DE112007001467T5 - Gleichzeitige AGR-Korrektur und Verbrennungsphasenausgleich bei einzelnen Zylindern - Google Patents

Gleichzeitige AGR-Korrektur und Verbrennungsphasenausgleich bei einzelnen Zylindern Download PDF

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Abstract

Verfahren für eine gleichzeitige Abgasrückführung und Verbrennungsphasenlagensteuerung einzelner Zylinder bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, der mit einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung, einer Zylinderdruckerfassungsvorrichtung und einer Abgasrückführungsvorrichtung ausgestaltet ist, das umfasst, dass:
eine Verbrennungsphasenlageninformation von der Zylinderdruckerfassungsvorrichtung geliefert wird;
die Kraftstoffzufuhrvorrichtung gemäß vorbestimmten Sollwerten und einer Rückkopplung bei der Verbrennungsphasenlageninformation geregelt eingestellt wird;
die Abgasrückführungsvorrichtung gemäß vorbestimmten Sollwerten und einer Rückkopplung bei einem vorgewählten Abgasrückführungssteuerungsparameter geregelt wird;
Einstellungen an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit vorbestimmten Einstellzielen verglichen werden; und
die vorbestimmten Sollwerte bei dem vorgewählten Abgasrückführungssteuerungsparameter auf der Grundlage des Vergleichs der Einstellungen an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit vorbestimmten Einstellzielen eingestellt werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit der Steuerung der Abgasrückführung (AGR) und der Phasenlage einzelner Zylinder.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Moderne Diesel- und Benzinverbrennungsmotoren (IC-Motoren) verwenden wesentliche Beträge an AGR, um die Emission von Stickoxiden (allgemein als NOx bekannt) zu verringern. Bei einigen Dieselanwendungen ist das erreichte AGR-Niveau sogar noch wichtiger, da die Unfähigkeit, das benötigte AGR-Niveau zu erreichen, Stabilitätsprobleme verursachen kann, speziell bei nicht herkömmlichen oder speziellen Verbrennungsmodi, z. B. bei einer Kompressionszündung mit vorgemischter Ladung (PCCI). Zudem können auch gewisse andere Verbrennungsmodi, z. B. eine gesteuerte Selbstzündung, eine größere Empfindlichkeit gegenüber AGR-Konzentrationen aufweisen.
  • Spezielle AGR-Niveaus können erreicht werden, indem ein Regelkreissystem für die Position des AGR-Ventils verwendet wird, bei dem die Sollwerte des Regelkreissystems mit Hilfe einer Frischluftströmung kalibriert werden, wie sie von einem Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor) erfasst wird. Derartige Sollwerte funktionieren, solange kein Fehler bei dem MAF-Sensor auftritt und auch, wenn es keine weiteren Abweichungen dabei gibt, wie die Motoruntersysteme im Vergleich mit der Kalibrierung arbeiten. Zum Beispiel wird jede Veränderung beim Ladedruck, beim Abgasgegendruck, bei der Ansaugkrümmertemperatur oder bei anderen Faktoren (z. B. Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebungsluft), die den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors beeinflussen, eine nachteilige Auswirkung auf das AGR-Steuerungssystem aufweisen und damit wird sich die tatsächlich erreichte AGR von dem kalibrierten Wert ziemlich unterscheiden, wodurch ungewünschte NOx-Emissionsniveaus oder eine Instabilität des Verbrennungsvorgangs bewirkt wird.
  • Was daher benötigt wird, ist eine präzisere AGR-Steuerung.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern ist mit einer Zylinderdruckerfassung, einer Abgasrückführung und einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung ausgestaltet. Ein Verfahren zur gleichzeitigen Abgasrückführung und Steuerung der Verbrennungsphasenlage einzelner Zylinder umfasst, dass eine Verbrennungsphasenlageninformation von der Zylinderdruckerfassungsvorrichtung bereitgestellt wird und die Kraftstoffzufuhrvorrichtung gemäß Sollwerten und einer Rückkopplung bei der Verbrennungsphasenlageninformation geregelt eingestellt wird. Ferner wird die Abgasrückführungsvorrichtung gemäß Sollwerten und einer Rückkopplung bei einem vorgewählten Abgasrückführungssteuerungsparameter geregelt. Die Sollwerte bei dem vorgewählten Abgasrückführungssteuerungsparameter werden auf der Grundlage eines Vergleichs der Einstellungen an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung eingestellt.
