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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer AGR-Rate aus dem Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Steuervorrichtung, die die AGR-Rate auf der Grundlage der aus dem Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors bestimmten AGR-Rate regelt.
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Stand der Technik
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Bei einem Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug ist eine Abgasrückführung (AGR) zur Rückführung eines Teils des Abgases zur Ansaugseite weit verbreitet. Die Anwendung der AGR kann Stickoxide (NOx) im Abgas mindern und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch senken.
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Der Effekt der AGR kann dadurch gesteigert werden, dass dem Zylinder mehr AGR-Gas zugeführt, d. h. die AGR-Rate im Zylinder erhöht, wird. Je größer die AGR-Rate im Zylinder, desto höher ist andererseits jedoch die Wahrscheinlichkeit für eine Schwankung der AGR-Rate zwischen den Zylindern und eine Verschlechterung der Verbrennung. Um dies zu vermeiden, muss die AGR-Rate in den Zylinder genau bestimmt werden. Des Weiteren muss die AGR-Rate präzise geregelt werden, um eine Verschlechterung der Verbrennung zu verhindern.
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Die AGR-Rate im Zylinder lässt sich jedoch nicht direkt messen, sondern auf der Grundlage einiger Informationen nur indirekt bestimmt werden. Herkömmlich werden die Energiefreisetzungsrate und Brenndauer als Informationen verwendet. Es ist bekannt, dass die AGR-Rate im Zylinder in engem Zusammenhang mit der Energiefreisetzungsrate und Brenndauer steht. Obwohl sich die Energiefreisetzungsrate und Brenndauer nicht direkt messen lassen, kann ein Verbrennungsmotor mit einem Zylinderdrucksensor das Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors zur Berechnung der Energiefreisetzungsrate und Brenndauer verwenden. Beispielsweise beschreibt die japanische Offenlegungsschrift
JP 2000-054889 A die Berechnung der Energiefreisetzungsrate je Kurbelwinkel aus dem Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors sowie eine Regelung der AGR-Rate, um das Energiefreisetzungsratenmuster mit einem vorgegebenen Wellenformmuster in Einklang zu bringen.
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Da der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors aber durch die Bildung des Luftkraftstoffgemischs im Zylinder oder die Zündbedingung beeinträchtigt wird, treten selbst dann Schwankungen in der Energiefreisetzungsrate und Brenndauer zwischen den Zyklen oder Arbeitsspielen auf, wenn derselbe Betriebszustand beibehalten wird. Daher sind eine statistische Verarbeitung der Schwankungen notwendig, um aus der Energiefreisetzungsrate und Brenndauer die AGR-Rate genau abschätzen zu können, sowie eine große Anzahl von Abfragen. Je größer die Anzahl der Abfragen, desto höher ist die Schätzgenauigkeit der AGR-Rate. Jedoch wird dementsprechend eine große Anzahl von Arbeitsspielen benötigt und die Ansprechempfindlichkeit der AGR-Raten-Regelung reduziert.
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Aus beispielsweise der japanischen Offenlegungsschrift
JP 7-189815 A ist des Weiteren ein Verfahren zur Verwendung von brennzustandsunabhängigen Informationen zur Bestimmung der AGR-Rate bekannt. Bei dem in dieser Veröffentlichung beschriebenen Verfahren wird das Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors im Ansaugtakt als Information zur Bestimmung der AGR-Rate verwendet. Es ist eine bekannte Tatsache, dass sich der Ansaugdruck abhängig von der AGR-Rate ändert, und dass der Zylinderdruck und der Ansaugdruck im Ansaugtakt, in dem das Einlassventil offen ist, miteinander in Beziehung stehen. Daher kann bei einem Verbrennungsmotor mit einem Zylinderdrucksensor das Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors im Ansaugtakt überwacht werden, um die AGR-Rate im Zylinder indirekt zu bestimmen.
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Das herkömmliche Verfahren zur Bestimmung der AGR-Rate aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors im Ansaugtakt lässt sich mit Hilfe des Ablaufdiagramms von 8 und des Zylinderdruck/Kurbelwinkel-Diagramms von 9 näher beschreiben. Das Zylinderdruck/Kurbelwinkel-Diagramm von 9 veranschaulicht die Änderung des Zylinderdrucks zwischen dem Ansaugtakt und dem Ausstoßtakt, einmal für den Fall mit AGR und einmal für den Fall ohne AGR.
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Wie es im Ablaufdiagramm von 8 gezeigt ist, wird in dem herkömmlichen Verfahren zunächst das Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors (ZDS) gelesen (Schritt S11). Das gelesene Ausgangssignal wird dann mit einem vorgegebenen Faktor multipliziert, um den Spannungswert in einen Druckwert umzuwandeln (Schritt S12). Obwohl für die Bestimmung der AGR-Rate der Absolutdruck des Zylinderdrucks notwendig ist, enthält der aus dem Spannungswert umgewandelte Druckwert jedoch einen Offsetfehler gegenüber dem Absolutdruck des Zylinderdrucks, weil der Zylinderdrucksensor eine Druckänderung durch eine Spannung ausgibt. Wie es in 9 durch einen Pfeil S13 zum Ausdruck gebracht ist, wird der aus dem Spannungswert umgewandelte Druckwert daher einer Absolutdruckkorrektur unterzogen (Schritt S13). Beispiele für ein Verfahren zur Absolutdruckkorrektur umfassen die folgenden Verfahren. In einem Beispiel für das Verfahren wird davon ausgegangen, dass der Zylinderdruck im Ansaugtakt gleich dem Messwert des Ansaugdrucksensors ist, und der Absolutdruckkorrekturwert auf der Grundlage des Ausgangssignals des Ansaugdrucksensors bestimmt. In einem anderen Beispiel für das Verfahren wird der auf den Ansaugtakt folgende Verdichtungstakt als eine adiabatische Verdichtung angenommen und der Absolutdruckkorrekturwert so bestimmt, dass gilt: PVk = gewisse Beziehung.
