DE102018127323A1

DE102018127323A1 - Verfahren des Berechnens einer Abgasrückführungsrate unter Verwendung von Zylinderverbrennungsdruck

Info

Publication number: DE102018127323A1
Application number: DE102018127323.1A
Authority: DE
Inventors: Seungwoo Hong; Hyungbok Lee; Yeongseop Park; Dong Hee Han; Donghyuk Jung; Haksu Kim; Myoungho Sunwoo
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
Current assignee: Hyundai Motor Co; Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU; Kia Corp
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2020-01-30
Also published as: US20200032726A1; KR20200013357A; KR102451912B1; US10590870B2

Abstract

Ein Verfahren des Berechnens einer Abgasrückführung-(AGR-)Rate unter Verwendung eines Verbrennungsdrucks eines Zylinders eines Verbrennungsmotors weist auf: Erfassen (S101), mittels eines Drucksensors, des Verbrennungsdrucks des Zylinders in Echtzeit, Berechnen (S102), mittels eines Prozessors, eines Datencharakteristikums einer Verbrennungsdruck-Wellenform pro Zyklus durch eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders, Berechnen (S103), mittels des Prozessors, eines Moments der Verbrennungsdruck-Wellenform pro Zyklus durch Berechnen einer Wahrscheinlichkeitsverteilung auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders, Berechnen (S104), mittels des Prozessors, der AGR-Rate unter Verwendung des berechneten Datencharakteristikums, des berechneten Moments und von Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen, und Steuern (S105), mittels des Prozessors, der AGR-Rate auf Basis der berechneten AGR-Rate und einer Ziel-AGR-Rate.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der am 30. Juli 2018 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum (KIPO) eingereichten koreanischen Patentanmeldung Anmelde-Nr. 10-2018-0088468, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme für alle Zwecke hierin einbezogen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren des Berechnens einer Abgasrückführungsrate (kurz: AGR-Rate) unter Verwendung von Zylinderverbrennungsdruck eines Verbrennungsmotors. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren des Berechnens einer AGR-Rate auf Basis von Verbrennungsdruck-Informationen eines Verbrennungsdrucksensors, der an einem Dieselverbrennungsmotorzylinder montiert ist.
Hintergrund
Ein Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug weist im Allgemeinen ein Abgasrückführung-(AGR-)System auf, um die Abgasvorschriften zu erfüllen. Insbesondere erfordern es die Abgasvorschriften bei einem Dieselverbrennungsmotor, die Menge an Partikeln auf ein bestimmtes Niveau zu verringern. Als ein Verfahren kann die Menge an Partikeln durch Verringern der Kraftstoffverbrauchsmenge unter Verwendung des AGR-Systems verringert werden.
Das AGR-System führt einen Teil des aus einem Verbrennungsmotor ausgelassen Abgases an eine Ansaugvorrichtung eines Zylinders zurück, um die Verbrennungstemperatur des Verbrennungsmotors abzusenken und dessen Stickoxide (NOx) zu verringern, und ein AGR-Ventil und ein AGR-Kühler sind derart angeordnet, dass das AGR-Gas auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt wird, um dem Ansaugkrümmer zugeführt zu werden.
Eine Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeinspritzmenge werden angewendet und das AGR-Ventil wird mittels einer Vorsteuerung (Engl. „feed forward control“) gesteuert, um den Strom des AGR-Gases zu steuern, und ein Luftmassensensor (MAF) erfasst den Strom des AGR-Gases.
Der Strom des AGR-Gases, welcher mittels der Drehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge des Verbrennungsmotors bestimmt wird, kann durch zahlreiche Faktoren verändert sein, so dass der Strom des AGR-Gases nicht widergespiegelt bzw. berücksichtigt werden kann,und eine Regelung bei einer bestimmten Bedingung gestört werden kann. Es ist ferner schwierig, eine Zeitverzögerung aufgrund einer Antwortgeschwindigkeit eines AGR-Strömungswegs und zahlreicher Sensoren zu bewältigen. Außerdem ist es schwierig, die AGR-Rate präzise zu kalkulieren, wenn ein Element, das Einlass- und Auslassdrücke verändert, wie zum Beispiel ein variables Einlass- und Auslassventil und ein Turbolader, vorhanden ist.
