DE112012003209B4

DE112012003209B4 - Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine und Verfahren hierfür

Info

Publication number: DE112012003209B4
Application number: DE112012003209.8T
Authority: DE
Inventors: Satoru Tanaka; Kota Sata; Masaaki Ishibuchi; Tomohiko Jimbo; Ryoichi Hibino
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2032-08-04
Also published as: JP2013032759A; DE112012003209T5; WO2013017945A3; US20140174412A1; CN103732887A; JP5752517B2; US9341144B2; CN103732887B; WO2013017945A2

Abstract

Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine, das eine Brennkraftmaschine (200) steuert, die mit einer AGR-Vorrichtung (300) versehen ist, die einen AGR-Kanal (301), der einen Teil eines Abgases als ein AGR-Gas zurückführt, und ein AGR-Ventil (303) aufweist, das in dem AGR-Kanal (301) bereitgestellt ist und das eine AGR-Größe einstellen kann, die ein Durchfluss des AGR-Gases ist, wobei das Steuerungsgerät umfasst:
eine Steuerungseinrichtung (100), die die nachstehende Steuerung ausführt mit:
einem Abschätzen von Zustandsparametern der Brennkraftmaschine (200), die ein Verhalten des AGR-Gases in einer vorbestimmten Zeitdauer beeinflussen,
einem Einstellen von Begrenzungen bei der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer auf der Grundlage einer angenäherten Dynamik (Φ_lin), die durch Annähern einer richtigen Dynamik (Φ_nonlin) erhalten wird, die ein Übergang der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer ist, sodass angenäherte Werte die richtige Dynamik (Φ_nonlin) nicht überschreiten,
einem Bestimmen eines Sollwerts der AGR-Größe entsprechend den geschätzten Zustandsparametern in einem Bereich der AGR-Größe, bei dem die Begrenzungen eingestellt worden sind, und
einem Steuern des AGR-Ventils (303), sodass die AGR-Größe der bestimmte Sollwert wird,
wobei die Steuerungseinrichtung (100) zumindest eine Begrenzung aus einer Begrenzung, die aus einer physikalischen Einschränkung bei einem Öffnungsgrad des AGR-Ventils (303) entsteht, einer Begrenzung, die aus einer physikalischen Einschränkung bei einer Öffnungsgradvariationsrate des AGR-Ventils (303) entsteht, und einer Begrenzung, die aus einer Fehlzündungseinschränkung der Brennkraftmaschine (200) entsteht, als die Begrenzungen bei der AGR-Größe einstellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein technisches Gebiet von Steuerungsgeräten für Brennkraftmaschinen, die Brennkraftmaschinen steuern, die mit einer Abgasrückführungsvorrichtung (AGR-Vorrichtung) ausgestattet sind.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Es ist ein Steuerungsgerät eines derartigen Typs vorgeschlagen worden, in dem die AGR-Menge bzw. AGR-Größe durch ein Modellabschätzungssteuerungsverfahren gesteuert wird (siehe beispielsweise japanische Patentanmeldung JP 2007 - 113563 A ).
Mit dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine, das in der JP 2007-113563 A offenbart ist, wird der Öffnungsgrad eines AGR-Ventils unter Verwendung eines Modellabschätzungssteuerungsverfahrens gesteuert, sodass der geschätzte Rezirkulationsgaspartialdruck Pirest einem Sollwert Pirref entspricht, um in adäquater Weise den AGR-Ventilöffnungsgrad zu steuern.
In verschiedenen Modellabschätzungssteuerungsverfahren, die das vorstehend genannte Modellabschätzungssteuerungsverfahren umfassen, wird meistens nach einer Näherung eine echte bzw. richtige Dynamik, die tatsächliche Begrenzungen bei der AGR-Größe etabliert, verwendet, um die Berechnungslast zu verringern.
Insbesondere kann, wenn die wahre Dynamik einen nichtlinearen Abschnitt umfasst, die Berechnungslast in großem Umfang verringert werden, indem der nichtlineare Abschnitt durch Linien angenähert wird.
Dementsprechend ist, um eine genauere Annäherung (d.h. eine Annäherung, die eine hohe geometrische Identität aufweist) der richtigen Dynamik zu erhalten, die Beziehung zwischen der Dynamik nach der Annäherung (nachstehend als „angenäherte Dynamik“ bezeichnet, wenn es geeignet ist) und der richtigen Dynamik diskutiert worden.
Wenn jedoch nur die Genauigkeit einer Annäherung in einer einfachen Art und Weise verfolgt wird, ist die Beziehung zwischen den angenäherten Werten, die die angenäherte Dynamik bilden, und den entsprechenden Werten in der richtigen Dynamik nicht notwendigerweise eindeutig. Somit können die angenäherten Werte der angenäherten Dynamik bisweilen die richtige Dynamik überschreiten. Wenn der angenäherte Wert die richtige Dynamik überschreitet, bedeutet dies, dass eine virtuelle Begrenzung, die auf die Verringerung einer Berechnungslast zielt, lockerer ist als die tatsächliche Begrenzung.
Dementsprechend wird, insbesondere wenn die virtuelle Begrenzung lockerer ist als die tatsächlich Begrenzung, eine nicht realisierbare AGR-Größe als ein Steuerungsziel tatsächlich erlaubt, wobei folglich die Verbrennungsleistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine verschlechtert werden kann. Somit kann, wenn die AGR-Größe eine Fehlzündungsgrenze als eine richtige Begrenzung überschreitet, die Brennkraftmaschine fehlzünden. Anders ausgedrückt ist es entsprechend dem Gerät, das die in der JP 2007 113563 A offenbarte Vorrichtung umfasst, schwierig, die optimale AGR-Größe unter bestimmten Antriebsbedingungen eines Fahrzeug aufrechtzuerhalten.
