DE10295942B4

DE10295942B4 - System zur Steuerung der Abgastemperatur einer Maschine

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Publication number: DE10295942B4
Application number: DE10295942T
Authority: DE
Inventors: Larry J. Ind. Brackney; Salim A. Ind. Jaliwala; Paul R. Ind. Miller; Thomas A. Ind. Dollmeyer; John F. Ind. Wright; Gary L. Wis. Hunter
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: WO2002061261A2; GB0316450D0; AU2002240121A1; GB2389673B; DE10295942T1; WO2002061261A3; GB2389673A

Abstract

System zur Steuerung der Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine (12), umfassend: – einen Maschinendrehzahlsensor (26), welcher ein einer Drehzahl der Maschine entsprechendes Maschinendrehzahlsignal (ESP) erzeugt, – eine Steuerschaltung (20), welche dazu eingerichtet ist, einen Kraftstoffzufuhrbefehl für die Versorgung der Maschine (12) mit Kraftstoff zu erzeugen und die Abgastemperatur der Maschine (12) durch Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls abhängig zumindest von dem Maschinendrehzahlsignal (ESP) zu steuern, – Mittel (18, 44) zur Ermittlung eines Ladungsmassenstromwerts (ECF), welcher einem in einen Einlasskrümmer (14) der Maschine (12) eintretenden Massenstrom einer Ladung entspricht, und – einen Temperatursensor (16), welcher ein einer Temperatur des Einlasskrümmers (14) entsprechendes Temperatursignal (IMT) erzeugt, wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, die Abgastemperatur der Maschine (12) durch Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls ferner abhängig von dem Ladungsmassenstromwert und dem Temperatursignal zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung von einem Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas gebildet wird und dass die Steuerschaltung...

Description

FACHGEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Strategien zur Begrenzung der Kraftstoffzufuhr zu Verbrennungsmaschinen und insbesondere Systeme zur Steuerung der Abgastemperatur einer Maschine während des Maschinenbetriebs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wenn Verbrennung in einer Umgebung mit überschüssigem Sauerstoff stattfindet, steigen die Spitzenverbrennungstemperaturen an, was zum Entstehen unerwünschter Emissionen, etwa von Stickstoff (NO_x), führt. Dieses Problem wird durch die Verwendung von Turboladern verstärkt, die den Massenstrom an Frischluft vergrößern und folglich die in der Brennkammer vorhandenen Sauerstoff- und Stickstoffkonzentrationen während und nach dem Verbrennungsereignis, wenn die Temperaturen hoch sind, erhöhen.
Eine bekannte Methode zur Reduzierung unerwünschter Emissionen wie etwa NO_x beinhaltet die Einleitung chemisch inerter Gase in den Frischluftstrom zur Nachverbrennung. Indem so die Sauerstoffkonzentration der resultierenden zu verbrennenden Ladung reduziert wird, verbrennt der Kraftstoff langsamer und die Spitzenverbrennungstemperaturen sinken entsprechend. Die NO_x-Entstehung wird hierdurch geringer. In der Umgebung einer Brennkraftmaschine sind solche chemisch inerten Gase ohne weiteres in Form von Abgasen vorhanden, wobei ein bekanntes Verfahren zum Erzielen des vorstehenden Ergebnisses den Einsatz eines sogenannten Abgasrückführsystems (AGR) beinhaltet, das dahingehend arbeitet, Abgas aus dem Abgaskrümmer in den zum Einlasskrümmerventil strömenden Frischluftstrom einzuleiten (d. h. rückzuführen), um Abgas gesteuert in den Einlasskrümmer einzuleiten. Durch Verwendung eines Bordmikroprozessors wird die Steuerung des AGR-Ventils typischerweise als Funktion von Informationen ausgeführt, welche von einer Anzahl von Maschinenbetriebssensoren bereitgestellt werden.
Wenngleich AGR-Systeme der vorstehenden Art im Allgemeinen wirksam sind, um unerwünschte Emissionen zu reduzieren, die von dem Verbrennungsprozess stammen, ist mit ihnen ein Nachteil in Form eines sich ergebenden Verlusts an Maschinenwirkungsgrad verbunden. Geläufige Maschinensteuerstrategien stellen daher einen Kompromiss zwischen dem Grad an NO_x-Erzeugung und dem Betriebswirkungsgrad der Maschine dar. Die Schwierigkeiten, die mit der Handhabung dieses Konflikts verbunden sind, wurden durch die zunehmend strengeren Anforderungen regierungsverordneter Emissionsstandards verstärkt.
Um die beiden diametral entgegengesetzten Ziele der Begrenzung der Entstehung von NO_x-Emissionen auf hinnehmbar niedrige Werte und der gleichzeitigen Maximierung des Betriebswirkungsgrads der Maschine unter einer Vielzahl von Lastbedingungen zu erreichen, muss beträchtlicher Aufwand betrieben werden, um mit einem hohen Grad an Genauigkeit die korrekten Anteile von Luft, Kraftstoff und Abgas zu bestimmen, die das Verbrennungsgemisch bilden. Hierzu müssen deswegen genaue Echtzeitwerte einer Anzahl AGR-System-bezogener Betriebsparameter gewonnen werden bei vorzugsweise niedrigen Kosten. Steuerstrategien müssen dann entwickelt werden, die diese Informationen dazu nutzen, die Maschine, das AGR-System und/oder den Turbolader präzise zu steuern. Die vorliegende Erfindung ist demgemäß auf Vorgehensweisen gerichtet, den Maschinenbetrieb so zu steuern, dass die Abgastemperaturen der Maschine innerhalb gewünschter betriebsmäßiger Grenzen gehalten werden.
DE 43 25 307 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine, deren Abgas mittels einer Katalysatoreinrichtung gereinigt wird. Um einerseits eine Zerstörung des Katalysators aufgrund einer zu hohen Abgastemperatur zu vermeiden, andererseits eine Unwirksamkeit des Katalysators auf Grund einer zu niedrigen Abgastemperatur zu vermeiden, wird bei diesem Verfahren die Kraftstoffzufuhr zu einem oder mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine abhängig von der Abgastemperatur bedarfsweise unterbrochen, und zwar so, dass die maximale Temperatur in der Katalysatoreinrichtung stets nicht größer als eine obere Temperaturgrenze wird und die minimale Katalysatortemperatur nicht unter eine untere Temperaturgrenze fällt. Die Katalysatortemperatur bzw. der Verlauf der Katalysatortemperatur in Längsrichtung der Katalysatoreinrichtung wird nach einem mathematischen Modell aus der Abgastemperatur berechnet. Diese wird ihrerseits aus aktuellen Werten gemessener Betriebsparameter geschätzt. Zu diesen Betriebsparametern gehören unter anderem der Ansaugluftmassenstrom, die Ansauglufttemperatur und die Drehzahl der Maschine. Kraftstoffzufuhrparameter, die Zeit und Menge des zugeführten Kraftstoffs bestimmen, gehen nicht in die Schätzung der Abgastemperatur ein.
In DE 26 50 247 A1 wird ein mechanischer Anschlag, der die maximale Kraftstofffördermenge eines Dieselmotors festlegt, abhängig von der Motordrehzahl und dem zugeführten Luftmassenstrom eingestellt. Hierdurch soll das Beschleunigungsverhalten des Motors optimiert werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strategie bereitzustellen, die es gestattet, den Betrieb einer Brennkraftmaschine so zu steuern, dass die Abgastemperatur der Maschine präzise innerhalb gewünschter betriebsmäßiger Grenzen gehalten werden kann. Eine weitere Aufgabenstellung der Erfindung ist es, einen virtuellen Sensor bereitzustellen, der einen Schätzwert der Abgastemperatur der Maschine basierend auf vorhandenen Betriebsinformationen der Maschine liefern kann.
Zur Lösung der ersten der beiden vorstehend genannten Aufgaben sind erfindungsgemäß ein System nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 25 vorgesehen.