  • Ein Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Brennkammern und einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung umfasst eine Brennkammerdruckerfassungsvorrichtung zur Lieferung einer Brennkammerphasenlageninformation, eine Abgasrückführungsvorrichtung und ein Steuerungsmodul, das ausgelegt ist, um die Kraftstoffzufuhrvorrichtung so einzustellen, dass ein erstes Ziel bei der Verbrennungsphasenlageninformation bewirkt wird, und um die Abgasrückführungsvorrichtung so zu steuern, dass ein zweites Ziel bei einem vorgewählten Motorparameter bewirkt wird, und um das zweite Ziel auf der Grundlage eines Vergleichs einer durchschnittlichen Einstellung über alle Zylinder an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit einer vorbestimmten mittleren Einstellung einzustellen.
  • Ein Controller für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Brennkammern umfasst eine AGR-Steuerung, die auf einen ersten Steuerungssollwert, der zum Steuern einer AGR-Vorrichtungseinstellung dient, anspricht, eine Kraftstoffzufuhrsteuerung, die zum Überwachen einer Brennkammerphasenlage und zum Einstellen einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung, um einen Verbrennungsphasenlagensollwert zu bewirken, dient, und eine AGR-Justierungssteuerung, die zum Überwachen einer durchschnittlichen Einstellung über alle Brennkammern an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung und zum Einstellen des ersten Steuerungssollwerts, um einen zweiten Steuerungssollwert für die durchschnittliche Einstellung zu bewirken, dient.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Verbrennungsinformation eine Verbrennungsphasenlageninformation und eine Verbrennungsdauerinformation umfassen. Ebenfalls gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein vorgewählter Abgasrückführungs-Steuerungsparameter zum Beispiel eine Luftmassenströmung, eine AGR-Rate oder einen Ansaugsauerstoffanteil umfassen. Außerdem kann die Abgasrückführungsvorrichtung zum Beispiel ein AGR-Ventil und variable Ventiltriebe umfassen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer zylinderdruckbasierten AGR-Steuerung;
  • 2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer zylinderdruckbasierten AGR-Steuerung und einer Zylinderphasenlagen-Steuerung; und
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform einer zylinderdruckbasierten AGR-Steuerung und einer Zylinderphasenlagen-Steuerung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nun auf 1–3 Bezug nehmend stellt eine schematische Zeichnung einen Verbrennungsmotor und ein Steuerungssystem dar, welches gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entsprechend den verschiedenen Figuren konstruiert wurde. Die beispielhaften Motor- und Steuerungssysteme umfassen einen herkömmlichen Vierzylinder-Verbrennungsmotor 12 und ein elektronisches Motorsteuerungsmodul (ECM) (nicht separat veranschaulicht). Der beispielhafte Motor umfasst einen bekannten Kompressionszündungsmotor mit einer primär überstöchiometrischen Betriebsverwaltung. Alternativ kann der Motor einen Motor umfassen, der eine beliebige einer Anzahl von Motorsteuerungsstrategien verwendet, welche mit Überstöchiometrie arbeiten, z. B. Motoren mit homogener Kompressionszündung und mager betriebene Ottomotoren. Der beispielhafte Motor 12 umfasst mehrere sich hin- und herbewegende Kolben, die an einer Kurbelwelle angebracht sind, welche an dem Endantrieb eines Fahrzeugs wirksam angebracht ist, um Antriebsdrehmoment an den Endantrieb zu liefern.
  • Das Steuerungssystem umfasst vorzugsweise eine Architektur mit verteilten Steuerungsmodulen, welche das ECM umfasst. Das Steuerungssystem kann eine Vielzahl von Steuerungsmodulen umfassen, die ausgelegt sind, um eine koordinierte Steuerung der verschiedenen Fahrzeugsysteme, die das hierin beschriebene Antriebsstrangsystem umfassen, bereitzustellen. Das Steuerungssystem dient dazu, Eingänge von Erfassungseinrichtungen zu überwachen, entsprechende Informationen zu synthetisieren, und Algorithmen auszuführen, um verschiedene Aktuatoren zu steuern, um gewisse Zielvorgaben zu erreichen, d. h. Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistung, Fahrbarkeit und Hardwareschutz. Ein Fahrzeugbediener steuert oder lenkt typischerweise einen Betrieb des Antriebsstrangs, der den Motor umfasst, zum Beispiel durch ein Gaspedal, ein Bremspedal, einen Getriebegangwahlhebel und eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung. Jeder bzw. jede der voranstehend erwähnten Controller und Einrichtungen steht über einen (nicht separat veranschaulichten) Hochgeschwindigkeits-Bus eines lokalen Netzwerks (LAN) mit weiteren Controllern, Einrichtungen, Sensoren und Aktuatoren in Verbindung. Der LAN-Bus ermöglicht eine strukturierte Weiterleitung von Steuerungsparametern und Befehlen zwischen den verschiedenen Prozessoren, Steuerungsmodulen und Einrichtungen. Das speziell verwendete Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Meldungsübertragung und Multi-Controller-Kopplung zwischen den voranstehend erwähnten Controllern und weiteren Controllern, welche eine Funktionalität, wie etwa Antiblockierbremsen, Antriebssteuerung und Fahrzeugstabilität bereitstellen.
