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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Abgasrückführung in
einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine sowie ein zur Durchführung des
Verfahrens ausgebildetes Computerspeichermedium sowie eine entsprechend
ausgebildete Brennkraftmaschine.
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Die
Verwendung einer Abgasrückführung (AGR)
zur Reduzierung von Stickoxid-Abgasemissionen ist allgemein bekannt.
Die Genauigkeit verschiedener AGR-Regelungssysteme hängt dabei
u. a. von einer ordnungsgemäßen Ansteuerung
und Kontrolle des AGR-Ventils ab, bei welchem es sich um ein Ventil
vom Proportionaltyp oder An/Aus-Typ handeln kann. Es sind verschiedene
AGR-Regelungssysteme – einschließlich solcher
mit offenem als auch solcher mit geschlossenem Regelkreis – mit dem
Ziel entwickelt worden, das AGR-Ventil präziser zu regeln und damit den
AGR-Fluss genauer zu steuern.
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Aus
der
DE 196 15 545
C1 ist eine Regelung für
einen Dieselmotor mit einer Abgasrückführung und einer Ansaugluftdrosselung
bekannt, bei welcher zunächst
die AGR-Rate unter Verwendung des Frischluftmassenstromes als Regelgröße und anschließend die
Ansaugluftdrosselung in Abhängigkeit von
der Stellung des AGR-Ventils geregelt wird. Auf diese Weise wird
eine Verknüpfung
der Regelkreise für
die Abgasrückführung und
die Ansaugluftdrosselung erreicht.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
199 57 200 A1 die Regelung des Drehmomentes eines Dieselmotors
in Abhängigkeit
von Störgrößen wie
einem Luftmassenstrom und einer Abgasrückführung bekannt, und aus der
DE 100 51 423 A1 ist
die separate Steuerung der in den Ansaugkrümmer hineinströmenden und
herausströmenden
Luftmenge bekannt.
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Bei
modernen Motortechnologien wird somit eine breite Vielfalt von Luftfluss-Steuereinrichtungen für den Einlass
und Auslass eingesetzt, um die Motoreffizienz zu verbessern und
die Emissionen zu reduzieren. Derartige Technologien können jedoch
die Bestimmung eines gewünschten
AGR-Flusses und/oder den tatsächlichen
AGR-Fluss bei einer bestimmten Position des AGR-Ventils beeinflussen. Beispielsweise
können
elektronisch geregelte Drosselventile, Regelventile für die Ladungsbewegung, variable
Ventilzeitsteuerungen (VVT), variable Nockenzeitsteuerungen (VCT)
und/oder variable Ventilhubsteuerungen oder andere Einrichtungen,
welche die Restabgase innerhalb der Zylinder beeinflussen, Auswirkungen
auf die AGR-Flusskontrolle haben.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin,
ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bereitzustellen, das bzw. die
eine Regelung der Abgasrückführung mit
hoher Genauigkeit unabhängig
vom Einfluss derartiger Luftfluss-Steuereinrichtungen erlaubt.
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Die
Lösung
der vorgenannten Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen
der Patentansprüche
1 bzw. 8, einem computerlesbaren Speichermedium gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 11 sowie durch eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
gemäß Patentanspruch
18.
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Im
Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
mit wenigstens einem automatisch steuerbaren Luftflussaktuator und
einem Abgasrückführungs-(AGR)-System
mit einem AGR-Ventil vorgeschlagen, bei dem die Bestimmung eines
gewünschten
Ansaugdruckes basierend zumindest teilweise auf der Position des
automatisch steuerbaren Luftflussaktuators erfolgt, und bei dem
die Kontrolle des AGR-Ventils derart erfolgt, dass ein gemessener
Ansaugdruck sich dem gewünschten
Ansaugdruck annähert.
Bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können als
automatisch steuerbare Luftflussaktuatoren Regelventile für die Ladungsbewegung oder
Einrichtungen zur variablen Nockenzeitsteuerung vorgesehen sein.