Mit einem System nach Anspruch 33 und einem Verfahren nach Anspruch 41 kann darüber hinaus ein virtueller Sensor bereitgestellt werden, der die Maschinenabgastemperatur präzise anhand vorliegender Maschinenbetriebsinformationen schätzen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung einer Motorabgastemperatur.
2 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorgehensweise zur Bestimmung eines Ladungsstromparameters zur Verwendung durch einen Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock der 1.
3 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblocks der 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Softwarealgorithmus zur Abgassteuerung gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform des Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzers darstellt.
5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblocks der 1.
6 ist ein Flussdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Softwarealgorithmus zur Abgassteuerung gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform des Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzers darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Softwarealgorithmus zum Schätzen der Motorabgastemperatur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum Zwecke der Förderung des Verständnisses der Prinzipien der Erfindung wird nun auf eine Anzahl bevorzugter Ausführungsformen verwiesen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, wobei zur Beschreibung derselben eine spezielle Sprache verwendet wird. Es versteht sich freilich, dass hierdurch keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei jegliche Abwandlungen und weitere Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen und jegliche weitere Anwendungen der dort dargestellten Prinzipien der Erfindung, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die Erfindung gehört, normalerweise in den Sinn kommen würden, inbegriffen sind.
Bezugnehmend nunmehr auf 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 10 zur Steuerung der Abgastemperatur einer Maschine gezeigt. Das System 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12 mit einem damit verbundenen Einlasskrümmer 14. Ein Einlasskrümmertemperatursensor 16 ist in dem Krümmer 14 angeordnet oder steht in anderweitig fluidischer Verbindung mit diesem. Der Sensor 16 ist vorzugsweise ein Temperatursensor bekannter Konstruktion, der die Temperatur innerhalb des Einlasskrümmers 14 erfasst und ein hierzu entsprechendes Einlasskrümmertemperatursignal (IMT) erzeugt. Der Krümmer 14 kann gegebenenfalls einen in diesem angeordneten oder anderweitig in fluidischer Verbindung mit diesem stehenden Einlasskrümmerdrucksensor 18 aufweisen, wobei dieser Sensor 18 vorzugsweise bekannter Konstruktion ist und einen Druck innerhalb des Krümmers 14 erfasst und ein hierzu entsprechendes Einlasskrümmerdrucksignal (IMT) erzeugt.
Der Motor 12 weist einen Motordrehzahlsensor 26 auf, der die Drehgeschwindigkeit des Motors 12 erfasst und ein hierzu entsprechendes Motordrehzahlsignal (ESP) erzeugt. Vorzugsweise ist der Sensor 26 bekannter Konstruktion, wobei der Sensor 26 bei einem Ausführungsbeispiel ein Hall-Effekt-Sensor ist, der die Vorbeibewegung von Zähnen erfassen kann, die Teil eines Zahnrads sind. Alternativ kann der Sensor 26 ein auf eine veränderliche Reluktanz ansprechender Sensor oder ein anderer bekannter Drehzahlsensor sein. In jedem Fall ist der Sensor 26 dahingehend wirksam, dass er ein für die Motordrehzahl repräsentatives Motordrehzahlsignal erzeugt.
Der Motor 12 weist ferner ein Kraftstoffversorgungssystem 40 auf, das auf einen oder mehrere finale Kraftstoffzufuhrbefehle (FFC) zur Zufuhr von Kraftstoff zum Motor 12 anspricht. Das Kraftstoffversorgungssystem 40 ist vorzugsweise ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffversorgungssystem bekannter Konstruktion, dessen Arbeitsweise in der Fachwelt allgemein bekannt ist.
Zentraler Bestandteil des Systems 10 ist eine Steuerschaltung 20, die vorzugsweise mikroprozessorbasiert ist und allgemein dahingehend wirksam ist, den gesamten Betrieb des Motors 12 zu steuern und handzuhaben. Die Steuerschaltung 20 umfasst eine Speichereinheit 22 sowie eine Anzahl von Eingängen und Ausgängen, die Schnittstellen zu verschiedenen mit dem Motor 12 gekoppelten Sensoren und Systemen bilden, wie etwa denen, die soeben oben beschrieben wurden. Die Steuerschaltung 20 kann bei einem Ausführungsbeispiel eine gelegentlich als elektronisches oder Motorsteuermodul (ECM), elektronische oder Motorsteuereinheit (ECU) oder dergleichen bezeichnete bekannte Steuereinheit sein. Alternativ kann sie jede Steuerschaltung sein, die Operationen ausführen kann, wie sie in näherer Einzelheit nachfolgend erläutert werden. In jedem Fall weist die Steuerschaltung 20 einen Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 auf, welcher das Motordrehzahlsignal (ESP) vom Motordrehzahlsensor 26 über einen Signalweg 28 sowie eine Anzahl zusätzlicher Eingangssignale 36 erhält. Der Block 34 spricht auf das ESP-Signal auf dem Signalweg 28 sowie auf eines oder mehrere der zusätzlichen Signale 36 an, um einen Standardkraftstoffzufuhrbefehl (DFC) nach Maßgabe in der Fachwelt wohlbekannter Methoden zu berechnen. Der Standardkraftstoffzufuhrbefehl DFC kann ein unbeschränkter Kraftstoffzufuhrbefehl sein, welcher als finaler Kraftstoffzufuhrbefehl FF0 benutzt wird, der auf einer Anzahl M von Signalwegen 42 zur Steuerung des Kraftstoffversorgungssystems 40 erzeugt wird, wobei M eine beliebige ganze positive Zahl sein kann. In Bezug auf die vorliegende Erfindung kann der Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 allerdings alternativ oder zusätzlich einen oder mehrere Kraftstoffzufuhrbegrenzungsalgorithmen enthalten, die dazu ausgelegt sind, bestimmte Motorbetriebsziele zu erreichen, wobei der vom Block 34 erzeugte Standardkraftstoffzufuhrbefehl DFC einen unbeschränkten Kraftstoffzufuhrbefehl darstellt, der mittels eines oder mehrerer solcher Kraftstoffzufuhrbegrenzungsalgorithmen begrenzt wurde.
In Entsprechung zur vorliegenden Erfindung weist die Steuerschaltung 20 ferner einen Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24 auf, der das Motordrehzahlsignal (ESP) vom Motordrehzahlsensor 26 über den Signalweg 28, das Einlasskrümmertemperatursignal (IMT) vom Einlasskrümmertemperatursensor 16 über einen Signalweg 30, gegebenenfalls das Einlasskrümmerdrucksignal (IMP) vom Einlasskrümmerdrucksensor 18 über einen Signalweg 32 sowie den Standardkraftstoffzufuhrbefehl (DFC) vom Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 erhält. In einem allgemeinen Sinn enthält der Standardkraftstoffzufuhrbefehl (DFC) typischerweise Zeitinformationen, die sich auf den Einspritzbeginn (SOI) beziehen, sowie Kraftstoffmengeninformationen, die sich auf den Kraftstoffmassenstrom (FF) beziehen, so wie diese Begriffe in der Fachwelt verstanden werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 dazu eingerichtet, den Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24 mit dem Standardkraftstoffzufuhrbefehl (DFQ) zu beliefern, wobei der Block 24 aus DFQ die Werte von SOI und FF in einer in der Fachwelt bekannten Weise ermitteln kann. Alternativ kann der Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 dazu eingerichtet sein, den Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24 direkt mit dem SOI- und/oder dem FF-Wert zu beliefern, wobei der Block 24 einen oder beide dieser Werte in einer nachstehend eingehender zu beschreibenden Weise verarbeiten kann.