Die Druckschrift WO 1996 / 032 579 A1 beschreibt ein Verfahren zum modellgestützten Bestimmen der in die Zylinder einer Brennkraftmaschine einströmenden Luftmasse. Eine Berechnung der tatsächlich in den Zylinder einströmenden Luftmasse erfolgt mit Hilfe eines Saugrohrfüllungsmodells, das aus den Eingangsgrößen Drosselklappenöffnungswinkel, Umgebungsdruck und Parametern, die die Ventilsteuerung repräsentieren, eine Lastgröße liefert, auf dessen Grundlage die Einspritzzeit bestimmt wird. Außerdem wird diese Lastgröße zur Prädiktion herangezogen, um die Lastgröße zu einem Zeitpunkt abzuschätzen, der mindestens einen Abtastschritt später liegt als die aktuelle Berechnung der Einspritzzeit.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerungsgerät und ein Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die eine optimale AGR-Größensteuerung unabhängig von den Antriebsbedingungen des Fahrzeugs ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuerungsgerät gemäß Anspruch 1 und ein Steuerungsverfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Ausführungsform der Erfindung liegt in einem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine, das eine Brennkraftmaschine steuert, die mit einer AGR-Vorrichtung versehen ist, die einen AGR-Kanal, der einen Teil eines Abgases als ein AGR-Gas zurückführt bzw. rezirkuliert, und ein AGR-Ventil aufweist, das in dem AGR-Kanal bereitgestellt ist und das eine AGR-Größe einstellen kann, die ein Durchfluss bzw. ein Durchsatz des AGR-Gases ist, wobei das Steuerungsgerät umfasst: eine Steuerungseinrichtung, die die nachstehend genannte Steuerung ausführt mit: einem Abschätzen von Zustandsparametern der Brennkraftmaschine, die ein Verhalten des AGR-Gases innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer beeinflussen, einem Einstellen von Begrenzungen bei der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer auf der Grundlage einer angenäherten Dynamik, die durch Annähern an eine richtige Dynamik erhalten wird, die ein Übergang der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer ist, sodass Näherungswerte die richtige Dynamik nicht überschreiten, einem Bestimmen eines Sollwerts der AGR-Größe entsprechend den geschätzten Zustandsparametern in einem Bereich der AGR-Größe, bei dem die Begrenzungen, die eingestellt worden sind, und einem Steuern des AGR-Ventils, sodass die AGR-Größe der bestimmte Sollwert wird.
Das Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß der einen Ausführungsform der Erfindung kann bei einer Brennkraftmaschine im allgemeinen Sinne des Begriffs angewendet werden, in dem Kraftmaschinen eingeschlossen sind, die zumindest mit einer AGR-Vorrichtung versehen sind und eine thermische Energie, die durch eine Verbrennung von Kraftstoff erzeugt wird, in eine Bewegungsenergie umwandeln können, unabhängig von den praktischen Ausführungsformen, beispielsweise der Anzahl von Zylindern, einer Anordnung von Zylindern, einer Konfiguration von Einlass- und Auslasssystemen, einem Vorhandensein oder Fehlen eines Turboladers, einem Kraftstofftyp, einer Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzsystems und einer Konfiguration eines dynamischen Ventilsystems. Das Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung kann in einem zugehörigen Ausführungsbeispiel beispielsweise eine einzelne elektronisch gesteuerte Einheit (ECU) oder ein Computersystem oder eine Vielzahl hiervon verwenden, die/das mit einer zentralen Verarbeitungseinheit oder mehreren zentralen Verarbeitungseinheiten (CPU), einer Mikroverarbeitungseinheit oder einer Vielzahl von Mikroverarbeitungseinheiten (MPU), Prozessoren bzw. Verarbeitungseinrichtung und Steuerungseinrichtungen versehen ist. Ferner können Speichervorrichtungen verschiedener Typen, wie beispielsweise ein geeigneter Nurlesespeicher (ROM), ein geeigneter Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), geeignete Pufferspeicher oder Flash-Speicher zusammen damit verwendet werden. Das Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann als Teil einer Computervorrichtung konfiguriert sein, die verschiedene Komponenten (ein Antriebsventilsystem, das ein Ventilsystem darstellt, das in einem Antriebssystem verwendet wird, ein Zündsystem oder ein Kühlungssystem) der Brennkraftmaschine steuert.
In dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung die angenäherte Dynamik auf einen oberen Grenzwert der AGR-Größe setzen bzw. einstellen und einen Sollwert der AGR-Größe unter dem oberen Grenzwert bestimmen, der gesetzt bzw. eingestellt worden ist.
In dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die vorbestimmte Zeitdauer eine vorbestimmte Zeitdauer von der Gegenwart in die Zukunft sein.
In dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schätzt die Steuerungseinrichtung die Zustandsparameter der Brennkraftmaschine in einer vorbestimmten Zeitdauer von der Gegenwart in die Zukunft ab. Zur gleichen Zeit werden die Begrenzungen bei der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer eingestellt. Die vorbestimmte Zeitdauer, in der die Begrenzungen eingestellt werden, und die vorbestimmte Zeitdauer, in der die Zustandsparameter abgeschätzt werden, entsprechen einander nicht notwendigerweise, wobei beispielsweise eine der vorbestimmten Zeitdauern die andere vorbestimmte Zeitdauer umfassen kann.
Die Zustandsparameter der Brennkraftmaschine, die durch die Steuerungseinrichtung abgeschätzt werden, sind Zustandsparameter, die das Verhalten des AGR-Gases beeinflussen (konzeptionell einschließlich von „Zustandsparametern, die als solche eingestellt worden sind, die das Verhalten des AGR-Gases beeinflussen“), wobei Beispiele hiervon eine Einlassluftmenge, einen Neugasdurchfluss bzw. einen Neugasdurchsatz (die Menge von neuem Gas, das in den Zylinder gesaugt wird), eine Einlassmenge (Neugasdurchfluss + AGR-Größe), einen Einlassdruck (im Wesentlichen gleich dem Druck stromabwärts von dem AGR-Ventil), einen Abgasdruck (im Wesentlichen gleich dem Druck stromaufwärts zu dem AGR-Ventil), eine Abgastemperatur, einen AGR-Ventilöffnungsgrad (oder eine Querschnittsfläche des Verbindungskanals zwischen den stromaufwärts liegenden und stromabwärts liegenden Zonen in Bezug auf das AGR-Ventil), ein AGR-Verhältnis und eine AGR-Größe bzw. AGR-Menge (lediglich einige dieser Parameter können abgeschätzt werden).
Die „Begrenzungen bei der AGR-Größe“, die durch die Steuerungseinrichtung eingestellt werden, bedeuten eine Steuerungsbegrenzung bzw. Steuerungseinschränkung der AGR-Größe. Diese Begrenzung (Einschränkung) kann tatsächlichen Begrenzungen (d.h. physikalische und mechanische Einschränkungen oder tatsächliche Einschränkungen) bei der Brennkraftmaschine (einschließlich der AGR-Vorrichtung) entsprechen, wenn die Vorzüge, die durch das AGR-Gas bereitgestellt werden (beispielsweise eine Verringerung in der NOx-Menge, die aus der verringerten Temperatur des Abgases resultiert), soweit wie möglich zu genießen sind.
