DE10313503B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasrückführungssteuerung in Brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Abgasrückführungssteuerung in Brennkraftmaschinen Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführungsrate einer Brennkraftmaschine mit einer Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des Massenstromes in den Motoreinlass und mit einem Abgasrückführungsventil (EGR-Ventil (14)) zur Steuerung eines Abgasrückflusses vom Auspuffkrümmer zum Ansaugkrümmer gemeinsam mit über die Einlassdrosselklappe strömender Luft mit folgenden Schritten:
Messen eines über die Einlassdrosselklappe (12) strömenden Luftmassenstroms;
Vergleichen des Wertes des so gemessenen Luftmassenstroms mit einem gewünschten Luftmassenstromwert;
Erzeugen eines Fehlersignals, welches einem Differenzwert zwischen dem gemessenen Luftmassenstrom und dem gewünschten Luftmassenstrom entspricht;
Erzeugen eines Paars von Steuersignalen in Abhängigkeit von dem so erzeugten Fehlersignal;
Verwenden eines der beiden Steuersignale zur Regulierung der Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des über die Einlassdrosselklappe strömenden Luftmassenstroms;
Verwenden des anderen der beiden Steuersignale zur Regulierung der das EGR-Ventil (14) durchströmenden Menge des rückgeführten Abgases,
wobei die beiden Steuersignale dahingehend wirksam sind, dass auf die Einlassdrosselklappe (12) und das EGR- Ventil (14) dahingehend eingewirkt wird, dass...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Abgasrückführungssteuerungssysteme in Brennkraftmaschinen, vorzugsweise Dieselmotoren.
  • Im Vergleich zu stöchiometrisch betriebenen fremdgezündeten Brennkraftmaschinen (beispielsweise mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschinen) – nachfolgend auch als Motoren bezeichnet – weisen Dieselmotoren weit geringere Kraftstoffverbrauchswerte auf. Wie allgemein bekannt, wird angestrebt, die Emissionswerte bei beiden Motorarten zu verringern. NOx (Stickoxide) stellen eine Art der zu reduzierenden Emissionen dar. Ein bekanntes Verfahren zur Reduzierung der Emissionen von Stickoxiden besteht in einer Abgasrückführung (nachfolgend EGR genannt). Hierbei wird ein Teil des Abgases entnommen und dem Ansaugkrümmer des Motors wieder zugeführt. Bei der Abgasrückführung wird ein Abgasrückführungsventil (nachfolgend EGR-Ventil genannt) benutzt, welches in einer zwischen dem Auspuffkrümmer und dem Ansaugkrümmer des Motors verlaufenden Abgasrückführungsleitung angeordnet ist. Abgas kann dann von dem Auspuffkrümmer durch das EGR-Ventil in den Ansaugkrümmer strömen, wenn ein Differenzdruck über dem EGR-Ventil ansteht. Durch Wirkung der Einlassdrosselklappe des Motors wird in dem Ansaugkrümmer ein Druck erzeugt, dessen Wert geringer ist als der Druck im Auspuffkrümmer, was dazu führt, dass sich der erforderliche Differenzdruck über dem EGR-Ventil ausbildet.
  • Aus der DE 199 44 832 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung und einem Drosselventil in der Frischluftzufuhr bekannt, wobei ein Steuergerät die Stellung eines EGR-Ventils sowie des Drosselventils kontrolliert. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, das EGR-Ventil möglichst in einem mittleren Einstellungsbereich – mit Abstand zu seinen Endanschlägen – zu halten.
  • Ferner ist aus der EP 0 935 706 B1 ein Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, und aus der DE 198 30 300 A1 die Verwendung eines Programms für die Steuerung eines Motors mit einer Abgasrückführung bekannt.