  • Das ECM umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit und flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher. Das ECM steht mit Erfassungseinrichtungen und Aktuatoren in Verbindung, um wie gezeigt den Betrieb des Motors 12 fortwährend zu überwachen und zu steuern. Die Aktuatoren umfassen eine Hardware, die für eine korrekte Steuerung und einen korrekten Betrieb des Motors notwendig ist, welche beispielsweise ein Luftansaugsystem, ein Kraftstoffeinspritzsystem, ein Funkenzündungssystem (wenn ein funkengezündeter Motor verwendet wird), ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) und ein Verdunstungssteuerungssystem umfasst. Motorerfassungseinrichtungen umfassen Einrichtungen, die zum Überwachen des Motorbetriebs, äußerer Bedingungen und einer Bedieneranforderung dienen, und umfassen zum Beispiel eine Gaspedalstellung, einen Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor), Sensoren für Abgasbestandteile, einen Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor), einen Kurbelwinkelsensor und Zylinderdrucksensoren. Bekannte Zylinderdrucksensoren können den Verbrennungsdruck direkt, zum Beispiel über intrusive oder nicht intrusive Drucksensoren, oder indirekt, z. B. über eine Ionenerfassung oder ein Kurbelwellendrehmoment, erfassen.
  • Der Code von Algorithmen oder Anweisungssätze sind in den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeichert, werden von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen zum Überwachen von Eingängen von den Erfassungseinrichtungen und zum Ausführen von Motorsteuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Motorbetriebs unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen. Algorithmen werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, wobei jeder Steuerungsalgorithmus mindestens einmal pro Schleifenzyklus ausgeführt wird. Während des Motorbetriebs werden Schleifenzyklen typischerweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden ausgeführt. Alternativ können Steuerungsalgorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden. Ein zyklisches Ereignis, z. B. die Berechnung der Motorkraftstoffzufuhr, kann bei jedem Motorzyklus ausgeführt werden. Ein Diagnosealgorithmus kann pro Motoreinschaltzyklus einmal ausgeführt werden. Ein Diagnosealgorithmus kann weitere Beschränkungen aufweisen, welche Anforderungen zum Erreichen spezieller Aktivierungskriterien vor einer Ausführung umfassen. Die Verwendung des ECM zur Steuerung und Diagnose des Betriebs verschiedener Aspekte des Verbrennungsmotors 12 ist dem Fachmann wohlbekannt.
  • Mit Bezug auf 1 ist die von einem MAF-Sensor 14 beschaffte Luftmassenströmung der MAF 13 eine beispielhafte AGR-Steuerungsrückkopplung. Die MAF wird mit einem MAF-Ziel, z. B. von einem Kennfeld 15 des Grundliniensollwerts der AGR-Steuerung, verglichen. Der Fehler wird an eine AGR-Steuerung 11 geliefert, um das AGR-Ventil 8 entsprechend so einzustellen, dass der Fehler gegen Null geht. Eine Optimalwert-Teil der Steuerung (nicht separat veranschaulicht) und das Kennfeld 15 des Grundliniensollwerts der AGR-Steuerung werden vorzugsweise durch bekannte Motorprüfstandstechniken offline kalibriert. Die Optimalwertsteuerung kann zum Beispiel tabellarisierte AGR-Ventilpositionen umfassen, wie sie in Kalibriertabellen gespeichert sind, die durch Motordrehzahl- und -lastdaten referenziert werden (d. h. einem Kraftstoffbefehl). Gemäß einer Ausführungsform ist der Motor 12 zudem mit einem oder mehreren Zylinderdrucksensoren 16 ausgestaltet. Das Steuerungssystem ist so strukturiert, dass es das MAF-Ziel auf der Grundlage von Verbrennungsinformation 18 einstellt, die von den Zylinderdrucksensoren 16 abgeleitet ist. Eine AGR-Korrektursteuerung 17 verwendet Verbrennungsphasenlagen-Rückkopplungsinformation 18 (z. B. X% Brennratenwinkel, Brennrate bei X Grad Kurbelwelle, Verbrennungsdauer, Steigung der Brennrate) und vergleicht sie mit einem Verbrennungsphasenlagenziel 19, z. B. von einem Kennfeld 20 der Grundlinien-Verbrennungsphasenlage. Dieser Vergleich stört das Nenn-MAF-Ziel von dem Kennfeld 15 des Grundliniensollwerts der AGR-Steuerung, sodass der Fehler, der in den Sollwertoptimierer 21 der AGR-Steuerung eingegeben wird, gegen Null geht.