Die Dynamik derartiger Begrenzungen (konzeptionell kann dies als das quantifizierte Verhalten der AGR-Größe in Bezug auf einen bestimmten Parameter (beispielsweise das Verhältnis eines Drucks stromaufwärts und stromabwärts zu dem AGR-Ventil) definiert werden, das nicht von den Parametern (beispielsweise dem AGR-Ventilöffnungsgrad) abhängt) ist nicht notwendigerweise eine lineare Dynamik und ist im Allgemeinen eine nichtlineare Dynamik in Bezug auf den größeren Teil der Parameter. Wenn eine tatsächliche Begrenzung, die eine derartige nichtlineare Dynamik ist, zur Berechnung der Steuerungsgröße der AGR-Größe oder eines AGR-Ventilöffnungsgrads verwendet wird, wird diese tatsächliche Begrenzung zu einem Faktor, der die Berechnungslast vergrößert. In Hinblick darauf ist in dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Steuerungseinrichtung konfiguriert, die Begrenzungen bei der AGR-Größe auf der Grundlage einer angenäherten Dynamik einzustellen, die erhalten wird, indem die richtige Dynamik, die die tatsächlichen Begrenzungen definiert, angenähert wird.
In diesem Fall kann die angenäherte Dynamik im Voraus bereitgestellt werden oder, wenn es geeignet ist, auf der Grundlage der richtigen Dynamik erlangt werden, die im Voraus experimentell erhalten wird. Ferner können die praktischen Ausführungsformen der Annäherung frei ausgewählt werden, vorausgesetzt, dass die Berechnungslast bis zu einem gewissen Umfang verringert werden kann, wobei das Konzept der Annäherung ebenso beispielsweise den Fall umfasst, bei dem, wenn die richtige Dynamik eine lineare Dynamik ist, die X (X > 3) Segmente umfasst, die richtige Dynamik linear durch Y (Y < X) Segmente angenähert wird. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Annäherung eine Ausführungsform bedeutet, in der die richtige Dynamik als eine nichtlineare Dynamik linear durch eine große Anzahl von Segmenten angenähert wird.
Eine Annäherungsgenauigkeit ist einer der wichtigen Faktoren in der Verarbeitung zum Erzeugen einer angenäherten Dynamik durch Annähern der richtigen Dynamik. Wenn der Schwerpunkt lediglich auf der Annäherungsgenauigkeit liegt und keine Begrenzungen bei den angenäherten Werten vorliegen, können die angenäherten Werte größer oder kleiner als die entsprechenden Werte in der richtigen Dynamik sein. Wenn jedoch die angenäherte Dynamik auch nur teilweise die richtige Dynamik überschreitet, ist die Begrenzung, die durch die angenäherten Werte dargestellt wird, die die richtige Dynamik überschreiten, eine Begrenzung, die tatsächliche Begrenzungen überschreitet, d.h. eine nicht verwirklichbare Begrenzung. Die Bedeutung von „nicht verwirklichbare Begrenzung“ ist in gewisser Weise mehrdeutig und kann verschiedene Ausführungsformen umfassen, beispielsweise eine Ausführungsform, in der es erlaubt ist, dass der Öffnungsgrad die physikalische Begrenzung des AGR-Ventils überschreitet, eine Ausführungsform, in der es erlaubt ist, dass die Betriebsgeschwindigkeit die physikalische Begrenzung des AGR-Ventils überschreitet, und eine Ausführungsform, in der es erlaubt ist, dass die AGR-Größe die Fehlzündungsgrenze der Brennkraftmaschine überschreitet.
Unter Berücksichtigung dieser Frage ist die angenäherte Dynamik gemäß der Erfindung als die Dynamik definiert, die erhalten wird, indem die richtige Dynamik angenähert wird, sodass die angenäherten Werte die richtige Dynamik nicht überschreiten. Somit wird die Begrenzung für den AGR-Durchfluss, der durch die Steuerungseinrichtung auf der Grundlage der angenäherten Dynamik eingestellt wird, zu der sicheren Seite in Bezug auf die richtige Dynamik verschoben. Folglich wird, solange die Steuerungseinrichtung den Solldurchfluss des AGR-Gases innerhalb des Bereichs von Begrenzungen bestimmt, die in einer derartigen Art und Weise eingestellt sind, der Solldurchfluss nicht die tatsächliche Begrenzung bei der AGR-Größe verletzen.
Als Ergebnis wird, wenn die Steuerungseinrichtung das AGR-Ventil steuert, um den Solldurchfluss zu erhalten, der auf eine derartige Weise bestimmt worden ist, die Möglichkeit einer Verschlechterung der Verbrennung und, im Extremfall, eines Auftretens einer Fehlzündung in der Brennkraftmaschine eliminiert, wobei die AGR-Größe zu jeder Zeit auf den optimalen Wert gesteuert werden kann, unabhängig von den Antriebsbedingungen des Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine eingebaut ist.
In dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung einen Neugasdurchfluss bzw. einen Neugasdurchsatz, einen Einlassdruck, einen Abgasdruck und eine Abgastemperatur in der Brennkraftmaschine als die Zustandsparameter abschätzen.
Da der Neugasdurchfluss, der Einlassdruck, der Abgasdruck und die Abgastemperatur Faktoren sind, die eine starke Wechselbeziehung mit der AGR-Größe aufweisen, sind sie als Zustandsparameter geeignet, die die vorstehend genannte Ausführungsform der Erfindung betreffen. Praktische Ausführungsformen, die berücksichtigt werden, wenn die Steuerungseinrichtung die Zustandsparameter abschätzt, sind nicht spezifisch eingeschränkt. Beispielsweise können jedoch derzeitige Werte aus Erfassungseinrichtungen, wie beispielsweise Sensoren, erlangt werden, die einem jeweiligen Schätzungsobjekt entsprechen, oder eine Abschätzungsberechnungsverarbeitung kann auf der Grundlage von Berechnungsgleichungen oder physikalischen Gleichungen ausgeführt werden, die im Voraus experimentell, empirisch oder theoretisch angegeben worden sind. Alternativ hierzu können die zukünftigen Zustandsparameter und derzeitige Zustandsparameter experimentell, empirisch oder theoretisch im Voraus assoziiert und als eine Steuerungsabbildung oder dergleichen in einer geeigneten Speichereinrichtung gespeichert werden.
In dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die angenäherte Dynamik eine lineare Dynamik sein, die durch eine lineare Annäherung der richtigen Dynamik erhalten wird, die eine nichtlineare Dynamik ist.
Die richtige Dynamik ist eine nichtlineare Dynamik, wobei, wenn die angenäherte Dynamik durch eine lineare Annäherung hiervon erhalten wird, die Berechnungslast der Annäherung verringert wird.
In dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die richtige Dynamik eine Dynamik sein, die ein Verhalten des AGR-Gases in Bezug auf ein Verhältnis von Drücken stromaufwärts und stromabwärts zu dem AGR-Ventil in dem AGR-Kanal bestimmt.