    •
  • Die Steuerung der Motorleistung eines Dieselmotors erfolgt typischerweise durch Steuerung der den Motorzylindern zugeführten Kraftstoffmenge und nicht durch Betätigen einer Drosselklappe am Motoreinlass. Ein Nichtvorhandensein einer Drosselklappe kann zu einem für einen Einsatz der Abgasrückführung zur Reduzierung von Stickoxiden nicht ausreichenden Differenzdruck über dem EGR-Ventil führen. Obwohl es eigentlich für die Leistungssteuerung nicht erforderlich ist, ist es bekannt, im Einlassbereich des Motors eine Drosselklappe anzuordnen, um mit deren Wirkung einen ausreichenden Differenzdruck (und damit eine Abgasrückführungsströmung) über dem EGR-Ventil zu erhalten. Damit ist es möglich, Abgasrückführungsraten von bis zu 60% der den Zylindern zugeführten Strömung über das EGR-Ventil zu erreichen. Eine bekannte Technik zur Steuerung der Einlassdrosselklappe eines Dieselmotors besteht darin, eine Sollstellung (nominal setpoint) für die Drosselklappe vorzusehen. Diese Sollstellung wird in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, der Kraftstoffmenge, der Motortemperatur sowie dem Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur bestimmt. Die Abgasrückführungsmenge wird in einem Regelkreis mit Rückführung (closed loop) durch Regulieren des EGR-Ventils gesteuert, um einen für einen gemessenen Luftmassenstrom (bzw. Luftmassenfluss) durch die Drosselklappe bestimmten Sollwert zu erreichen. Nachteilig hierbei ist, dass dabei das EGR-Ventil nicht soweit geöffnet wird wie es möglich wäre, und dass der Druckabfall zwischen dem Auspuffkrümmer und dem Ansaugkrümmer größer als erforderlich ist, und dass gegen die Drosselklappe wirkende Pumpverluste größer als notwendig sind. Im Ergebnis führt dies dazu, dass der Kraftstoffverbrauch höher ist als der optimal ökonomische Kraftstoffverbrauch.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Abgasrückführungssteuerung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Brennkraftmaschine weist eine Einlassdrosselklappe zur Steuerung des Luftmassenstromes in den Einlass und ein EGR-Ventil zur Steuerung des Abgasrückführungsflusses von dem Auspuffkrümmer der Brennkraftmaschine zurück in den Ansaugkrümmer gemeinsam mit der über die Einlassdrosselklappe strömenden Luft auf. Das Verfahren beinhaltet eine Messung des über die Einlassdrosselklappe strömenden Luftmassenstromes. Der gemessene Luftmassenstrom wird mit einem gewünschten Luftmassenstrom verglichen. Entsprechend einer Differenz zwischen dem gemessenen Luftmassenstrom und dem gewünschten Luftmassenstrom wird ein Fehlersignal erzeugt. In Abhängigkeit des so erzeugten Fehlersignals werden zwei Steuersignale erzeugt. Eines der beiden Steuersignale wird dazu eingesetzt, die Einlassdrosselklappe für eine Steuerung des Luftmassenstromes über die Einlassdrosselklappe zu regulieren. Das andere Steuersignal wird dazu eingesetzt, die Menge des rückgeführten Abgases durch das EGR-Ventil einzustellen. Beide Steuersignale wirken dahingehend auf die Einlassdrosselklappe und das EGR-Ventil ein, dass der Wert des Fehlersignals gegen null gebracht wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eines der für die Einstellung der Abgasrückführungsrate verwendeten Steuersignale dazu benutzt, eine derartige Regulierung nur dann vorzunehmen, wenn die Einlassdrosselklappe eine Stellung einnimmt, in der ein im Wesentlichen maximaler Luftmassenstrom dem Motoreinlass über die Einlassdrosselklappe zugeführt wird.
  • Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeiten die beiden Steuersignale gemeinsam dahingehend, dass die Einlassdrosselklappe nur dann in die Schließstellung gefahren wird, wenn ein derartiges Fehlersignal nicht ausschließlich durch Verstellung des EGR-Ventils gegen null gefahren werden kann.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform weist der Motor einen Turbolader mit einem Kompressor und einer mit dem Kompressor gekoppelten Turbine auf. Ein Teil des Abgases wird dem EGR-Ventil, und ein anderer Teil des Abgases wird der Turbine zugeleitet. Diese Aufteilung erfolgt mittels des das Verstellen des EGR-Ventils bewirkenden Steuersignals. Der der Turbine zugeführte Abgasanteil erhöht die Kompressorleistung, was wiederum den Luftmassenstrom erhöht. Der Luftmassenstrom aus dem Kompressor wird über die Einlassdrosselklappe geführt. Durch Verstellung der Einlassdrosselklappe wird der Luftmassenstrom reguliert.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen
  • 1 ein Blockdiagramm eines Motorsteuerungssystems mit einem Abgasrückführungssteuerventil (EGR-Ventil), welches durch ein Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung reguliert wird;
  • 2 ein detailliertes funktionelles Blockdiagramm des Steuersystems gemäß 1;
  • 3 den zeitlichen Verlauf der in dem Steuersystem gemäß 1 verwendeten Parameter, welche auf stufenförmige Änderungen des gesteuerten (oder gewünschten) Luftmassenstromes (MAF) ansprechen;
  • 4 den zeitlichen Verlauf von nach dem Stand der Technik verwendeten Parametern, welche auf die gleichen stufenförmigen Änderungen des gesteuerten (oder gewünschten) Luftmassenstromes (MAF) gemäß 3 ansprechen, und
  • 5 ein Flussdiagramm des zur Steuerung des EGR-Ventils und eines Einlassventils (ITH) der Brennkraftmaschine gemäß 1 verwendeten Verfahrens.
  • Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Zeichnungen kennzeichnen gleiche Elemente.