Die vorstehenden Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem Verbessern des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, welche keinen Stand der Technik, der dem Fachmann in diesem Land bereits bekannt wäre, bilden.
Erläuterung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde in einem Bestreben gemacht, ein Verfahren des Berechnens einer Abgasrückführung-(AGR-)Rate zu schaffen, welches eine Kalkulationsleistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit verbessert, indem eine Echtzeit-AGR-Rate ermittelt (z.B. abgeschätzt, kalkuliert) wird durch Verwenden einer Schnelle-Antwort-Leistungsfähigkeit von Verbrennungsdrucksensoren, Anrechnen von Verbrennungsfaktoren, welche eine hohe Korrelation mit der AGR-Rate aufweisen, und Verwenden derselben in einem AGR-Rate-Kalkulationsmodell.
Ein Verfahren des Berechnens einer Abgasrückführung-(AGR-)Rate unter Verwendung von Verbrennungsdruck eines Zylinders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf Schritte eines: Erfassens, mittels eines Drucksensors, des Verbrennungsdrucks des Zylinders (z.B. in Echtzeit), Berechnens, mittels eines Prozessors, eines Datencharakteristikums einer Verbrennungsdruck-Wellenform pro Zyklus durch Hauptkomponentenanalyse (PCA) auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders, Berechnens, mittels des Prozessors, eines Moments der Verbrennungsdruck-Wellenform pro Zyklus durch Berechnen einer Wahrscheinlichkeitsverteilung auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders, Berechnens, mittels des Prozessors, der AGR-Rate unter Verwendung des berechneten Datencharakteristikums, des berechneten Moments und von Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen, und Steuerns, mittels des Prozessors, der AGR-Rate auf Basis der berechneten AGR-Rate und einer Ziel-AGR-Rate.
In dem Schritt des Berechnens des Datencharakteristikums der Verbrennungsdruck-Wellenform durch Hauptkomponentenanalyse auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders wird z.B. ein Singulärvektor von einer Singulärwertzerlegung (kurz SWZ oder SVD, abgeleitet vom Englischen „singular value decomposition“) aus dem zuvor erlangten Verbrennungsdruck-Datensatz berechnet, und das Datencharakteristikum kann berechnet werden mittels Multiplizierens des in Echtzeit erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders und des Singulärvektors.
In dem Schritt des Berechnens des morphologischen Charakteristikums (z.B. des Moments) der Verbrennungsdruck-Wellenform mittels Berechnens einer Wahrscheinlichkeitsverteilung auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders kann das morphologische Charakteristikum durch die folgende Gleichung berechnet werden: $M o m e n t_{n} = \int_{θ_{1}}^{θ_{2}} {(θ - θ_{c})}^{n} P_{c y l} (θ) d θ$
Hierbei repräsentiert Moment das morphologische Charakteristikum, ist n 1 bis 4, ist θ_c ein Mittelwert der Verbrennungsdruck-Wellenform und ist P_cyl(θ) ein Verbrennungsdruck des Zylinders bei θ.
Die AGR-Rate kann berechnet werden durch Berücksichtigen eines vorbestimmten Werts (dm_Mafdset) des Massendurchsatzes von Luft, einer Verbrennungsmotordrehzahl (N_Eng), eines Werts, welcher durch Subtrahieren einer Zündzeit von einem Kurbelwellenwinkel zum Zeitpunkt, wenn eine Verbrennung um 5% fortgeschritten ist, erlangt wird, des Datencharakteristikums und des morphologischen Charakteristikums.
Zum Beispiel ist mindestens einer der Zylinder vorgesehen, und der Drucksensor kann auf mit mindestens einem der Zylinder korrespondierender Weise angeordnet sein.
Das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner aufweisen, nach dem Schritt des Erfassens des Verbrennungsdrucks des Zylinders: Berechnen einer Wärmerzeugungsrate, Berechnen einer Wärmeabgabe, Auswählen der Verbrennungsphase und Berechnen eines indizierten mittleren effektiven Drucks (IMEP, abgeleitet vom Englischen „indicated mean effective pressure“).
Die Wärmerzeugungsrate kann berechnet werden mittels eines spezifischen Wärmeverhältnisses (z.B. Wärmekapazitätsverhältnis) des Gases, eines Volumens des Zylinders und des Verbrennungsdrucks des Zylinders.
