DE10222195A1

DE10222195A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Druckbestimmung, insbesondere zur Steuerung von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10222195A1
Application number: DE10222195A
Authority: DE
Inventors: Allan J Kotwicki; Freeman Carter Gates; Hossein Bina
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2002-05-18
Publication date: 2003-01-30
Also published as: GB2378515A; GB0213526D0; US6434474B1

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung bzw. Ermittlung des im Umgebungsbereich einer Mündungsöffnung (205) eines einer Brennkraftmaschine (10) zugeordneten Strömungskanals vorhandenen Druckes beschrieben, bei dem bzw. der ein Überdrucksensor (207) stromaufwärts der Mündungsöffnung (205) und ein Absolutdrucksensor (206) stromabwärts der Mündungsöffnung vorgesehen ist. Der atmosphärische Druck wird insbesondere dann bestimmt, wenn eine Strömung bzw. ein Fluss durch die Mündungsöffnung einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Druckbestimmung, insbesondere zur Steuerung von Brennkraftmaschinen.
Bei Motorsteuerungssystemen von Brennkraftmaschinen ist es vorteilhaft, eine Abschätzung des atmosphärischen (barometrischen) Druckes vorzunehmen. Der Luftdruck (barometric pressure BP) beeinflusst den Abgasgegendruck des Motors, welcher sich wiederum auf das restliche beim Schließen des Auslassventils im Zylinder verbleibende verbrannte Abgas auswirkt. Weiterhin beeinflusst der Luftdruck den für den Betrieb verschiedener Zubehörteile verfügbaren Unterdruck im Krümmer.

Bei einem aus der US-PS 51 36 517 bekannten Verfahren wird zur Bestimmung bzw. Ermittlung des Luftdruckes ein gemessener und ein vorhergesagter Luftmassenfluss verwendet. Dabei wird davon ausgegangen, dass eine Differenz zwischen diesen beiden Werten in erster Linie temperaturbedingt und in zweiter Linie luftdruckbedingt ist.

Nachteilig ist hierbei insbesondere, daß es aufwändig ist, ein solches Verfahren so zu kalibrieren, dass bei allen Betriebsbedingungen genaue Messungen gewährleistet sind. Selbst wenn anfänglich ein genau bestimmter Luftdruck verfügbar ist, ist es nämlich schwierig, die Aufrechterhaltung eines genauen Luftdrucks während aller Betriebssituationen eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Fahrzeugs zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzuschlagen, mittels derer zur Verbesserung der Motorsteuerung eine genaue Bestimmung bzw. Ermittlung des Luftdrucks auch während des Fahrzeugbetriebs erfolgen kann.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Ermittlung bzw. Bestimmung des im Umgebungsbereich einer Mündungsöffnung in einem Motoreinlasskrümmer einer Brennkraftmaschine vorhandenen atmosphärischen Drucks vorgesehen, wobei mit dem Motoreinlaßkrümmer in Strömungsrichtung aufwärts bezogen auf die Öffnung ein erster Sensor (Absolutdrucksensor) und in Strömungsrichtung abwärts ein zweiter Sensor bzw. Absolutdrucksensor gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Feststellen bzw. Anzeigen, ob eine Strömung bzw. ein Fluss durch die Mündungsöffnung im Wesentlichen den Wert Null hat und Bestimmen bzw. Ermitteln des atmosphärischen Druckes auf der Basis der bei dem Feststellen bzw. Anzeigen von dem Überdrucksensor (gauge pressure sensor) und dem Absolutdrucksensor ermittelten Werte in Reaktion auf das Feststellen bzw. Anzeigen.

Durch den Einsatz sowohl eines Überdruck- als auch eines Absolutdrucksensors ist es möglich, genaue Luftdruckwerte zur Verfügung zu stellen. Da eine solche Messung immer erfolgen kann, wenn die Strömung bzw. der Fluss (flow) im Wesentlichen Null ist, ist es weiterhin möglich, periodische Aktualisierungen (updates) bzw. Auffrischungen während des Betriebs eines mit dem Motor ausgerüsteten Fahrzeugs vorzunehmen. Wenn beispielsweise der Fluss eine rezirkulierte Abgasströmung ist, kann die Auffrischung des Luftdrucks daher z. B. während des Leerlaufs oder des Betriebs mit vollständig geöffneter Drosselklappe erfolgen, da die Abgasrückführung (EGR) unter diesen Bedingungen typischerweise unterbrochen ist. Es sind jedoch auch verschiedene andere Verfahren zur Anzeige möglich, wann ein Fluss durch die Öffnung im Wesentlichen Null ist, beispielsweise basierend auf einer bestimmten Betriebsbedingung, auf Umweltbedingungen od. dgl.. Die Bestimmung des atmosphärischen Druckes, basierend auf dem stromaufwärts gelegenen Überdrucksensor und dem stromabwärts gelegenen absoluten Drucksensor, kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Beispielsweise kann der atmosphärische Druck bestimmt werden basierend auf der Summe oder Differenz zwischen den Meßwerten der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Sensoren, oder es kann eine mathematische Beziehung unter Einbeziehung sowohl des stromaufwärts als auch des stromabwärts gelegenen Sensors verwendet werden.