Bei anderen Ausgestaltungen können
die automatisch steuerbaren Luftflussaktuatoren Ein richtungen für einen
variablen Ventilhub, Einrichtungen für eine variable Ventilzeitsteuerung oder
irgendwelche anderen Einrichtungen umfassen, durch welche die Restabgase
in den Zylindern beeinflusst werden können.
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Die
vorliegende Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Beispielsweise
wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein rückgekoppeltes Regelsystem unter
Verwendung des Ansaugdruckes als Rückkopplungssignal vorgeschlagen.
Eine derartige rückgekoppelte
Regelung korrigiert automatisch alle durch das AGR-Regelventil oder
irgendwelche anderen Luftflussaktuatoren verursachten Unbestimmtheiten,
welche die Restabgase in den Zylindern beeinflussen. Zusätzlich gewährleistet
die Verwendung eines Ansaugdruck-(MAP)-Sensors für eine rückgekoppelte Regelung eine
höhere
Genauigkeit als bei Verwendung anderer Motorsensoren, so dass die Genauigkeit
der Abgasregelung weiter verbessert werden kann.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockschema, welches den Betrieb einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems
oder Verfahrens zur Regelung der Abgasrückführung veranschaulicht;
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2 ein
Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ansaugdruck und der AGR
in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung
veranschaulicht;
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3 eine
Darstellung, welche einen rückgekoppelten
Regler für
die AGR unter Verwendung einer Ansaugdruck-Rückkopplung
gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und
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4 ein
Flussdiagramm, welches den Betrieb einer Vorrichtung oder eines
Verfahrens zur AGR-Regelung gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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In 1 ist
ein Blockschema zur Veranschaulichung eines Abgasrückführungssystems
für eine
beispielhafte Brennkraftmaschine mit einer AGR-Regelung gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Brennkraftmaschine 10 mit
Direkteinspritzung und Funkenzündung sowie
mehreren Brennkammern wird durch einen elektronischen Motorregler 12 kontrolliert.
Die Brennkammer 30 des Motors 10 enthält Brennkammerwände 32,
in denen (jeweils) ein Kolben 36 angeordnet und mit einer
Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer oder der
Zylinder 30 steht über
entsprechende Einlassventile 52a und 52b (nicht
dargestellt) und Auslassventile 54a und 54b (nicht
dargestellt) in Kommunikation mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem
Auslasskrümmer 48.
Ein Kraftstoffinjektor 66 ist gemäß der Darstellung direkt an
die Brennkammer 30 gekoppelt und stellt flüssigen Kraftstoff
der Brennkammer direkt bereit, und zwar proportional zur Pulsbreite
eines Signals fpw, das von dem Regler 12 über einen
herkömmlichen
elektronischen Treiber 68 empfangen wird. Obwohl 1 eine
Brennkraftmaschine mit Direktinjektion und Funkenzündung darstellt,
ist ohne weiteres ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung in
Zusammenhang mit jeder Motortechnologie anwendbar ist, bei der AGR
eingesetzt wird.
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Kraftstoff
wird dem Kraftstoffinjektor 66 durch ein herkömmliches
Hochdruck-Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) bereitgestellt, welches
einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und einen Kraftstoffverteiler
enthält.
Der Einlasskrümmer 44 kommuniziert mit
einem Drosselklappenkörper 58 über eine
Drosselklappe 62. In diesem speziellen Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit
einem Elektromotor 94 gekoppelt, so dass die Position der
Drosselklappe 62 durch den Regler 12 über den
Elektromotor 94 kontrolliert wird. Diese Konfiguration
wird üblicherweise
als elektronische Drosselklappenregelung (ETC) bezeichnet, welche
auch zur Regelung der Leerlaufdrehzahl verwendet wird. Bei einer
alternativen Ausgestaltung (nicht dargestellt), die dem Fachmann
wohlbekannt ist, ist parallel zur Drosselklappe 62 eine
Bypass-Luftpassage angeordnet, um während einer Leerlaufdrehzahlregelung
den angesaugten Luftfluss über
ein Drosselregelventil zu regeln, das in der Luftpassage positioniert
ist.