Die Verbrennungsphase kann ausgewählt werden aus irgendeinem von Kurbelwellenwinkeln für 5%, 10%, 50% und 90 % verbrannten Massenanteil.
Der IMEP kann berechnet werden mittels eines Auslassvolumens, des Verbrennungsdrucks des Zylinders und des Volumens des Zylinders.
Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Abschätz- bzw. Ermittlungsgenauigkeit der AGR-Rate zu verbessern, indem das Datencharakteristikum und das morphologische Charakteristikum zusammen mit der Verbrennungsphaseninformation verwendet werden.
Außerdem ist es möglich, präzise und schnell die AGR-Rate zu berechnen, um die Verbrennungsstabilität und die Abgasqualität zu verbessern und um die abnormen Vibrationen und Lärm, welche beim Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors erzeugt werden, zu verringern.
Ferner ist es durch Berechnen der AGR-Rate mittels des Drucksensors möglich, die Berechnung der AGR-Rate mittels des separaten Sauerstoffsensors zu beseitigen.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren des Berechnens einer Abgasrückführung-(AGR-)Rate unter Verwendung eines Verbrennungsdrucks eines Zylinders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2A - 2H sind Zeichnungen, welche eine Korrelation eines Kennzeichens, welches in dem Verfahren des Berechnens der AGR-Rate unter Verwendung von Verbrennungsdruck eines Zylinders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet wird, der Verbrennungsmotor-Betriebsbedingung und der AGR-Rate darstellt.
3A - 3H sind Zeichnungen, welche eine Korrelation eines Moments, welches in dem Verfahren des Berechnens der AGR-Rate unter Verwendung von Verbrennungsdruck eines Zylinders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet wird, der Verbrennungsmotor-Betriebsbedingung und der AGR-Rate darstellt.
4 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren des Berechnens einer AGR-Rate unter Verwendung von Zylinderverbrennungsdruck gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind, näher beschrieben. Wie es den Fachleuten auf dem Gebiet jedoch klar wird, können die beschriebenen Ausführungsformen auf zahlreiche verschiedene Weisen modifiziert werden, ohne dabei vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Da ferner in den beispielhaften Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit derselben Struktur kennzeichnen, wird eine erste beispielhafte Ausführungsform repräsentativ beschrieben und werden bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen nur Strukturen, die von der ersten beispielhaften Ausführungsform verschieden sind, beschrieben.
Die Zeichnungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Relative Abmessungen und Größenverhältnisse in den Zeichnungen sind zur Klarheit und Einfachheit dargestellt, so dass sie übertrieben oder verkleinert sind, und die Abmessungen sind lediglich beispielhaft und sind nicht einschränkend. Außerdem verwenden gleiche Strukturen, Elemente oder Komponenten, welche in zwei oder mehr Zeichnungen dargestellt sind, die gleichen Bezugszeichen zum Darstellen von gleichen oder ähnlichen Merkmalen. Es ist außerdem zu verstehen, dass, wenn ein Element, wie zum Beispiel eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat, als „auf“ einem anderen Element liegend bezeichnet wird, dieses Element unmittelbar auf dem anderen Element liegen kann oder zwischenliegende Elemente dazwischen vorhanden sein können.
Die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail. Als ein Ergebnis davon ist mit zahlreichen Modifikationen der Zeichnungen zu rechnen. Die beispielhafte Ausführungsform ist daher nicht auf einen spezifischen Aspekt des dargestellten Bereichs beschränkt und umfasst zum Beispiel Modifikationen eines Aspekts mittels Herstellung.
Nachstehend wird ein Verfahren des Berechnens einer Abgasrückführung-(AGR-)Rate unter Verwendung von Zylinderverbrennungsdruck gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
1 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren des Berechnens einer AGR-Rate unter Verwendung eines Verbrennungsdrucks eines Zylinders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Verbrennungsdruck eines Zylinders erfasst (S101). Der Verbrennungsdruck des Zylinders kann durch einen Drucksensor erfasst werden. Mindestens einer von mehreren Zylindern kann verwendet werden, und ein oder mehrere Drucksensoren können mit dem mindestens einen von den Zylindern korrespondierend (z.B. dem mindestens einen von den Zylindern zugeordnet) angeordnet sein.