Die Differenz in einem Druck zwischen den Zonen stromaufwärts und stromabwärts zu dem AGR-Ventil („stromaufwärts“ und „stromabwärts“ sind, wie hier darauf Bezug genommen wird, Richtungen, die mit Bezug auf die Strömung des Objektgases bestimmt werden; wenn diese Konzepte bei dem AGR-Ventil angewendet werden, ist die Ausstoßseite stromaufwärts hiervon und die Einlassseite ist stromabwärts hiervon) ist ein sehr sinnvoller Faktor, der die AGR-Größe bestimmt. Folglich wird die richtige Dynamik bedeutungsvoll. Die angenäherte Dynamik wird notwendigerweise ebenso bedeutungsvoll.
In dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung die angenäherte Dynamik erlangen, indem auf der Grundlage eines vorbestimmten Kriteriums die richtige Dynamik, die im Voraus angegeben worden ist, angenähert wird und die Begrenzungen auf der Grundlage der erlangten angenäherten Dynamik einstellen.
Mit einer derartigen Ausführungsform wird die richtige Dynamik, die experimentell, empirisch oder theoretisch im Voraus erhalten worden ist, einer Annäherung, wie es einen jeweiligen Fall geeignet ist, unterzogen und als die angenäherte Dynamik erlangt. Folglich kann beispielsweise ein Schritt zur Vergrößerung oder Verringerung der Anzahl von Annäherungssegmenten, wie es für einen jeweiligen Fall geeignet ist, unternommen werden, um die Annäherungsgenauigkeit entsprechend Bedingungen zu verändern.
In dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung eine Begrenzung, die aus einer physikalischen Begrenzung bei einem Öffnungsgrad des AGR-Ventils entsteht, eine Begrenzung, die aus einer physikalischen Begrenzung bei einer Öffnungsgradvariationsgeschwindigkeit des AGR-Ventils entsteht, und eine Begrenzung, die aus einer Fehlzündungsbegrenzung der Brennkraftmaschine entsteht, als die Begrenzungen bei der AGR-Größe einstellen.
In dieser Ausführungsform stellt die Steuerungseinrichtung eine Begrenzung, die aus einer physikalischen Begrenzung bei dem Öffnungsgrad des AGR-Ventils entsteht, eine Begrenzung, die aus einer physikalischen Begrenzung bei der Öffnungsgradvariationsgeschwindigkeit (im Wesentlichen in der Bedeutung äquivalent zu der Öffnungs-Schließ-Geschwindigkeit) des AGR-Ventils entsteht, und eine Begrenzung, die aus einer Fehlzündungsbegrenzung der Brennkraftmaschine entsteht, als die Begrenzungen bei der AGR-Größe ein. Dies sind die Begrenzungen, auf die Bezug genommen wird, wenn die Steuerungseinrichtung den Solldurchfluss des AGR-Gases und die Parameter bestimmt, die verwendet werden, wenn der optimale Solldurchfluss des AGR-Gases bestimmt wird.
In dem Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die vorbestimmte Zeitdauer eine Zeit umfassen, die für das AGR-Gas erforderlich ist, um von dem AGR-Ventil zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine zu wandern.
Das Konzept der vorbestimmten Zeitdauer in der Ausführungsform der Erfindung ist ein qualitatives Konzept, das nicht notwendigerweise eine numerische Begrenzung erfordert, wobei eine Zeitzone von dem Zeitpunkt, bei dem das AGR-Gas durch das AGR-Ventil hindurchgeht, zu dem Zeitpunkt, bei dem das AGR-Gas in den Zylinder aufgenommen wird, ein Beispiel der vorbestimmten Zeitdauer ist, die verwendet wird, um die AGR-Größe auf den optimalen Wert zu steuern.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung liegt in einem Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine, das eine Brennkraftmaschine steuert, die mit einer AGR-Vorrichtung versehen ist, die einen AGR-Kanal, der einen Teil eines Abgases als ein AGR-Gas zurückführt, und ein AGR-Ventil aufweist, das in dem AGR-Kanal bereitgestellt ist und das eine AGR-Größe einstellen kann, die ein Durchfluss des AGR-Gases ist, wobei das Steuerungsverfahren umfasst: ein Abschätzen von Zustandsparametern der Brennkraftmaschine, die ein Verhalten des AGR-Gases in einer vorbestimmten Zeitdauer beeinflussen, ein Einstellen von Begrenzungen bei der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer auf der Grundlage einer angenäherten Dynamik, die durch Annähern einer richtigen Dynamik erhalten wird, die ein Übergang der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer ist, sodass angenäherter Werte die richtige Dynamik nicht überschreiten, ein Bestimmen eines Sollwerts der AGR-Größe entsprechend dem geschätzten Zustandsparameter in einem Bereich der AGR-Größe, auf den die Begrenzungen, die eingestellt worden sind, und ein Steuern des AGR-Ventils, sodass die AGR-Größe der vorbestimmte Sollwert wird.
Die vorstehend beschriebenen Wirkungen und andere Vorzüge der Erfindung werden aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ersichtlich.
Figurenliste
Die Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutung der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:

1 ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das konzeptionell die Konfiguration des Kraftmaschinensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt,
2 ein Flussdiagramm der AGR-Steuerungsverarbeitung, die durch die ECU in dem in 1 gezeigten Kraftmaschinensystem ausgeführt wird,
3 ein Flussdiagramm der Begrenzungseinstellungsverarbeitung, die eine Unterroutine der in 2 gezeigten AGR-Steuerungsverarbeitung ist,
4 eine Darstellung der Dynamik der AGR-Größe Megr in Bezug auf das Druckverhältnis Pr,
5 ein konzeptionelles Diagramm der ersten Begrenzung,
6 ein konzeptionelles Diagramm der zweiten Begrenzung,
7 eine Veranschaulichung der Wirkung der ersten Begrenzung,
8 eine Veranschaulichung der Wirkung der zweiten Begrenzung,
9A eine Veranschaulichung beispielsweise einer Zeitkennlinie eines AGR-Verhältnisses Regr während einer allmählichen Verzögerung,
9B eine Veranschaulichung beispielsweise einer Zeitkennlinie eines AGR-Ventilöffnungsgrads Aegr während einer allmählichen Verzögerung, und
9C eine Veranschaulichung beispielsweise einer Zeitkennlinie eines Drosselöffnungrads thr während einer allmählichen Verzögerung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Die Konfiguration eines Kraftmaschinensystems 10, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft, wird unter Bezugnahme auf 1 erklärt. 1 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das konzeptionell die Konfiguration des Kraftmaschinensystems 10 darstellt.
Unter Bezugnahme auf 1 ist das Kraftmaschinensystem 10 in einem (in der Figur nicht gezeigten) Fahrzeug eingebaut und umfasst eine ECU 100 und eine Kraftmaschine 200.