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Zur
selektiven Steuerung der Ansaugluft und/oder der Luft-Kraftstoff-Ladung
kann ein Regelventil für
die Ladungsbewegung (CMCV: charge motion control valve) 78,
eine Einlasskrümmer-Kanalregelung
(IMRC: intake manifold runner control) oder eine ähnliche
Einrichtung vorgesehen sein. In dem dargestellten Beispiel wird
das CMCV 78 basierend auf einem Befehl des Reglers 12 geöffnet bzw.
geschlossen, um selektiv die Einlassgeschwindigkeit zu erhöhen. Das
CMCV 78 ist vorzugsweise in dem zu jedem Zylinder zugehörigen Kanal
angeordnet. Wenn das CMCV 78 geschlossen ist, wird dadurch die
Querschnittsfläche
des Einlasskanals um etwa 75% reduziert. Die zu jeder Reihe gehörigen CMCVs 78 können mit
entsprechenden Aktuatoren verbunden sein, um je nach der speziellen
Anwendung eine unabhängige
oder koordinierte Regelung bereitzustellen. Wie der Fachmann erkennt,
beeinflusst die Position der CMCVs 78 zusammen mit der
Position der Drosselklappe 62 den Druck im Ansaugkrümmer und
die Restgase in dem Zylinder 30 nach der Verbrennung.
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Ein
Abgassauerstoffsensor 76 ist gemäß der Darstellung stromaufwärts eines
Katalysators 70 an den Abgaskrümmer 48 gekoppelt.
Bei dem spezifischen Beispiel liefert der Sensor 76 ein
Signal EGO an den Regler 12. Das Signal EGO wird während einer
rückgekoppelten
Luft-Kraftstoff-Regelung in herkömmlicher
Weise verwendet. Ein AGR-Kreis 80, welcher ein AGR-Ventil 82 enthält, dient
dazu, einen Teil des Abgases selektiv aus dem Abgaskrümmer 48 zum
Einlasskrümmer 44 zu
führen.
Das AGR-Ventil 82 steht vorzugsweise über ein Signal EGR in Kommunikation
mit dem Regler 12 und wird von diesem gesteuert. Das AGR-Ventil 82 kann
als Schaltventil (on/off valve) oder als Proportionalventil ausgebildet sein,
das elektrisch oder pneumatisch betätigt wird. Bei einer bevorzugten
Ausgestaltung ist das AGR-Ventil 82 ein elektrisch betätigtes Proportionalventil
mit einer rückgekoppelten
Positionsregelung, wie detaillierter anhand von 2 beschrieben
wird.
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Ein
herkömmliches
verteilerloses Zündsystem 88 liefert über die
Zündkerze 92 in
Reaktion auf ein Zündfrühverstellungssignal
(spark advance signal) SA vom Regler 12 Zündfunken
an die Brennkammer 30. Ein zweiter Katalysator 72 ist
stromabwärts des
Katalysators 70 positioniert. Der Katalysator 72 kann
NOx absorbieren, welches z. B. erzeugt wird, wenn der Motor 10 gegenüber der
Stöchiometrie
mager betrieben wird. Das absorbierte NOx wird anschließend während eines
NOx-Reinigungszyklus
einer Reaktion mit HC unterzogen und katalysiert, wenn der Regler 12 den
Motor 10 veranlasst, in einem fetten oder einem stöchiometrischen
Modus zu arbeiten.
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Der
Regler 12 enthält
vorzugsweise computerlesbare Speichermedien zur Speicherung von
Daten, die von einem Computer zur Regelung des Motors 12 ausführbare Befehle
repräsentieren.