Der Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24 ist dazu eingerichtet, zusätzlich zu der vom Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 bereitgestellten Kraftstoffzufuhrinformation, dem Motordrehzahlsignal (ESP), dem Einlasskrümmertemperatursignal (IMT) sowie gegebenenfalls dem Einlasskrümmerdrucksignal (IMP) einen Ladungsmassenstromwert (ECF) zu erhalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ladungsmassenstromwert (ECF) von einem bekannten Softwarealgorithmus bereitgestellt, der einen Ladungsstromschätzwert auf Grundlage bestimmter Motorbetriebsparameterwerte berechnet, wenngleich die vorliegende Erfindung berücksichtigt, dass der Einlasskrümmer 14 alternativ einen Luftmassenstromsensor (MAF) 44 bekannter Konstruktion aufweisen kann, der an den Block 24 einen Ladungsstromwert liefert, wie gestrichelt angedeutet. In Fällen, in denen der Ladungsstromwert (EQF) nach Maßgabe eines bekannten Schätzalgorithmus geschätzt wird, weist eine bevorzugte Ausführungsform der Steuerschaltung 20 einen Ladungsstrombestimmungsblock der in 2 dargestellten Art auf.
Bezugnehmend auf 2 ist dort ein System 50 zur Schätzung des Ladungsstroms, d. h. des an den Einlasskrümmer 14 gelieferten Massenstroms an Ladung, gezeigt, wobei der Begriff ”Ladung”, so wie er hier verwendet wird, als Gemisch von Frischluft und rückgeführtem Abgas definiert ist. In jedem Fall hat das System 50 mehrere Komponenten gemeinsam mit dem System 10 der 1, weswegen gleiche Bezugszahlen zur Bezeichnung gleicher Komponenten verwendet werden.
Das System 50 weist einen Verbrennungsmotor 12 mit einem Einlasskrümmer 14 auf, welcher fluidisch mit einer Einlassleitung 52 gekoppelt ist, wobei der Einlasskrümmer 14 über die Leitung 52 Frischluft erhält. In einem Auslasskrümmer 58 des Motors 12 wird Abgas über eine Abgasleitung 56 in die Umgebung ausgelassen, wobei ein AGR-Ventil 60 über eine Leitung 54 in fluidischer Verbindung mit der Einlass- und der Abgasleitung 52 bzw. 58 besteht. Ein ΔP-Sensor 62 ist parallel zum AGR-Ventil 60 vorgesehen und elektrisch mit einem Ladungsstrombestimmungsblock 68 der Steuerschaltung 20 über einen Signalweg 70 verbunden. Ein Motordrehzahlsensor 26 ist über einen Signalweg 28 elektrisch mit dem Block 68 verbunden. Ein Einlasskrümmertemperatursensor (IMT) 16 steht in fluidischer Verbindung mit dem Einlasskrümmer 14 des Motors 12 und ist über einen Signalweg 30 elektrisch mit dem Ladungsstrombestimmungsblock 68 der Steuerschaltung 20 verbunden. Der Einlasskrümmer 14 weist zudem einen in fluidischer Verbindung mit diesem stehenden Einlasskrümmerdrucksensor (IMP) 18 auf, der über einen Signalweg 32 elektrisch mit dem Ladungsstrombestimmungsblock 68 der Steuerschaltung 20 verbunden ist. Gegebenenfalls kann das System 50, wie in näherer Einzelheit später erläutert wird, einen in fluidischer Verbindung mit dem Abgaskrümmer 58 stehenden Abgasdrucksensor (EP) 72 oder einen in fluidischer Verbindung mit der Abgasleitung 56 stehenden Abgasdrucksensor (EP) 74 aufweisen, wie gestrichelt in 2 gezeigt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet der Ladungsstrombestimmungsblock 68 der Steuerschaltung 20 dahingehend, einen Schätzwert des Ladungsmassenstroms (ECF) in den Einlasskrümmer 14 zu schätzen, indem er zunächst den volumetrischen Wirkungsgrad (η_v) des Ladungseinlasssystems schätzt und sodann ECF als Funktion der Strömung anhand einer herkömmlichen Drehzahl/Dichte-Gleichung berechnet. Zur Abschätzung von η_v kann jede bekannte Methode angewendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Blocks 68 wird η_v gemäß einer bekannten machzahl-basierten volumetrischen Wirkungsgradgleichung nach Taylor berechnet, die gegeben ist durch: η_v = A₁·{(Bohrung/D)²·(Hub·ESP)^B/(γ·R·IMT)^–2·[(1 + EP/IMP) + A₂]} + A₃, wobei

A1, A2, A3: und B sämtlich kalibrierbare Parameter sind, die vorzugsweise an die volumetrische Wirkungsgradgleichung auf Basis aufgezeichneter Motordaten angepasst sind;
Bohrung: die Einlassventilbohrungslänge ist;
D: der Einlassventildurchmesser ist;
Hub: die Kolbenhublänge ist, wobei Bohrung, D und Hub im allgemeinen abhängig von der Motorgeometrie sind;
ϒ und FR: bekannte Konstanten sind (ϒ·R = 387,414 KJ/kg/°K);
ESP: die Motordrehzahl ist;
IMP: der Einlasskrümmerdruck ist;
EP: der Abgasdruck ist, wobei EP = IMP + ΔP; und
IMP: = Einlasskrümmertemperatur.

Anhand der vorstehenden Gleichung sollte ersichtlich sein, dass im System 50 ein Abgasdrucksensor 72 oder 74, wie in 2 gestrichelt gezeigt, den ΔP-Sensor 62 ersetzen kann, wenngleich Abgasdrucksensoren, die in der Lage sind, den mit dem Abgaskrümmer 58 und/oder der Abgasleitung 56 verbundenen harschen Bedingungen zu widerstehen, üblicherweise nicht marktgängig sind. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird deswegen bevorzugt ein ΔP-Sensor 62 verwendet.
Mit dem gemäß vorstehender Gleichung geschätzten volumetrischen Wirkungsgradwert η_v wird der Ladungsstromschätzwert ECF vorzugsweise nach der folgenden Gleichung berechnet: ECF = η_v·V_DIS·ESP·IMP/2·R·IMT), wobei

ηv: der geschätzte volumetrische Wirkungsgrad ist;
VDIS: die Motorverdrängung ist, die im Allgemeinen von der Motorgeometrie abhängig ist;
ESP: die Motordrehzahl ist;
IMP: der Einlasskrümmerdruck ist;
FR: eine bekannte Gaskonstante ist (FR = 54); und
IMT: die Einlasskrümmertemperatur ist.

Bezugnehmend wiederum auf 1 weist der Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24 vorzugsweise ein Modell zum Schätzen der Motorabgastemperatur (ETE) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung auf, wobei der Motorabgastemperaturschätzwert vorzugsweise eine Funktion zumindest der ESP-, IT-, ECF- und DFC-(oder SOI- und FF-)Werte und gegebenenfalls des IMP-Werts ist. Wenngleich das Motorabgastemperaturmodell vorzugsweise in Form einer im Block 24 oder in der Speichereinheit 22 gespeicherten Gleichung vorliegt, zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, dass das Modell alternativ in Form einer oder mehrerer graphischer Darstellungen, Tabellen und/oder dergleichen vorliegen kann. In jedem Fall ist der Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24 vorzugsweise dahingehend wirksam, dass er einen modellbasierten Motorabgastemperaturschätzwert (ETE) zur Verwendung gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung und/oder zur Verwendung durch andere Algorithmen und/oder Steuerstrategien in der Steuerschaltung 20 berechnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24 ferner dahingehend wirksam, einen motorabgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehlswert (FC_ETL) als Funktion des Motorabgastemperaturschätzmodells zu berechnen. Der abgastemperaturbegrenzte Kraftstoffzufuhrbefehl FC_ETL ist vorzugsweise eine Funktion des Standardkraftstoffzufuhrbefehls (DFC), welcher durch den Block 24 als Funktion einer auferlegten maximalen Abgastemperaturgrenze (T_EL) nach Maßgabe des Abgastemperaturschätzmodells der vorliegenden Erfindung begrenzt bzw. eingeschränkt wird, wie weiter unten in näherer Einzelheit erläutert ist. In jedem Fall werden der von dem Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 erzeugte Standardkraftstoffzufuhrbefehl (DFC) und der von dem Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24 erzeugte motorabgastemperaturbegrenzte Kraftstoffzufuhrbefehl FC_ETL beide einem MIN-Block 38 zur Verfügung gestellt, welcher einen Minimalwert von diesen als finalen Kraftstoffzufuhrbefehl FFC auf einem Signalweg 42 erzeugt.