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Nach der Absolutdruckkorrektur wird, wie es in 9 durch einen Pfeil S14 zum Ausdruck gebracht ist, der Zylinderdruck im Ansaugtakt erfasst (Schritt S14). Im Besonderen wird der Zylinderdruck nach der Absolutdruckkorrektur dazu verwendet, den indizierten mittleren Druck in der Phase des Ansaugtakts zu berechnen. Bei dem herkömmlichen Verfahren wird der auf diese Weise erhaltene Zylinderdruck im Ansaugtakt mit dem Zylinderdruck für den Fall ohne AGR verglichen, um aus der Differenz die AGR-Rate im Zylinder zu bestimmen (Schritt S15). Der Zylinderdruck im Ansaugtakt als Information zur Bestimmung der AGR-Rate hängt im Unterschied zur Energiefreisetzungsrate, Brenndauer und dergleichen nicht vom Brennzustand ab. Es wird daher davon ausgegangen, dass sich durch das Verfahren, in dem der Zylinderdruck im Ansaugtakt verwendet wird, die AGR-Rate genauer bestimmen lässt als durch das Verfahren, in dem die Energiefreisetzungsrate und die Brenndauer verwendet werden.
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Ebenso wie in dem Fall, in dem die Energiefreisetzungsrate und die Brenndauer verwendet werden, ist es in der Realität jedoch schwierig, die Genauigkeit des Verfahrens zur Bestimmung der AGR-Rate mit Hilfe des Zylinderdrucks im Ansaugtakt zu gewährleisten. Obwohl eine Absolutdruckkorrektur notwendig ist, um aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors den Zylinderdruck im Ansaugtakt zu erhalten, kann keines der Korrekturverfahren verhindern, dass der Absolutdruckkorrekturwert fehlerbehaftet ist. Da die Größe des Fehlers in einer ähnlichen Größenordnung liegt wie die Änderung des Zylinderdrucks bei der AGR-Durchführung, ist die Wirkung eines Fehlers bei der Absolutdruckkorrektur für die Genauigkeit der Bestimmung der AGR-Rate doch beträchtlich.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Wie oben geschildert, ist die genaue Bestimmung der AGR-Rate im Zylinder durch ein realistisches Verfahren ein wichtiges Thema zur Verbesserung des Abgasverhalten und der Kraftstoffeffizienz durch Nutzung der AGR. Die Erfindung ist im Lichte dieses Themas entstanden und hat die Aufgabe, eine AGR-Rate aus dem Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors genau zu bestimmen.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer AGR-Rate wird aus dem Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors in einem Ansaugtakt der Wert eines Parameters betreffend den Zylinderdruck im Ansaugtakt (im Folgenden: ”erster Zylinderdruckparameter”) berechnet. Aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors im Ausstoßtakt desselben Arbeitsspiels wird der Wert eines Parameters betreffend den Zylinderdruck im Ausstoßtakt (im Folgenden: ”zweiter Zylinderdruckparameter”) berechnet. Aus der Differenz zwischen den Werten des ersten Zylinderdruckparameters und zweiten Zylinderdruckparameters wird die AGR-Rate eines für die Verbrennung in demselben Arbeitsspiel bereitgestellten Luftkraftstoffgemischs bestimmt.
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Durch die Verwendung der Differenz zwischen den im Ansaugtakt und Ausstoßtakt erhaltenen Werten der Zylinderdruckparameter, d. h. eines relativen Werts, anstelle der aus den Ausgangssignalen des Zylinderdrucksensors berechneten Werte der Zylinderdruckparameter, kann somit aus dem Prozess zur Bestimmung der AGR-Rate eine Absolutdruckkorrektur als ein Fehlerfaktor ausgeschlossen werden. Darüber hinaus sind das Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors im Ansaugtakt und das Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors im Ausstoßtakt vom Verbrennungszustand unabhängige Informationen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der AGR-Rate kann die AGR-Rate auf der Grundlage eines unkonventionellen, realistischen Verfahrens aus den Ausgangssignalen des Zylinderdrucksensors daher genau bestimmt werden.
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Als Zylinderdruckparameter wird vorzugsweise die indizierte Arbeit in den Takten verwendet. Die indizierte Arbeit kann aus den durch eine Umwandlung der Ausgangssignale des Zylinderdrucksensors erhaltenen Zylinderdrücken berechnet werden. Die Differenz zwischen den Werten der indizierten Arbeit im Ansaugtakt und der indizierten Arbeit im Ausstoßtakt kann erhalten werden, um einen Pumpverlust zu berechnen. Es gibt eine gewisse Beziehung zwischen der Größe des Pumpverlusts und der AGR-Rate.