Mit der Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine verbesserte Motorsteuerung geschaffen, deren Einsatz zu reduzierten Emissionen führt.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäß ausgebildeten Motors;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines EGR-Systems;
Fig. 3-6 abstrakte Flussdiagramme für verschiedene Routinen zur Kontrolle des EGR-Flusses; und
Fig. 7-8 schematische Darstellungen von Drucksensoren.
Einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine 10, von der ein Zylinder in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine elektronische Motorsteuerung 12 zugeordnet. Die Brennkraftmaschine 10, nachfolgend Motor genannt, weist eine Brennkammer 30, Zylinderwände 32 sowie einen Kolben 36, der mit einer Kurbelwelle 40 in Verbindung steht, auf. Die Brennkammer 30 kommuniziert mit einem Einlasskrümmer 44 und einem Auslasskrümmer 48 über jeweils ein entsprechendes Einlassventil 52 und Auslassventil 54. Ein Abgassauerstoffsensor 16 ist stromaufwärts eines Katalysators 20 an den Auslasskrümmer 48 des Motors 10 gekoppelt.
Der Einlasskrümmer 44 kommuniziert mit einem Drosselklappenkörper 64 über eine Drosselklappe 66. Weiterhin ist ersichtlich, dass mit dem Einlasskrümmer 44 ferner ein Kraftstoffinjektor 68 zur Abgabe von Kraftstoff proportional zur Pulsbreite eines Signals (fpw) vom Regler 12 gekoppelt ist. Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffinjektor 68 durch ein herkömmliches Kraftstoffsystem (nicht dargestellt), enthaltend einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr (nicht dargestellt), zugeführt. Der Motor 10 enthält weiterhin ein herkömmliches verteilerloses Zündsystem 88, um in Reaktion auf den Regler 12 der Brennkammer 30 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken zu liefern. In der hier beschriebenen Ausgestaltung handelt es sich bei dem Regler 12 um einen herkömmlichen Mikrocomputer, enthaltend: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabe- Ports 104, ein elektronisches Speicherchip 106, welches in diesem speziellen Beispiel als elektronisch programmierbarer Speicher ausgebildet ist, einen Wahlzugriffspeicher 108 und einen herkömmlichen Datenbus.
Der Regler 12 empfängt zusätzlich zu den zuvor erwähnten Signalen verschiedene Signale von an den Motor gekoppelten Sensoren, nämlich: Messungen des induzierten Luftmassenflusses (MAF) von einem an den Drosselkörper 64 gekoppelten Luftmassenstromsensor 110; die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem an den Kühlmantel 114 gekoppelten Temperatursensor 112; eine Messung des Ansaugdruckes (MAP) von einem an den KrUmmer 44 gekoppelten Krümmerdrucksensor 206; eine Messung der Drosselklappenposition (TP) von einem an die Drosselklappe 66 gekoppelten Drosselpositionssensor 11 und ein Profil-Zündungsaufnahmesignal (PIP: profile ignition pickup signal) von einem an die Kurbelwelle 40 gekoppelten Halleffektsensor 118, der eine Motordrehzahl (N) anzeigt.
Dem Einlasskrümmer 44 wird Abgas über ein herkömmliches EGR- Rohr 202 zugeführt, welches mit dem Auslasskrümmer 48, einer EGR-Ventilanordnung 200 und einer EGR-Mündungsöffnung (orifice) 205 kommuniziert. Alternativ könnte das Rohr 202 als im Motor intern geführte Passage ausgebildet sein, welche zwischen dem Auslasskrümmer 48 und dem Einlasskrümmer 44 kommuniziert. Ein Drucksensor 207 kommuniziert mit dem EGR- Rohr 202 zwischen der Ventilanordnung 200 und der Öffnung 205. Ein Drucksensor 206 kommuniziert mit dem Einlasskrümmer 44. Anders ausgedrückt strömt das Abgas vom Abgaskrümmer bzw. Auslasskrümmer 44 zunächst durch die Ventilanordnung 200 und dann durch die EGR-Öffnung 205 zum Einlasskrümmer 44. Die EGR-Ventilanordnung 200 ist somit stromaufwärts der Öffnung 205 angeordnet. Ferner kann der Drucksensor 206 als - weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 7 und 8 beschriebener - Absolutdrucksensor 700 oder Überdrucksensor 800 ausgebildet sein. Der Drucksensor 207 kann als Absolutdrucksensor 700 oder Überdrucksensor 800 ausgebildet sein. Schließlich kann der Drucksensor 206 als Absolutdrucksensor 700 ausgebildet sein, während der Drucksensor 207 als Überdrucksensor 800 ausgebildet sein kann.