Bezugnehmend nunmehr auf 7 ist dort ein Flussdiagramm gezeigt, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Softwarealgorithmus 300 zum Schätzen der Motorabgastemperatur (ETE) gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Algorithmus 300 ist vorzugsweise im Begrenzerblock 24 gespeichert und wird von der Steuerschaltung 20 abgearbeitet, um den Abgastemperaturschätzwert (ETE) zu erzeugen. Der Algorithmus 300 beginnt bei einem Schritt 302, und in einem Schritt 304 wird die Steuerschaltung 20 dahingehend tätig, momentane Werte der Motordrehzahl (ESP), der Einlasskrümmertemperatur (IMT) und von Modellkonstanten zu ermitteln. Bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Block 24 dahingehend wirksam, die Motorabgastemperatur (ETE) nach Maßgabe des Modells: ETE = IMT + A + (B·SOI) + C/(ECF/FF) + (D·SOI)/ESP + E/[(ESP·ECF)/FF] (1) zu schätzen, wobei die im Schritt 304 ermittelten Modellkonstanten den Konstanten A, B, C, D und E in Gleichung (1) entsprechen. Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuerschaltung 20 ferner dahingehend wirksam, im Schritt 304 einen Momentanwert für den Einlasskrümmerdruck (IMP) zu ermitteln. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist der Block 24 dazu eingerichtet, die Motorabgastemperatur (ETE) gemäß dem Modell: ETE = IMT + [(A·ESP) + (B·IMP) + (C·SOI) + D)][(LHV·FF)/ECF] (2) zu schätzen, wobei die im Schritt 304 ermittelten Modellkonstanten den Konstanten A, B, C und D in Gleichung (2) entsprechen. Bei dieser Ausführungsform enthält Gleichung (2) eine zusätzliche Konstante, die einen unteren Kraftstoffheizwert (LHV) angibt und eine bekannte Konstante ist, welche von der Art des vom Motor 12 verwendeten Kraftstoffs abhängt. Gleichgültig, ob Gleichung (1) oder (2) verwendet wird, werden die Modellkonstanten A–E von Gleichung (1) oder A–D von Gleichung (2) vorzugsweise als Ergebnis einer oder mehrerer bekannter Datenanpassungstechniken erhalten, mittels welcher eine Anpassung zwischen verfügbaren Leistungsdaten und dem jeweiligen Modell optimiert werden kann.
In jedem Fall geht der Algorithmus 300 vom Schritt 304 weiter zu einem Schritt 306, in dem die Steuerschaltung 20 bei jeder der zuvor angesprochenen Ausführungsformen einen Ladungsmassenstromwert (ECF) ermittelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der ECF-Wert nach Maßgabe eines bekannten Ladungsstromschätzalgorithmus erhalten, etwa demjenigen, wie er im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde. Alternativ kann der ECF-Wert von einem realen Sensor erhalten werden, etwa dem in 1 gestrichelt gezeichneten optionalen Luftmassenstromsensor 44. In jedem Fall rückt der Algorithmus 300 vom Schritt 306 weiter zu einem Schritt 308, in dem die Steuerschaltung 20 bei jeder der durch die Gleichungen (1) und (2) dargestellten Modellausführungsformen einen Standardkraftstoffzufuhrbefehl (DFC) ermittelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird DFC von dem Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 bereitgestellt, wobei der Block 24 dazu eingerichtet ist, hieraus nach Maßgabe wohlbekannter Methoden einen Einspritzbeginn-Wert (SOI) und einen Kraftstoffmassenstrom-Wert (FF) zu ermitteln. Alternativ ist der Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 dazu eingerichtet, die SOI- und FF-Werte direkt dem Block 24 zur Verfügung zu stellen. In jedem Fall rückt der Algorithmus vom Schritt 308 weiter zu einem Schritt 310, in dem der Block 24 einen Schätzwert für die Motorabgastemperatur (ETE) nach Gleichung (1) oder Gleichung (2) berechnet. Anschließend geht die Abarbeitung des Algorithmus zwecks kontinuierlicher Ermittlung von ETE vorzugsweise wieder zurück zu Schritt 304, sie kann aber alternativ von Schritt 310 zu einer anderen aufrufenden Routine zurückkehren.
Die Abgastemperaturschätzgleichung (1) basiert in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf einem statistischen Empfindlichkeitsansatz und sollte für viele Anwendungen hinreichend genaue Ergebnisse liefern. Die Abgastemperaturschätzgleichung (2) beruht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf einem Modell, das davon ausgeht, dass ein Bruchteil der Kraftstoffenergie in die Motorabgase überführt wird. Testdaten haben erkennen lassen, dass das durch Gleichung (2) repräsentierte Motorabgastemperaturschätzmodell genauer ist, weniger empfindlich gegenüber Unwägbarkeiten ist und weniger empfindlich gegenüber Verschlechterungseffekten ist als das durch Gleichung (1) repräsentierte Modell.
Bezugnehmend nunmehr auf 3 ist dort eine bevorzugte Ausführungsform 24' des Abgas-Kraftstoffzufuhrbestimmungsblocks 24 der 1 zur Erzeugung eines abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehls (FC) gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform des Blocks 24' erhält ein Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 80 Eingangssignale ESP und IMT (sowie gegebenenfalls IMP) von zugehörigen Sensoren, die im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurden. Der Block 80 erhält außerdem den Ladungsmassenstromwert ECF von entweder dem im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Schätzalgorithmus oder einem Luftmassenstromsensor, wie er im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde, und erhält ferner entweder den Standardkraftstoffzufuhrbefehlswert (DFC) oder den Kraftstoffmassenstromwert (FF) vom Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Block 80 dazu eingerichtet, den Kraftstoffmassenstromwert FF aus dem Standardkraftstoffzufuhrbefehl DFC nach Maßgabe bekannter Techniken zu ermitteln, wobei bei dieser Ausführungsform der Block 80 somit dazu eingerichtet ist, DFC vom Block 34 zu erhalten. Alternativ kann der Block 34, wie in 3 gestrichelt gezeigt, dazu eingerichtet sein, FF direkt an den Block 80 zu liefern, in welchem Fall der Standardkraftstoffzufuhrbefehl DFC nicht bereitgestellt werden muss.
Der Block 24' enthält ferner einen Modellkonstantenblock 82, in dem die verschiedenen Modellkonstanten gespeichert sind, wobei der Block 82 dazu eingerichtet ist, diese Konstanten dem Block 80 zur Verfügung zu stellen. Bei den Ausführungsformen, die Gleichung (1) als Motorabgastemperaturmodell benutzen, enthält der Block 82 dessen Modellkonstanten A, B, C, D und E, und bei denjenigen Ausführungsformen, die Gleichung (2) benutzen, enthält der Block 82 dessen Modellkonstanten A, B, C und D sowie die Konstante LHV für den unteren Heizwert des Kraftstoffs. Der Block 24' weist ferner einen Abgastemperaturbegrenzungsblock 84 mit einem darin gespeicherten Abgastemperaturgrenzwert (T_EL) auf, wobei der Block 84 dazu eingerichtet ist, T_EL an den Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 80 zu liefern. Vorzugsweise ist T_EL ein programmierbarer Wert, und in jedem Fall stellt er eine maximal zulässige Grenze für die Motorabgastemperatur dar.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung spricht der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 80 auf die verschiedenen Eingangssignale und Werte an, um auf Grundlage eines der durch die Gleichungen (1) und (2) repräsentierten Motorabgastemperaturschätzmodelle einen begrenzten Einspritzbeginnwert (SOI_L) zu berechnen und den SOI_L-Wert zusammen mit dem Kraftstoffmassenstromwert FF an einen Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 86 zu liefern. Der Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 86 spricht auf die SOI_L- und FF-Werte an, um unter Verwendung bekannter Gleichungen einen abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehlswert (FC_ETL) zu berechnen und FC an den MIN-Block 38 der 1 zu liefern.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24' dazu eingerichtet, den Standard-Einspritzbeginnwert SOI auf einen begrenzten Wert SOI_L zu begrenzen, und zwar auf Grundlage eines gewünschten Abgastemperaturgrenzwerts T_EL und eines der durch die Gleichungen (1) und (2) repräsentierten Motorabgastemperaturschätzmodelle.
