DE10393973B4 - Verfahren zum Regeln der AGR (Abgasrückführung) in einem Verbrennungsmotor und Fahrzeug mit einem Motor mit einer elektronischen Einrichtung zum Anwenden des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Regeln der AGR (Abgasrückführung) in einem Verbrennungsmotor und Fahrzeug mit einem Motor mit einer elektronischen Einrichtung zum Anwenden des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Fahrzeug (A) mit einem Verbrennungsmotor (1), einem mit dem Motor gekoppelten Automatikgetriebe (2) und einer elektronischen Steuereinrichtung (3), welche die Zufuhr von Kraftstoff zu den Motorbrennkammern und die Rückführung von Abgas von der Motorauslassseite (7) zu seiner Einlassseite (6) steuert. Die Steuereinrichtung ist derart vorgesehen, um während das Fahrzeug fährt, den zukünftigen Fahrwiderstand und die Zeit bis zu einem zukünftigen Schalten zwischen Gängen zu berechnen und eine Ventileinrichtung (9) zu steuern, welche den Abgasrückführstrom während dieser Zeit regelt, um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu optimieren, wenn das Gangschalten stattfindet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Abgasrückführung von der Auslassseite des Motors zu der Einlassseite des Motors in einem Verbrennungsmotor in einem fahrenden Fahrzeug.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenso auf ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit einer elektronischen Steuereinrichtung, welche die Kraftstoffzufuhr zu den Motorbrennkammern und die Abgasrückführung von der Motorauslassseite zu der Motoreinlassseite steuert.
  • Es ist allgemein bekannt, während des Motorbetriebes kontinuierlich mittels der Motorsteuereinheit über eine Regelventileinrichtung in einer Leitung zwischen der Motorauslassleitung und der Motoreinlassleitung die Menge rückgeführten Abgases in Bezug auf die Motorbetriebsbedingungen zu steuern, sodass der beste Kraftstoffverbrauch aufrechterhalten wird, während gleichzeitig die Anforderungen an das Ansprechverhalten und niedrige Emissionen erfüllt werden. Diese Steuerung ist allerdings auf den gegenwärtigen Moment bezogen und intrareferenziell, was bedeutet, dass sie Übergänge in dem Motorbetriebszustand nicht vorhersagen und berücksichtigen kann. Solche Übergänge sind beispielsweise ein Schalten in dem Fahrzeuggetriebe oder ein plötzliches Gasgeben (Drosselöffnen) an einer Neigung bergauf nach einem Fahren mit einer Drehmomentverminderung und ein Motorbremsen auf einer Neigung bergab. Wenn mit Abgasrückführung gefahren wird, kann beispielsweise Rauch von dem Motorauslassrohr in Verbindung mit der Drehmomentverminderung beim Schalten auftreten. Rauch wird in Folge der Tatsache erzeugt, dass das Schließen des Rückführventils, das durch den Übergang ausgelöst wird, so spät auftritt, dass es ein in dem Einlasskrümmer verbleibendes Abgasvolumen gibt, das in die Motorbrennkammern angesaugt wird und zu erhöhten Partikelemissionen führt. Diese nehmen die Form von Rauch ein.
  • WO 03/041988 A1 offenbart ein Motorfahrzeug mit einer Kupplung und einem Automatikgetriebe zwischen dem Motor und den Antriebsrädern des Fahrzeugs. Das Fahrzeug hat eine erste elektronische Steuereinheit zum Steuern des Motors, eine zweite elektronische Steuereinheit zum Steuern des Getriebes in Abhängigkeit von einer eingestellten Position eines manuellen Gangschalters. Die zweite Steuereinheit ist dazu eingerichtet, wenn der sich der Gangwahlschalter in der Position zum automatischen Schalten befindet, einen Gang zum Anfahren zu wählen, der durch die in der zweiten Steuereinheit gespeicherte Gangwahlstrategie in Abhängigkeit von verschiedenen in die zweite Steuereinheit eingegebenen Parametern bestimmt wird. Die zweite Steuereinheit ist weiterhin dazu eingerichtet, beim Anfahren oder unterwegs kontinuierlich Computersimulationen durchzuführen, zumindest auf der Grundlage von Informationen über die Straßensteigung und die Drosselklappenöffnungsposition, über die zukünftige Fahrt des Fahrzeugs.