  • Ein in 1 dargestelltes Motorsteuerungssystem weist eine Steuereinrichtung 10 auf. Die Steuereinrichtung 10 steuert eine Einlassdrosselklappe (ITH) 12 und ein Abgasrückführungssteuerventil (EGR-Ventil), und zwar wird im vorliegenden Fall ein EGR-Ventil 14 in Ansprechen auf ein Signal gesteuert, welches ein Maß für den Luftmassenstrom (MAF) in einen Einlass 15 eines Motors 16 und einen gewünschten Luftmassenstrom MAF, MAFgewünscht (oder MAF-Sollwert) darstellt, der auf herkömmliche Art über die Motordrehzahl, die Kraftstoffmenge, die Motortemperatur, den Umgebungsdruck, die Umgebungstemperatur od.dgl. bestimmt wird. Der dem Einlass 15 des Motors 16 zugeführte Luftmassenstrom MAF (d.h. MAFgemessen) wird über einen MAF-Sensor 18 gemessen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Motor 16 um einen Dieselmotor mit einem Turbolader 20. Der Turbolader 20 weist einen Kompressor 22 und eine Turbine 24 auf, welche im vorliegenden Fall als Turbine mit variabler Geometrie ausgebildet ist. Ein Teil der Abgase des Motors treibt die Turbine 24 an, während der verbleibende Teil der Abgase durch das EGR-Ventil 14 dem Einlass 15 des Motors zugeführt und somit rezirkuliert wird. Dem Einlass 15 des Motors 16 werden somit sowohl über die Einlassdrosselklappe ITH 12 strömende Luft als auch das EGR-Ventil 14 durchströmende Abgase zugeführt. Die Menge der über die Einlassdrosselklappe ITH strömenden Luft ist abhängig von deren Stellung. Die Stellung der Einlassdrosselklappe 12 wechselt in Ansprechen auf ein der Einlassdrosselklappe 12 von der Steuereinrichtung 10 über eine Leitung 28 zugeführtes Steuersignal zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Stellung, wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird. In entsprechender Weise ist die Menge der das EGR-Ventil 14 durchströmenden Abgase unter anderem von der Stellung des EGR-Ventils 14 abhängig. Die Stellung des EGR-Ventils 14 variiert zwischen einer völlig geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung, und zwar abhängig von einem dem EGR-Ventil 14 über eine Leitung 30 zugeführten Steuersignal, wie nachfolgend weiter erläutert werden wird.
  • Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil erkannt zu haben, und es wird vorgeschlagen, die EGR-Rate mittels des Luftmassenstromes (MAF) derart zu steuern, dass die Einlassdrosselklappe 12 nie weiter als notwendig geschlossen ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das EGR-Ventil 14 und die Einlassdrosselklappe 12 als ein einziges Stellglied behandelt werden, welches gegenüber den individuellen Stellgliedern den doppelten Verstellbereich aufweist, sowie durch Verteilen der Stellanstrengungen über das EGR-Ventil 14 und die Einlassdrosselklappe ITH 12. Wenn das EGR-Ventil 14 vollständig geöffnet ist, wird die Einlassdrosselklappe 12 lediglich dann zur Erreichung eines MAF-Sollwertes (d.h. MAFgewünscht) geschlossen, wenn dieser mit dem EGR-Ventil 14 allein nicht erreicht werden kann.
  • Für die nachfolgende Beschreibung werden folgende Schreibweisen und Definitionen eingeführt:
    • EGRv:
    EGR-Ventil 14, 0 = geschlossen, 1 = offen
    ITH:
    Einlassdrosselklappe 12 (Strömungsbereich), 0 = offen, 1 = geschlossen.
  • Hinsichtlich 2:
    • EGRcom:
    kombiniertes virtuelles EGR-Stellglied, 0 = {EGRv = 0, ITH = 0}, 2 = {EGRv = 1, ITH = 1}
  • Der Algorithmus läuft dann wie folgt ab:
    • 1. Ermitteln des gewünschten Luftmassenstromes MAFdesired als Funktion der Drehzahl und der Last (Kraftstoffmenge) aus einem Tabellenspeicher.
    • 2. Bilden des Wertes MAFFehler = MAFgemessen – MAFgewünscht.
    • 3. Aktualisieren der PI-Steuereinrichtung gemäß EGRcom = (Kp + Ki/s)·MAFFehler Hierbei sind Kp und Ki kalibrierbare proportionale bzw. integrale Verstärkungsfaktoren. Diese Parameter können von der Drehzahl und der Last abhängig sein.
    • 4. Setzen des Rückkopplungsterms EGRv_fb = min(1,EGRcom).
    • 5. Hinzufügen eines Feed-Forward-Terms EGRv = EGRv_fb + EGRv_ff
    • 6. Eingrenzen des Wertes EGRv auf Werte zwischen 0 und 1, um eine Sättigung zu vermeiden.