Die computerlesbaren Speichermedien 28 können neben
Arbeits variablen, Parametern od. dgl. auch Kalibrierungsinformationen
enthalten. Bei einer Ausgestaltung enthalten die computerlesbaren
Speichermedien einen Wahlzugriffsspeicher (RAM) 108 zusätzlich zu
verschiedenen nicht flüchtigen
Speichern wie einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 106 und einem
Erhaltungsspeicher (KAM) 110. Die computerlesbaren Speichermedien
kommunizieren mit einem Mikroprozessor 102 und Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Schaltungen 104 über einen
standardmäßigen Steuer/Adressbus. Wie
ohne weiteres ersichtlich, können
die computerlesbaren Speichermedien verschiedene Arten physikalischer
Einrichtungen für
die temporäre
und/oder dauerhafte Speicherung der Daten enthalten, wozu Festkörper-, magnetische
und/oder optische Einrichtungen sowie Kombinationen dieser Einrichtungen gehören. Beispielsweise
können
die computerlesbaren Speichermedien unter Verwendung einer oder mehrerer
physikalischer Einrichtungen wie DRAMs, PROMs, EPROMs, EEPROMs,
Flash Memories od. dgl. implementiert werden. In Abhängigkeit
von der speziellen Anwendung können
die computerlesbaren Medien auch Disketten, CD-ROMs od. dgl. enthalten.
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Der
Regler 12 empfängt
zusätzlich
zu den zuvor diskutierten Signalen verschiedene Signale von an den
Motor 10 gekoppelten Sensoren, einschließlich: einen
Messwert des angesaugten Luftmassenstromes (MAF) von einem Luftmassenstromsensor 100,
der an einen Drosselklappenkörper 58 gekoppelt
ist; eine Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) von einem an den Kühlmantel 114 gekoppelten
Temperatursensor 112; ein Zündprofilsignal (PIP) von einem
an die Kurbelwelle 40 gekoppelten Halleffektsensor 118;
eine Drosselklappenposition TP von einem Drosselklappen-Positionssensor 120 und
ein Absolutdrucksignal MAP im Ansaugkrümmer von einem Sensor 122.
Ein Motordrehzahlsignal RPM wird in herkömmlicher Weise von dem Regler 12 aus
dem Signal PIP erzeugt. Das Ansaugdrucksi gnal MAP kann als Indikator
der Motorlast verwendet werden. Vorzugsweise wird ferner der MAP-Sensor 122 verwendet,
um ein Rückkopplungssignal
für die
rückgekoppelte
AGR-Regelung gemäß der vorliegenden
Erfindung bereitzustellen, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben
wird.
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In
der in
1 veranschaulichten Beispielanwendung der vorliegenden
Erfindung werden die Temperatur Tcat des Katalysators
70 und
die Temperatur Ttrp des zweiten Katalysators
72 aus dem
Motorbetrieb erschlossen, wie z. B. aus der
US 5 414 994 bekannt. Bei einer alternativen
Ausgestaltung wird die Temperatur Tcat durch einen Temperatursensor
124 und
die Temperatur Ttrp durch einen Temperatursensor
126 bereitgestellt.
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Wie
ebenfalls in 1 dargestellt, enthält der Motor 10 eine
Einrichtung für
eine variable Nockenwellenzeitsteuerung (VCT). Die Nockenwelle 130 des
Motors 10 ist an Kipphebel 132 und 134 zur Betätigung der
Einlassventile 52a, 52b (nicht dargestellt) und
Auslassventile 54a, 54b (nicht dargestellt) gekoppelt.
Die Nockenwelle 130 ist direkt an das Gehäuse 136 gekoppelt.
Das Gehäuse 136 bildet
ein Zahnrad, das mehrere Zähne 138 aufweist.