  • MAF-Ziele und Verbrennungsphasenlagenziele werden zum Beispiel unter Verwendung von Motordrehzahl- und -lastdaten (d. h. eines Kraftstoffbefehls) referenziert. In Übereinstimmung mit der Ansaugtemperatur, dem Umgebungsdruck, dem Kraftstofftyp etc. kann eine zusätzliche Korrektur geboten sein. Das Kennfeld 20 der Grundlinien-Verbrennungsphasenlage wird vorzugsweise durch bekannte Motorprüfstandtechniken offline kalibriert. Grundlinien-Verbrennungsphasenlagenziele stellen gewünschte Verbrennungskennlinien relativ zu einer Vielzahl von Metriken (z. B. NOx-Emissionen, Verbrennungsgeräusch, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und maximale MBT bei Verdünnungs/Klopf-Grenzen für Benzinanwendungen) dar. Der Regelkreisabschnitt der Steuerung hält die gewünschten Verbrennungskennlinien in der Anwesenheit von Variationen, Störungen, Altern etc. aufrecht. Der Sollwertoptimierer 21 der AGR-Steuerung ist bei einer Implementierung ein langsamer Integrierer. Mit anderen Worten erhöht oder vermindert der Sollwertoptimierer 21 der AGR-Steuerung den MAF-Sollwert langsam, wenn die erreichte AGR (Verbrennungsphasenlagen-Rückkopplung) 18 kleiner oder größer als erwartet ist. Die zusätzliche Verbrennungsphasenlageninformation über die Auswirkung der AGR bei der Verbrennung ermöglicht es, die Online-Optimierung des Zielwerts für den AGR-Regler zu realisieren.
  • Einer beispielhaften Information 18 kann entsprechen, dass im Wesentlichen 50% des Kraftstoffs verbrannt sind, z. B. dem Kurbelwinkel, bei dem 50% des Kraftstoffs verbrannt sind (CA50). Die Information 18 kann zum Beispiel einem Mittelwert über alle Zylinder, einem einzigen Zylinder, oder einer Zylinderreihe gemäß der verfügbaren Ausgestaltung der Motorzylinder-Druckerfassungshardware und Kostenüberlegungen entsprechen. Zum Beispiel kann der Motor bei einer Konfiguration mit einem AGR-Ventil pro Reihe eine Druckerfassung nutzen, die jeder Reihe entspricht, sodass die Verbrennungsphaseninformation von jeder Reihe der Steuerung des jeweiligen AGR-Ventils entspricht. Zudem sind, obwohl die hierin beschriebenen Ausführungsformen sich auf externe Abgasrückführungsvorrichtungen beziehen (z. B. ein AGR-Ventil zum Erzielen einer Abgasrückführung von einem Auslasskrümmer zu einem Ansaugkrümmer), auch interne Abgasrückführungsvorrichtungen (d. h. variable Ventiltriebe, z. B. vollständig flexible, mit variablem Hub, Nocken mit mehreren Nockenbuckeln, Nockenphasenversteller etc., um das Einschließen von Abgas und/oder das Wiedereinsaugen von Abgas zu bewirken) alles Abgasrückführungsvorrichtungen in dem Sinn, wie dieser Begriff hier verwendet wird, die in Übereinstimmung mit der hierin beschriebenen Erfindung effektiv steuerbar sind.
  • Es kann wünschenswert sein, ähnliche Wärmefreisetzungsraten bei einer Verbrennung in jedem einzelnen Zylinder beizubehalten. Ein Weg, um dies zu erreichen, besteht darin, Verbrennungsinformation von Zylinderdrucksensoren an jedem Zylinder zu beschaffen und einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (z. B. den Start der Einspritzung (SOI)) in einer Regelschleife zu verwenden, um die Unterschiede bei den erreichten Brennraten zu kompensieren. Die gleiche Information kann jedoch nicht verwendet werden, um einen AGR-Fehler zu lernen und zu korrigieren, solange nicht die Verbrennungsphasenlagensteuerung der einzelnen Zylinder für die Periode deaktiviert wird, in der die AGR-Korrekturen gelernt werden.