    • 7. Setzen des Rückkopplungsterms ITH_fb = max(0, EGRcom-1)
    • 8. Hinzuaddieren einen Feed-Forward-Terms ITH = ITH_fb + ITH_ff
    • 9. Eingrenzen des Wertes von ITH auf Werte zwischen 0 und 1, um eine Sättigung zu vermeiden.
  • Hierbei stellt EGRv das Signal auf der Leitung 30 in 1 dar. ITH stellt das Signal auf Leitung 28 in 1 dar.
  • Aus Vorstehendem ergibt sich Folgendes:
    Die einzige Möglichkeit, bei der die Einlassdrosselklappe 12 geschlossen (oder zumindest teilweise geschlossen) werden kann, besteht dann, wenn ITH größer als null ist. Zudem kann ITH nur dann größer als null sein, wenn EGRv eins ist (d.h., wenn das EGR-Ventil 14 offen ist). Somit wird ITH nur benutzt, um MAF zu treffen, wenn das EGR-Ventil 14 vollständig geöffnet ist.
  • Mit anderen Worten: Die beiden Steuersignale auf den Leitungen 28 und 30 (1) wirken dahingehend, die Einlassdrosselklappe 12 nur dann in eine geschlossene Stellung zu bringen, wenn das Luftmassenfehlersignal ausschließlich durch Veränderung durch das EGR-Ventil 14 nicht gegen null (d.h. in Richtung null) gefahren werden kann.
  • Dies ist aus dem Flussdiagramm gemäß 5 ersichtlich, in dem ein in einem Speicher 11 in der Steuereinrichtung 10 gespeicherter Computercode dargestellt ist, wobei es sich bei der Steuereinrichtung um einen Mikroprozessor handelt.
  • Entsprechend dem vorstehend erläuterten Algorithmus ist die Wirkungsweise des Computercodes derart, dass zunächst die Steuereinrichtung 10 den Befehl erhält, aus dem Luftmassenstromsensor 18 (1) den Wert des Luftmassenstroms (MAFgemessen) zu ermitteln, wie in Schritt 100 dargestellt. In einem Schritt 102 wird der Steuereinrichtung 10 der Wert eines gewünschten Luftmassenstromes (MAFgewünscht), wie vorstehend beschrieben, zugeleitet. In der Steuereinrichtung 10 wird dann das Fehlersignal MAFFehler gebildet, wie in Schritt 104 dargestellt. Wenn MAFFehler in Schritt 106 größer als null ist, stellt die Steuereinrichtung 10 fest, ob das EGR-Ventil 14 vollständig geöffnet ist, wie in Schritt 108 dargestellt. Ist das EGR-Ventil 14 nicht vollständig geöffnet, wird das EGR-Ventil 14 um einen kleinen Betrag (Schritt 110) in Öffnungsrichtung betätigt, und der Vorgang wiederholt sich durch Rückkehr zu Schritt 100.
  • Wenn jedoch in Schritt 108 festgestellt wurde, dass das EGR-Ventil 14 vollständig geöffnet war, so wirkt nur dann die Steuereinrichtung 10 dahingehend, dass die Einlassdrosselklappe 12 um einen kleinen Betrag in Schließrichtung bewegt wird, wie aus Schritt 112 ersichtlich. Dann wiederholt sich der Vorgang durch Rückkehr zu Schritt 100.
  • Wenn andererseits in Schritt 106 MAFFehler als kleiner als null bestimmt wurde, so stellt die Steuereinrichtung 10 fest, ob die Einlassdrosselklappe 12 völlig geöffnet ist, wie in Schritt 114 dargestellt. Ist dies der Fall, so wird das EGR-Ventil 14 um einen kleinen Betrag in Schließrichtung betätigt, wie in Schritt 116 dargestellt, und der Vorgang wiederholt sich durch Rückkehr zu Schritt 100. Wenn andererseits von der Steuereinrichtung 10 in Schritt 114 festgestellt wird, dass die Einlassdrosselklappe 12 nicht voll ständig geöffnet ist, öffnet die Steuereinrichtung 10 die Einlassdrosselklappe 12 um einen geringen Betrag, wie in Schritt 118 dargestellt, und der Vorgang wiederholt sich durch Rückkehr zu Schritt 100.
  • Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass die Steuersignale auf den Leitungen 28 und 30 (1) dahingehend wirken, dass die Einlassdrosselklappe 12 nur dann in Schließstellung gebracht wird, wenn das Luftmassenstrom-Fehlersignal nicht ausschließlich durch Regulieren durch das EGR-Ventil 14 auf null (d.h. in Richtung null) gebracht werden kann.