Die ECU 100 ist mit einer CPU, einem ROM und einem RAM versehen und ist eine elektronische Steuerungseinheit, die konfiguriert ist, in der Lage zu sein, den Betrieb des Kraftmaschinensystems 10 zu steuern. Diese elektronische Steuerungseinheit ist ein Beispiel des „Steuerungsgeräts für eine Brennkraftmaschine“ gemäß der Erfindung. Die ECU 100 ist konfiguriert in der Lage zu sein, die nachstehend beschriebene AGR-Steuerungsverarbeitung entsprechend einem in dem ROM gespeicherten Steuerungsprogramm auszuführen.
Ferner ist die ECU 100 eine elektronische Steuerungseinheit, die als ein Beispiel der „Steuerungseinrichtung“ gemäß der Erfindung fungieren kann. Physikalische, mechanische und elektrische Merkmale der Steuerungseinrichtung gemäß der Erfindung sind jedoch nicht hierauf begrenzt. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise als eine Vielzahl von ECU, verschiedenen Verarbeitungseinheiten, verschiedenen Steuerungseinrichtungen oder verschiedenen Computersystemen, wie beispielsweise Mikrocomputern, konfiguriert sein.
Die Kraftmaschine 200 ist eine Benzinkraftmaschine als ein Beispiel der „Brennkraftmaschine“ gemäß der Erfindung.
Die Kraftmaschine 200 ist eine Kraftmaschine, die derart konfiguriert ist, dass ein Gasgemisch aus Benzin und Luft, das durch einen Zündbetrieb, der durch eine Zündeinrichtung 202 ausgeführt wird, in der ein Teil einer Zündkerze (ein Bezugszeichen hierfür ist weggelassen) in einer Verbrennungskammer innerhalb eines Zylinders 201B freigelegt ist, der in einem Zylinderblock 201A untergebracht ist, verbrannt wird, wobei die Hin- und Herbewegung eines Kolbens 203, die in Reaktion auf die Explosionskraft erzeugt wird, die als ein Ergebnis der Verbrennung auftritt, durch eine Pleuelstange 204 in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 205 umgewandelt werden kann. Ein Kurbelpositionssensor 206, der die Drehposition (d.h. den Kurbelwinkel) der Kurbelwelle 205 erfasst, ist in der Nähe der Kurbelwelle 205 angeordnet. Der Kurbelpositionssensor 206 ist elektrisch mit der ECU 100 verbunden, wobei der erfasste Kurbelwinkel der Kraftmaschine 200 periodisch oder aperiodisch zu der ECU 100 ausgeben wird.
Die Kraftmaschine 200 ist eine Mehrzylinderkraftmaschine, in der eine Vielzahl von Zylindern 201B in der Richtung angeordnet ist, die senkrecht zu dem Papierblatt in der Figur ist. Da die Zylinder 201B die gleiche Konfiguration aufweisen, ist nur ein Zylinder 201B in 2 erklärt. Diese Konfiguration ist lediglich ein Beispiel der „Brennkraftmaschine“ gemäß der Erfindung.
Die Luft, die von außen in die Kraftmaschine 200 angesogen wird, geht durch ein Einlassrohr bzw. Ansaugrohr 207 hindurch und vermischt sich mit einem Öffnungseinspritzkraftstoff Fpi, der von einer Einlassöffnungseinspritzeinrichtung 211 in eine Einlassöffnung 209 eingespritzt worden ist, wodurch das vorstehend genannte Gasgemisch erzeugt wird. Der Kraftstoff ist in einem Kraftstofftank gelagert und wird durch ein Pumpen in die Einlassöffnungseinspritzeinrichtung 211 durch die Aktion eines Zuführungsrohrs über ein Zufuhrrohr (der Kraftstofftank, die Zuführungspumpe und das Zufuhrrohr sind in der Figur nicht gezeigt) zugeführt.
Der Verbindungszustand des Zylinders 201B und der Einlassöffnung 209 wird durch ein Öffnen und Schließen des Einlassventils 210 gesteuert. Das Gasgemisch, das in dem Zylinder 201B verbrannt worden ist, wird zu einem Abgas und wird in ein Abgasrohr 214 durch eine Auslassöffnung 213 eingebracht, wenn ein Auslassventil 212 offen ist. Das Auslassventil ist entsprechend dem Öffnen und Schließen des Einlassventils 210 offen und geschlossen.
Unterdessen ist ein Drosselventil 208, das die Einlassluftmenge reguliert, die die über eine (in der Figur nicht gezeigte) Reinigungseinrichtung eingebrachte Einlassluft betrifft, stromaufwärts zu der Einlassöffnung 209 in dem Ansaugrohr 207 bereitgestellt. Das Drosselventil 208 ist derart konfiguriert, dass der zugehörige Betriebszustand durch einen (in der Figur nicht gezeigten) Drosselventilmotor gesteuert wird, der elektrisch mit der ECU 100 verbunden ist. Die ECU 100 steuert grundsätzlich den Betrieb des Drosselventilmotors, um einen Drosselöffnungsgrad zu erhalten, der einer Fahreinrichtungsniederdrückgröße Ta entspricht, die durch einen (in der Figur nicht gezeigten) Beschleunigungseinrichtungspositionssensor erfasst wird. Der Drosselöffnungsgrad kann ebenso durch die operative Steuerung des Drosselventilmotors unabhängig von den Absichten des Fahrers eingestellt werden. Somit ist das Drosselventil 208 als ein elektronisch gesteuertes Drosselventil konfiguriert.
Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 215, der konfiguriert ist in der Lage zu sein, ein Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF der Kraftmaschine 200 zu erfassen, ist in dem Abgasrohr 214 angeordnet. Ein Kühlwassertemperatursensor 216 zur Erfassung der Kühlwassertemperatur Tw in Bezug auf ein Kühlwasser (LCC), das durch Zirkulation zugeführt wird, um die Kraftmaschine 200 zu kühlen, ist in einem Kühlwassermantel bereitgestellt, der sich erstreckt, um den Zylinderblock 201A zu umgeben, der den Zylinder 201B beherbergt. Ein Einlassdrucksensor 217 zur Erfassung des Einlassdrucks Pi, der der Druck der Einlassluft ist, die durch das Drosselventil 208 hindurchgegangen ist, ist in der Einlassöffnung 209 bereitgestellt. Ein Abgastemperatursensor 218 zur Erfassung der Abgastemperatur To, die die Temperatur des Abgases ist, ist in der Auslassöffnung 213 bereitgestellt. Ferner ist ein Abgasdrucksensor 219 zur Erfassung des Abgasdrucks Po, der der Druck des Abgases ist, in der Abgasöffnung 213 bereitgestellt. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 215, der Wassertemperatursensor 216, der Einlassdrucksensor 217, der Abgastemperatursensor 218 und der Abgasdrucksensor 219 sind elektrisch mit der ECU 100 verbunden, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF, die Kühlwassertemperatur Tw, der Einlassdruck Pi, die Abgastemperatur To und der Abgasdruck Po, die durch die vorstehend genannten Sensoren erfasst werden, periodisch oder aperiodisch durch die ECU 100 ausgegeben werden.