Der Sensor 206 liefert Messwerte des Ansaugdruckes (MAP) und des Druckgefälles (DP) über die Öffnung 205 an den Regler 12. Die Signale MAP und DP werden verwendet, um den EGR- Fluss zu berechnen, wie weiter unten unter spezieller Bezugnahme auf die Fig. 3-5 beschrieben wird. Die EGR- Ventilanordnung 200 weist eine Ventilposition (nicht dargestellt) zur Steuerung einer Drosselstelle mit variabler Querschnittsfläche im EGR-Rohr 202 zur Steuerung des EGR- Flusses auf. Durch die EGR-Ventilanordnung 200 kann der EGR- Fluss durch das Rohr 202 minimal oder vollständig beschränkt werden. Ein Unterdruckregler 224 (vacuum regulator) ist an die EGR-Ventilanordnung 200 gekoppelt. Der Unterdruckregler 224 empfängt ein Betätigungssignal (226) vom Regler 12 zur Kontrolle der Ventilposition der EGR-Ventilanordnung 200. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die EGR- Ventilanordnung 200 als unterdruckbetätigtes Ventil ausgebildet. Wie für den Fachmann offensichtlich ist, kann jedoch jede Bauart von Flussregelungsventilen verwendet werden, so z. B. ein über eine elektrische Spule betriebenes Ventil oder ein über einen Schrittmotor betriebenes Ventil.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nachfolgend eine Routine zur rückgekoppelten Kontrolle der Abgasrezirkulation gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird in einem Schritt 310 die unmittelbar zurückliegende BP-Abschätzung (BPand) gelesen (BP = atmospheric (barometric) pressure). Eine Routine zur Aktualisierung bzw. Auffrischung der BP-Abschätzung wird weiter unten speziell unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.
Als nächstes bestimmt die Routine in einem Schritt 312 den Absolutdruck stromaufwärts der Öffnung 205. Speziell wird der Absolutdruck stromaufwärts der Öffnung 205 basierend auf der Summe der unmittelbar zurückliegenden BP-Abschätzung und des gemessenen Überdruckes stromaufwärts der Öffnung 205 bestimmt. Weiterhin wird dieser stromaufwärtige Absolutdruck dahingehend abgeschnitten bzw. begrenzt (clipped), dass er wenigstens größer als der vom Absolutdrucksensor stromabwärts der Öffnung 205 gemessene Absolutdruck ist. Wenn es erforderlich ist, die Werte abzuschneiden, wird hierdurch ferner angezeigt, dass sich die Abschätzung des Luftdrucks verschlechtert hat. Wenn ein Abschneiden erfolgt, wird daher gemäß der vorliegenden Erfindung der gewünschte EGR-Fluss auf Null gesetzt, so dass der Luftdruck - wie weiter unten unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben - aktualisiert bzw. aufgefrischt werden kann.
Als nächstes wird in einem Schritt 314 der EGR-Fluss basierend auf dem stromaufwärtigen Absolutdruck und dem stromabwärtigen Absolutdruck unter Verwendung der Funktion f bestimmt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Funktion f so strukturiert, dass der EGR-Fluss basierend auf der Quadratwurzel des Produktes des stromabwärtigen Absolutdruckes und des Differenzdrucks über der Öffnung 205 berechnet wird.
In einem Schritt 316 erfolgt dann eine rückgekoppelte EGR- Kontrolle basierend auf einem gewünschten EGR-Fluss und dem berechneten EGR-Fluss aus Schritt 314.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nachfolgend eine Routine zur Abschätzung des atmosphärischen Druckes oder Luftdrucks während des Fahrzeugbetriebs beschrieben.
Zunächst wird in einem Schritt 410 bestimmt, ob der Motor angehalten wurde. Dies kann z. B. bestimmt werden durch die Feststellung, ob der Zündschlüssel in Einschaltstellung ist, ob die Motordrehzahl Null ist, ob die Motordrehzahl für eine vorgegebene Dauer Null ist, ob die Motor-Kraftstoff- injektion Null ist, oder durch verschiedene andere Parameter, die ein Anhalten des Motors anzeigen. Wenn die Antwort auf Schritt 410 JA ist, setzt sich die Routine in einem Schritt 412 fort.