Das Gehäuse 136 ist
hydraulisch an eine innere Welle (nicht dargestellt) gekoppelt,
welche wiederum direkt mit der Nockenwelle 130 über eine
Steuerkette (timing chain) (nicht dargestellt) verbunden ist. Das
Gehäuse 136 und
die Nockenwelle 130 rotieren daher mit einer Drehzahl,
die im Wesentlichen äquivalent
zur inneren Nockenwelle ist. Die innere Nockenwelle rotiert bei einem
konstanten Drehzahlverhältnis
zur Kurbelwelle 40. Durch eine Manipulation der hydraulischen Kopplung,
die nachfolgend näher
beschrieben wird, kann jedoch die relative Position zwischen Nockenwelle 130 und
Kurbelwelle 40 durch hydraulische Drücke in der Frühverstellungskammer
(advance chamber) 142 und der Verzögerungskammer (retard chamber) 144 in
Reaktion auf ein geeignetes Signal LACT, RACT, das vom Regler 12 erzeugt
wird, variiert werden: Indem einem Hochdruck-Hydraulikfluid der
Eintritt in die Frühverstellungskammer 142 erlaubt
wird, kann die relative Lage zwischen der Nockenwelle 130 und
der Kurbelwelle 40 vorverstellt werden. Die Einlassventile 52a, 52b und
Auslassventile 54a, 54b öffnen und schließen dann
in Bezug auf die Kurbelwelle 40 zeitlich früher als
normal. In ähnlicher
Weise wird die relative Lage zwischen der Nockenwelle 130 und
der Kurbelwelle 40 verzögert,
indem dem Hochdruck-Hydraulikfluid der Eintritt in die Verzögerungskammer 144 erlaubt
wird. Auf diese Weise öffnen
und schließen
die Einlassventile 52a, 52b und Auslassventile 54a, 54b in
Bezug auf die Kurbelwelle 40 zeitlich später als
normal.
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Die
Zähne 138,
die an das Gehäuse 136 und die
Nockenwelle 130 gekoppelt sind, erlauben eine Messung der
relativen Nockenposition über
den Nockenzeitsteuerungssensor 150, welcher ein Signal VCT
an den Regler 12 bereitstellt. Der Regler 12 sendet
Steuersignale (LACT, RACT) an herkömmliche Magnetventile (nicht
dargestellt), um den Fluss des Hydraulikfluids entweder in die Frühverstellungskammer 142,
in die Verzögerungskammer 144 oder
in keine der Kammern zu lenken.
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Die
relative Nockenzeitsteuerung kann z. B. unter Verwendung des in
dem
US Patent 5 548 995 beschriebenen
Verfahrens gemessen werden. Allgemein ausgedrückt liefert die Zeit oder der
Drehwinkel zwischen der ansteigenden Flanke des PIP-Signals und dem Empfang
eines Signals von einem der mehreren Zähne
138 am Gehäuse
136 ein
Maß für die relative
Nockenzeitsteuerung. Bei dem speziellen Beispiel eines V-8 Motors
mit zwei Zylinderreihen und einem Rad mit fünf Zähnen wird viermal pro Umdrehung
eine Messung der Nockenzeitsteuerung für eine bestimmte Reihe empfangen,
wobei das Extrasignal für
die Zylinderidentifikation verwendet wird.
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2 zeigt
ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Krümmerdruck
und der AGR zur Verwendung in einem AGR-Regelungssystem oder einem Verfahren
gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Diagramm
wurde unter Verwendung empirischer Daten für eine konstante Motordrehzahl/Drosselklappenposition
entsprechend etwa 1500 U/min erzeugt. Wie dargestellt variiert der
Krümmerdruck
von etwa 82,5 kPa bis etwa 91,5 kPa, wenn die AGR-Flussrate von 0%
AGR bis etwa 20% AGR variiert.
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3 stellt
ein Blockdiagramm dar, welches einen rückgekoppelten Regler für die AGR
unter Verwendung einer Ansaugdruckrückkopplung gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Rückkopplungsregler
kann einerseits softwaremäßig implementiert
werden, wobei die Software durch den Motorregler wie unten beschrieben unter
Mitwirkung eines oder mehrerer Hardware-Aktuatoren, Sensoren und/oder
Positionsregler ausgeführt
wird. Alternativ kann ein spezieller physikalischer Regler mit diskreten
Bauteilen oder ein separater Mikroprozessor oder Mikrocontroller
verwendet werden, um dieselbe Funktionalität bereitzustellen.