Die Kraftmaschine 200 ist mit einer AGR-Vorrichtung 300 für ein Rückführen bzw. Rezirkulieren eines Teils des Abgases als ein AGR-Gas zu dem Einlasssystem versehen.
Die AGR-Vorrichtung 300 ist ein Beispiel der „AGR-Vorrichtung“ gemäß der Erfindung, die mit einem AGR-Kanal 301, einer AGR-Kühleinrichtung 302 und einem AGR-Ventil 303 versehen ist.
Der AGR-Kanal 301 ist ein metallisches rohrförmiges Element, das mit einem zugehörigen Ende mit der Auslassöffnung 213 und mit dem anderen zugehörigen Ende mit der Einlassöffnung 209 verbunden ist. Die Auslassöffnung 213 und die Einlassöffnung 209 sind konfiguriert, wenn es geeignet ist, über den AGR-Kanal 301 verbunden zu sein, wenn das nachstehend beschriebene AGR-Ventil 303 offen ist.
Die AGR-Kühleinrichtung 302 ist eine wassergekühlte Kühlvorrichtung, die das ausgestoßene AGR-Gas, das eine vergleichsweise hohe Temperatur aufweist, durch einen Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser kühlt.
Das AGR-Ventil 303 ist eine elektromagnetische Öffnungs-Schließ-Ventilvorrichtung, die ein Beispiel des „AGR-Ventils“ gemäß der Erfindung ist, und kann kontinuierlich die Durchgangsfläche der Abgasöffnung 213 und der Einlassöffnung 209 ändern, die durch den AGR-Kanal 301 verbunden sind. Die Ansteuerungsvorrichtung (beispielsweise ein Elektromagnet; in der Figur nicht gezeigt), die das AGR-Ventil 303 ansteuert bzw. antreibt, ist elektrisch mit der ECU 100 verbunden, wobei der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr, der der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 303 ist, durch die ECU 100 gesteuert werden kann. Der „Öffnungsgrad“, wie hier auf ihn Bezug genommen wird, bedeutet den Grad, auf den das Ventil offen ist. In Bezug auf den AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr entspricht Aegr = 0 (%) einem vollständig geschlossenen (oder vollständig offenen) Ventil, und Aegr = 100 % entspricht einem vollständig offenen (oder vollständig geschlossenen) Ventil. In jedem Fall gibt es eine Eins-Zu-Eins-Entsprechung zwischen dem AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr und der Querschnittsfläche Segr des Verbindungskanals zwischen der Stromaufwärtsseite (Seite der Auslassöffnung 213) und der Stromabwärtsseite (Seite der Einlassöffnung 209), in Bezug auf das AGR-Ventil 303.
Der vorstehend genannte Einlassdruck Pi ist gleich dem AGR-Ventilstromabwärtsdruck Pdn, der ein Druck stromabwärts (Seite der Einlassöffnung 209) des AGR-Ventils 303 ist, und der vorstehend genannte Auslassdruck Po ist gleich dem AGR-Ventilstromaufwärtsdruck Pup, der ein Druck stromaufwärts (Seite der Auslassöffnung 213) des AGR-Ventils 303 ist. Die AGR-Größe bzw. AGR-Menge Megr, die der Durchfluss bzw. Durchsatz des AGR-Gases ist, ändert sich entsprechend einem Druckverhältnis PR, das ein Verhältnis des AGR-Ventilstromaufwärtsdrucks Pup und des AGR-Ventilstromabwärtsdruck Pdn ist, und der vorstehend genannten Querschnittsfläche Segr des Verbindungskanals. Wie sich die AGR-Größe Megr in Reaktion auf das Druckverhältnis PR und der Querschnittsfläche Segr des Verbindungskanals ändert, wird nachstehend beschrieben.
Die AGR-Steuerungsverarbeitung, die durch die ECU 100 ausgeführt wird, wird nachstehend ausführlicher als ein Betrieb des Ausführungsbeispiels beschrieben.
Der Steuerungsablauf der AGR-Steuerungsverarbeitung wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 zeigt ein Flussdiagramm der AGR-Steuerungsverarbeitung.
In 2 schätzt die ECU 100 verschiedene Zustandsparameter X(i) der Kraftmaschine 200, die im Voraus als Parameter eingestellt worden sind, die das Verhalten des AGR-Gases beeinflussen, in einer vorbestimmten Abschätzzeitdauer ab (Schritt S110). Schritt S110 ist ein Beispiel des Betriebs der „Steuerungseinrichtung“ gemäß der Erfindung.
Die „Abschätzzeitdauer“ in Schritt S110, wie hier darauf Bezug genommen wird, ist ein Beispiel der „vorbestimmten Zeitdauer“ gemäß der Erfindung und stellt eine Zeitdauer von einem derzeitigen Zeitpunkt zu einem Zeitpunkt dar, bei dem angenommen wird, dass das AGR-Gas von dem AGR-Ventil 303 bei dem Zylinder 201B ankommt, genauer gesagt eine Zeitdauer von 20 bis 100 msek von dem derzeitigen Zeitpunkt in die Zukunft. Die ECU 100 teilt die Abschätzzeitdauer in n gleiche Intervalle und schätzt im Voraus die Zustandsparameter X(i) bei den Momenten bzw. Zeitpunkten i (i = 0, 1, ..., n) entsprechend den Begrenzungen zwischen den Intervallen ab. Der Moment, der i = 0 entspricht, bedeutet den derzeitigen Moment.
Die ECU 100 ist konfiguriert, die folgenden Zustandsparameter als die Zustandsparameter X(i) abzuschätzen.
Die abzuschätzenden Zustandsparameter bedeuten beispielsweise einen Neugasdurchfluss bzw. Neugasdurchsatz Ma(i), eine Basissoll-AGR-Größe Megrtagb(i), einen Einlassdruck Pi(i) (der der gleiche wie der AGR-Ventilstromabwärtsdruck Pbdn(i) ist) und einen Abgasdruck Po(i) (der der gleiche wie der AGR-Ventilstromaufwärtsdruck Pup(i) ist). Der Neugasdurchfluss Ma(i) betrifft die Luft, die in die Einlassöffnung 209 durch das Ansaugrohr 207 und das Drosselventil 208 eingebracht wird.