  • Die US 2002/099484 A1 offenbart eine Fahrzeugsteuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Informationen mit einer Vielzahl von weiteren Einrichtungen zu teilen. Eine OS-Schalteinrichtung schaltet mehrere Betriebssysteme. Ein gemeinsam genutztes Objekt hat eine Speicherressource, auf die von den mehreren Betriebssystemen zugegriffen werden kann. Das gemeinsam genutzte Objekt teilt mindestens Straßeninformationen, und auf die von der Anwendung eines der Betriebssysteme registrierten Straßeninformationen kann von der Anwendung des anderen Betriebssystems aus Bezug genommen werden.
  • Die US 5 094 213 A offenbart eine Kombination von Motorantriebsstrang und Steuereinrichtung. Letztere weist eine Mikroprozessorsteuereinheit auf, die einen zukünftigen Wert eines Motorzustands vorhersagt und diesen vorhergesagten Wert in Motorsteuerungsfunktionen zur verbesserten Steuerung des Motorantriebsstrangs bzgl. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung einsetzt, insbesondere während des Motorleerlaufs.
  • Die US 6 304 812 B1 offenbart ein Kalibrierungsoptimierungsverfahren für einen Direkteinspritz-Fremdzündungsmotor mit einer Mager-NOx-Falle. Das Verfahren beruht auf einer Strukturoptimierung, wobei vernünftige Betriebsrichtlinien für den Antriebsstrang angenommen und mit einer kleinen Anzahl von Variablen parametrisiert werden, wobei einige der Variablen die Rolle von Parametern für eine Schleifenoptimierung einer zweistufigen Optimierungsformulierung für eine Außenschleife / Innenschleife spielen . Die Werte der Parameter werden über eine numerische Lösung der resultierenden Optimierung bestimmt, um den Kraftstoffverbrauch über den Fahrzyklus unter Emissionsbeschränkungen zu minimieren.
  • Weitere ähnliche Vorrichtungen bzw. Verfahren sind aus den Druckschriften JP 2000 073 822 A , JP H04 292 562 A , JP 2000 337 492 A , JP 2002 123 897 A , JP H09 21 457 A und US 5 832 400 A bekannt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern der Abgasrückführung derart bereitzustellen, dass sie auf zukünftige Ereignisse abgestimmt werden kann, anstelle dass sie wie heute auf eine Steuerung begrenzt ist, die in dem Motor auf die Gegenwart bezogen und intrareferenziell ist.
  • Dies wird gemäß der Erfindung mittels der Tatsache erzielt, dass der zukünftige Fahrwiderstand des Fahrzeugs berechnet wird, dass die Zeit bis zu einem zukünftigen Übergang in dem Motorbetriebszustand berechnet wird, und dass der Abgasrückführstrom während dieser Zeit geregelt wird, um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu optimieren, wenn der Übergang stattfindet.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 definiert. Anspruch 2 bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform.
  • Dieses Verfahren kann beispielsweise die Erzeugung von Rauch beim Schalten vermeiden, indem das Rückführventil zeitlich vorab derart geschlossen wird, dass das Einlasssystem Zeit besitzt, um von Abgas geleert zu werden, bevor das Gas beim Schalten weggenommen wird.
  • Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 3 definiert. Anspruch 4 bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform.