  • Daher besteht eine Alternative zu dieser Strategie gemäß einer weiteren Ausführungsform darin, eine zweite Verbrennungsphasenlagenmetrik vorzuwählen und AGR-Korrekturen in Übereinstimmung damit zu bilden. Als ein Beispiel, das nicht einschränken soll, kann Verbrennungsdauerinformation aus der Differenz zwischen ersten und zweiten Punkten (z. B. CA10 und CA90) abgeleitet und verwendet werden, um einen AGR-Sollwert auf der Grundlage des Sollwerts dieser Differenz zu lernen/zu modifizieren. Da die zusätzliche AGR die Verbrennung verlangsamt, liefert diese Zeitdauerinformation ein sekundäres Rückkopplungssignal, sodass ein SOI-Phasenausgleich von Zylinder zu Zylinder und eine AGR-Sollwertoptimierung gleichzeitig realisiert werden können. Dies ermöglicht es, dass sowohl die Phasenlagensteuerung als auch die AGR-Korrektur ohne irgendeine benötigte Deaktivierung kontinuierlich arbeiten. Alternative sekundäre Verbrennungsphasenlagenmetriken können beispielsweise umfassen: X% Brennratenwinkel, Brennrate bei X Grad Kurbelwinkel, Steigung der Brennrate, alle bei unterschiedlichen Punkten in dem Verbrennungsablauf relativ zu der ersten Verbrennungsphasenlagenmetrik.
  • Ein allgemeines Blockdiagramm einer derartigen Ausführungsform ist in 2 dargestellt, wobei sowohl eine Einzelzylinder-Phasenlagensteuerung 23 als auch eine AGR-Korrektursteuerung 17' gezeigt sind. In diesem Fall wird eine Einzelzylinder-Verbrennungsphasenlageninformation 18' mit einem Verbrennungsphasenlagenziel, z. B. von einem Kennfeld 22 der Grundlinien-Verbrennungsphasenlage, verglichen. Der Fehler wird an einen Einzelzylinder-Phasenlagenausgleichscontroller 25 geliefert, um den SOI entsprechend so einzustellen, dass der Fehler gegen Null geht. Diese Phasenlagensteuerung verwendet einen Einspritzzeitpunkt für jeden Zylinder, um die resultierenden Verbrennungen für jeden Zylinder im Wesentlichen identisch zu gestalten. Brennratenprofile für jeden Zylinder sind wünschenswerterweise gleich einem Referenzprofil bei einem aktuel len Arbeitspunkt. Bei der Umsetzung wird eine Ausrichtung eines einzigen Punkts auf einzelnen Brennprofilen verwendet, um eine derartige Phasenlagenausrichtung zu bewirken. Die Grundlinien-Verbrennungsphasenlagenziele stellen gewünschte Verbrennungskennlinien relativ zu einer Vielzahl von Metriken (z. B. NOx-Emissionen, Verbrennungsgeräusch, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und maximale MBT bei Verdünnungs/Klopfgrenzen für Benzinanwendungen) dar. Der Regelkreisabschnitt der Steuerung hält die gewünschten Verbrennungskennlinien in der Gegenwart von Variationen, Störungen, Altern etc. aufrecht. Das Kennfeld 22 der Grundlinien-Verbrennungsphasenlage wird vorzugsweise durch bekannte Motorprüfstandstechniken offline kalibriert.
  • Mit fortgesetztem Bezug auf 2 wird eine sekundäre Verbrennungsphasenlagen-Rückkopplungsinformation 18'', bei dem vorliegenden Beispiel eine Verbrennungsdauer, in die AGR-Korrektursteuerung 17' eingespeist, die zu der voranstehend beschriebenen AGR-Korrektursteuerung 17, wie sie in der Beschreibung offen gelegt ist, welche der Ausführungsform von 1 zugeordnet ist, im Wesentlichen analog ist. In diesem Fall wird die sekundäre Verbrennungsphasenlagen-Rückkopplung (z. B. eine Verbrennungsdauer) 18'' mit einem sekundären Verbrennungsphasenlagenziel (z. B. einem Grundlinien-Verbrennungsdauerziel) 19', z. B. von einem Kennfeld 20' der Grundlinien-Sekundärverbrennungsphasenlage verglichen. Dieser Vergleich stört das Nenn-MAF-Ziel von dem Kennfeld 15 des Grundliniensollwerts der AGR-Steuerung, so dass der Fehler, der in den Sollwertoptimierer 21' der AGR-Steuerung eingegeben wird, gegen Null geht. Das Kennfeld 20' der Grundlinien-Sekundärverbrennungsphasenlage wird vorzugsweise durch bekannte Motorprüfstandtechniken offline kalibriert. Die Verbrennungsdauerziele stellen gewünschte Verbrennungskennlinien relativ zu einer Vielzahl von Metriken (z. B. NOx-Emissionen, Verbrennungsgeräusch, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und maximale MBT bei Verdünnungs/Klopfgrenzen für Benzinanwendungen) dar. Der Regelkreisabschnitt der Steuerung hält die gewünschten Verbrennungskennlinien in der Gegenwart von Variationen, Störungen, Alterung etc. aufrecht.