Der SOI_L-Wert und der Kraftstoffmassenstromwert FF werden sodann im Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 86 wieder zusammengeführt, um den abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehlswert FC_ETL zu erzeugen. Der minimale Wert des abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehls FC sowie der Standardkraftstoffzufuhrbefehl DFC werden von der Steuerschaltung 20 als finaler Kraftstoffzufuhrbefehl FFC auf dem Signalweg 42 erzeugt. Das Kraftstoffversorgungssystem 40 spricht auf den finalen Kraftstoffzufuhrbefehl FFC an, um dem Motor 12 Kraftstoff in entsprechender Weise zuzuführen. Die Temperatur der Motorabgase wird hierbei auf einen Maximalwert T_EL begrenzt.
Bezugnehmend nunmehr auf 4 ist dort eine bevorzugte Ausführungsform eines Softwarealgorithmus 100 zur Ausführung der im Zusammenhang mit 3 dargestellten und beschriebenen Konzepte gezeigt. Der Algorithmus 100 beginnt bei einem Schritt 102. In einem anschließenden Schritt 104 wird der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 80 dahingehend tätig, ESP und IMT (sowie gegebenenfalls IMP) von den jeweiligen Sensoren zu ermitteln und die Modellkonstanten vom Block 82 zu ermitteln. Bei Ausführungsformen, die das Motorabgastemperaturschätzmodell der Gleichung (1) benutzen, umfassen die Modellkonstanten vorzugsweise dessen Konstanten A, B, C, D und E. Auf der anderen Seite umfassen bei Ausführungsformen, die das Motorabgastemperaturschätzmodell der Gleichung (2) benutzen, die Modellkonstanten vorzugsweise dessen Konstanten A, B, C und D sowie die Konstante LHV für den unteren Heizwert des Kraftstoffs. In jedem Fall rückt die Abarbeitung des Algorithmus vom Schritt 104 vor zu einem Schritt 106, in dem der Block 80 den Ladungsmassenstromwert ECF von entweder einem Ladungsstromschätzalgorithmus, wie etwa dem in 2 dargestellten, oder einem Luftmassenstromsensor erhält, wie etwa dem gestrichelt in 1 gezeigten Sensor 44. Die Abarbeitung des Algorithmus rückt dann weiter vom Schritt 106 zu einem Schritt 108, in dem der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 80 den Standard-Kraftstoffmassenstromwert FF ermittelt. Bei einer Ausführungsform ist der Block 80 dazu eingerichtet, im Schritt 106 FF direkt vom Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 zu erhalten, wie gestrichelt in 3 gezeigt. Alternativ kann der Block 80 dazu eingerichtet sein, im Schritt 106 den Standardkraftstoffzufuhrwert DFC vom Block 34 zu erhalten und hieraus FF mit Hilfe bekannter Techniken zu berechnen. Anschließend bestimmt der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 80 in einem Schritt 110 eine Abgastemperaturgrenze T_EL, vorzugsweise indem er T_EL vom Block 84 erhält.
Nach Schritt 110 rückt die Abarbeitung des Algorithmus vor zu einem Schritt 112, in dem der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 80 die Einspritzbeginn-Grenze SOI_L als Funktion der verschiedenen Eingangssignale und Werte ermittelt. Bei Ausführungsformen, bei denen die Motorabgastemperatur gemäß Gleichung (1) geschätzt wird, wird der geschätzte Abgastemperaturwert ETE vorzugsweise durch die Abgastemperaturgrenze T_EL ersetzt. Wird Gleichung (1) nach SOI_L aufgelöst, ergibt sich die Gleichung: SOI_L = {T_EL – IMT – A – C/(ECF/FF) – E/[ESP·(ECF/FF)]}/(B + D/ESP) (3).
Bei Ausführungsformen, bei denen die Motorabgastemperatur gemäß Gleichung (2) geschätzt wird, wird der geschätzte Abgastemperaturwert ETE vorzugsweise durch die Abgastemperaturgrenze T_EL ersetzt. Auflösen von Gleichung (2) nach SOI_L ergibt die Gleichung: SOI_L = {[(T_EL – IMT)/(C·LHV)]·(ECF/FF)} – (A·ESP)/C – (B·IMP)/C – D/C (4).
In jedem Fall geht die Abarbeitung des Algorithmus von Schritt 112 weiter zu einem Schritt 114, in dem der Block 86 einen abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehl FC als Funktion von FF und SOI_L mit Hilfe bekannter Techniken hierfür ermittelt. Anschließend wirkt die Steuerschaltung 20 in einem Schritt 116 dahingehend, den finalen Kraftstoffzufuhrbefehl FF0 auf einen Kraftstoffzufuhrbefehl zu begrenzen, der nicht größer als FC_ETL ist, um hierdurch die tatsächliche Motorabgastemperatur auf Werte nicht größer als T_EL zu begrenzen. Die Abarbeitung des Algorithmus geht weiter von Schritt 116 zu einem Schritt 118, wo der Algorithmus 100 zu seiner aufrufenden Routine zurückkehrt.
Als eine Alternative zur Steuerung des finalen Kraftstoffzufuhrbefehls FFC als Funktion eines Einspritzbeginn-Grenzwerts SOI_L wie soeben beschrieben, zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, stattdessen FFC als Funktion eines Kraftstoffmassenstrom-Grenzwerts FF_L zu begrenzen. Bezugnehmend auf 5 ist deswegen eine andere Ausführungsform 24'' des Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbestimmungsblocks 24 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei der Block 24'' dazu eingerichtet ist, den abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehl FC als Funktion einer Kraftstoffmassenstromgrenze FF_L und des Standard-Einspritzbeginnwerts SOI zu berechnen. Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform des Blocks 24'' erhält ein Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 150 Eingangssignale SP und IMT (sowie gegebenenfalls IMP) von zugehörigen Sensoren, welche im Zusammenhang mit 1 erläutert wurden. Der Block 150 erhält außerdem den Ladungsmassenstromwert ECF von entweder dem im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Schätzalgorithmus oder einem Luftmassenstromsensor, wie er im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde, und erhält zudem entweder den Standard-Kraftstoffzufuhrbefehlswert (DFC) oder den Einspritzbeginnwert (SOI) vom Standard-Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Block 150 dazu eingerichtet, den Einspritzbeginnwert SOI aus dem Standardkraftstoffzufuhrbefehl DFC nach Maßgabe bekannter Methoden zu ermitteln, wobei der Block 150 bei dieser Ausführungsform folglich dazu eingerichtet ist, DFC vom Block 34 zu erhalten. Alternativ kann der Block 34, wie in 5 gestrichelt gezeigt, dazu eingerichtet sein, SOI direkt an den Block 150 zu liefern, in welchem Fall der Standardkraftstoffzufuhrbefehl DFC nicht bereitgestellt werden muss.