In Schritt 412 frischt die Routine die BP-Abschätzung basierend auf dem gemessenen Absolutdruck stromabwärts der Öffnung 205 auf, welcher bei dieser Ausgestaltung auch der Absolutdruck des Ansaugkrümmers ist. Mit anderen Worten bestimmt die Routine den absoluten Luftdruck basierend auf dem gemessenen Krümmerdruck oder dem Druck stromabwärts der Öffnung 205, wenn der Motor angehalten ist.
In einem Schritt 414 wird dann der alte Luftdruck dem unmittelbar zuvor aufgefrischten Luftdruck gleichgesetzt.
Wenn die Antwort auf Schritt 410 NEIN lautet, fährt die Routine mit einem Schritt 416 fort, in welchem bestimmt wird, ob der EGR-Fluss im Wesentlichen gleich Null ist. Es gibt verschiedene Verfahren zur Bestimmung, ob der EGR-Fluss gleich Null ist, so zum Beispiel die Bestimmung, ob das EGR- Ventil geschlossen ist, die Bestimmung, ob das Arbeitstaktkommando an das EGR-Ventil Null ist, die Bestimmung, ob der Druck stromaufwärts der Öffnung ungefähr gleich dem Druck stromabwärts der Öffnung ist, oder die Bestimmung irgendeines anderen Parameters, der einen EGR-Fluss im Wesentlichen gleich Null anzeigt. Die Definition von "im Wesentlichen" gleich Null ist erfüllt, wenn die auf den Drucksensoren basierende Anzeige eines Flusses gleich einem Wert ist, der durch Rauschen dieser Sensoren während des Motorbetriebes verursacht werden könnte. Z. B. ist der Fluss im Wesentlichen Null, wenn der angezeigte Fluss weniger als 10% des maximalen Flusses durch das System während der aktuellen Motorbetriebsbedingungen ist. Ferner ist der Druck stromaufwärts näherungsweise gleich dem Druck stromabwärts der Öffnung, wenn z. B. die Druckwerte sich um weniger als 10% voneinander unterscheiden. Dies ist jedoch abhängig von der Genauigkeit des Sensors und dem Ausmaß des Rauschens, das während der aktuellen Motorbetriebsbedingungen erzeugt wird. Wenn die Antwort in Schritt 416 JA lautet, fährt die Routine mit einem Schritt 418 fort.
In Schritt 418 wird die Abschätzung des Luftdrucks unter Verwendung eines Tiefpassfilters gemäß der Gleichung der Figur aktualisiert bzw. aufgefrischt. Wenn der EGR-Fluss Null ist, ist daher mit anderen Worten der Absolutdruck stromaufwärts der Öffnung 205 im Wesentlichen gleich dem Absolutdruck stromabwärts der Öffnung 205, da kein Fluss vorhanden ist. Auf diese Weise kann die Absolutdruckmessung des stromabwärtigen Druckes in Verbindung mit der Überdruckmessung stromaufwärts der Öffnung 205 verwendet werden, um den Referenzdruck am Überdrucksensor zu bestimmen. Bei diesem Beispiel ist der Referenzdruck am Überdrucksensor, welcher den Überdruck stromaufwärts der Öffnung 205 misst, der atmosphärische Druck. Wenn der EGR-Fluss Null ist, ist es auf diese Weise gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den atmosphärischen Druck genau zu messen unter Verwendung sowohl des Überdruck- als auch des Absolutdrucksensors, welche stromaufwärts bzw. stromabwärts der Öffnung 205 angekoppelt sind.
Wenn die Antwort in Schritt 416 NEIN lautet, wird die Abschätzung des Luftdrucks nicht über die Absolutdruckmessung stromabwärts der Öffnung 205 aufgefrischt, sondern sie wird dem alten BP-Schätzwert gleichgesetzt. Bei alternativen Ausgestaltungen können jedoch zu diesem Zeitpunkt andere Abschätzungen des Luftdrucks verwendet werden. Z. B. kann der Motor-Luftmassenflusssensor und die Drosselklappenposition verwendet werden, um den Luftdruck zu schätzen. Auf diese Weise wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Routine beschrieben, die, wenn der EGR-Fluss gleich Null ist, unter Verwendung eines stromaufwärts gelegenen Überdrucksensors und eines stromabwärts gelegenen Absolutdrucksensors online Abschätzungen des atmosphärischen Druckes während Fahrbedingungen des Fahrzeuges bereitstellen kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird eine Routine für den Standardbetrieb eines Motor-EGR-Systems mit einem stromaufwärts gelegenen Überdrucksensor und einem stromabwärts gelegenen Absolutdrucksensor beschrieben.