Dann kann ein Datencharakteristikum (Kennzeichen bzw. kennzeichnende Eigenschaft bzw. Besonderheit) einer Wellenform des Verbrennungsdrucks durch eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders berechnet werden (S102).
Ein Singulärvektor v_i kann von einer Singulärwertzerlegung (kurz SWZ oder SVD, abgeleitet vom Englischen „singular value decomposition“) aus einem Datensatz des zuvor erlangten Verbrennungsdrucks zur Modellierung berechnet werden.
Der Verbrennungsdruck-Datensatz kann durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden. $P_{c y l s e t} = {[P_{c y l}^{T} (1), P_{c y l}^{T} (2), P_{c y l}^{T} (3), \dots, P_{c y l}^{T} (k)]}^{T}$
Hier ist P_cylset der Verbrennungsdruck-Datensatz und ist P_cyl ^T(k) eine Verbrennungsdruck-Wellenform pro einem Zyklus.
Ein Zyklus des Verbrennungsmotors (z.B. auch Arbeitsspiel genannt) ist eine Gesamtheit von zwei Umdrehungen und kann aus der Anzahl von Umdrehungen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors berechnet werden. Folglich beträgt ein einzelner Zyklus des Verbrennungsmotors insgesamt 720 Grad, welche als -360 Grad bis 360 Grad betrachtet werden können. Wenn beispielsweise in einem Teilbereich von -60° bis 190° in 0,5°-Einheiten abgetastet wird, können insgesamt 500 Abtastungen bzw. Stichproben (250 / 0,5) erhalten werden. Das heißt, dass eine Verbrennungsdruck-Wellenform, welche aus 500 Werten pro einem Zyklus des Verbrennungsmotors gebildet ist, hergeleitet werden kann.
Wenn zu dieser Zeit der Verbrennungsdruck für insgesamt 80000 Zyklen (k = 80000) gesammelt wird, wird die Matrixgröße des Verbrennungsdruck-Datensatzes zu [80000 * 500].
Dann kann, durch Anwenden der SVD auf den Verbrennungsdruck-Datensatz, der Singulärvektor v_i für den Verbrennungsdruck-Datensatz berechnet werden. Die Singulärwertzerlegung für eine beliebige m*n-Matrix (d.h. eine Matrix mit m Zeilen und n Spalten) im reellen Raum ist durch die folgende Gleichung (2) definiert. $P_{c y l s e t} = U \sum V^{T} = \sum_{i = 1}^{n} σ_{i} u_{i} v_{i}^{T}$
Hier ist U eine orthogonale m*m-Matrix, ist V eine orthogonale n*n-Matrix, ist S eine rechteckige m*n-Matrix, ist si ein i-ter Singulärwert einer Matrix P_cylset, ist ui ein i-ter Links-Singulärvektor und ist v_i ein i-ter Rechts-Singulärvektor.
Das Kennzeichen kann durch Multiplizieren des Singulärvektors v_i, welcher aus den obigen Gleichungen (1) und (2) hergeleitet wird, mit dem Verbrennungsdruck P_cyl des Zylinders, der in Echtzeit gemessen wird, berechnet werden.
Dann wird ein morphologisches Charakteristikum (Moment) der Verbrennungsdruck-Wellenform berechnet, indem eine Wahrscheinlichkeitsverteilung auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders berechnet wird (S103).
Das Moment ist ein quantitatives Charakteristikum der Wahrscheinlichkeitsverteilung, und, wenn es auf eine Verbrennungsdruck-Wellenform angewendet wird, können die morphologischen Charakteristika der Verbrennungsdruck-Wellenform quantifiziert werden.
Die morphologischen Charakteristika des Verbrennungsdrucks können durch die quantitativen Werte von Erwartungswert, Varianz, Schiefe und Wölbung (Kurtosis) repräsentiert werden.
Das Moment kann durch die folgende Gleichung (3) berechnet werden. $M o m e n t_{n} = \int_{θ_{1}}^{θ_{2}} {(θ - θ_{c})}^{n} P_{c y l} (θ) d θ$
Hier ist n 1 bis 4, ist θ_c ein Mittelwert der Verbrennungsdruck-Wellenform und ist P_cyl(θ) ein Verbrennungsdruck des Zylinders bei θ. Der Erwartungswert wird mit n=1 angewendet, die Varianz wird mit n = 2 angewendet, die Schiefe wird mit n = 3 angewendet und die Wölbung wird mit n = 4 angewendet, um quantitative Werte zu berechnen.