Der Block 24'' weist ferner einen Modellkonstantenblock 152 auf, in dem die verschiedenen Modellkonstanten gespeichert sind, wobei der Block 152 dazu eingerichtet ist, diese Konstanten dem Block 150 bereitzustellen. Bei Ausführungsformen, die Gleichung (1) als Motorabgastemperaturmodell benutzen, enthält der Block 152 dessen Konstanten A, B, C, D und E, und bei Ausführungsformen, die Gleichung (2) benutzen, enthält der Block 152 dessen Modellkonstanten A, B, C und D sowie die Konstante LHV für den unteren Heizwert des Kraftstoffs. Genauso wie der Block 24' der 3 weist der Block 24'' des Weiteren einen Abgastemperaturbegrenzungsblock 154 mit einem darin gespeicherten Abgastemperaturgrenzwert (T_EL) auf, wobei der Block 154 dazu eingerichtet, T_EL an den Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 150 zu liefern. Vorzugsweise ist T_EL ein programmierbarer Wert und stellt in jedem Fall eine zulässige Grenze für die Motorabgastemperatur dar.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung spricht der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 150 auf die verschiedenen Eingangssignale und Werte an, um einen begrenzten Kraftstoffmassenstromwert (FF_L) auf Grundlage eines der durch die Gleichungen (1) und (2) repräsentierten Motorabgastemperaturschätzmodelle zu berechnen und den FF_L-Wert zusammen mit dem Standard-Einspritzbeginnwert SOI an einen Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 156 zu liefern. Der Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 156 spricht auf die FF_L- und SOI-Werte an, um einen abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehlswert (FC_ETL) mit Hilfe bekannter Gleichungen hierfür zu berechnen und FC_ETL an den MIN-Block 38 der 1 zu liefern.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform ist der Abgastemperatur-Kraftstoffzufuhrbegrenzerblock 24'' dazu eingerichtet, den Standard-Kraftstoffmassenstromwert FF auf einen begrenzten Wert FF_L zu begrenzen, und zwar auf Grundlage eines gewünschten Abgastemperaturgrenzwerts T_EL und eines der durch die Gleichungen (1) und (2) dargestellten Motorabgastemperaturschätzmodelle. Der FF_L-Wert und der Einspritzbeginnwert SOI werden sodann im Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 156 zusammengeführt, um den abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehlswert FC_ETL zu erzeugen. Der Minimalwert des abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehls FC_ETL sowie des Standardkraftstoffzufuhrbefehls DFC wird von der Steuerschaltung 20 als finaler Kraftstoffzufuhrbefehl FFC auf dem Signalweg 42 erzeugt. Das Kraftstoffversorgungssystem 40 spricht auf den finalen Kraftstoffzufuhrbefehl FFC an und führt dem Motor 12 in entsprechender Weise Kraftstoff zu, wobei die Temperatur der Motorabgase auf einen Maximalwert TAL begrenzt wird.
Bezugnehmend nunmehr auf 6 ist dort eine bevorzugte Ausführungsform eines Softwarealgorithmus 200 zur Ausführung der im Zusammenhang mit 5 dargestellten und beschriebenen Konzepte gezeigt. Der Algorithmus 200 beginnt bei einem Schritt 202. In einem anschließenden Schritt 204 wird der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 150 dahingehend tätig, ESP und IMT (sowie gegebenenfalls IMP) von den jeweiligen Sensoren zu bestimmen und die Modellkonstanten vom Block 152 zu bestimmen. Bei Ausführungsformen, die das Motorabgastemperaturschätzmodell der Gleichung (1) benutzen, umfassen die Modellkonstanten vorzugsweise dessen Kostanten A, B, C, D, und E. Auf der anderen Seite umfassen bei Ausführungsformen, die das Motorabgastemperaturschätzmodell der Gleichung (2) benutzen, die Modellkonstanten vorzugsweise dessen Konstanten A, B, C und D sowie die Konstante LHV für den unteren Heizwert des Kraftstoffs. In jedem Fall rückt die Abarbeitung des Algorithmus weiter vom Schritt 204 zu einem Schritt 206, in dem der Block 150 den Ladungsmassenstromwert ECF von entweder einem Ladungsstromschätzalgorithmus, wie etwa dem in 2 dargestellten, oder einem Luftmassenstromsensor erhält, wie etwa dem in 1 gestrichelt gezeigten Sensor 44. Die Abarbeitung des Algorithmus rückt vom Schritt 206 vor zu einem Schritt 208, in dem der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 150 den Standard-Einspritzbeginnwert SOI ermittelt. Bei einer Ausführungsform ist der Block 150 dazu eingerichtet, im Schritt 206 SOI direkt vom Standardkraftstoffzufuhrbestimmungsblock 34 zu erhalten, wie gestrichelt in 5 gezeigt. Alternativ kann der Block 150 dazu eingerichtet sein, im Schritt 206 den Standardkraftstoffzufuhrwert DFC vom Block 34 zu erhalten und hieraus SOI mit Hilfe bekannter Techniken hierfür zu berechnen. Der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 150 ist dazu eingerichtet, in einem anschließenden Schritt 210 eine Abgastemperaturgrenze T_EL zu ermitteln, vorzugsweise indem er TAL vom Block 154 erhält.
Im Anschluss an Schritt 210 geht die Abarbeitung des Algorithmus weiter zu einem Schritt 212, wo der Kraftstoffzufuhrparametergrenzwertbestimmungsblock 150 die Kraftstoffmassenstromgrenze FF_L als Funktion der verschiedenen Eingangssignale und Werte ermittelt. Bei Ausführungsformen, bei denen die Motorabgastemperatur gemäß Gleichung (1) geschätzt wird, wird der geschätzte Abgastemperaturwert ETE vorzugsweise durch die Abgastemperaturgrenze T_EL ersetzt. Auflösen von Gleichung (1) nach FF_L ergibt die Gleichung: FF_L = (TEE – IMT – A – B/SOI – (D·SOI)/ESP]/[(C·ESP) + E]/ECF (5).
Bei Ausführungsformen, bei denen die Motorabgastemperatur gemäß Gleichung (2) geschätzt wird, wird der geschätzte Abgastemperaturwert ETE vorzugsweise durch die Abgastemperaturgrenze T_EL ersetzt. Auflösen von Gleichung (2) nach FF_L ergibt die Gleichung: FF_L = (IMT·ECF)/T_EL+ [(A·ESP) + (B·IMP) + (C·SOI) + D](ECF·LHV)/T_EL (6).
In jedem Fall geht die Abarbeitung des Algorithmus von Schritt 212 weiter zu einem Schritt 214, wo der Block 156 einen abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrwert FC_ETL als Funktion von SOI und FF_L unter Verwendung bekannter Techniken hierfür ermittelt. In einem anschließenden Schritt 216 begrenzt die Steuerschaltung 20 den finalen Kraftstoffzufuhrbefehl FFC auf einen Kraftstoffzufuhrbefehl, der nicht größer als FC_ETL ist, um hierdurch die tatsächliche Motorabgastemperatur auf Werte nicht größer als T_EL zu begrenzen. Die Abarbeitung des Algorithmus geht von Schritt 216 weiter zu einem Schritt 218, wo der Algorithmus 200 zu seiner aufrufenden Routine zurückkehrt.
Wenngleich die Erfindung in den vorangehenden Zeichnungen und der Beschreibung detailliert dargestellt und erläutert wurde, so ist sie dennoch in ihrem Charakter als illustrativ und nicht beschränkend anzusehen, wobei zu verstehen ist, dass lediglich bevorzugte Ausführungsformen von ihr gezeigt und beschrieben wurden und dass sämtliche Abwandlungen und Modifikationen, die innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, geschützt sein sollen. Während beispielsweise die Erfindung so dargestellt und erläutert wurde, dass sie einen finalen Motorkraftstoffzufuhrbefehl (FFC) durch Berechnung einer Einspritzbeginngrenze (SOI_L) oder einer Kraftstoffmassenstromgrenze (FF_L) begrenzt und den Standardwert für den verbleibenden Parameter verwendet, zieht die vorliegende Erfindung Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Betracht, bei denen FFC durch Berechnung sowohl von SOI_L als auch FF_L begrenzt wird. Als ein spezielles Beispiel kann eine abgewandelte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Standardwert für einen dritten Kraftstoffzufuhrparameter verwenden, der in die endgültige Kraftstoffzufuhrberechnung eingeht (z. B. einen Spitzenzylinderdruck). In diesem Fall werden dann zwei Kraftstoffbegrenzungsgleichungen nach den beiden unbekannten Parametern SOI_L und FF_L aufgelöst.