  • In 3 ist eine Simulation des Algorithmus bei einer konstanten Motordrehzahl und Last für einen Wechsel des Luftmassenstrom-(MAF)-Einstellpunktes (d. h. MAFgewünscht) dargestellt, und zwar findet zu dem Zeitpunkt 1.25 ein Wechsel von 80 auf 50 und zu dem Zeitpunkt 2.5 ein Wechsel von 50 zurück auf 80 statt. Wie ersichtlich wird der Luftmassenstrom-(MAF)-Einstellpunkt (d.h. MAFgewünscht) erreicht (d.h. Luftmassenstrom MAFaktuell). Weiterhin ist ersichtlich, dass die Einlassdrosselklappe ITH 12 nur dann schließt, wenn das EGR-Ventil 14 weit geöffnet ist (das Steuersignal auf ITH 12 liegt auf der Leitung 28 in 1, und die aktuelle ITH-Position ist in 2 als ITHaktuell bezeichnet), und dass die Einlassdrosselklappe ITH 12 weit geöffnet ist, wenn der Sollwert des Luftmassenstromes MAF (d.h. MAFgewünscht) allein mittels des EGR-Ventils 14 erreicht werden kann. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn ein Kommando zur Änderung von MAFgewünscht zum Zeitpunkt 1.25 von 80 auf 50 gegeben wird, der angeforderte Luftmassenstrom MAF bei weit geöffnetem EGR-Ventil 14 durch die ITH 12 erreicht wird, was zu einer maximalen Abgasrückführung (EGR) führt.
  • Aus 4 ist ersichtlich, dass die Einlassdrosselklappe ITH 12 rückführungslos (open loop) gesteuert wird, und dass das EGR-Ventil 14 nur für die Luftmassenstromsteuerung MAF eingesetzt wird, wobei der gleiche Wert MAFgewünscht wie in 3 (d.h., Wechseln des Einstellwertes MAF (d.h. MAFgewünscht) von 80 auf 50 zu dem Zeitpunkt 1.25 und anschließendes Wechseln von 50 zurück auf 80 zu dem Zeitpunkt 2.5) dargestellt ist. Aus 4 ist weiterhin ersichtlich, wie die Einlassdrosselklappe ITH 12 mehr als erforderlich in die Schließstellung gebracht wird, da das EGR-Ventil 14 zur Sollwertregelung des Luftmassenstroms geschlossen wird. Weiterhin ist ersichtlich, wie das EGR-Ventil 14 in größerem Maße in Schließstellung gebracht wird, um zu dem Zeitpunkt 1.25 die stufenförmige Reduktion von MAFgewünscht zu erreichen, und dass zur Erreichung einer derartigen stufenförmigen Reduktion des Wertes MAFgewünscht die ITH bei konventioneller Betriebsweise um ein größeres Maß in Schließstellung gebracht wird als mittels der erfindungsgemäßen Maßnahmen (3). Bei der dargestellten Simulation einer Motordrehzahl von 2100 Umdrehungen pro Minute und einem Bremsmoment von 30 Nm ergibt sich unter Einsatz der Strategie gemäß der vorliegenden Erfindung ein spezifischer Kraftstoffverbrauch (bsfc) von 646 g/kWh bei einem Sollwert des Luftmassenstroms von 50 kg/h, während der spezifische Kraftstoffverbrauch bei Einsatz einer konventionellen Steuerungsstrategie nach dem Stande der Technik, bei der die Einlassdrosselklappe 12 rückführungslos (open loop) gesteuert wird, 714 g/kWh beträgt. Somit wird eines der Steuersignale, und zwar im vorliegenden Fall das Steuersignal auf der Leitung 30 in 1, dazu eingesetzt, das EGR-Ventil 14 derart zu regulieren, dass eine Regulierung nur dann erfolgt, wenn die Einlassdrosselklappe 12 in einer Stellung ist, bei der dem Einlass des Motors ein im Wesentlichen maximaler Luftmassenstrom durch die ITH zugeführt wird. Die beiden Steuersignale auf den Leitungen 28 und 30 wirken weiterhin dahingehend, dass die ITH zu Beginn in eine im Wesentlichen geschlossene Stellung gebracht wird, und zwar in Reaktion auf eine detektierte Reduktion des gewünschten Luftmassenstromes, und dass dann die ITH in eine Stellung gebracht wird, in der dem EGR-Ventil ein solcher reduzierter gewünschter Luftmassenstrom zugeführt wird, wobei sich das EGR-Ventil 14 in einer derartigen Stellung befindet, dass ein maximaler Fluss durch das EGR-Ventil 14 erfolgt. Weiterhin wirken die beiden Steuersignale auf den Leitungen 28 und 30 dahingehend, dass die ITH nur dann in eine geschlossene Stellung gebracht wird, wenn ein Fehlersignal MAFFehler = MAFgewünscht – MAFgemessen nicht ausschließlich durch Regulierung über das EGR-Ventil 14 in Richtung null gefahren werden kann.