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Gemäß Block 200 wird
ein gewünschter Krümmerdruck
bestimmt. Der gewünschte
Krümmerdruck
wird unter Verwendung einer oder mehrerer Lookup-Tabellen basierend
auf verschiedenen Motorbetriebsparametern bestimmt, z. B. basierend
auf der Motordrehzahl (N) 202, der Last (Load) 204,
dem Luftdruck (BP) 206, der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) 208 und/oder
der Ladelufttemperatur (ACT) 210. Der Basis-MAP-Wert und
der Ziel-AGR-Wert (unten beschrieben) werden dann basierend auf
aktuell geplanten Werten für
ein oder mehrere der Motor betriebsparameter modifiziert oder angepasst,
um einen End-wert-Eingangswert
für den
Komparator 220 zu erzeugen.
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In
Abhängigkeit
von den speziellen verfügbaren,
automatisch steuerbaren Luftflussmodulatoren kann der Block 200 einen
gewünschten
MAP-Basiswert oder Endwert in Abhängigkeit von einer variablen
Ventilzeitsteuerung, einer variablen Hubposition (zweiwertige Position
oder kontinuierlich variabel), einer elektronischen Drosselklappenposition
oder irgendeiner anderen Luftflussregelvorrichtung bestimmen, welche
die Menge an restlichen Abgasen in den Zylindern beeinflussen kann.
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Der
Endwert des gewünschten
Krümmerdruckes
wird bei 220 mit dem tatsächlichen Krümmerdruck (MAP) 222 verglichen.
Der tatsächliche
Krümmerdruck
wird vorzugsweise wie vorstehend beschrieben unter Verwendung eines
entsprechenden Sensors gemessen. Falls gewünscht, kann der Wert jedoch
auch basierend auf verschiedenen anderen Motorbetriebsparametern
berechnet, bestimmt oder geschlossen werden. Das resultierende Differenz- oder
Fehlersignal wird dem AGR MAP Regler 224 bereitgestellt,
bei dem es sich um einen bekannten Reglertyp wie beispielsweise
einen PID Regler handeln kann. Der AGR-Ventil-Positionsbefehl, der von dem
AGR MAP Regler 224 bestimmt wird, wird bei 226 mit
einer AGR-Ventilposition, die im Block 248 bestimmt wurde,
zur Festlegung eines AGR-Ventilpositionsbefehls
(oder eines Tastverhältnisses
für an/aus
modulierte Ventile) kombiniert, um den Fehler zwischen den tatsächlichen
und den gewünschten MAP-Werten
zu reduzieren. Der AGR-Ventil-Positionsbefehl wird an einen Schrittmotortreiber 228 weitergeleitet,
welcher geeignete Signale liefert, um das AGR-Ventil 230 zur
befohlenen Position zu bewegen, damit der gewünschte AGR-Fluss eingestellt
und der gewünschte
Krümmerdruck
aufrecht erhalten wird. Bei einer Ausgestaltung wird die AGR-Ventilposition unter
Ver wendung eines Schrittmotors mit einer internen rückgekoppelten
Regelung geändert,
um eine rückgekoppelte
Ventilpositionsregelung bereitzustellen. Bei einer anderen Ausgestaltung
wird die AGR-Ventilposition unter Verwendung eines vorwärtsgekoppelten
Antriebs wie eines Gleichstrommotors oder einer proportionalen elektrischen
Spule verändert,
wobei die notwendige Rückkopplung durch
den tatsächlichen
Krümmerdruck 222 im Krümmer 232 bereitgestellt
wird.