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform basiert ein alternatives Verfahren zur gleichzeitigen AGR-Steuerung und zum Einzelzylinderphasenausgleich nur auf einer einzigen Verbrennungsphasenlagen-Rückkopplungsmetrik. Ein Blockdiagramm dieses Verfahrens ist in 3 dargestellt. Eine Einzelzylinder-Phasenlagensteuerung wird darin so ausgeführt, wie mit Bezug auf die Ausführungsform von 2 beschrieben ist, wobei eine Einzelzylinder-Verbrennungsphasenlageninformation 18' mit einem Verbrennungsphasenlagenziel, z. B. von dem Kennfeld 22 der Grundlinien-Verbrennungsphasenlage, verglichen wird. Der Fehler wird an den Einzelzylinder-Phasenlagenausgleichscontroller 25 geliefert, um den SOI entsprechend so einzustellen, dass der Fehler gegen Null geht. Diese Phasenlagensteuerung verwendet einen Einspritzzeitpunkt für jeden Zylinder, um die resultierenden Verbrennungen für jeden Zylinder im Wesentlichen identisch zu gestalten. Brennratenprofile für jeden Zylinder sind wünschenswerterweise gleich einem Referenzprofil bei einem aktuellen Arbeitspunkt. Bei der Implementierung wird eine Ausrichtung eines einzigen Punkts auf einzelnen Brennprofilen verwendet, um eine derartige Phasenlagenausrichtung zu bewirken. Die Grundlinien-Verbrennungsphasenlagenziele stellen gewünschte Verbrennungskennlinien relativ zu einer Vielzahl von Metriken (z. B. NOx-Emissionen, Verbrennungsgeräusch, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und maximale MBT bei Verdünnungs/Klopfgrenzen für Benzinanwendungen) dar. Der Regelkreisabschnitt der Steuerung hält die gewünschten Verbrennungskennlinien in der Gegenwart von Variationen, Störungen, Altern etc. aufrecht. Das Kennfeld 22 der Grundlinien-Verbrennungsphasenlage wird vorzugsweise durch bekannte Motorprüfstandstechniken offline kalibriert.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform von 3 werden bezüglich der AGR-Steuerung jedoch SOI-Einstellungen in eine AGR-Korrektur/Lernsteuerung 17'' eingespeist und eine durchschnittliche SOI-Korrektur über alle Zylinder wird ermittelt. Diese durchschnittliche SOI-Einstellung wird mit einem mittleren SOI-Ziel 19'' des Motors verglichen. Dieser Vergleich stört das Nenn-MAF-Ziel von dem Kennfeld 15 des Grundliniensollwerts der AGR-Steuerung, sodass der Fehler, der in einen Sollwertoptimierer 21'' der AGR-Steuerung eingegeben wird, gegen Null geht. Im Idealfall ist das mittlere SOI-Ziel des Motors Null; dies setzt jedoch voraus, dass eine SOI-Korrektur nur aufgrund der Mischung nötig ist. Andere Faktoren, zum Beispiel ein Versatz des oberen Totpunkts des Kurbelwinkelsignals relativ zu dem tatsächlichen oberen Totpunkt können in der Tat einen Fehler unabhängig von der Mischung verursachen. Bei einem derartigen Fall können bei sehr niedrigen AGR-Niveaus von Null verschiedene SOI-Korrekturen einem TDC-Versatz zugeschrieben werden. Dieser Versatz kann verwendet werden, um die Steuerung derart anzupassen, dass das SOI-Korrekturziel ein von Null verschiedener Wert ist und die SOI-Korrektur nur die mischungsbezogene Komponente anspricht, wie hierin nachstehend weiter beschrieben wird. Obwohl die vorliegende Ausführungsform mit Bezug auf durchschnittliche SOI-Korrekturen über alle Zylinder beschrieben ist, umfassen alternative Implementierungen die Verwendung von durchschnittlichen SOI-Korrekturen über eine Untermenge von Zylindern (z. B. jede Reihe von Zylindern, die unabhängigen AGR-Ventilen zugeordnet ist) oder SOI-Korrekturen eines einzigen Zylinders. Und abgesehen von Durchschnitten der SOI-Korrekturen kann eine weitere mathematische, statistische oder gefilterte Darstellung verwendet werden, die zum Beispiel minimale und maximale Korrekturwerte umfasst.