  • Weiterhin sei folgendes bemerkt:
    • 1. Da die Größe der Austrittsöffnung der Einlassdrosselklappe 12 in einer stark nicht linearen Funktion von der Winkelstellung abhängig ist, wird der vorstehend beschriebene ITH-Wert als normalisierte und linearisierte Drosselklappenstellung angesehen. D.h. ITH = 0.5 entspricht der Hälfte des Durchflussbereiches der Drosselklappe in blockierter Stellung. Dementsprechend sollte bei einer Umrechnung des ITH-Wertes auf die Drosselklappenstellung der Kehrwert der effektiven Flächenfunktion wie folgt verwendet werden: ITHpos = A–1(ITH) wobei A:ITHpos -> ITH die Drosselklappenstellung in Grad, bezogen auf die effektive Drosselklappenfläche abbildet.
    • 2. Durch die dynamischen Vorgänge während des Füllens und des Entleerens wird dem Einlasskanal über die Einlass drosselklappe ein Extravolumen zugeführt. Zur Steuerung des Durchflusses durch das Drosselventil auf den gewünschten Luftmassen-Sollwert kann zur Korrektur des aktuellen Luftmassenstroms ein nicht linearer Observer eingesetzt werden, was zu einer schnelleren Luftmassendynamik führt. Ein Beispiel für einen derartigen Observer ist wie folgt:
      Figure 00140001
      wobei der Index t für die Drossel steht, der Index l für den Ansaugkrümmer, egr für EGR, eng für Brennkraftmaschine, p für den Druck, W für den Massenstrom, der hutförmige Akzent (d.h. ^) für ungefähr, T für Temperatur, kt->kt für die Ansaugkrümmer-Füllkonstante für das Drosselvolumen, kf für die Flusskonstante für den ITH-Durchfluss und Kobs für die Verstärkung des Observers steht bzw. stehen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführungsrate einer Brennkraftmaschine mit einer Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des Massenstromes in den Motoreinlass und mit einem Abgasrückführungsventil (EGR-Ventil (14)) zur Steuerung eines Abgasrückflusses vom Auspuffkrümmer zum Ansaugkrümmer gemeinsam mit über die Einlassdrosselklappe strömender Luft mit folgenden Schritten: Messen eines über die Einlassdrosselklappe (12) strömenden Luftmassenstroms; Vergleichen des Wertes des so gemessenen Luftmassenstroms mit einem gewünschten Luftmassenstromwert; Erzeugen eines Fehlersignals, welches einem Differenzwert zwischen dem gemessenen Luftmassenstrom und dem gewünschten Luftmassenstrom entspricht; Erzeugen eines Paars von Steuersignalen in Abhängigkeit von dem so erzeugten Fehlersignal; Verwenden eines der beiden Steuersignale zur Regulierung der Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des über die Einlassdrosselklappe strömenden Luftmassenstroms; Verwenden des anderen der beiden Steuersignale zur Regulierung der das EGR-Ventil (14) durchströmenden Menge des rückgeführten Abgases, wobei die beiden Steuersignale dahingehend wirksam sind, dass auf die Einlassdrosselklappe (12) und das EGR- Ventil (14) dahingehend eingewirkt wird, dass das Fehlersignal in Richtung auf den Wert null gebracht wird, und wobei das eine der Steuersignale, welches zur Regulierung des EGR-Ventils (14) vorgesehen ist, nur dann für eine derartige Regulierung verwendet wird, wenn die Einlassdrosselklappe (12) in einer im Wesentlichen maximal geöffneten Stellung ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Steuersignale dahingehend wirksam sind, dass in Reaktion auf eine festgestellte Reduktion des gewünschten Luftmassenstromes die Einlassdrosselklappe (12) anfänglich in eine im Wesentlichen geschlossene Stellung gebracht wird, und dass dann die Einlassdrosselklappe (12) in eine Stellung bewegt wird, in welcher ein derartiger reduzierter Luftmassenstrom bereitgestellt wird, wobei sich das EGR-Ventil (14) in einer Stellung befindet, in der ein maximaler Durchfluss durch das EGR-Ventil bereitgestellt wird.