Dann wird die AGR-Rate unter Verwendung des berechneten Kennzeichens, des Moments und von Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen berechnet (S104).
Die AGR-Rate dm̂_Egr kann unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Werts (dm_Mafdset) des Massendurchsatzes von Luft, einer Verbrennungsmotordrehzahl (N_Eng), eines Werts (MFB5 - ST), welcher durch Subtrahieren der Zündzeit (z.B. des Zündzeitpunkts in Grad) von einem Kurbelwellenwinkel bei einer Zeit, wenn eine Verbrennung um 5% (MFB5) fortgeschritten ist, erlangt wird, des Kennzeichens und des Moments berechnet werden.
Das heißt, dass die AGR-Rate mittels der folgenden Gleichung (4) berechnet werden kann. $d {\hat{m}}_{E g r} = f (d m_{M a f s e t}, N_{E n g}, M F B 5 - S T, \dots, F e a t u r e_{i, j}, \dots, M o m e n t_{n, m}, \dots)$
Hier ist dm̂_Egr die AGR-Rate, ist dm_Mafdset ein Sollwert des Luftmassendurchsatzes, ist N_Eng eine Verbrennungsmotordrehzahl, ist MFB5 ein Kurbelwellenwinkel zur Zeit, wenn die Verbrennung um 5% fortgeschritten ist, und ist ST die Zündzeit. Ferner gibt Feature das Kennzeichen an.
Das heißt, dass die AGR-Rate dm̂_Egr durch Berücksichtigen eines vorbestimmten Werts (dm_Mafdset) des Luftmassendurchsatzes, einer Verbrennungsmotordrehzahl N_Eng, eines Werts (MFB5 - ST), welcher durch Subtrahieren der Zündzeit vom Kurbelwellenwinkel bei der Zeit, wenn die Verbrennung um 5% (z.B. zu 5% verbrannter Massenanteil) fortgeschritten ist, des Kennzeichens (Feature) und des Moments berechnet werden kann.
Dann wird die AGR-Rate auf Basis der berechneten AGR-Rate und einer Ziel-AGR-Rate gesteuert (S105). Die AGR-Rate kann durch Anpassen des Öffnungsgrads eines AGR-Ventils oder dergleichen gesteuert werden.
2A - 2H sind Zeichnungen, welche eine Korrelation eines Kennzeichens, welches in dem Verfahren des Berechnens einer AGR-Rate unter Verwendung von Verbrennungsdruck eines Zylinders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet wird, der Verbrennungsmotor-Betriebsbedingung und der AGR-Rate darstellt.
Unter Bezugnahme auf 2A - 2H kann bestätigt werden, dass die AGR-Rate unterschiedlich in Abhängigkeit von der Verbrennungsmotordrehzahl N, dem Massendurchsatz von in den Verbrennungsmotor einströmender Luft und des Kennzeichens berechnet wird. Die Verbrennungsmotordrehzahl N war auf 1500 1/min und 3000 1/min gesetzt, und der Massendurchsatz von Luft war auf 350 mg bis 650 mg pro Hub (kurz „mg/Hub“ oder auch „mg/str“, wobei „str“ abgeleitet ist vom Englischen „stroke“) gesetzt. Das Kennzeichen wird durch die PCA auf Basis des Verbrennungsdrucks des Zylinders berechnet im Bereich von etwa -270 bis etwa -84. Als ein Ergebnis des Berechnens der AGR-Rate durch Kombinieren der Verbrennungsmotordrehzahl N, des Massendurchsatzes von Luft und des Kennzeichens wird bestätigt, dass die AGR-Rate umso größer errechnet wird, je größer die Verbrennungsmotordrehzahl N, der Massendurchsatz von Luft und das Kennzeichen sind.
3A - 3H sind Zeichnungen, welche eine Korrelation eines Moments, welches in dem Verfahren des Berechnens der AGR-Rate unter Verwendung von Verbrennungsdruck eines Zylinders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet wird, der Verbrennungsmotor-Betriebsbedingung und der AGR-Rate darstellt.