Der Neugasdurchfluss Ma(i) wird beispielsweise durch den Neugasdurchfluss Ma(0) zu der derzeitigen Zeit, der durch die Einlassluftmenge Ga bestimmt wird, die durch ein Luftdurchflussmessgerät erfasst wird, das in dem Ansaugrohr 207 angeordnet ist, den Öffnungsgrad thr des Drosselventils 208 zu diesem Zeitpunkt und die Kraftmaschinendrehzahl NE abgeschätzt, indem eine Schätzungsberechnungsgleichung verwendet wird, die im Voraus angegeben worden ist und zeitliche Änderungen des Neugasdurchflusses Ma in der Schätzungszeitdauer definiert.
Wie es bereits erwähnt worden ist, wird das Drosselventil 208 betriebsfähig durch die ECU 100 gesteuert, wobei folglich zeitliche Änderungen des Drosselöffnungsgrads thr mit hoher Genauigkeit geschätzt werden können, vorausgesetzt, dass die zeitliche Größenordnung etwa die Schätzungszeitdauer ist. Zeitliche Änderungen der Kraftmaschinendrehzahl NE können ebenso auf eine ähnliche Art und Weise abgeschätzt werden. Folglich kann die ECU 100 den Neugasdurchfluss Ma(i) in geeigneter Weise abschätzen, indem die Ergebnisse dieser Schätzungen verwendet werden. Alternativ hierzu kann, wenn der Neugasdurchfluss Ma(i) in der Schätzungszeitdauer im Voraus unter Verwendung des Neudurchflusses Ma(0) bei dem derzeitigen Zeitpunkt und verschiedenen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine als Parameter abgebildet wird und in einer geeigneten Speichereinrichtung gespeichert wird, die ECU 100 ebenso den Neugasdurchfluss Ma(i) abschätzen, indem die geeigneten Werte aus der entsprechenden Speichereinrichtung ausgewählt werden.
Die Grundsoll-AGR-Größe Megrtag(i) bedeutet eine ideale Soll-AGR-Größe Megr, die durch den Neugasdurchfluss Ma und ein Soll-AGR-Verhältnis Regr bestimmt wird. Die Grundsoll-AGR-Größe Megrtag(i) kann beispielsweise als Megrtag(i) = Ma(i)*Regr(i)/(1 - Regr(i)) bestimmt werden. Das Soll-AGR-Verhältnis Regrtag(i) wird in Bezug auf eine Abschätzzeitdauer als gleichförmig angenommen.
Zeitliche Änderungen des Einlassdrucks Pi(i) (AGR-Ventilstromabwärtsdruck Pdn(i)) des Abgasdrucks Po(i) (AGR-Ventilstromaufwärtsdruck Pup(i)) können ebenso auf ähnliche Weise wie der Neugasdurchfluss Ma(i) abgeschätzt werden, indem eine Abschätzungsberechnungsgleichung oder eine Abbildung verwendet wird. Da eine Vielzahl von Techniken verfügbar ist und für eine Abschätzung derartiger Zustandsgrößen verwendet werden kann, ist hier eine ausführliche Beschreibung hiervon weggelassen.
Wenn die Abschätzung der Zustandsparameter X(i) abgeschlossen ist, führt die ECU 100 eine Begrenzungseinstellungsverarbeitung aus (Schritt S120). Schritt S120 ist ein Beispiel des Betriebs der „Steuerungseinrichtung“ gemäß der Erfindung.
Die Begrenzungseinstellungsverarbeitung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm der Begrenzungseinstellungsverarbeitung.
Wie es in 3 gezeigt ist, berechnet die ECU 100 das Druckverhältnis PR(i) und eine lineare Annäherungsdynamik Φlin(i) (Schritt S121).
In dem Ausführungsbeispiel wird das Druckverhältnis PR(i) durch nachstehende Gleichung (1) dargestellt. Wie es eindeutig aus der nachstehenden Gleichung (1) folgt, ist das Druckverhältnis PRein Verhältnis des AGR-Ventilstromabwärtsdrucks Pdn (Einlassdruck Pi) zu dem AGR-Ventilstromaufwärtsdruck Pup (Ausstoßdruck Po), wobei dieses Verhältnis abnimmt, wenn der AGR-Ventilstromaufwärtsdruck Pup größer als der AGR-Ventilstromabwärtsdruck Pdn wird.
[Gleichung 1] $P R (i) = \frac{P d n (i)}{P u p (i)}$
Unterdessen wird die lineare Annäherungsdynamik Φlin(i) durch nachstehende Gleichung (2) bestimmt.
[Gleichung 2] $ϕ l i n (i) = {\begin{matrix} b 1 & (0 \leq P R (i) < c) \\ a 2 * P R (i) + b 2 & (c \leq P R (i) < 1) \end{matrix}}$
Die lineare Annäherungsdynamik Φlin(i) wird nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 stellt die Dynamik der AGR-Größe Megr gegenüber dem Druckverhältnis PR dar.
In 4 ist die Dynamik der AGR-Größe Megr gegenüber der Ordinate aufgezeichnet, und das Druckverhältnis PR ist gegenüber der Abszisse aufgezeichnet. Die Dynamik der AGR-Größe Megr ist, wie hier darauf Bezug genommen wird, ein Wert, der durch Quantifizieren des qualitativen Verhaltens der AGR-Größe Megr erhalten wird, die nicht von dem AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr abhängt.
In der Figur ist Φnonlin (durchgezogene Linie) eine nichtlineare Dynamik, wie es in der Figur gezeigt ist, welche eine richtige Dynamik der AGR-Größe Megr ist. Die richtige Dynamik Φnonlin wird experimentell im Voraus erhalten und in dem ROM gespeichert. Das AGR-Gas kehrt grundsätzlich nicht zu dem Einlasssystem zurück, solange der AGR-Ventilstromaufwärtsdruck Pup nicht größer als der AGR-Ventilstromabwärtsdruck Pdn ist. Folglich wird die AGR-Größe Megr bei einem Zeitpunkt, in dem die zwei Drücke zueinander gleich sind und das Druckverhältnis PR = 1 erreicht ist, gleich 0. Somit ist der maximale Wert des Druckverhältnisses Pr im Wesentlichen 1.