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Wie
in 3 weiterhin dargestellt ist, wird bei 240 eine
gewünschte
AGR-Rate basierend auf verschiedenen Motor- und Umgebungsbetriebsbedingungen
oder Parametern (die gemessen oder geschätzt werden können) bestimmt,
zu denen die Motordrehzahl 202, die Last 204,
der Luftdruck 206, die Motorkühlmitteltemperatur 208,
die Ladelufttemperatur 210 und die Umgebungstemperatur 212 gehören können. Zusätzlich können ein
oder mehrere automatisch steuerbare Luftflussmodulationseinrichtungen
verwendet werden, um die durch Block 240 repräsentierte
gewünschte
AGR-Flussrate zu bestimmen. Für
die in 3 dargestellte beispielhafte Ausgestaltung enthält die Bestimmung
der gewünschten AGR-Flussrate
eine Mehrzahl von Positionen 214 der variablen Nockenzeitsteuerung
(VCT: variable cam timing) sowie die Position (geöffnet, geschlossen)
der Regelventile für
die Ladungsbewegung (CMCV: charge motion control valves) 216 (oder
der Einlasskrümmer-Kanalregelungen),
die in Block 240 verwendet werden. Wie in Block 244 dargestellt,
wird die Luftmasse 242 zusammen mit der gewünschten AGR-Rate
verwendet, um eine gewünschte AGR-Masse
zu bestimmen. Die gewünschte AGR-Masse
wird in Verbindung mit der Luftmasse 242, dem Luftdruck 206,
dem Krümmerdruck 222 und dem
Abgasdruck 246 verwendet, um bei 248 eine vorwärtsgekoppelte
AGR-Ventilposition zu bestimmen, welche dann mit einer korrigierten
AGR- Ventilposition
bei 226 kombiniert wird, die wie vorstehend beschrieben
von einem AGR MAP Regler 224 bestimmt wird.
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Wie
in 3 weiterhin dargestellt, wird die in Block 248 bestimmte
AGR-Ventilposition mit der Luftmasse 242, dem Luftdruck 206,
dem Krümmerdruck 222,
und dem Abgasdruck 246 verwendet, um gemäß Block 250 einen
tatsächlichen
AGR-Massenfluss zu bestimmen oder zu berechnen. Der tatsächliche
AGR-Massenfluss wird dann wie in Block 252 dargestellt
in eine tatsächliche
AGR-Flussrate konvertiert.
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Aus
der in 3 dargestellten Regelungsstrategie ist es offensichtlich,
dass irgendwelche Änderungen
der AGR-Ventilcharakteristik durch das Rückkopplungssignal kompensiert
werden, so dass auf diese Weise genau der gewünschte AGR-Fluss geliefert wird. In ähnlicher
Weise wird jede Änderung des
Restabgases innerhalb der Zylinder, die durch den Betrieb oder die
Verschlechterung eines oder mehrerer automatisch steuerbarer Luftflussmodulatoren
verursacht wird, bei der Bestimmung des gewünschten MAP bei Block 200 oder
durch den rückgekoppelten
Regler 240 kompensiert.
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Das
Diagramm gemäß 4 stellt
schematisch die Regelungslogik für
eine Ausgestaltung einer Vorrichtung bzw. eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. Wie der Fachmann erkennt, können verschiedene bekannte
Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking,
Multithreading od. dgl. verwendet werden. Die verschiedenen dargestellten
Schritte oder Funktionen können
in der gezeigten Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden
oder in einigen Fällen
ausgelassen werden. In ähnlicher
Weise ist die konkrete Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt
erforderlich, um die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
zu erreichen; diese wird ledig lich zur Erleichterung der Darstellung
und Beschreibung gewählt.
Obwohl nicht explizit dargestellt, erkennt der Fachmann, dass ein
oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit
von der speziellen angewendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt
ausgeführt
werden können.
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Vorzugsweise
wird die Regelungslogik primär
mittels einer Software implementiert, die von einem mikroprozessorbasierten
Motorregler ausgeführt
wird. In Abhängigkeit
von der speziellen Anwendung kann die Regelungslogik selbstverständlich auch
mittels Software, Hardware oder einer Kombination von Software und
Hardware implementiert werden. Wenn die Regelungslogik mittels Software implementiert
ist, wird die Kontrolllogik vorzugsweise in einem computerlesbaren
Speichermedium bereitgestellt, das gespeicherte Daten aufweist,
die durch einen Computer zur Regelung des Motors ausgeführte Befehle
repräsentieren.