  • Die Erfindung basiert darauf, dass die Steuereinrichtung Informationen darüber besitzt, wann ein zukünftiges Gangschalten stattfinden soll. Diese Informationen basieren auf Informationen über zukünftige Veränderungen des Fahrzeugfahrwiderstandes. Die Erfindung basiert auf der Technologie, die in WO 03/341988 beschrieben ist. Die Steuereinheit ist in diesem Falle vorgesehen, um mit gespeicherten Parametern und somit in Kenntnis zumindest einer Straßenneigung und einer Gaspedalposition (was ebenso Motor-, Turbolader- und Getriebe-Eigenschaften umfassen kann) auszuwählen, wann ein zukünftiges Gangschalten in Übereinstimmung mit einer ausgewählten Schaltstrategie stattfinden soll. Informationen über den zukünftigen Fahrwiderstand können in diesem Falle mithilfe einer GPS-Ausrüstung und elektronischen Karten mit gespeicherten Informationen über die umgebende Topographie erhalten werden. Es wird auf die oben genannte Patentveröffentlichung für eine ausführlichere Beschreibung der Auswahl eines zukünftigen Gangschaltschemas Bezug genommen, das in Bezug auf ein ausgewähltes Kriterium optimal ist.
  • Ein Motorfahrzeug der eingangs beschriebenen Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, um während das Fahrzeug fährt auf der Basis zumindest der Straßenneigung und der Gaspedalposition (Drosselklappenposition) einen zukünftigen Fahrwiderstand und die Zeit bis zu einem zukünftigen Übergang des Motorbetriebszustandes zu berechnen, und den Abgasrückführstrom durch Regeln einer Ventileinrichtung während dieser Zeit zu steuern, um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu optimieren, wenn der Übergang stattfindet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend ausführlicher unter Bezugnahme auf in den begleitenden Zeichnungen gezeigte Beispiele beschrieben, wobei 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit für eine Fahrzeug zeigt, und 2 zeigt ein Diagramm einer Simulation eines fahrenden Fahrzeugs.
  • Die in 1 gezeigte Antriebseinheit in einem Motorfahrzeug A umfasst einen Verbrennungsmotor 1, der mit einem Automatikgetriebe 2 betrieben wird. Der Motor 1 und das Getriebe 2 sind durch eine elektronische Steuereinheit 3 gesteuert, die einen Motorsteuerabschnitt 4 und einen Getriebesteuerabschnitt 5 aufweist, welche miteinander kommunizieren. Die Steuerung kann in Übereinstimmung mit dem Modell ausgeführt werden, das in der oben genannten WO 03/041988 beschrieben ist und das durch die Pfeile „a“ und „b“ für die Motorsteuerung und „c“ und „d“ für die Getriebesteuerung symbolisiert ist.
  • 6 bezeichnet eine Einlassleitung zu den Motorbrennkammern und 7 bezeichnet eine Auslassleitung von den Motorbrennkammern. Die Leitungen 6 und 7 kommunizieren miteinander über eine Leitung 8, durch welche Abgas in der Leitung 7 zu der Einlassleitung 6 rückgeführt werden kann. In der Leitung 8 ist ein Ventil 9 (das AGR-Ventil), mittels dessen das Volumen rückgeführten Abgases kontinuierlich zwischen Null (geschlossenes Ventil) und einem vorbestimmten Maximalwert pro Zeiteinheit gesteuert werden kann. Das Ventil 9 wird, wie durch den Pfeil „e“ symbolisiert, auf bekannte Weise durch die Steuereinheit 3 kontinuierlich während des Motorbetriebs in Bezug auf die Motorbetriebsbedingungen gesteuert, sodass der beste Kraftstoffverbrauch stets erhalten wird, während gleichzeitig die Anforderungen geringer Partikel und NOx-Emissionen erfüllt werden.
  • Die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs wird in der Steuereinheit 3 in der Form einer zunehmenden Motordrehzahl als Funktion der Zeit aufgezeichnet, was in 2 mit einer durchgezogenen Kurve „f“ angegeben ist. Mit Informationen über eine Gaspedalposition und Informationen von der GPS-Ausrüstung beispielsweise mit elektronischen topographischen Karten können der zukünftige Fahrwiderstand und die Zeit von einer gegenwärtigen Drehzahl zu einer Drehzahl, für die das Auftreten eines nächsten Gangschaltens in dem Getriebe erwartet wird, simuliert werden. Dies ist mit einer gestrichelten Erweiterung „g“ der Kurve „f“ angegeben. Für eine ausführliche Beschreibung, wie das Fahren des Fahrzeugs auf Basis eines Modells simuliert werden kann, wird auf die oben genannte WO 03/041988 Bezug genommen.