Zunächst wird in einem Schritt 510 bestimmt, ob sich der Überdrucksensor verschlechtert hat. Wenn die Antwort auf Schritt 510 JA lautet, fährt die Routine mit Schritt 512 fort. Die Sensorspannung kann beispielsweise mit einem zugelassenen Bereich verglichen werden. Wenn die Sensorspannung außerhalb des zugelassenen Bereiches liegt, kann eine Verschlechterung angezeigt sein. Eine Abschätzung des Sensorwertes kann auch unter Verwendung anderer Motorbetriebsparameter erhalten und dann mit der Sensormessung verglichen werden. Falls dieser Vergleich eine Differenz größer als einen zugelassenen Wert ergibt, ist eine Verschlechterung angezeigt.
In einem Schritt 512 unterbricht die Routine den EGR-Fluss und steuert die Kraftstoffinjektion basierend auf der Absolutdruckmessung stromabwärts der Öffnung 205 (Krümmerdruck).
Mit anderen Worten berechnet die Routine die Menge der Kraftstoffinjektion basierend auf Geschwindigkeitsdichtegleichungen (speed density equations), in welchen die Luftansaugmenge zum Ansaugdruck und der Motordrehzahl und der Motorkrümmertemperatur in Beziehung gesetzt wird. Auf diese Weise kann der Motorbetrieb sogar dann fortgesetzt werden, wenn sich der stromaufwärts gelegene Überdrucksensor verschlechtert hat.
Wenn die Antwort auf Schritt 510 NEIN lautet, wird in einem Schritt 514 bestimmt, ob sich der stromabwärts gelegene Absolutdrucksensor verschlechtert hat. Wenn die Antwort auf Schritt 514 JA lautet, wird die Routine mit einem Schritt 516 fortgesetzt. Die Sensorspannung kann beispielsweise mit einem zugelassenen Bereich verglichen werden. Wenn die Sensorspannung außerhalb des zugelassenen Bereiches liegt, kann eine Verschlechterung angezeigt sein. Eine Abschätzung des Sensorwertes kann auch unter Verwendung anderer Motorbetriebsparameter erhalten und dann mit der Sensormessung verglichen werden. Falls dieser Vergleich eine Differenz größer als einen zugelassenen Wert ergibt, ist eine Verschlechterung angezeigt.
In Schritt 516 unterbricht die Routine den EGR-Fluss und regelt die Kraftstoffinjektionsmenge basierend auf dem Überdrucksensor und der unmittelbar zurückliegenden Abschätzung des Luftdrucks. Wenn der EGR-Fluss Null ist, ist mit anderen Worten der Absolutdruck stromaufwärts der Öffnung 205 näherungsweise gleich dem Absolutdruck stromabwärts der Öffnung 205. Auf diese Weise ist es unter Verwendung des Überdruckes stromaufwärts der Öffnung 205 und der unmittelbar zurückliegenden Abschätzung des Luftdrucks möglich, einen Absolutdruck stromabwärts der Öffnung 205 (geschätzter Einlasskrümmerdruck) abzuschätzen. Dieser geschätzte Krümmerdruck kann dann zusammen mit den Geschwindigkeitsdichtefunktionen verwendet werden, um eine geeignete Kraftstoffinjektionsmenge zu berechnen. Auf diese Weise ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen genauen (accurate) Motorbetrieb bei einer Vorrichtung mit einem stromaufwärts gelegenen Überdrucksensor und einem stromabwärts gelegenen Absolutdrucksensor fortzusetzen, wenn sich der stromabwärts gelegene Absolutdrucksensor verschlechtert hat.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, wird eine Routine für den Standard-Betrieb eines Motor-EGR-Systems mit zwei Absolutdrucksensoren bereitgestellt, nämlich mit jeweils einem stromaufwärts der Öffnung 205 und einem stromabwärts der Öffnung 205 angeordneten Sensor.
Zunächst wird in einem Schritt 610 eine Bestimmung vorgenommen, ob sich einer der Absolutdrucksensoren verschlechtert hat. Wenn die Antwort auf Schritt 610 JA lautet, unterbricht die Routine die EGR und regelt die Kraftstoffinjektionsmenge basierend auf dem Absolutdrucksensor, der sich nicht verschlechtert hat. Wenn der EGR-Fluss Null ist, sollte mit anderen Worten von beiden Absolutdrucksensoren näherungsweise derselbe Absolutdruck gemessen werden. Auf diese Weise verwendet die Routine denjenigen Sensor, der sich nicht verschlechtert hat, um die Regelung der Kraftstoffinjektion zu gewährleisten.
Zur Feststellung, ob sich ein Drucksensor verschlechtert hat, können verschiedene Verfahren verwendet werden. Ein mögliches Verfahren besteht in der Feststellung, ob die Ausgangsspannung innerhalb akzeptabler vorgegebener Spannungsbereiche liegt. Wenn die Auslesespannung des Sensors außerhalb dieses akzeptablen Ausgangsbereiches liegt, ist eine Verschlechterung angezeigt. Es sind jedoch auch verschiedene andere Methoden zur Bestimmung einer Verschlechterung möglich, so z. B. die Verwendung anderer Motorbetriebsparameter zur Abschätzung des Druckes und Anzeige einer Verschlechterung, wenn diese Werte um ein vorgegebenes Maß voneinander abweichen.