Unter Bezugnahme auf 3A - 3H war, wie in 2A - 2H, die Verbrennungsmotordrehzahl N auf 1500 1/min und 3000 1/min gesetzt und war der Massendurchsatz von Luft war auf 350 mg bis 650 mg pro Hub (str) gesetzt. Das Moment wird durch die Wahrscheinlichkeitsverteilung-Berechnung auf Basis des Verbrennungsdrucks des Zylinders berechnet im Bereich von etwa 6 bis etwa 65. Als ein Ergebnis des Berechnens der AGR-Rate durch Kombinieren der Verbrennungsmotordrehzahl N, des Massendurchsatzes von Luft und des Moments wird bestätigt, dass die AGR-Rate umso höher berechnet wird, je größer die Verbrennungsmotordrehzahl N und der Massendurchsatz von Luft sind. Es wird zudem bestätigt, dass die AGR umso niedriger berechnet wird, je größer der Wert des Moments ist.
Die AGR-Rate dm̂_Egr kann schließlich unter Berücksichtigung des Ergebnisses des Anwendens der Kennzeichen und Momente von 2 und 3, des Luftmassendurchsatzes, der Verbrennungsmotordrehzahl N und dergleichen berechnet werden.
4 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren des Berechnens einer AGR-Rate unter Verwendung von Zylinderverbrennungsdruck gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 4 wird der Verbrennungsdruck des Zylinders erfasst (S401). Der Verbrennungsdruck des Zylinders kann durch einen Drucksensor erfasst werden. Mindestens einer von mehreren Zylindern kann verwendet werden, und ein oder mehrere Drucksensoren können zu dem mindestens einen von den Zylindern zugeordnet angeordnet sein.
Dann wird eine Wärmerzeugungsrate $\frac{d Q}{d θ}$
berechnet (S402). Um die Wärmeerzeugungsrate zu berechnen, werden das spezifische Wärmeverhältnis (z.B. Wärmekapazitätsverhältnis) γ, das Zylindervolumen V_cyl und der Zylinderverbrennungsdruck P_cyl eingegeben. Das spezifische Wärmeverhältnis γ ist ein Wert, welcher mittels eines Kennfelds vorgegeben ist, und das Zylindervolumen V_cyl ist ein Wert, welcher gemäß dem Kurbelwellenwinkel vorgegeben ist.
Der Verbrennungsdruck P_cyl des Zylinders ist ein Wert, welcher durch den Drucksensor erfasst werden kann. Daher kann die Wärmeerzeugungsrate $\frac{d Q}{d θ}$
des Zylinders aus dem Verbrennungsdruck P_cyl des Zylinders, welcher in Echtzeit durch den Drucksensor erfasst wird, berechnet werden.
Die Wärmerzeugungsrate $\frac{d Q}{d θ}$
kann mittels der folgenden Gleichung (5) berechnet werden. $\frac{d Q}{d θ} = \frac{γ}{γ - 1} P_{c y l} \frac{d V_{c y l}}{d θ} + \frac{1}{γ - 1} V_{c y l} \frac{d P_{c y l}}{d θ}$
Hier ist γ das spezifische Wärmeverhältnis, ist P_cyl der Verbrennungsdruck des Zylinders, ist V_cyl das Zylindervolumen und ist θ der Kurbelwellenwinkel.
Dann wird der kumulierte Wert der Wärmeerzeugungsrate, d.h. eine Wärmeabgabe bzw. Wärmeausgabe Q, aus der Wärmeerzeugungsrate berechnet (S403).
Die Wärmeabgabe Q kann mittels der folgenden Gleichung (6) berechnet werden. $Q = \frac{γ}{γ = 1} \int P_{c y l} \frac{d V_{c y l}}{d θ} d θ + \frac{1}{γ - 1} \int V_{c y l} \frac{d P_{c y l}}{d θ}$
Dann wird eine Verbrennungsphase ausgewählt (S404). Die Verbrennungsphase kann aus irgendeinem von MFB5, MFB10, MFB50 und MFB90 in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt, zu welchem die Verbrennung fortgeschritten ist, ausgewählt werden, wobei sich MFB auf einen verbrannten Massenanteil bezieht. MFB5 ist ein Kurbelwellenwinkel zum Zeitpunkt, wenn die Verbrennung um 5% fortgeschritten ist (z.B. 5% Massenanteil verbrannt ist), MFB10 ist ein Kurbelwellenwinkel zum Zeitpunkt, wenn die Verbrennung um 10% fortgeschritten ist (z.B. 10% Massenanteil verbrannt ist), MFB50 ist ein Kurbelwellenwinkel zum Zeitpunkt, wenn die Verbrennung um 50% fortgeschritten ist (z.B. 50% Massenanteil verbrannt ist), und MFB90 ist ein Kurbelwellenwinkel zum Zeitpunkt, wenn die Verbrennung um 90% fortgeschritten ist (z.B. 90% Massenanteil verbrannt ist).