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Als Zylinderdruckparameter werden des Weiteren vorzugsweise die indizierten mittleren Drücke in den Takten berechnet. Die indizierten mittleren Drücke lassen sich aus den durch eine Umwandlung der Ausgangssignale des Zylinderdrucksensors erhaltenen Zylinderdrücken berechnen Die Differenz zwischen den Werten des indizierten mittleren Drucks im Ansaugtakt und des indizierten mittleren Drucks im Ausstoßtakt kann erhalten werden, um den Grad eines Anstiegs des Ansaugdrucks aufgrund der Durchführung der AGR genau zu bestimmen.
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Als Zylinderdruckparameter können der Zylinderdruck bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel des Ansaugtakts und der Zylinderdruck bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel des Ausstoßtakts verwendet werden. Die Zylinderdrücke können durch eine Umwandlung der Ausgangssignale des Zylinderdrucksensors erhalten werden. Die Differenz zwischen den Werten des Zylinderdrucks im Ansaugtakt und des Zylinderdrucks im Ausstoßtakt wird erhalten, um einen in den Ausgangssignalen des Zylinderdrucksensors enthaltenen Offsetfehler auszugleichen. Als Ergebnis können aus den Ausgangssignalen des Zylinderdrucksensors nur die Komponenten betreffend die AGR-Rate extrahiert werden.
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Ein Verfahren zum Abschätzen der AGR-Rate aus der Druckdifferenz zwischen vor und nach einem AGR-Ventil und aus dem Grad der AGR-Ventilöffnung, sofern der Verbrennungsmotor ein AGR-Ventil aufweist, ist bekannt. Zwischen dem bekannten Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der AGR-Rate besteht jedoch ein großer Unterschied. Die durch das bekannte Verfahren erhaltene AGR-Rate ist lediglich eine aus dem momentanen oder zukünftigen Öffnungsgrad des AGR-Ventils vorhergesagte AGR-Rate. Dagegen werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der AGR-Rate Informationen verwendet, die den Gaszustand in dem tatsächlichen Zylinder reflektieren. Statt der Vorhersage eines Werts der AGR-Rate gestattet das Verfahren der Erfindung eine Bestimmung der AGR-Rate des für die Verbrennung zum vorliegenden Zeitpunkt tatsächlich bereitgestellten Luftkraftstoffgemischs.
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Die Erfindung sieht des Weiteren eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor vor, die nach dem oben geschilderten Verfahren zur Bestimmung der AGR-Rate arbeitet.
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Gemäß einem Aspekt ist die Steuervorrichtung als eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Aktor zur Änderung der AGR-Rate und einem Zylinderdrucksensor konfiguriert. Die Steuervorrichtung weist ein Berechnungselement und ein Steuerelement auf. Das Berechnungselement berechnet den Wert des ersten Zylinderdruckparameters aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors im Ansaugtakt und den Wert des zweiten Zylinderdruckparameters aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors im Ausstoßtakt desselben Arbeitsspiels. Das Berechnungselement berechnet die Differenz (im Folgenden: ”Parameterdifferenz”) zwischen den Werten des ersten Zylinderdruckparameters und des zweiten Zylinderdruckparameters für ein Arbeitsspiel einer Vielzahl von Arbeitsspielen. Das Steuerelement regelt die AGR-Rate durch eine Ansteuerung des Aktors auf der Grundlage der durch das Berechnungselement berechneten Parameterdifferenz.
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Das Operationselement hat vorzugsweise die Funktion, die indizierte Arbeit im Ansaugtakt als den ersten Zylinderdruckparameter aus dem durch Umwandlung des Ausgangssignals des Zylinderdrucksensors erhaltenen Zylinderdruck zu berechnen. Es hat vorzugsweise des Weiteren die Funktion, die indizierten Arbeit im Ausstoßtakt als den zweiten Zylinderdruckparameter aus dem durch Umwandlung des Ausgangssignals des Zylinderdrucksensors erhaltenen Zylinderdruck zu berechnen.
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Des Weiteren berechnet das Berechnungselement vorzugsweise den indizierten mittleren Druck im Ansaugtakt als den ersten Zylinderdruckparameter aus dem durch Umwandlung des Ausgangssignals des Zylinderdrucksensors erhaltenen Zylinderdruck und den indizierten mittleren Druck im Ausstoßtakt als den zweiten Zylinderdruckparameter aus dem durch Umwandlung des Ausgangssignals des Zylinderdrucksensors erhaltenen Zylinderdruck.
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Des Weiteren berechnet das Berechnungselement vorzugsweise den durch eine Umwandlung des Ausgangssignals des Zylinderdrucksensors erhaltenen Zylinderdruck bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel des Ansaugtakts als den ersten Zylinderdruckparameter und den durch eine Umwandlung des Ausgangssignals des Zylinderdrucksensors erhaltenen Zylinderdruck bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel des Ausstoßtakts als den zweiten Zylinderdruckparameter.
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Das Steuerelement hat vorzugsweise die Funktion, den Aktor auf der Grundlage einer für eine Vielzahl von Arbeitsspielen erhaltenen Statistik der Parameterdifferenz anzusteuern. Bei der Statistik handelt es sich vorzugsweise um einen Mittelwert. Jedoch können auch ein Medianwert, Minimalwert oder Maximalwert verwendet werden.