In weiterer Ausbildung der vorliegenden Erfindung kann diese in Verbindung mit einem hybriden elektrischen Fahrzeugsystem verwendet werden. Bei einem solchen System sind ein (Verbrennungs-)Motor und ein elektrischer Motor mit dem Fahrzeug gekoppelt. Bei einigen Betriebsarten treiben sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor das Fahrzeug an. Bei anderen Betriebsarten treibt entweder nur der Verbrennungsmotor oder nur der Elektromotor das Fahrzeug an. Bei weiteren Betriebsarten treibt der Verbrennungsmotor den Elektromotor an, um ein Batteriesystem wieder aufzuladen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Abschätzung des Luftdrucks aufzufrischen, wenn das Fahrzeug vom Elektromotor angetrieben wird und wenn der Verbrennungsmotor angehalten ist (vgl. Schritt 410 von Fig. 4). Mit anderen Worten können Abschätzungen des Luftdrucks erhalten werden, während das Fahrzeug im rein elektrischen Modus betrieben wird und der Verbrennungsmotor stillsteht. Auf diese Weise ist es möglich, fortgesetzte Auffrischungen des Luftdrucks unter Verwendung eines Absolutdrucksensors im KrUmmer bereitzustellen.
Bezugnehmend auf Fig. 7 wird ein schematisches Diagramm eines Absolutdrucksensors beschrieben. Insbesondere wird der Absolutdrucksensor 700, welcher an den Einlasskrümmer des Motors gekoppelt ist, beschrieben. Der Absolutdrucksensor 700 umfasst eine Basisstruktur bzw. Basis 705, welche die Drucksensorelemente wie weiter unten beschrieben trägt. An die Basis 705 gekoppelt ist ein Trägerelement 710. Das Trägerelement 710 besteht aus Silizium. Innerhalb des Trägerelementes 710 ist eine abgedichtete Unterdruck-Referenzkammer 720 (vacuum reference chamber) vorgesehen. Der Druck in der Unterdruck-Referenzkammer dient als geregelter Referenzdruck, so dass der Sensor 700 eine Anzeige eines Absolutdrucksensors bereitstellen kann. Der geregelte Referenzdruck ist bekannt und ist ein Fixwert. An den Träger 710 sind Aluminiumleiter und eine Elektronikschicht 730 (electronics layer) gekoppelt. Diese Aluminiumleiter und die Elektronikschicht 730 enthalten sensitive elektronische Komponenten, welche den ausgeübten Druck und die Unterdruckreferenz in an den Regler 12 bereitgestellte elektrische Signale umwandeln. Eine Nitridschicht 740 ist an der Oberseite des Aluminiumleiters und der elektronischen Schicht 730 angekoppelt. Ferner verbinden Golddraht-Bonds 780 den Aluminiumleiter und die Elektronikschicht 730 mit der Basis 705. Eine Gelschicht 760 umgibt den Aluminiumleiter und die Elektronikschicht 730, die Nitridschicht 740, den Träger 710, die Unterdruckreferenzkammer 720 und die Golddraht- Bonds 780. Der zu messende Druck wird auf die Gelschicht 760 ausgeübt. Die Gelschicht 760 schützt die sensitive Elektronik in der Elektronikschicht 730 vor den Gasen, die den ausgeübten Druck erzeugen.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass es zwar möglich ist, eine Gelschicht herzustellen, die die Elektronik vor heißen Abgasen mit verschiedenen Schadstoffen schützt, dass sich dies jedoch als kostenintensiv erweisen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Absolutsensor verwendet, um den Einlasskrümmerdruck zu messen, wobei das Druckmedium vorwiegend aus über die Drosselklappe 66 aus der Atmosphäre angesaugter Frischluft besteht. Auf diese Weise kann eine verhältnismäßig kostengünstige Gelschicht 760 verwendet und genutzt werden. Während es wie weiter oben beschrieben möglich ist, einen Absolutsensor zur Messung der Abgasdrücke zu verwenden, ist es auch erstrebenswert, alternative Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, die nicht nur auf Absolutdrucksensoren beruhen.
Bezugnehmend auf Fig. 8 wird ein Überdrucksensor 800 (gauge pressure sensor) beschrieben. Bei dieser speziellen Ausgestaltung erfolgt die Messung des Überdrucksensors 800 relativ zum Atmosphärendruck. Es können jedoch auch verschiedene andere Referenzdrücke verwendet werden. Eine mit 800' bezeichnete Basis ist als an einen Träger 810 gekoppelt dargestellt. Der Träger 810 besteht aus Silizium. Aluminiumleiter und eine Elektronikschicht 830 sind an eine Seite des Trägers 810 gekoppelt. Die andere Seite des Trägers 810 ist so konstruiert, dass der gemessene oder ausgeübte Druck in Kontakt zum Träger 810 steht.