Das computerlesbare Speichermedium oder die Medien können irgendwelche
bekannten physikalischen Einrichtungen sein, welche elektrische,
magnetische und/oder optische Vorrichtungen verwenden, um temporär oder dauerhaft
ausführbare
Anweisungen und zugehörige
Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen od. dgl. speichern.
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Block 300 von 4 zeigt
die Bestimmung eines gewünschten
AGR-Flusses zumindest teilweise basierend auf der Position eines
automatisch steuerbaren Luftflussaktuators. Der automatisch steuerbare
Luftflussaktuator kann enthalten: eine variable Nockenzeitsteuerungsvorrichtung 302,
eine variable Ventilzeitsteuerungsvorrichtung (wie einen elektromagnetischen
Ventilaktuator) 304, eine elektronisch kontrollierbare
Drosselklappe 306, ein Regelventil für die Ladungsbewegung oder
eine Einlasskrümmer-Kanalregelung 308,
eine Einrichtung für
einen variablen Ventilhub 310 oder irgendeinen anderen
steuerbaren Luftflussaktuator, welcher das Restabgas inner halb der
Motorzylinder beeinflussen kann. Zusätzlich wird der gewünschte AGR-Fluss vorzugsweise
zumindest teilweise basierend auf verschiedenen Motorbetriebsparametern
bestimmt, die allgemein durch Block 312 repräsentiert
werden. Bei der Bestimmung des gewünschten AGR-Flusses verwendbare
Motorbetriebsparameter enthalten z. B. (ohne hierauf beschränkt zu sein):
die Motordrehzahl, die Motorlast, den Luftdruck, die Motorkühlmitteltemperatur
und die Umgebungstemperatur.
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Gemäß Block 314 wird
ein gewünschter Krümmerdruck
bestimmt. Der gewünschte
Krümmerdruck
kann z. B. basierend auf verschiedenen Motor- und Umgebungs-Betriebszuständen oder
Parametern wie der Motordrehzahl, der Last, dem Luftdruck, der Motorkühlmitteltemperatur
und der Ladelufttemperatur bestimmt werden.
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Der
gewünschte
MAP wird mit einem tatsächlichen
Wert (welcher gemessen oder geschätzt sein kann) verglichen,
um gemäß Block 316 einen Fehler
oder Korrekturwert zu erzeugen, welcher gemäß Block 318 verwendet
wird, um einen AGR-Ventilpositionsbefehl zu erzeugen. Der AGR-Ventilpositionsbefehl
wird mit einem AGR-Ventilpositionsbefehl basierend auf der gewünschten
AGR-Flussrate und dem korrespondierenden AGR-Massenfluss modifiziert oder kombiniert.
Das kombinierte oder modifizierte Kommando wird verwendet, um das
AGR-Ventil gemäß Block 320 derart
zu regeln, dass der Fehler zwischen dem gewünschten und dem tatsächlichen Krümmerdruck
reduziert wird. Der Befehl kann auf eine empirisch erzeugte Beziehung
zwischen AGR und MAP gestützt
werden, die wie in Block 322 dargestellt durch eine Funktion,
Gleichung oder im Motorregler gespeicherte Lookup-Tabellen repräsentiert sein
kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt als solche ein rückgekoppeltes Regelsystem unter
Verwendung des Krümmerdruckes
als Rückkopplungssignal
bereit, bei welchem automatisch alle Ungewissheiten korrigiert werden,
die durch das AGR-Regelventil und irgendeinen Luftflussaktuator,
der das restliche Abgas in den Zylindern beeinflusst, eingeführt werden.
Zusätzlich
liefert die Verwendung eines MAP-Sensors für die rückgekoppelte Regelung eine höhere Genauigkeit
als viele andere Motorsensoren, wodurch die Genauigkeit der Abgasregelung
weiter verbessert wird.