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Das Steuerelement steuert den Aktor des Weiteren vorzugsweise auf der Grundlage der für genau ein Arbeitsspiel erhaltenen Parameterdifferenz an. Um die AGR-Rate des für die Verbrennung bereitgestellten Luftkraftstoffgemischs zu bestimmen, genügt die Berechnung der Parameterdifferenz für genau ein Arbeitsspiel.
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Die Funktion des Steuerelements ist des Weiteren vorzugsweise eine Funktion zur Bestimmung der AGR-Rate aus der Parameterdifferenz auf der Grundlage vorbereiteter Daten und zur Ansteuerung des Aktors, um die bestimmte AGR-Rate mit einer Soll-AGR-Rate in Einklang zu bringen. Die Parameterdifferenz zur Bestimmung der AGR-Rate kann eine für eine Vielzahl von Arbeitsspielen erhaltene Statistik der Parameterdifferenz oder eine für genau ein Arbeitsspiel erhaltene Parameterdifferenz sein.
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Die Steuervorrichtung kann des Weiteren ein Fehlerdiagnoseelement zur Erkennung eines Fehlers des Aktors aufweisen. Das Fehlerdiagnoseelement funktioniert vorzugsweise so, dass sie den Aktor zur Änderung der AGR-Rate ansteuert und den Fehler des Aktors auf der Grundlage einer Änderung der Differenz zwischen den Werten des ersten Zylinderdruckparameters und des zweiten Zylinderdruckparameters vor und nach der Ansteuerung diagnostiziert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung einer AGR-Rate der Erfindung.
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2 ist ein Zylinderdruck/Kurbelwinkel-Diagramm zur Erläuterung der Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung der AGR-Rate der Erfindung.
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3 ist ein Diagram, das das Ergebnis eines Experiments zur Erforschung der Wirkung der Ausführung/des Unterlassens der AGR auf die Beziehung zwischen dem Ansaugdruck und Abgasdruck zeigt.
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4 ist ein Diagramm, das das Ergebnis eines Experiments zum Vergleich der Genauigkeit der Bestimmung der AGR-Rate zwischen einem herkömmlichen Verfahren und dem Verfahren der Erfindung zeigt.
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5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine einer in der Ausführungsform der Erfindung durchgeführten Regelung der AGR-Rate zeigt.
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7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine einer in der Ausführungsform der Erfindung durchgeführten Fehlerdiagnose zeigt.
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8 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des herkömmlichen Verfahrens zur Bestimmung der AGR-Rate aus einem Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors im Ansaugtakt.
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9 ist ein Zylinderdruck/Kurbelwinkel-Diagramm zur Erläuterung des herkömmlichen Verfahrens zur Bestimmung der AGR-Rate aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors im Ansaugtakt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Zunächst werden mit Hilfe der Zeichnungen die Details eines in der Entstehungsphase der Erfindung durchgeführten Experiments und die durch die Ergebnisse bestätigten Fakten beschrieben, auf denen die Erfindung beruht. In dem Experiment wurde die Wirkung der Ausführung/des Unterlassens einer AGR auf die Beziehung zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgasdruck erforscht, während sich der Betriebszustand eines Verbrennungsmotors (im Folgenden: ”Motor”) änderte. 3 zeigt eine grafische Darstellung der Ergebnisse. Wie es in 3 gezeigt ist, erkennt man, dass der Ansaugdruck und der Abgasdruck miteinander in Beziehung stehen, ob nun eine AGR ausgeführt wird oder nicht. Der Grund dafür liegt in einer Kausalität, nach der die Ansaugluftmenge zunimmt, wenn der Ansaugdruck steigt, das Verbrennungsgas zunimmt, wenn die Ansaugluftmenge zunimmt, und der Abgasdruck steigt, wenn das Verbrennungsgas zunimmt. Wenn nun nach der Ausführung der AGR das Abgasrohr und Saugrohr verbunden sind, strömt Hochdruckabgas in das Saugrohr, wodurch der Ansaugdruck zunimmt. Im Ergebnis ändert sich die Beziehung zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgasdruck, wie es durch den Pfeil in 3 dargestellt ist. Im Vergleich mit dem Fall, in dem keine AGR ausgeführt wird, wird aufgrund der Ausführung der AGR der Unterschied zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck kleiner. Die in 3 gezeigten Messdaten im Fall mit AGR zeigen eine Beziehung zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgasdruck für eine gewisse AGR-Rate. Wenn sich die AGR-Rate ändert, ändert sich daher auch die Beziehung zwischen dem Ansaugdruck und dem Abgasdruck ebenso wie der Unterschied zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck.
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Eine auf der Grundlage der obigen Fakten entstandene Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung einer AGR-Rate. Mit Hilfe des Ablaufdiagramms von 1 und des Zylinderdruck/Kurbelwinkel-Diagramms von 2 kann eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Das Zylinderdruck/Kurbelwinkel-Diagramm von 2 zeigt eine Änderung des Zylinderdrucks vom Ansaugtakt zum Ausstoßtakt, wobei der Fall mit AGR und der Fall ohne AGR verglichen werden.