In entsprechender Weise wie vorstehend beschrieben enthalten die Aluminiumleiter und die Elektronikschicht 830 sensitive elektronische Komponenten. Eine Nitridschicht 840 ist an die Aluminiumleiter und die Elektronikschicht 830 gekoppelt. Ferner ist eine Membran 850 innerhalb der Nitridschicht 840 gekoppelt und an die Aluminium-Elektronikschicht 830 gekoppelt. Der atmosphärische Druck wird auf die Membran 850 und die Nitridschicht 840 ausgeübt. Golddraht-Bonds 880 koppeln die Aluminium-Elektronikschicht 830 an die Basis 800.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass der Überdrucksensor 800 in Bezug auf die Anforderungen der Gelschicht 760 nicht die Nachteile des Absolutdrucksensors 700 aufweist. Mit dem Überdrucksensor 800 ist es mit anderen Worten möglich, den Abgasdruck als den ausgeübten Druck ohne Hinzufügung teurer Gels zum Schutz der sensitiven Elektronik in der Schicht 830 zu messen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit ein Verfahren zur Regelung der Abgasrezirkulation beschrieben unter Verwendung eines Absolutsensors zur Messung des Einlasskrümmerdruckes (welcher keine teuren Gels erfordert, da die Gase des Einlasskrümmerdruckes eine niedrigere Temperatur und weniger Schadstoffe als Gase des Abgasdruckes aufweisen) und eines Überdrucksensors zur Messung eines Druckes von rezirkulierenden Abgasen (welche höhere Temperaturen und verschiedene Schadstoffe aufweisen können). Der Überdrucksensor 800 kann mit anderen Worten kostengünstig hergestellt werden und nützliche Messungen des rezirkulierenden Abgases liefern. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit ein System mit reduzierten Kosten bereitgestellt werden.
Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche weitere Ausführungsformen möglich. So kann z. B. die Erfindung auch in Zusammenhang mit verschiedenen Arten von Emissions-Regelungseinrichtungen, wie z. B. sogenannten Magerverbrennungskatalysatoren (lean-burn catalysts), eingesetzt werden. Weiterhin kann die verbesserte Abschätzung des Luftdrucks auch bei anderen Motorsteuerungssystemen verwendet werden, so z. B. bei der Zeitplanung von Motoraktüatoren und gewünschten Motorbetriebspunkten. Insbesondere kann die verbesserte Abschätzung des Luftdrucks bei der Bestimmung eines Einstellpunktes für einen gewünschten EGR-Fluss oder ein EGR-Ventil verwendet werden. Der gemessene oder geschätzte EGR-Flusswert kann dann in einem rückgekoppelten Regelungsschema eingesetzt werden, so dass sich der tatsächliche EGR-Fluss oder die Ventilposition dem Einstellpunktwert nähert. Weiterhin kann die verbesserte Luftdruckabschätzung bei der Bestimmung eines Einstellpunktes einer Zündungszeitsteuerung verwendet werden. Die gewünschte Zündungszeitsteuerung kann mit anderen Worten basierend auf dem festgestellten Luftdruck variiert werden.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung bzw. Bestimmung des im Umgebungsbereich einer Mündungsöffnung (205) in einem Strömungskanal bzw. Motoreinlasskrümmer (44) einer Brennkraftmaschine (10) vorhandenen atmosphärischen Druckes, mit einem in Strömungsrichtung stromaufwärts der Öffnung (205) mit dem Motoreinlasskrümmer (44) gekoppelten ersten Sensor (Absolutdrucksensor) (207) und einem stromabwärts der Öffnung (205) mit dem Motoreinlaß (44) gekoppelten, den resultierenden Druck messenden zweiten Sensor bzw. Absolutdrucksensor (206), mit den Schritten: Feststellen bzw. Anzeigen, ob bzw. dass eine Strömung bzw. ein Fluss durch die Mündungsöffnung (205) im Wesentlichen den Wert Null hat und Ermitteln bzw. Bestimmen des atmosphärischen Druckes auf der Basis der bei dem Feststellen bzw. Anzeigen von dem ersten Sensor (207) und dem Absolutdrucksensor (206) ermittelten Werte in Reaktion auf das Feststellen bzw. Anzeigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem bestimmten atmosphärischen Druck die Bestimmung eines Motoreinstellpunktes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln bzw. Bestimmen in Abhängigkeit davon erfolgt, ob ein der Mündungsöffnung (205) zugeordnetes Regelungsventil (200) geschlossen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln bzw. Bestimmen in Abhängigkeit davon erfolgt, dass einem der Mündungsöffnung (205) gekoppelten zugeordneten Regelungsventil (200) ein Schließbefehl gegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln bzw. Bestimmen in Reaktion auf einen Leerlauf des Motors (10) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln bzw. Bestimmen in Reaktion darauf erfolgt, dass der Druck stromaufwärts der Öffnung (205) näherungsweise gleich dem Druck stromabwärts der Öffnung (205) ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln bzw. Bestimmen des atmosphärischen Druckes einen Vergleich der Werte des stromaufwärts gelegenen Überdrucksensors (207) und des stromabwärts gelegenen Absolutdrucksensors (206) beinhaltet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessung des Überdrucksensors (207) relativ zum atmosphärischen Druck erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung bzw. der Fluss eine Abgas-Rezirkulationsströmung ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung bzw. der Fluss durch ein stromaufwärts der Mündungsöffnung (205) vorgesehenes Flussregelungsventil (200) gesteuert bzw. geregelt wird.