  3. Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführungsrate (EGR) einer Brennkraftmaschine mit einer Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des Massenstromes in den Einlass der Brennkraftmaschine und mit einem EGR-Ventil (14) zur Steuerung des Flusses vom Auspuffkrümmer zurück zum Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine gemeinsam mit über die Einlassdrosselklappe (12) strömender Luft, mit folgenden Schritten: Messen eines über die Einlassdrosselklappe (12) strömenden Luftmassenstroms, Vergleichen des so gemessenen Luftmassenstroms mit einem gewünschten Luftmassenstrom, Erzeugen eines Fehlersignals in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem gemessenen Luftmassenstrom und dem gewünschten Luftmassenstrom, Erzeugen eines Paars von Steuersignalen in Abhängigkeit eines so erzeugten Fehlersignals, Verwenden eines der beiden Steuersignale dazu, die Einlassdrosselklappe (12) dahingehend zu regulieren, dass der Luftmassenstrom über die Einlassdrosselklappe (12) reguliert wird, Verwenden des anderen der beiden Steuersignale dazu, dass die Abgasrückführungsrate EGR durch das EGR-Ventil (14) reguliert wird, wobei die beiden Steuersignale dahingehend wirksam sind, dass die Einlassdrosselklappe (12) nur dann in eine stärker geschlossene Stellung gebracht wird, wenn vorerwähntes Fehlersignal nicht ausschließlich aufgrund einer Regulierung durch das EGR-Ventil (14) auf null gebracht werden kann.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine einen Turbolader (20) mit einem Kompressor (22) und einer mit diesem gekoppelten Turbine (24) aufweist, und dass ein Teil des Abgases der Brennkraftmaschine dem EGR-Ventil (14) und ein anderer Teil des Abgases der Brennkraftmaschine der Turbine (24) zugeleitet wird, wobei die Anteile durch dasjenige der beiden Steuersignale reguliert werden, welches zur Regulierung des EGR-Ventils (14) vorgesehen ist, und dass der der Turbine (24) zugeführte Anteil des Abgases der Brennkraftmaschine den Kompressor (22) antreibt, welcher dann wiederum treibend auf den Luftmassenstrom einwirkt, und dass der von dem Kompressor des Turboladers kommende Luftmassenstrom über die Einlassdrosselklappe (12) strömt, und dass der Luftmassenstrom über eine Regulierung der Einlassdrosselklappe (12) reguliert wird.
  5. Steuereinrichtung (10) zur Steuerung der Abgasrückführungsrate EGR einer Brennkraftmaschine mit einer Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des dem Einlass der Brennkraftmaschine zugeleiteten Massenstromes und mit einem EGR-Ventil (14) zur Steuerung eines Abgasrückflusses von dem Auspuffkrümmer der Brennkraftmaschine zum Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine gemeinsam mit über die Einlassdrosselklappe (12) geführter Luft, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung programmiert ist zum: Messen eines die Einlassdrosselklappe (12) passierenden Luftmassenstromes, Vergleichen des so gemessenen Luftmassenstromes mit einem gewünschten Luftmassenstrom, Erzeugen eines Fehlersignals, welches einer Differenz zwischen dem gemessenen Luftmassenstrom und dem gewünschten Luftmassenstrom entspricht, Erzeugen eines Paars von Steuersignalen in Reaktion auf ein solchermaßen erzeugtes Fehlersignal, wobei eines der beiden Steuersignale dazu eingesetzt wird, die Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des Luftmassenstromes über die Einlassdrosselklappe (12) zu regulieren, wobei das andere der beiden Steuersignale dazu eingesetzt wird, die Abgasrückführungsrate EGR durch das EGR-Ventil (14) zu regulieren, wobei die beiden Steuersignale dahingehend auf die Einlassdrosselklappe (12) und das EGR-Ventil (14) einwirken, dass das Fehlersignal gegen null gebracht wird, und wobei über das eine der beiden Steuersignale, welches zur Abgasrückführungsregulierung eingesetzt wird, nur dann eine derartige Regulierung erfolgt, wenn die Einlassdrosselklappe (12) in einer im Wesentlichen maximal geöffneten Stellung ist.
  6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuersignale dahingehend wirksam sind, dass anfänglich die Einlassdrosselklappe (12) in Reaktion auf eine festgestellte Reduktion des gewünschten Luftmassenstromes in eine im Wesentlichen geschlossene Stellung gebracht wird, und dass die Einlassdrosselklappe (12) dann in eine Stellung gebracht wird, in der ein derartiger reduzierter Luftmassenstrom bereitgestellt wird, wobei das EGR-Ventil (14) in einer Stellung ist, in der ein maximaler Durchfluss durch das EGR-Ventil bereitgestellt wird.
  7. Steuereinrichtung zur Steuerung der Abgasrückführungsrate EGR einer Brennkraftmaschine mit einer Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des Massenstromes zu dem Einlass der Brennkraftmaschine und einem EGR-Ventil (14) zur Steuerung eines Abgasrückflusses von dem Auspuffkrümmer der Brennkraftmaschine zu dem Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine gemeinsam mit über die Einlassdrosselklappe (12) geführter Luft, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung wie folgt programmiert ist: Messen eines Luftmassenstromes über die Einlassdrosselklappe (12), Vergleichen des so gemessenen Luftmassenstromes mit einem gewünschten Luftmassenstrom, Erzeugen eines einer Differenz zwischen dem gemessenen Luftmassenstrom und dem gewünschten Luftmassenstrom entsprechenden Fehlersignals, Erzeugen eines Paars von Steuersignalen in Reaktion auf das solchermaßen erzeugte Fehlersignal, wobei eines der beiden Steuersignale dazu verwendet wird, die Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des Luftmassenstromes über die Einlassdrosselklappe (12) zu regulieren, wobei das andere der beiden Steuersignale dazu verwendet wird, die Abgasrückführungsrate durch das EGR-Ventil (14) zu regulieren, und wobei die beiden Steuersignale dahingehend wirken, dass die Einlassdrosselklappe (12) nur dann in eine stärker geschlossene Stellung gefahren wird, wenn ein solches Fehlersignal nicht durch Regulierung allein durch das EGR-Ventil gegen null gefahren werden kann.