Claims

System zur Steuerung der Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine (12), umfassend: – einen Maschinendrehzahlsensor (26), welcher ein einer Drehzahl der Maschine entsprechendes Maschinendrehzahlsignal (ESP) erzeugt, – eine Steuerschaltung (20), welche dazu eingerichtet ist, einen Kraftstoffzufuhrbefehl für die Versorgung der Maschine (12) mit Kraftstoff zu erzeugen und die Abgastemperatur der Maschine (12) durch Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls abhängig zumindest von dem Maschinendrehzahlsignal (ESP) zu steuern, – Mittel (18, 44) zur Ermittlung eines Ladungsmassenstromwerts (ECF), welcher einem in einen Einlasskrümmer (14) der Maschine (12) eintretenden Massenstrom einer Ladung entspricht, und – einen Temperatursensor (16), welcher ein einer Temperatur des Einlasskrümmers (14) entsprechendes Temperatursignal (IMT) erzeugt, wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, die Abgastemperatur der Maschine (12) durch Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls ferner abhängig von dem Ladungsmassenstromwert und dem Temperatursignal zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung von einem Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas gebildet wird und dass die Steuerschaltung (20) ferner dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl durch Begrenzen eines Einspritzbeginnwerts (SOI) und/oder eines Kraftstoffmassenstromwerts (FF) zu begrenzen.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Speichereinheit mit einer darin gespeicherten maximalen Abgastemperaturgrenze (T_EL), wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl ferner auf Grundlage der maximalen Abgastemperaturgrenze zu begrenzen, um so die Maschinenabgastemperatur unter der maximalen Abgastemperaturgrenze (T_EL) zu halten.
System nach Anspruch 2, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, dem Kraftstoffzufuhrbefehl entsprechende Werte für den Einspritzbeginn (SOI) und den Kraftstoffmassenstrom (FF) zu bestimmen und den Kraftstoffzufuhrbefehl durch Begrenzen des Einspritzbeginnwerts (SOI) auf Grundlage des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) zu begrenzen.
System nach Anspruch 3, bei dem die Speichereinheit ferner eine Anzahl darin gespeicherter Modellkonstanten enthält, wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl ferner auf Grundlage dieser Modellkonstanten zu begrenzen.
System nach Anspruch 4, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, einen begrenzten Einspritzbeginnwert (SOI_L) gemäß SOI_L = {T_EL – IMT – A – C/(ECF/FF) – E/[ESP·(ECF/FFYI}/(B + D/ESP) zu berechnen, wobei A, B, C, D und E den Modellkonstanten entsprechen.
System nach Anspruch 5, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl durch Erzeugung eines abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehls (FC_ETL) auf Grundlage des begrenzten Einspritzbeginnwerts (501) und des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) zu begrenzen.
System nach Anspruch 6, ferner umfassend ein auf den abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehl (FC_ETL) ansprechendes Kraftstoffversorgungssystem (40) zur Zufuhr von Kraftstoff zu der Maschine (12).
System nach Anspruch 2, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, dem Kraftstoffzufuhrbefehl entsprechende Werte für den Einspritzbeginn (SOI) und den Kraftstoffmassenstrom (FF) zu bestimmen und den Kraftstoffzufuhrbefehl durch Begrenzen des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) auf Grundlage des Einspritzbeginnwerts (SOI) zu begrenzen.
System nach Anspruch 8, bei dem die Speichereinheit ferner eine Anzahl darin gespeicherter Modellkonstanten enthält, wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl ferner auf Grundlage dieser Modellkonstanten zu begrenzen.
System nach Anspruch 9, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, einen begrenzten Kraftstoffmassenstromwert (FF_L) gemäß FF_L = [T_EL – IMT – A – B/SOI – (D·SOI)/ESP]/[(C·ESP) + E]/ECF zu berechnen, wobei A, B, C, D und E den Modellkonstanten entsprechen.
System nach Anspruch 10, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl durch Erzeugung eines abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehls (FC_ETL) auf Grundlage des begrenzten Kraftstoffmassenstromwerts (FF) und des Einspritzbeginnwerts (SOI) zu begrenzen.
System nach Anspruch 11, ferner umfassend ein auf den abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehl ansprechendes Kraftstoffversorgungssystem (40) zur Zufuhr von Kraftstoff zu der Maschine (12).
System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Drucksensor (18), welcher ein einem Einlasskrümmerdruck entsprechendes Drucksignal (IMP) erzeugt, wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, die Maschinenabgastemperatur ferner durch Begrenzen des Kraftzufuhrbefehls auf Grundlage des Drucksignals (IMP) zu steuern.
System nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Speichereinheit mit einer darin gespeicherten maximalen Abgastemperaturgrenze (T_EL), wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl ferner auf Grundlage der maximalen Abgastemperaturgrenze (T_EL) zu begrenzen, um so die Maschinenabgastemperatur unter der maximalen Abgastemperaturgrenze (T_EL) zu halten.
System nach Anspruch 14, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, dem Kraftstoffzufuhrbefehl entsprechende Werte für den Einspritzbeginn (SOI) und den Kraftstoffmassenstrom (FF) zu bestimmen und den Kraftstoffzufuhrbefehl durch Begrenzen des Einspritzbeginnwerts (SOI) auf Grundlage des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) zu begrenzen.
System nach Anspruch 15, bei dem die Speichereinheit ferner eine Anzahl von Modellkonstanten sowie eine Konstante für einen unteren Heizwert des Kraftstoffs (LHV) enthält, die darin gespeichert sind, wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl ferner auf Grundlage der Modellkonstanten und der Konstante für den unteren Heizwert des Kraftstoffs (LHV) zu begrenzen.
System nach Anspruch 16, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, einen begrenzten Einspritzbeginnwert (SOI_L) gemäß SOI_L = {[(T_EL – IMT/(C·LHV)]·(ECF/FF)} – (A·ESP)/C – (B·IMP)/C – D/C zu berechnen, wobei A, B, C und D den Modellkonstanten entsprechen.
System nach Anspruch 17, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl durch Erzeugen eines abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehls (FC_ETL) auf Grundlage des begrenzten Einspritzbeginnwerts (SOI_L) und des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) zu begrenzen.
System nach Anspruch 18, ferner umfassend ein auf den abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehl (FC_ETL) ansprechendes Kraftstoffversorgungssystem (40) zur Zufuhr von Kraftstoff zu der Maschine (12).
System nach Anspruch 14, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, dem Kraftstoffzufuhrbefehl entsprechende Werte für den Einspritzbeginn (SOI) und den Kraftstoffmassenstrom (FF) zu bestimmen und den Kraftstoffzufuhrbefehl durch Begrenzen des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) auf Grundlage des Einspritzbeginnwerts (SOI) zu begrenzen.
System nach Anspruch 20, bei dem die Steuerschaltung (20) ferner eine Anzahl von Modellkonstanten sowie eine Konstante für einen unteren Heizwert des Kraftstoffs (LHV) enthält, die darin gespeichert sind, wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl ferner auf Grundlage der Konstante für den unteren Heizwert des Kraftstoffs (LHV) und der Modellkonstanten zu begrenzen.
System nach Anspruch 21, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, einen begrenzten Kraftstoffmassenstromwert (FF_L) gemäß FF_L = (IMT·ECF)/T_EL + [(A·ESP) + (B·IMP) + (C·SOI) + D](ECF·LHV)/T_EL zu berechnen, wobei A, B, C, D und E den Modellkonstanten entsprechen.
System nach Anspruch 22, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, den Kraftstoffzufuhrbefehl durch Erzeugen eines abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehls (FC_ETL) auf Grundlage des begrenzten Kraftstoffmassenstromwerts (FF_L) und des Einspritzbeginnwerts (501) zu begrenzen.
System nach Anspruch 11, ferner umfassend ein auf den abgastemperaturbegrenzten Kraftstoffzufuhrbefehl ansprechendes Kraftstoffversorgungssystem (40) zur Zufuhr von Kraftstoff zu der Maschine (12).