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Wie es im Ablaufdiagramm von 1 gezeigt ist, wird in dem Verfahren zur Bestimmung der AGR-Rate der vorliegenden Ausführungsform im Schritt S1 zunächst das Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors (ZDS) gelesen. In dem folgenden Schritt S2 wird das gelesene Ausgangssignal mit einem vorgegebenen Faktor multipliziert und aus einem Spannungswert in einen Druckwert umgewandelt. In dem herkömmlichen Verfahren zur Bestimmung der AGR-Rate aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors im Ansaugtakt (in dem mit Hilfe der 8 und 9 beschriebenen herkömmlichen Verfahren) ist eine Absolutdruckkorrektur des aus dem Spannungswert umgewandelten Druckwerts notwendig. In dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch dank der Ausführung eines Prozesses der folgenden Schritte die Absolutdruckkorrektur als ein Fehlerfaktor aus dem Verfahren aber eliminiert werden.
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Im Schritt S3 wird, wie es in 2 durch einen Pfeil S3 zum Ausdruck gebracht ist, der Zylinderdruck bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel des Ansaugtakts erfasst. In dem folgenden Schritt S4 wird, wie es in 2 durch einen Pfeil S4 zum Ausdruck gebracht ist, der Zylinderdruck bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel des Ausstoßtakts desselben Arbeitsspiels erfasst. Im Schritt S5 wird, wie es in 2 durch einen Pfeil S5 zum Ausdruck gebracht ist, die Druckdifferenz zwischen dem im Schritt S4 erfassten Zylinderdruck im Ausstoßtakt und dem im Schritt S3 erfassten Zylinderdruck im Ansaugtakt berechnet.
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Als Ergebnis der Berechung der Druckdifferenz zwischen dem Zylinderdruck im Ansaugtakt und dem Zylinderdruck im Ausstoßtakt kann der im Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors enthaltene Offsetfehler beseitigt werden, um lediglich die Komponenten betreffend die AGR-Rate zu extrahieren. Im Unterschied zum herkömmlichen Verfahren muss daher keine Absolutdruckkorrektur durchgeführt werden. Da die Zylinderdrücke im Ansaugtakt und im Ausstoßtakt nicht vom Verbrennungszustand abhängen, hängt auch die Druckdifferenz der Zylinderdrücke nicht vom Verbrennungszustand ab. Unter Verwendung der im Schritt S5 erhaltenen Druckdifferenz als Information zur Bestimmung der AGR-Rate kann daher die AGR-Rate aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors genau bestimmt werden.
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In dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform wird vorab experimentell ermittelt, wie sich die Druckdifferenz zwischen den Zylinderdrücken im Ansaugtakt und im Ausstoßtakt durch die AGR-Rate ändert, wenn die Druckdifferenz im Fall ohne AGR als Referenz verwendet wird. Im Schritt S6 wird die im Schritt S5 erhaltene Druckdifferenz mit der Druckdifferenz im Fall ohne AGR verglichen. Auf der Grundlage der experimentellen Daten wird die AGR-Rate im Zylinder (AGR-Rate des für die Verbrennung bereitgestellten Luftkraftstoffgemischs) aus dem Ergebnis des Vergleichs mit der Druckdifferenz im Fall ohne AGR bestimmt. Für den Vergleich kann ein Verfahren zur Berechnung des Verhältnisses oder ein Verfahren zur Berechnung der Differenz verwendet werden.
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4 ist ein Diagram, das die Ergebnisse der Experimente zum Vergleich der Genauigkeit der Bestimmung der AGR-Rate zwischen dem herkömmlichen Verfahren und dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In der oberen grafischen Darstellung von 4 sind die tatsächliche oder Ist-AGR-Rate (wahrer Wert) und die nach dem herkömmlichen Verfahren bestimmte AGR-Rate (Erfassungswert) angegeben. In der unteren grafischen Darstellung sind die Ist-AGR-Rate (wahrer Wert) und die durch das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform bestimmte AGR-Rate (Erfassungswert) angegeben. Ein Vergleich der beiden grafischen Darstellungen lässt erkennen, dass das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform die AGR-Rate im Zylinder mit einer deutlich höheren Genauigkeit bestimmen kann als das herkömmliche Verfahren.
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Wie aus der vorhergehenden Ausführungsform klar wird, ist die Information zur Bestimmung der AGR-Rate im Zylinder ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der AGR-Rate. In der Ausführungsform ist der aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors umgewandelte Zylinderdruck bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel als ein Parameter festgelegt und wird die Differenz zwischen den Werten der Parameter im Ansaugtakt und Ausstoßtakt als Information zur Bestimmung der AGR-Rate verwendet. Als Ergebnis der Berechnung der Differenz zwischen den Werten der Parameter kann der im Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors enthaltene Offsetfehler beseitigt werden, wodurch die im herkömmlichen Verfahren notwendige Absolutdruckkorrektur unnötig wird.