  • Wenn in dem Motor ein Mischungsfehler vorliegt, wird erwartet, dass der Durchschnitt jeder SOI-Korrektur für den Motor auf einen Wert verschoben wird, der anzeigt, ob die Mischung im Vergleich mit der Grundlinienmischung fetter oder magerer ist. Wenn beispielsweise die durchschnittliche SOI-Korrektur für den Motor in der vorverstellten Richtung liegt, wird eine fettere Mischung im Vergleich mit dem Nennwert für den Motor angezeigt. Die AGR-Korrektur/Lernsteuerung 17'' verwendet die durchschnittliche SOI-Korrektur für den Motor als das Rückkopplungssignal und stellt die Ziel-MAF so ein, dass die durchschnittliche SOI-Korrektur für den Motor gegen Null oder gegen einen anderen Zielwert geht. Mit dieser Struktur können sowohl der Zylinderphasenlagen- als auch der AGR-Controller kontinuierlich zur gleichen Zeit aktiv sein; jedoch finden die AGR-Korrektur und die entsprechende SOI-Korrekturantwort in einer langsameren Zeitskala statt, welche absichtlich realisiert werden kann, indem sowohl das AGR-Korrektursteuerungs-Rückkopplungssignal gefiltert wird als auch viel kleinere Verstärkungen für die AGR-Korrektursteuerung gewählt werden. Die AGR-Korrektursteuerung ist ein langsam lernender Controller für das Ziel des AGR-Reglers.
  • Eine implizite Annahme für die AGR-Korrektursteuerung, ob sie nun die Verbrennungsphasenlageninformation direkt verwendet (z. B. 1) oder die Ausgänge einzelner Phasenlagencontroller (z. B. 3), besteht darin, dass der Phasenlagenfehler nur von den Mischungsfehlern verursacht wird. Jedoch können verschiedene Faktoren einen kombinierten Fehler bei der Phasenlagenmetrik erzeugen. Wenn der Mischungsfehler nicht die dominante Fehlerquelle ist, kann ein Korrigieren der Phasenlagenmetrik durch AGR-Einstellungen allein nicht die ideale Korrektur liefern. Daher kann die bewusste Verwendung einer langsamen AGR-Korrektur nützlich sein, um Fehler zu trennen, die durch AGR und andere Quellen verursacht werden. Zum Beispiel werden basierend auf einer speziellen Kalib rierung des beispielhaften Dieselmotors bei herkömmlichen Verbrennungsmodi sehr kleine AGR-Beträge verwendet. Wenn beobachtet wird, dass kleine Variationen bei AGR zu keinen wesentlichen Auswirkungen auf die Phasenlagenmetrik führen, kann vernünftigerweise gefolgert werden, dass die resultierende mittlere SOI-Korrektur für den Motor bei einem herkömmlichen Punkt so aufgefasst wird, dass sie nur nicht AGR-bezogenen Quellen zugeordnet ist. Für globale Fehler, die über den gesamten Drehzahl-Last-Bereich wirksam sind, wie etwa einen TDC-Versatz, kann die ursprüngliche mittlere SOI-Korrekturrückkopplung auf der Grundlage der Grundlinien-Korrektur, die bei einem herkömmlichen Punkt benötigt wird, vorgespannt werden, um ein Netto-Rückkopplungsfehlersignal zu erzeugen, das nur die AGR-Streuung für den langsamen AGR-Korrekturcontroller anzeigt.
  • Obwohl bei den vorherigen Ausführungsformen ein MAF-Ziel als ein beispielhaftes AGR-Steuerungsziel angegeben wurde, ist zu verstehen, dass die AGR-Ratenkorrektur auf beliebige gewählte AGR-Steuerungsparameter oder Variable angewandt werden kann. Derartige andere Referenzen können zum Beispiel den Ansaugsauerstoffanteil und die AGR-Rate umfassen. Mit anderen Worten können, wenn die AGR-Steuerung unter Verwendung von Zielen bei anderen Sensoren oder Schätzeinrichtungen erreicht wird, anstelle eines Aufbringens auf den MAF Korrekturen auf diese Variablen aufgebracht werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezug auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass zahlreiche Änderungen in dem Geist und Umfang der beschriebenen erfinderischen Konzepte durchgeführt werden können. Entsprechend soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern den vollständigen Schutzumfang aufweisen, der durch die Sprache der folgenden Ansprüche zulässig ist.
  • Zusammenfassung
  • Ein Verbrennungsmotor ist mit einer Brennkammerdruckerfassung und einer Abgasrückführungsvorrichtung ausgestaltet. Der Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung wird auf der Grundlage einer Verbrennungsphasenlage eingestellt und eine Abgasrückführung wird auf der Grundlage von durchschnittlichen Einstellungen des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung gesteuert.