Dann wird ein indizierter mittlerer effektiver Druck bzw. indizierter Mitteldruck (IMEP, abgeleitet vom Englischen „indicated mean effective pressure“) berechnet (S405). Der IMEP kann aus dem Auslassvolumen V_d, dem Zylinderverbrennungsdruck P_cyl und dem Zylindervolumen V_cyl berechnet werden.
Der IMEP kann mittels der folgenden Gleichung (7) berechnet werden. $I M E P = \frac{1}{V_{d}} \int_{- 360}^{360} P_{c y l} \frac{d V_{c y l}}{d θ} d θ$
V_d ist hier das Verbrennungsmotor-Auslassvolumen.
Dann wird auf Basis des erfassten Zylinderverbrennungsdrucks das Kennzeichen mittels Hauptkomponentenanalyse berechnet (S406) und wird auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders das Moment mittels der Berechnung der Wahrscheinlichkeitsverteilung berechnet (S407). Das Verfahren des Berechnens des Kennzeichens und der Momente ist dasselbe wie dasjenige, welches unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, und eine Beschreibung davon wird daher nachstehend weggelassen.
Dann wird die AGR-Rate unter Verwendung der berechneten Wärmeabgabe Q, der Verbrennungsphase, des IMEP, des Kennzeichens und des Moments berechnet, S408.
Dann wird die AGR-Rate auf Basis der berechneten AGR-Rate und der Ziel-AGR-Rate gesteuert (S409). Die AGR-Rate kann durch Anpassen des Öffnungsgrads eines AGR-Ventils oder dergleichen gesteuert werden.
Das hierin offenbarte Verfahren der zahlreichen Ausführungsformen für ein Fahrzeug kann mittels einer in dem Fahrzeug vorgesehenen Steuereinrichtung, wie zum Beispiel einer Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU), ausgeführt werden oder kann mittels eines Rechensystems, welches mindestens einen Prozessor, welcher eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) zum Verarbeiten von in einem Speicher und/oder einer Aufzeichnungseinrichtung gespeicherten Befehlen, aufweist, ausgeführt werden. Die Vorgänge der in Verbindung mit den in dieser Beschreibung offenbarten Ausführungsformen beschriebenen Verfahren oder Algorithmen können direkt mittels eines Hardwaremoduls, eines durch den Prozessor ausgeführten Softwaremoduls oder Kombinationen aus diesen realisiert sein. Das Softwaremodul kann sich in einem Speichermedium (d.h. dem Speicher 1300 und/oder der Aufzeichnungseinrichtung 1600), wie z.B. einem Schreib-Lese-Speicher (RAM), einem Flash-Speicher, einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem löschbaren, programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einem elektrisch löschbaren, programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM), Registern, einer Festplatte, einer entfernbaren Platte (z.B. einer externen Festplatte) oder einer Kompakt-Disk-ROM (CD-ROM), befinden (bzw. darin hinterlegt sein).
Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Abschätz- bzw. Ermittlungsgenauigkeit der AGR-Rate zu verbessern, indem das Kennzeichen und das Moment zusammen mit der Verbrennungsphaseninformation verwendet werden.
Außerdem ist es möglich, die AGR-Rate präzise und schnell zu berechnen, um die Verbrennungsstabilität und die Abgasqualität zu verbessern und um die abnormen Vibrationen und Lärm, welche beim Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors erzeugt werden, zu verringern.
Ferner ist es durch Berechnen der AGR-Rate mittels des Drucksensors möglich, die Berechnung der AGR-Rate mittels des separaten Sauerstoffsensors zu beseitigen.