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Die in der Ausführungsform verwendeten Parameter sind aber nur Beispiele für die Parameter, die in dem Verfahren der Erfindung verwendet werden können. In dem Verfahren der Erfindung können beliebige Parameter, die mit dem aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors erhaltenen Zylinderdruck in Zusammenhang stehen (Zylinderdruckparameter), verwendet werden. Beispielsweise kann die indizierte Arbeit in den Takten als Zylinderdruckparameter verwendet werden. Die Differenz zwischen den Werten der indizierten Arbeit im Ansaugtakt und der indizierten Arbeit im Ausstoßtakt kann ermittelt werden, um den Pumpverlust zu berechnen. Das Integrationsintervall bei der Berechnung der indizierten Arbeit ist aber ein Integrationsintervall entsprechend dem Intervall zwischen dem Ansaugtakt und dem Ausstoßtakt. Aus demselben Grund, weshalb die Differenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck mit der AGR-Rate in Zusammenhang steht, gibt es eine gewisse Beziehung zwischen der Größe des Pumpverlusts und der AGR-Rate. Daher kann die Beziehung vorab experimentell überprüft werden, um die AGR-Rate aus dem Wert des Pumpverlusts zu bestimmen.
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Als Zylinderdruckparameter können des Weiteren die indizierten mittleren Drücke in den Takten verwendet werden. Gemäß den indizierten mittleren Drücken ist ebenso, wie wenn die indizierte Arbeit verwendet wird, die Wirkung einer Änderung des Zylinderdrucks kleiner, als wenn der Zylinderdruck bei einem Kurbelwinkel verwendet wird. Daher kann die Differenz zwischen den Werten des indizierten mittleren Drucks im Ansaugtakt und des indizierten mittleren Drucks im Ausstoßtakt berechnet werden, um den Grad des durch die Durchführung der AGR bewirkten Anstiegs des Ansaugdrucks genauer abschätzen zu können. Wenn die indizierten mittleren Drücke oder die indizierte Arbeit als Zylinderdruckparameter verwendet werden oder wird, kann die AGR-Rate im Zylinder im Besonderen mit einer höheren Genauigkeit bestimmt werden.
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Als Nächstes wird eine Ausführungsform einer Motorsteuervorrichtung beschrieben, auf die die Erfindung angewendet wird.
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Bei dem in der vorliegenden Ausführungsform zu steuernden Motor handelt es sich um einen Viertakthubkolbenmotor mit einem AGR-System und einem Zylinderdrucksensor. Das AGR-System kann durch ein AGR-Rohr den Abgaskanal mit dem Ansaugkanal in Verbindung bringen und die AGR-Gasmenge durch ein im AGR-Rohr angeordnetes AGR-Ventil einstellen. Vorzugsweise ist am AGR-Rohr ein AGR-Kühler angeordnet. Der AGR-Kühler ist für die Ausführung der Erfindung aber nicht unbedingt notwendig. Vorzugsweise sind an allen Zylindern Zylinderdrucksensoren angeordnet. Für die Ausführung der Erfindung genügt es aber, wenn an wenigstens einem Zylinder ein Zylinderdrucksensor angeordnet ist. Hinsichtlich anderer Ausführungsmerkmale des Motors gibt es keine Beschränkungen. Der Motor kann ein Motor mit Fremdzündung in Gestalt eines Ottomotors oder ein Dieselmotor mit Selbstzündung sein. Der Motor kann ein Saugmotor oder ein aufgeladener Motor sein. Wenn der Motor ein Motor mit Fremdzündung ist, kann das Kraftstoffeinspritzsystem ein Port- oder Saugrohreinspritzsystem oder ein Direkteinspritzsystem sein.
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5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Motorsteuervorrichtung 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Im Folgenden werden die Konfiguration und Funktionen der Motorsteuervorrichtung 2 mit Bezug auf 5 beschrieben.
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Die Motorsteuervorrichtung 2 steuert einen im Motor enthaltenen Aktor zur Steuerung und Regelung des Motorbetriebs an. Der über die Motorsteuervorrichtung 2 ansteuerbare Aktor umfasst eine Zündvorrichtung, eine Drosselklappe, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, ein AGR-System und dergleichen. In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Motorsteuervorrichtung 2 jedoch ein AGR-Ventil 22 des AGR-Systems an, um die AGR-Rate in den Motorzylinder zu regeln. Von einer großen Anzahl an Sensoren, z. B. einem Zylinderdrucksensor 20, erhält die Motorsteuervorrichtung 2 verschiedene Signale. Diese Signale werden für die Steuerung des Motors verwendet. Zur Regelung der AGR-Rate wird im Besonderen in erster Linie das Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors 20 verwendet.
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In funktionaler Hinsicht kann die Motorsteuervorrichtung 2 in eine Spannung-/Druck-Umwandlungseinheit 4, eine Ansaugdruckerfassungseinheit 6, eine Abgasdruckerfassungseinheit 8, eine Druckdifferenzberechnungseinheit 10, eine AGR-Ratenberechnungseinheit 12, eine Einheit 14 zur Regelung der AGR-Rate und eine Fehlerdiagnoseeinheit 16 unterteilt werden. Was die Elemente 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 betrifft, so sind in den Zeichnungen nur die mit dem Betrieb des AGR-Ventils 22 zur Regelung der AGR-Rate in Zusammenhang stehenden Elemente und die mit der Fehlerdiagnose des AGR-Ventils 22 in Zusammenhang stehenden Elemente von den verschiedenen Funktionselementen der Motorsteuervorrichtung 2 besonders zum Ausdruck gebracht. 5 ist daher nicht dahin zu verstehen, dass die Motorsteuervorrichtung 2 nur diese Elemente 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 umfasst. Jedes der Elemente 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 kann aus einer speziellen Hardware gebildet sein oder virtuell durch Software unter gemeinsamer Nutzung von Hardware gebildet sein.