11. Vorrichtung umfassend:
eine in einem Strömungskanal für ein strömendes Medium bzw. einen Fluss vorgesehene Mündungsöffnung (205),
einen ersten Überdrucksensor (207), der stromaufwärts der Mündungsöffnung angeordnet ist,
einen zweiten Absolutdrucksensor (206), der stromabwärts der Mündungsöffnung angeordnet ist,
ein stromaufwärts der Mündungsöffnung angeordnetes Ventil (200), sowie
ein Computerspeichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zur Ermittlung bzw. Bestimmung des atmosphärischen Druckes in der Vorrichtung, wobei das Computerspeichermedium umfasst:
einen Code zur Anzeige, ob eine Strömung bzw. ein Fluss durch die Öffnung und das Ventil einen geringeren Wert als einen vorgegebenen Wert hat, und
einen Code zur Bestimmung des atmosphärischen Druckes basierend auf den Messsignalen des stromaufwärts gelegenen Überdrucksensors (207) und des Absolutdrucksensors (206) in Reaktion auf die Anzeige.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerspeichermedium einen Code zur Berechnung des Flusses durch die Öffnung (205) und das Ventil (200), basierend auf dem stromaufwärts angeordneten Überdrucksensor (207), dem stromabwärts angeordneten Absolutdrucksensor (207) und dem ermittelten bzw. bestimmten atmosphärischen Druck, aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerspeichermedium einen Code zur Einstellung des Ventils (200), basierend auf dem berechneten Fluss, aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der die Mündungsöffnung (205) aufweisende Strömungskanal mit einer Brennkraftmaschine (10) gekoppelt ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fluss um eine Abgasrezirkulationsströmung handelt.

16. Vorrichtung, enthaltend:
ein Computerspeichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zur Bestimmung bzw. Ermittlung des im Umgebungsbereich einer Mündungsöffnung (205) in einem Motoreinlasskrümmer (44) einer Brennkraftmaschine (10) vorhandenen atmosphärischen Druckes, mit einem ersten relativen Sensor (207), der stromaufwärts der Öffnung angekoppelt ist, und einem zweiten Absolutdrucksensor (206), der stromabwärts der Öffnung angekoppelt ist, wobei der relative Sensor einen Druck relativ zu einem ungeregelten Referenzdruck misst, und der Absolutsensor einen Druck relativ zu einem geregelten Referenzdruck misst, und wobei das genannte Computerspeichermedium aufweist:
einen Code zur Anzeige, ob ein Fluss bzw. eine Strömung durch die Mündungsöffnung (205) im Wesentlichen den Wert Null hat, und
einen Code zur Bestimmung des atmosphärischen Druckes, basierend auf dem stromaufwärts gelegenen Relativdrucksensor und dem stromabwärts gelegenen Absolutdrucksensor in Reaktion auf diese Anzeige.

17. Verfahren zur Bestimmung bzw. Ermittlung des im Umgebungsbereich einer Mündungsöffnung (205) eines Strömungskanals vorhandenen Druckes, mit einem ersten stromaufwärts der Mündungsöffnung (205) angekoppelten Sensor (207) und einem zweiten stromabwärts der Öffnung angekoppelten Sensor (206), umfassend:
Anzeigen, ob der Fluss durch die Öffnung im Wesentlichen Null ist, und
in Reaktion auf das Anzeigen: Berechnen des die Öffnung umgebenden Druckes, basierend auf einem ersten Signal des ersten Sensors (207), welches eine Anzeige für den Druck relativ zum umgebenden Druck darstellt, und auf einem zweiten Signal des zweiten Sensors (206), welches eine Anzeige für den Druck relativ zu einem bekannten Druck darstellt.