Obwohl die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig als zweckmäßige, beispielhafte Ausführungsformen angesehen wird, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die (hierin) offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil ist sie dazu gedacht, diverse Modifikationen und Abwandlungen abzudecken, die im Umfang der angehängten Ansprüche enthalten sein können.

Claims

Verfahren des Berechnens einer Abgasrückführung-(AGR-)Rate unter Verwendung eines Verbrennungsdrucks eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, das Verfahren aufweisend Schritte eines: Erfassens (S101; S401), mittels eines Drucksensors, des Verbrennungsdrucks des Zylinders in Echtzeit, Berechnens (S102; S406), mittels eines Prozessors, eines Datencharakteristikums einer Verbrennungsdruck-Wellenform pro Zyklus durch eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders, Berechnens (S103; S407), mittels des Prozessors, eines Moments der Verbrennungsdruck-Wellenform pro Zyklus durch Berechnen einer Wahrscheinlichkeitsverteilung auf Basis des erfassten Verbrennungsdrucks des Zylinders, Berechnens (S104; S408), mittels des Prozessors, der AGR-Rate unter Verwendung des berechneten Datencharakteristikums, des berechneten Moments und von Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen, und Steuerns (S105; S409), mittels des Prozessors, der AGR-Rate auf Basis der berechneten AGR-Rate und einer Ziel-AGR-Rate.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, in dem Schritt des Berechnens des Datencharakteristikums (S102; S406), ein Datensatz der Verbrennungsdruck-Wellenform in jedem Zyklus so erlangt wird, dass ein Singulärvektor von einer Singulärwertzerlegung (SVD) aus dem Verbrennungsdruck-Datensatz berechnet wird, wobei das Datencharakteristikum mittels Multiplizierens des Verbrennungsdrucks des Zylinders und des Singulärvektors berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei, in dem Schritt des Berechnens des Moments (S103; S407), das Moment durch die folgende Gleichung berechnet wird: $M o m e n t_{n} = \int_{θ_{1}}^{θ_{2}} {(θ - θ_{c})}^{n} P_{c y l} (θ) d θ$
wobei n 1 bis 4 ist, θ_c ein Mittelwert der Verbrennungsdruck-Wellenform und ist P_cyl(θ) ein Verbrennungsdruck des Zylinders bei θ ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei, in dem Schritt des Berechnens der AGR-Rate (S105; S409), die AGR-Rate berechnet wird unter Verwendung eines vorbestimmten Luftmassendurchsatzes (dm_Mafdset), einer Verbrennungsmotordrehzahl (N_Eng), eines Werts, welcher durch Subtrahieren einer Zündzeit von einem Kurbelwellenwinkel, wenn eine Verbrennung um 5% fortgeschritten ist, erlangt wird, des berechneten Datencharakteristikums und des berechneten Moments.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Erfassens des Verbrennungsdrucks (S101; S401) aufweist Erfassen an mindestens einem von mehreren Zylindern, und wobei ein oder mehrere Drucksensoren mit dem mindestens einem der mehreren Zylinder korrespondierend angeordnet sind.
Das Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend nach dem Schritt des Erfassens des Verbrennungsdrucks (S401): Berechnen (S402) einer Wärmerzeugungsrate $(\frac{d Q}{d θ}),$
Berechnen (S403) einer Wärmeabgabe (Q), Auswählen (S404) der Verbrennungsphase, und Berechnen (S405) eines indizierten mittleren effektiven Drucks (IMEP).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Wärmerzeugungsrate unter Verwendung eines spezifischen Wärmeverhältnisses des Gases, eines Volumens des Zylinders und des Verbrennungsdrucks des Zylinders berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Verbrennungsphase aus irgendeinem von Kurbelwellenwinkeln für 5%, 10%, 50% und 90 % verbrannten Massenanteil (MFB5, MFB10, MFB50, MFB90) ausgewählt wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der IMEP unter Verwendung eines Auslassvolumens, des Verbrennungsdrucks des Zylinders und eines Volumens des Zylinders berechnet wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die AGR-Rate durch Anpassen eines Öffnungsgrads eines AGR-Ventils gesteuert wird.
Ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium, aufweisend computerausführbare Befehle, deren Ausführung den Prozessor dazu bringt, das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.