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Die Spannung-/Druck-Umwandlungseinheit 4 empfängt oder holt sich das Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors 20. Die Spannung-/Druck-Umwandlungseinheit 4 multipliziert das Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors 20 mit einem vorgegebenen Faktor, um einen Spannungswert in einen Druckwert umzuwandeln. Die Ansaugdruckerfassungseinheit 6 bekommt von der Spannung-/Druck-Umwandlungseinheit 4 den Wert des Zylinderdrucks (Ansaugdrucks), wenn sich der mit dem Zylinderdrucksensor 20 versehene Zylinder im Ansaugtakt befindet. Die Abgasdruckerfassungseinheit 8 bekommt von der Spannung-/Druck-Umwandlungseinheit 4 den Wert des Zylinderdrucks (Abgasdruck), wenn sich der Zylinder im Ausstoßtakt desselben Arbeitsspiels befindet. Die Druckdifferenzberechnungseinheit 10 berechnet die Druckdifferenz zwischen dem erhaltenen Abgasdruck und Ansaugdruck und gibt die Druckdifferenz an die AGR-Ratenberechnungseinheit 12 weiter.
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Die AGR-Ratenberechnungseinheit 12 vergleicht die von der Druckdifferenzberechnungseinheit 10 weitergegebene Druckdifferenz mit einer Druckdifferenz im Fall ohne AGR. Für die Druckdifferenz im Fall ohne AGR wird ein auf der Grundlage von Informationen, z. B. der Motordrehzahl, dem Drosselklappenöffnungsgrad, Ansaugtemperatur und Wassertemperatur, berechneter Wert, verwendet. Alternativ dazu wird ein durch ein vorhergehendes Lernen erhaltenen gelernter Wert verwendet. Die AGR-Ratenberechnungseinheit 12 vergleicht das Vergleichsergebnis mit einem vorbereiteten Kennfeld, um die AGR-Rate entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck zu berechnen.
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Die durch die AGR-Ratenberechnungseinheit 12 berechnete AGR-Rate ist ein Schätzwert für die Ist-AGR-Rate zum vorliegenden Zeitpunkt. Die Einheit 14 zur Regelung der AGR-Rate verwendet die durch die AGR-Ratenberechnungseinheit 12 berechnete AGR-Rate als eine Rückmeldeinformation zur Regelung der AGR-Rate. Im Folgenden wird die AGR-Regelung durch die AGR-Ratenberechnungseinheit 12 mit Hilfe von 6 beschrieben.
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6 ist eine grafische Darstellung, die den Ablauf der in der vorliegenden Ausführungsform ausgeführten AGR-Regelung durch ein Ablaufdiagramm veranschaulicht. Im ersten Schritt S101 des Ablaufdiagramms von 6 wird aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors 20 der Ansaugdruck erhalten. Im Schritt S102 wird aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors 20 der Abgasdruck desselben Arbeitsspiels erhalten. Im Schritt S103 wird die Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck berechnet, und im folgenden Schritt S104 wird die momentane AGR-Rate (AGR-Rate des für die Verbrennung in demselben Arbeitsspiel bereitgestellten Luftkraftstoffgemischs) auf der Grundlage des Vergleichs mit der Druckdifferenz im Fall ohne AGR berechnet. Im Schritt S105 wird die im Schritt S104 berechnete momentane AGR-Rate mit der Soll-AGR-Rate verglichen. Als Ergebnis des Vergleichs wird für den Fall, dass die momentane AGR-Rate niedriger ist als die Soll-AGR-Rate, das AGR-Ventil 22 im Schritt S106 in Offenrichtung betätigt. Andererseits wird für den Fall, dass die momentane AGR-Rate größer-gleich der Soll-AGR-Rate ist, das AGR-Ventil 22 im Schritt S107 in Schließrichtung betätigt.
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Die Motorsteuervorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform führt die AGR-Regelung nach dem vorher beschriebenen Ablauf aus. Das Verfahren der Erfindung dient zu der in dem Ablauf erfolgenden Bestimmung der AGR-Rate. Die momentane AGR-Rate kann daher genau bestimmt werden, und der Vergleich der genau bestimmten momentanen AGR-Rate mit der Soll-AGR-Rate kann zu einer hochgenauen Regelung der AGR-Rate im Zylinder mit einer hohen Genauigkeit beitragen.
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Die durch die Druckdifferenzberechnungseinheit 10 berechnete Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck wird an die Fehlerdiagnoseeinheit 16 weitergegeben. Die Fehlerdiagnoseeinheit 16 beobachtet, wie sich die Druckdifferenz durch das Öffnen und Schließen des AGR-Ventils 22 ändert, um aus dem Beobachtungsergebnis einen Fehler des AGR-Ventils 22 zu erkennen. Wenn ein Fehler des AGR-Ventils 22 festgestellt wird, fordert die Fehlerdiagnoseeinheit 16 die Einheit 14 zur Regelung der AGR-Rate auf, die Regelung der AGR-Rate zu beenden, und schaltet eine SAL (Störungsanzeigeleuchte) 24 ein. Im Folgenden werden Einzelheiten der Fehlerdiagnose durch die Fehlerdiagnoseeinheit 16 mit Hilfe von 7 beschrieben.