  8. Erzeugnis mit: einem Computerspeichermedium mit darin enthaltenem Programm zur Steuerung der Abgasrückführungsrate EGR einer Brennkraftmaschine mit einer Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung des Massenstromes zu einem Einlass der Brennkraftmaschine und mit einem EGR-Ventil (14) zur Steuerung eines Abgasrückflusses von dem Auspuffkrümmer der Brennkraftmaschine zu dem Ansaugkrümmer der Brenn kraftmaschine gemeinsam mit über die Einlassdrosselklappe (12) geführter Luft, wobei das Speichermedium aufweist: einen Code zum Messen einer über die Einlassdrosselklappe (12) geführten Luftmasse, einen Code zum Vergleichen des solchermaßen gemessenen Luftmassenstromes mit einem gewünschten Luftmassenstrom, einen Code zur Erzeugung eines Fehlersignals, das repräsentativ ist für eine Differenz zwischen dem gemessenen Luftmassenstrom und dem gewünschten Luftmassenstrom, und einen Code zur Erzeugung eines Paars von Steuersignalen in Reaktion auf ein solchermaßen erzeugtes Fehlersignal, wobei eines der beiden Steuersignale dazu eingesetzt wird, die Einlassdrosselklappe (12) im Hinblick auf den über die Einlassdrosselklappe geführten Luftmassenstrom zu regulieren, und das andere der beiden Steuersignale dazu eingesetzt wird, die Abgasrückführungsrate über das EGR-Ventil (14) zu regulieren, wobei die beiden Steuersignale dahingehend im Hinblick auf eine Betätigung der Einlassdrosselklappe (12) und des EGR-Ventils (14) eingesetzt werden, dass das Fehlersignal gegen null gebracht wird, und wobei durch das Steuersignal zur Regulierung des EGR-Ventils (14) nur dann eine solche Regulierung erfolgt, wenn die Einlassdrosselklappe (12) in einer im Wesentlichen maximal geöffneten Stellung ist.
  9. Erzeugnis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuersignale dahingehend wirksam sind, dass anfangs die Einlassdrosselklappe (12) in Reaktion auf eine festgestellte Reduktion des gewünschten Luftmassenstromes in eine im Wesentlichen geschlossene Stellung gebracht wird, und dass dann die Einlassdrosselklappe (12) in eine Position gebracht wird, in der ein derartiger reduzierter gewünschter Luftmassenstrom bereitgestellt wird, wobei das EGR-Ventil (14) eine Stellung einnimmt, in der ein Maximalfluss durch das EGR-Ventil (14) bereitgestellt wird.
  10. Erzeugnis mit: einem Computerspeichermedium mit einem in diesem gespeicherten Programm zur Steuerung der Abgasrückführungsrate einer Brennkraftmaschine mit einer Einlassdrosselklappe (12) zur Steuerung eines dem Einlass der Brennkraftmaschine zugeleiteten Massenstromes und mit einem EGR-Ventil (14) zur Steuerung eines Abgasrückflusses vom Auspuffkrümmer der Brennkraftmaschine zum Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine gemeinsam mit über die Einlassdrosselklappe (12) geführter Luft, mit einem Code zum Messen eines Luftmassenstromes über die Einlassdrosselklappe (12), einem Code zum Vergleichen des solchermaßen gemessenen Luftmassenstromes mit einem gewünschten Luftmassenstrom, einem Code zur Erzeugung eines Fehlersignals entsprechend einer Differenz zwischen dem gemessenen Luftmassenstrom und dem gewünschten Luftmassenstrom, und mit einem Code zur Erzeugung eines Paars von Steuersignalen basierend auf dem solchermaßen erzeugten Fehlersignal, wobei eines der beiden Steuersignale zur Regulierung der Einlassdrosselklappe (12) im Hinblick auf eine Steuerung des Luftmassenstromes durch die Einlassdrosselklappe (12) verwendet wird, wobei das andere der beiden Steuersignale zur Regulierung der Abgasrückführungsrate durch das EGR-Ventil (14) verwendet wird, und wobei die beiden Steuersignale dahingehend wirksam sind, dass die Einlassdrosselklappe (12) nur dann in eine stärker geschlossene Stellung gebracht wird, wenn es nicht möglich ist, dass das Fehlersignal lediglich durch Regulierung des EGR-Ventils gegen null gebracht werden kann.
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