Verfahren zur Steuerung der Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine (12), umfassend: – Ermitteln einer Drehzahl der Maschine (12), – Steuern der Abgastemperatur der Maschine (12) durch Begrenzen eines Kraftstoffzufuhrbefehls für die Versorgung der Maschine (12) mit Kraftstoff abhängig zumindest von einem momentanen Wert der Maschinendrehzahl, – Ermitteln eines in einen Einlasskrümmer (14) der Maschine (12) eintretenden Massenstroms einer Ladung, – Ermitteln einer Temperatur des Einlasskrümmers (14), und – Steuern der Abgastemperatur der Maschine (12) durch Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls ferner abhängig von momentanen Werten des Ladungsmassenstroms und der Einlasskrümmertemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung von einem Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas gebildet wird und dass der Kraftstoffzufuhrbefehl durch Begrenzen eines Einspritzbeginnwerts (SOI) und/oder eines Kraftstoffmassenstromwerts (FF) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, ferner umfassend den Schritt der Bestimmung des Einspritzbeginnwerts (SOI) sowie des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) in Entsprechung zum Kraftstoffzufuhrbefehl.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der Steuerungsschritt ferner das Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls auf Grundlage des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) umfasst, wobei der Steuerungsschritt ferner das Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls durch Begrenzen des Einspritzbeginnwerts (SOI) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der Steuerungsschritt ferner das Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls auf Grundlage des Einspritzbeginnwerts (SOI) umfasst, wobei der Steuerungsschritt ferner das Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls durch Begrenzen des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 25, ferner umfassend den Schritt der Bestimmung eines Drucks in dem Einlasskrümmer (14), wobei der Steuerungsschritt ferner das Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls auf Grundlage eines Momentanwerts des Drucks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, ferner umfassend den Schritt der Bestimmung des Einspritzbeginnwerts (SOI) und des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) in Entsprechung zum Kraftstoffzufuhrbefehl.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Steuerungsschritt ferner das Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls auf Grundlage des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) umfasst, wobei der Steuerungsschritt ferner das Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls durch Begrenzen des Einspritzbeginnwerts (SOI) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Steuerungsschritt ferner das Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls auf Grundlage des Einspritzbeginnwerts (SOI) umfasst, wobei der Steuerungsschritt ferner das Begrenzen des Kraftstoffzufuhrbefehls durch Begrenzen des Kraftstoffmassenstromwerts (FF) umfasst.
System zur Ermittlung einer Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine (12), umfassend: – einen Maschinendrehzahlsensor (26), welcher ein einer Drehzahl der Maschine (12) entsprechendes Maschinendrehzahlsignal (ESP) erzeugt, – eine Steuerschaltung (20), welche dazu eingerichtet ist, einen Kraftstoffzufuhrbefehl zur Versorgung der Maschine (12) mit Kraftstoff zu erzeugen und zur Ermittlung eines Schätzwerts (ETE) der Abgastemperatur zumindest auf das Maschinendrehzahlsignal (ESP) anzusprechen, – Mittel (18, 44) zur Ermittlung eines Ladungsmassenstromwerts (ECF), welcher einem in einen Einlasskrümmer (14) der Maschine (12) eintretenden Massenstrom einer Ladung entspricht, und – einen Temperatursensor (16), welcher ein einer Temperatur des Einlasskrümmers (14) entsprechendes Temperatursignal (IMT) erzeugt, wobei die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, zur Ermittlung des Abgastemperatur-Schätzwerts (ETE) ferner auf den Kraftstoffzufuhrbefehl, den Ladungsmassenstromwert und das Temperatursignal anzusprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung von einem Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas gebildet wird und dass der Abgastemperatur-Schätzwert (ETE) in Abhängigkeit eines Einspritzbeginnwerts (SOI) und/oder eines Kraftstoffmassenstromwerts (FF) bestimmt wird.
System nach Anspruch 33, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, dem Kraftstoffzufuhrbefehl entsprechende Werte für den Einspritzbeginn (SOI) und den Kraftstoffmassenstrom (FF) zu bestimmen.
System nach Anspruch 34, ferner umfassend eine Speichereinheit mit darin gespeicherten Konstanten A, B, C, D und E.
System nach Anspruch 35, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, die Abgastemperatur nach der Gleichung: ETE = IMT + A + (B·SOI) + C/(ECF/FF) + (D·SOI)/ESP + E/[(ESP·ECF)/FF] zu berechnen.
System nach Anspruch 33, ferner umfassend einen Drucksensor (18), welcher ein einem Einlasskrümmerdruck entsprechendes Drucksignal (IMP) erzeugt, wobei die Steuerschaltung (20) zur Schätzung der Maschinenabgastemperatur ferner auf das Drucksignal (IMP) anspricht.
System nach Anspruch 37, bei dem die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, dem Kraftstoffzufuhrbefehl entsprechende Werte für den Einspritzbeginn (SOI) und den Kraftstoffmassenstrom (FF) zu bestimmen.
System nach Anspruch 38, ferner umfassend eine Speichereinheit mit Konstanten A, B, C und D sowie einer Konstante für einen unteren Heizwert des Kraftstoffs (LHV), die darin gespeichert sind.
System nach Anspruch 39, bei dem die Steuerschaltung (20) dazu eingerichtet ist, die Abgastemperatur nach der Gleichung ETE = IMT + [(A·ESP) + (B·IMP) + (C·SOI) + D)][(LHV·FF)/ECF] zu schätzen.
Verfahren zur Ermittlung einer Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine (12), umfassend – Ermitteln einer Drehzahl der Maschine (12), – Ermitteln eines Kraftstoffzufuhrbefehls zur Versorgung der Maschine (12) mit Kraftstoff, – Ermitteln eines Schätzwerts (ETE) der Abgastemperatur abhängig zumindest von einem momentanen Wert der Maschinendrehzahl, – Ermitteln eines in einen Einlasskrümmer (14) der Maschine (12) eintretenden Massenstroms einer Ladung, – Ermitteln einer Temperatur des Einlasskrümmers (14), und – Ermitteln des Abgastemperatur-Schätzwerts (ETE) ferner abhängig von momentanen Werten des Ladungsmassenstroms und der Einlasskrümmertemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung von einem Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas gebildet wird und dass der Abgastemperatur-Schätzwert (ETE) in Abhängigkeit eines Einspritzbeginnwerts (SOI) und/oder eines Kraftstoffmassenstromwerts (FF) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 41, bei dem der Schritt der Bestimmung des Kraftstoffzufuhrbefehls das Bestimmen dem Kraftstoffzufuhrbefehl entsprechender Werte für den Einspritzbeginn (SOI) und den Kraftstoffmassenstrom (FF) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 42, ferner umfassend den Schritt der Bestimmung einer Anzahl von Konstanten A, B, C, D und E.
Verfahren nach Anspruch 43, bei dem der Schätzschritt das Schätzen der Abgastemperatur nach der Gleichung: ETE = IMT + A + (B·SOI) + C/(ECF/FF) + (D·SOI)/ESP + E/[(ESP·ECF)/FF] umfasst.
Verfahren nach Anspruch 41, ferner umfassend den Schritt der Bestimmung eines Drucks in dem Einlasskrümmer (IMP), wobei der Schätzschritt ferner das Schätzen der Abgastemperatur auf Grundlage eines Momentanwerts des Drucks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 45, bei dem der Schritt der Bestimmung des Kraftstoffzufuhrbefehls das Bestimmen dem Kraftstoffzufuhrbefehl entsprechender Werte für den Einspritzbeginn (SOI) und den Kraftstoffmassenstrom (FF) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 46, ferner umfassend den Schritt der Bestimmung einer Anzahl von Konstanten A, B, C und D sowie einer Konstante für einen unteren Heizwert des Kraftstoffs (LHV).
Verfahren nach Anspruch 47, wobei der Schätzschritt das Schätzen der Abgastemperatur nach der Gleichung: ETE = IMT + [(A·ESP) + (B·IMP) + (C·SOI) + D)][(LHV·FF)/ECF] umfasst.