnungsgrad des AGR-Ventils berechnet. Die Zeitverzögerung entspricht einem Zeitintervall von einem Veränderungspunkt der Ziel-AGR-Rate während des Beschleunigungsbetriebs bis zu einem Startpunkt der Zunahme der tatsächlichen AGR-Rate. Daher wird die tatsächliche AGR-Rate während des Beschleunigungsbetriebs berechnet, um das vorstehend beschriebene Zeitintervall zu erhalten, und dadurch kann die tatsächliche Zeitverzögerung Δt vorhergesagt werden.
  • Bei der dritten Ausführungsform wird eine Position der Umschaltgrenze basierend auf der vorhergesagten Zeitverzögerung Δt eingestellt. 11 ist ein Graph, welcher ein Verfahren der Einstellung der Umschaltgrenze gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 11 gezeigt, wird der Veränderungsgrad der Umschaltgrenze erhöht, wenn die vorhergesagte Zeitverzögerung Δt größer wird. Das heißt, die Motorlast bei der Umschaltgrenze wird auf einen höheren Wert eingestellt, wenn die vorhergesagte Zeitverzögerung Δt größer wird. Daher kann die Verschlechterung des Verbrennungszustands in dem Zylinder während der übermäßigen Periode in Übereinstimmung mit der Zeitverzögerung Δt unterdrückt werden. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass der Motorlastwert, wenn die Zeitverzögerung Δt, wie in 11 gezeigt, null entspricht, dem in 4 gezeigten Motorlastwert bei der Umschaltgrenze während des stabilen Betriebs entspricht.
  • Andere Ausführungsformen
  • Die vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen wurden auf der Grundlage beschrieben, dass der Verbrennungsmotor mit einer LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet ist. Jedoch kann der Verbrennungsmotor auch mit einer HPL-AGR (Hochdruckschleifen-AGR)-Vorrichtung anstatt der LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet sein. Der Verbrennungsmotor kann anstatt mit der LPL-AGR-Vorrichtung mit einer Nicht-Aufladungs-AGR-Vorrichtung ausgestattet sein. Der Verbrennungsmotor kann mit sowohl einer LPL-AGR-Vorrichtung als auch einer HPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet sein. Wenn jedoch in Betracht gezogen wird, dass der Einfluss durch die Zeitverzögerung der externen AGR-Rate in der LPL-AGR-Vorrichtung am größten ist, sind die gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen beschriebenen Verfahren besonders bei einem Verbrennungsmotor effektiv, welcher mit einer LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet 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 201726422 [0001]
    • JP 2013072342 A [0003]

Claims (4)

  1. Steuerungsvorrichtung (50) für einen Verbrennungsmotor, welcher dazu ausgelegt ist, einen Motor (10) zu steuern, bei welchem ein Teil des Abgases als externes AGR-Gas von einem Abgassystem an ein Ansaugsystem rückgeführt wird, wobei die Steuerungsvorrichtung (50) aufweist: ein AGR-Kennfeld, welches ein Verhältnis zwischen einem Betriebsbereich, welcher durch die Motorgeschwindigkeit und die Motorlast definiert ist, und einem Zielwert der externen AGR-Rate definiert, und welcher einen vorherbestimmten Teilbereich hat, in welchem der Zielwert auf einen Höchstwert eingestellt ist; und ein Betriebswinkelkennfeld, welches ein Verhältnis zwischen dem Betriebsbereich und einem Betriebswinkel eines Einlassnockens für das Antreiben eines Einlassventils des Motors definiert, wobei das Betriebswinkelkarte derart eingestellt ist, dass ein großer Betriebswinkel in einem ersten Bereich ausgewählt wird, welcher einen Bereich umfasst, welcher dem vorherbestimmten Teilbereich entspricht, wobei der große Betriebswinkel das Einlassventil in einem ersten Kurbelwinkelprofil (CA1) schließen kann, und ein kleiner Betriebswinkel in einem zweiten Bereich ausgewählt wird, in welchem die Motorlast höher als bei dem ersten Bereich ist, wobei der kleine Betriebswinkel das Einlassventil in einem zweiten Kurbelwinkelprofil (CA2) schließen kann, welcher näher bei einer Seite des unteren Totpunkts als das erste Kurbelwinkelprofil (CA1) angeordnet ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (50) dazu ausgelegt ist: den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen, wenn vorhergesagt ist, dass der Motorbetriebszustand in einem Teilbereich bleibt, welcher den gleichen Zielwert in dem AGR-Kennfeld hat; und, wenn vorhergesagt ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit dem hohen Zielwert zu einem Teilbereich mit dem niedrigen Zielwert in dem AGR-Kennfeld verschoben wird, in einem Fall, in welchem der Motorbetriebszustand in einer Richtung der zunehmenden Motorlast verschoben wird, eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Richtung der zunehmenden Motorlast zu verändern und anschließend den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen.
  2. Steuerungsvorrichtung (50) für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (50), wenn sie die Grenze in der Richtung einer zunehmenden Motorlast verändert, weiter dazu ausgelegt ist, einen Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn eine Veränderungsrate eines Beschleunigeröffnungsgrads des Motors größer wird.
  3. Steuerungsvorrichtung (50) für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (50) weiterhin dazu ausgelegt ist, wenn sie die Grenze in der Richtung der zunehmenden Motorlast verändert: ein Zeitintervall von einem Veränderungspunkt des Zielwerts, welcher in Übereinstimmung mit dem AGR-Kennfeld eingestellt ist, bis zu einem Startpunkt der Zunahme einer tatsächlichen AGR-Rate zu berechnen; und den Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn das Zeitintervall größer wird.
  4. Steuerungsvorrichtung (50) für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Motor (10) einen Turbolader (18) mit einem Kompressor (18a) und einer Turbine (18b) aufweist, und das externe AGR-Gas von einer Seite stromabwärts der Turbine (18b) zu einer Seite stromaufwärts des Kompressors (18a) rückgeführt wird.
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