Claims (19)

  1. Verfahren für eine gleichzeitige Abgasrückführung und Verbrennungsphasenlagensteuerung einzelner Zylinder bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, der mit einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung, einer Zylinderdruckerfassungsvorrichtung und einer Abgasrückführungsvorrichtung ausgestaltet ist, das umfasst, dass: eine Verbrennungsphasenlageninformation von der Zylinderdruckerfassungsvorrichtung geliefert wird; die Kraftstoffzufuhrvorrichtung gemäß vorbestimmten Sollwerten und einer Rückkopplung bei der Verbrennungsphasenlageninformation geregelt eingestellt wird; die Abgasrückführungsvorrichtung gemäß vorbestimmten Sollwerten und einer Rückkopplung bei einem vorgewählten Abgasrückführungssteuerungsparameter geregelt wird; Einstellungen an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit vorbestimmten Einstellzielen verglichen werden; und die vorbestimmten Sollwerte bei dem vorgewählten Abgasrückführungssteuerungsparameter auf der Grundlage des Vergleichs der Einstellungen an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit vorbestimmten Einstellzielen eingestellt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbrennungsphasenlageninformation einen Motorkurbelwinkel bei einer vorbestimmten Brennrate und/oder eine Brennrate bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel, und/oder eine Verbrennungsdauer und/oder eine Steigung einer Brennrate umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgewählte Abgasrückführungssteuerungsparameter eine Luftmassenströmung oder eine AGR-Rate oder einen Ansaugsauerstoffanteil umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abgasrückführungsvorrichtung ein AGR-Ventil umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abgasrückführungsvorrichtung einen variablen Ventiltrieb umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vergleichen von Einstellungen an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit einem vorbestimmten Einstellziel umfasst, dass durchschnittliche Einstellungen über alle Zylinder an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit vorbestimmten mittleren Einstellungen verglichen werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen von Verbrennungsphasenlageninformation von der Zylinderdruckerfassungsvorrichtung umfasst, dass Verbrennungsphasenlageninformation einzelner Zylinder bereitgestellt wird.
  8. Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Brennkammern und einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung, umfassend: eine Brennkammerdruckerfassungsvorrichtung, um eine Brennkammerphasenlageninformation bereitzustellen; eine Abgasrückführungsvorrichtung; und ein Steuerungsmodul, das ausgelegt ist, um die Kraftstoffzufuhrvorrichtung so einzustellen, dass ein vorbestimmtes erstes Ziel bei der Verbrennungsphasenlageninformation bewirkt wird, und um die Abgasrückführungsvorrichtung so zu steuern, dass ein vorbestimmtes zweites Ziel bei einem vorgewählten Motorparameter bewirkt wird, und um das vorbestimmte zweite Ziel auf der Grundlage eines Vergleichs einer durchschnittlichen Einstellung über alle Zylinder an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit einer vorbestimmten mittleren Einstellung einzustellen.
  9. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Brennkammerphasenlageninformation einen Motorkurbelwinkel bei einer vorbestimmten Brennrate und/oder eine Brennrate bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel und/oder eine Verbrennungsdauer und/oder einen Anstieg einer Brennrate umfasst.
  10. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der vorgewählte Motorparameter eine Luftmassenströmung oder eine AGR-Rate oder einen Ansaugsauerstoffanteil umfasst.
  11. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Abgasrückführungsvorrichtung ein AGR-Ventil umfasst.
  12. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Verbrennungsmotor zwei Zylinderreihen umfasst und die Abgasrückführungsvorrichtung ein AGR-Ventil je Zylinderreihe umfasst.
  13. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Abgasrückführungsvorrichtung einen variablen Ventiltrieb umfasst.
  14. Controller für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Brennkammern, umfassend: eine AGR-Steuerung die auf einen ersten Steuerungssollwert anspricht, der zum Steuern einer AGR-Vorrichtungseinstellung dient; eine Kraftstoffzufuhrsteuerung, die zum Überwachen einer Brennkammerphasenlage und zum Einstellen einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung, um einen Verbrennungsphasenlagensollwert zu bewirken, dient; und eine AGR-Justierungssteuerung, die zum Überwachen einer durchschnittlichen Einstellung über alle Brennkammern an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung und zum Einstellen des ersten Steuerungssollwerts dient, um einen zweiten Steuerungssollwert für die durchschnittliche Einstellung über alle Brennkammern an der Kraftstoffzufuhrvorrichtung zu bewirken.
  15. Controller nach Anspruch 14, wobei die Brennkammerphasenlage einen Motorkurbelwinkel bei einer vorbestimmten Brennrate und/oder eine Brennrate bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel und/oder eine Verbrennungsdauer und/oder einen Anstieg einer Brennrate umfasst.
  16. Controller nach Anspruch 14, wobei die AGR-Steuerung eine Steuerungsrückkopplung bei einem vorbestimmten Steuerungsparameter umfasst.
  17. Controller nach Anspruch 16, wobei der Steuerungsparameter eine Luftmassenströmung oder eine AGR-Rate oder einen Ansaugsauerstoffanteil umfasst.
  18. Controller nach Anspruch 14, wobei die Abgasrückführungsvorrichtung ein AGR-Ventil umfasst.
  19. Controller nach Anspruch 14, wobei die Abgasrückführungsvorrichtung einen variablen Ventiltrieb umfasst.
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