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7 ist eine grafische Darstellung, die einen Ablauf der in der vorliegenden Ausführungsform ausgeführten Fehlerdiagnose durch ein Ablaufdiagramm veranschaulicht. Im ersten Schritt S201 des Ablaufdiagramms von 7 wird aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors 20 der Ansaugdruck erhalten, wenn das AGR-Ventil 22 geschlossen ist. Im Schritt S202 wird aus dem Ausgangssignal des Zylinderdrucksensors 20 der Abgasdruck desselben Arbeitsspiels erhalten. Im Schritt S203 wird die Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck berechnet.
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Im Schritt S204 wird das AGR-Ventil 22 vom Schließzustand (AUS) in den Offenzustand (EIN) geschaltet. In dem folgenden Schritt S205 wird der Prozess vom Schritt S201 bis zum Schritt S203 erneut ausgeführt, um die Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck erneut zu berechnen. Im Schritt S206 wird bestimmt, ob sich die Druckdifferenz ändert, wenn das AGR-Ventil 22 vom Schließzustand in den Offenzustand geschaltet wird. Als Ergebnis der Bestimmung wird für den Fall, dass sich die Druckdifferenz geändert hat, im Schritt S207 diagnostiziert, dass das AGR-Ventil 22 normal ist. Hat sich die Druckdifferenz dagegen nicht geändert, wird im Schritt S208 diagnostiziert, dass das AGR-Ventil 22 nicht normal ist, und im Schritt S209 wird die Regelung der AGR-Rate beendet und die SAL 24 eingeschaltet.
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Die Motorsteuervorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform führt die Fehlerdiagnose des AGR-Ventils 22 nach dem vorher beschriebenen Ablauf aus. Da die Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck ein gegenüber der Änderung der AGR-Rate empfindlicher Parameter ist, kann die Druckdifferenz als ein Index für die Fehlerdiagnose verwendet werden, um die Fehlerdiagnose des AGR-Ventils 22 korrekt auszuführen.
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Die obige Beschreibung betrifft eine Ausführungsform der Motorsteuervorrichtung, auf die die Erfindung angewendet wird. Da sie nur eine Ausführungsform betrifft, ist sie nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf die Ausführungsform gedacht. Die Motorsteuervorrichtung kann daher so konfiguriert sein, dass sie die Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugdruck für eine Vielzahl von Arbeitsspielen berechnet, um die AGR-Regelung auf der Grundlage einer Statistik und eine Fehlerdiagnose auszuführen. Ein Mittelwert, Medianwert, Minimalwert, Maximalwert oder dergleichen kann für die Statistik verwendet werden.
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Die Motorsteuervorrichtung kann auch so konfiguriert sein, dass sie aus dem Zylinderdruck die indizierte Arbeit in den Takten berechnet, und kann als eine Information zur Bestimmung der AGR-Rate die Differenz zwischen den Werten der indizierten Arbeit im Ansaugtakt und der indizierten Arbeit im Ausstoßtakt berechnen. Alternativ dazu kann die Motorsteuervorrichtung so konfiguriert sein, dass sie aus dem Zylinderdruck die indizierten mittleren Drücke in den Takten berechnet, und kann als eine Information zur Bestimmung der AGR-Rate die Differenz zwischen den Werten des indizierten mittleren Drucks im Ansaugtakt und des indizierten mittleren Drucks im Ausstoßtakt berechnen.
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Die Motorsteuervorrichtung kann auch so konfiguriert sein, dass sie den Betrieb des Motors auf der Grundlage der durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten momentanen AGR-Rate steuert. Beispielsweise können die Zünddauer, Kraftstoffeinspritzmenge, Ansaugluftmenge, Ventilsteuerung und dergleichen eingestellt werden, um die Kraftstoffeffizienz und Abgasverhalten unter der momentanen AGR-Rate zu maximieren.
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Des Weiteren sind verschiedene modifizierte Beispiele für die Konfiguration des durch die Motorsteuervorrichtung gesteuerten Motors möglich. Obwohl der Motor der Ausführungsform ein AGR-System mit einem AGR-Ventil aufweist, ist beispielsweise das AGR-System einer der Aktoren, die die AGR-Rate ändern können. Ein Motor mit variabler Ventilsteuerung, die die Ventilsteuerung eines Einlassventils oder Auslassventils ändert, kann durch eine Betätigung der variablen Ventilsteuerung die sogenannte interne AGR ändern, um die AGR-Rate im Zylinder zu regeln. Ein Motor mit einer Drosselklappe kann durch die Drosselklappe den Ansaugdruck ändern, um die AGR-Rate im Zylinder zu ändern.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Motorsteuervorrichtung
- 4
- Spannung-/Druck-Umwandlungseinheit
- 6
- Ansaugdruckerfassungseinheit
- 8
- Abgasdruckerfassungseinheit
- 10
- Druckdifferenzberechnungseinheit
- 12
- AGR-Ratenberechnungseinheit
- 14
- Einheit zur Regelung der AGR-Rate
- 16
- Fehlerdiagnoseeinheit
- 20
- Zylinderdrucksensor
- 22
- AGR-Ventil
- 24
- SAL
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2000-054889 A [0004]
- JP 7-189815 A [0006]