  • Innerhalb der in 2 angegebenen Zeitdauer von der gegenwärtigen Motordrehzahl zu der Drehzahl für das nächste Gangschalten regelt die Steuereinheit 3 das AGR-Ventil 8 zu seiner geschlossenen Position, sodass die Motoreinlassleitungen von rückgeführten Abgasvolumina entleert sind, wenn die Steuereinheit 3 das Motordrehmoment vermindert und das Gangschalten einleitet. Auf diese Weise wird eine Override-Funktion erhalten, welche die gegenwärtige, intrareferenzielle Motorsteuerung der Abgasrückführung zu der Einlassseite des Motors übernimmt.
  • Weitere zukünftige Übergänge des Motorbetriebszustands als ein Gangschalten, die auf die oben beschriebne Weise berechnet werden können, sind beispielsweise eine Drehmomentverminderung, wenn sich das Fahrzeug einem Gipfel eines Hügels annähert, und eine Drehmomentzunahme nach dem Ende einer Steigung nach unten.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Regeln, in einem Verbrennungsmotor (1) in einem fahrenden Fahrzeug (A), einer Abgasrückführung von einer Auslassseite des Motors (1) zu einer Einlassseite des Motors (1) durch Regeln einer Ventileinrichtung (9), dadurch gekennzeichnet, dass ein zukünftiger Fahrwiderstand des Fahrzeugs (A) berechnet wird, dass die Zeit bis zu einem zukünftigen Übergang eines Motorbetriebszustandes basierend auf Informationen über eine zukünftige Veränderung des Fahrwiderstands berechnet wird, und dass die Abgasrückführung während dieser Zeit geregelt wird, indem die Ventileinrichtung (9) zu ihrer geschlossenen Position geregelt wird, sodass Motoreinlassleitungen (6) von rückgeführten Abgasvolumina entleert sind, wenn der Übergang stattfindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Regeln der Abgasrückführung in Verbindung mit einem Gangschalten in einem Automatikgetriebe (2), das mit dem Motor (1) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit bis zu einem zukünftigen Gangschalten berechnet wird, und dass der Abgasrückführstrom während dieser Zeit geregelt wird, indem die Ventileinrichtung (9) in Form eines Rückführventils zeitlich derart geschlossen wird, sodass ein Einlasssystem Zeit besitzt, um von Abgas entleert zu sein, bevor Gas beim Gangschalten weggenommen wird.
  3. Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1) mit einer elektronischen Steuereinrichtung (3), welche eine Kraftstoffzufuhr zu Motorbrennkammern und eine Abgasrückführung von einer Auslassseite des Motors zu einer Einlassseite des Motors (1) durch Regeln einer Ventileinrichtung (9) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) vorgesehen ist, um während das Fahrzeug fährt auf Basis von Eingabeinformationen über zumindest eine Straßenneigung und eine Gaspedalposition einen zukünftigen Fahrwiderstand und basierend auf Informationen über eine zukünftige Veränderung des Fahrwiderstands eine Zeit bis zu einem zukünftigen Übergang eines Motorbetriebszustand zu berechnen, und die Abgasrückführung durch Regeln der Ventileinrichtung (9) während dieser Zeit zu ihrer geschlossenen Position zu steuern, sodass Motoreinlassleitungen (6) von rückgeführten Abgasvolumina entleert sind, wenn der Übergang stattfindet.
  4. Fahrzeug nach Anspruch 3 mit einem Automatikgetriebe (2), das mit dem Motor (1) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3) Motor- und Getriebesteuerfunktionen besitzt und vorgesehen ist, die Zeit bis zu einem zukünftigen Gangschalten zu berechnen und den Abgasrückführstrom durch Regeln der Ventileinrichtung (9) zu steuern, indem die Ventileinrichtung (9) in Form eines Rückführventils zeitlich derart geschlossen wird, sodass ein Einlasssystem Zeit besitzt, um von Abgas entleert zu sein, bevor Gas beim Gangschalten weggenommen wird.
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