Die linear angenäherte Dynamik Φlin (gestrichelte Linie) wird durch eine lineare Annäherung der richtigen Dynamik Φnonlin in m Intervallen (m ≥ 2) erhalten und ist ein Beispiel der „angenäherten Dynamik“ gemäß der Erfindung. Wie es in der Figur gezeigt ist, nimmt die linear angenäherte Dynamik Φlin einen konstanten Wert b1 in einem Bereich an, in dem das Druckverhältnis PR kleiner oder gleich c ist, und wird eine monoton abnehmende Funktion in Bezug auf das Druckverhältnis PR in einem Bereich, in dem das Druckverhältnis PR größer als c ist. Mit einer derartigen linear angenäherten Dynamik Φlin kann die richtige Dynamik Φnonlin, die inhärent eine nichtlineare Dynamik ist, in großem Umfang vereinfacht werden. Folglich wird, wenn die Begrenzung der AGR-Größe Megr wie nachstehend beschrieben eingestellt wird, die Berechnungslast der ECU 100 in großem Umfang verringert. In dem Beispiel, das hier gezeigt ist, wird eine lineare Zwei-Intervall-Annäherung ausgeführt, wobei eine derartige Annäherung jedoch offensichtlich nur zur Vereinfachung der Beschreibung ausgewählt ist, wobei die lineare Annäherung tatsächlich in einer großen Anzahl von Intervallen ausgeführt werden kann. Die Verarbeitung zum Erlangen der linear angenäherten Dynamik Φlin(i) durch eine lineare Annäherung der richtigen Dynamik Φnonlin ist ein Beispiel des Betriebs der „Steuerungseinrichtung“ gemäß der Erfindung.
In diesem Fall führt, wenn die richtige Dynamik Φnonlin linear angenähert wird, die ECU 100 die Annäherung derart aus, dass die angenäherten Werte die richtige Dynamik Φnonlin nicht überschreiten. Die linear angenäherte Dynamik Φlin (gestrichelte Linie) wird eingestellt, um sichtbar auf der inneren Seite (Koordinatenachsenseite) der richtigen Dynamik Φnonlin (durchgezogene Linie) zu sein. Der Effekt eines derartigen Ansatzes ist nachstehend beschrieben.
Zurück zu 3, in der die ECU 100 das Druckverhältnis PR(i) und Φlin(i) berechnet (Φlin(i) bedeutet angenäherte Werte der linear angenäherten Dynamik entsprechend dem Druckverhältnis PR(i)), stellt die ECU 100 die Begrenzung bei der AGR-Größe Megr ein (Schritt S122). Die Begrenzung bei der AGR-Größe Megr ist, wie nachstehend darauf Bezug genommen wird, eine Steuerungsbegrenzung bei der AGR-Größe Megr, die aufgrund verschiedener Begrenzungen der Kraftmaschine 200, die die AGR-Vorrichtung 300 umfasst, erzeugt wird. In dem Ausführungsbeispiel werden drei Begrenzungen einstellt, nämlich eine erste Begrenzung, die aus dem AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr entsteht, eine zweite Begrenzung, die aus der Öffnungs-/Schließgeschwindigkeit des AGR-Ventils 303 entsteht, und eine dritte Begrenzung, die aus der Fehlzündungsgrenze der Kraftmaschine 200 entsteht.
Bezüglich der ersten Begrenzung ist der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr lediglich ein geeigneter Indikator, der durch Umwandeln des Öffnungsgrads des AGR-Ventils 303 in einen numerischen Wert erhalten wird, wobei die tatsächliche AGR-Größe Megr von der Verbindungsquerschnittsfläche Segr des Verbindungskanals abhängt, die in einer Eins-Zu-Eins-Korrespondenzbeziehung mit dem AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr ist. Folglich wird in der nachstehenden Beschreibung der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr, wenn es geeignet ist, durch die Verbindungsquerschnittsfläche Segrr des Verbindungskanals ersetzt. Bezüglich der zweiten Begrenzung wird aus dem gleichen Grund, der für die erste Begrenzung gilt, die Öffnungs-Schließ-Geschwindigkeit des AGR-Ventils 303, wenn es geeignet ist, mit der Variationsgeschwindigkeit der Verbindungsquerschnittsfläche Segrr des Verbindungskanals ersetzt.
Als Voraussetzungen zur Einstellung der Begrenzungen bei der AGR-Größe Megr kann die AGR-Größe Megr(i) durch nachstehende Gleichung (3) dargestellt werden, und die AGR-Gasdurchflussvariationsrate Dmegr(i) kann durch nachstehende Gleichung (4) dargestellt werden.
[Gleichung 3] $M e g r (i) = S e g r (i) * \sqrt{\frac{P u p (i)}{T u p (i)}} * ϕ l i n (i)$
[Gleichung 4] $d M e g r (i) = M e g r (i) - M e g r (i - 1)$
Die erste Begrenzung ist eine Begrenzung bei dem AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr (Verbindungsquerschnittsfläche Segr), d.h. eine Begrenzung, die aus einer physikalischen Einschränkung des Öffnungsgrads des AGR-Ventils 303 entsteht. Die Begrenzungsbedingung wird durch nachstehende Gleichung (5) dargestellt. Segrmax in der Gleichung ist der maximale Wert der Verbindungsquerschnittsfläche Segr, d.h. die Verbindungsquerschnittsfläche Segr, bei der der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr = 100 ist.
[Gleichung 5] $0 \leq S e g r (i) \leq S e g r max$
In diesem Fall wandelt die ECU 100 die Begrenzungsbedingung, die die erste Begrenzung betrifft, die durch die vorstehende Gleichung (5) dargestellt wird, in die Begrenzung bei der AGR-Größe Megr um, wie es in nachstehenden Gleichungen (6), (7) und (8) gezeigt ist. Tup in den Gleichungen ist eine Temperatur stromaufwärts zu dem AGR-Ventil, d.h. sie hat die gleiche Bedeutung wie die Abgastemperatur To, die durch den Abgastemperatursensor 218 erfasst wird. Gleichung (7) wird verwendet, wenn das Druckverhältnis PR(i) kleiner oder gleich c ist, und Gleichung (8) wird verwendet, wenn das Druckverhältnis PR(i) größer als c ist und kleiner oder gleich 1 ist.
[Gleichung 6] $- M e g r (i) \leq 0$
[Gleichung 7] $M e g r (i) \leq S e g r max * \sqrt{\frac{P u p (i)}{T u p (i)}} * b 1$
[Gleichung 8] $M e g r (i) \leq S e g r max* \sqrt{\frac{P u p (i)}{T u p (i)}} * (a 2 * P R (i) + b 2)$
Hierbei wird die erste Begrenzung visuell unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein konzeptionelles Diagramm der ersten Begrenzung.
In 5 ist die AGR-Größe Megr gegenüber der Ordinate aufgezeichnet, und das Druckverhältnis PR ist gegenüber der Abszisse aufgezeichnet.
Lmegrr_max (durchgezogene Linie) in der Figur ist eine richtige Dynamik der AGR-Größe Megr in dem Fall, in dem der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr bei einem zugehörigen Maximum ist. Der Bereich und Lmegrr_max ist ein Bereich, der als der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr verwirklicht werden kann.
Unterdessen wird, wie es vorstehend angegeben worden ist, gemäß dem Ausführungsbeispiel die richtige Dynamik der AGR-Größe Megr linear angenähert, sodass die angenäherten Werte die richtige Dynamik nicht überschreiten. Folglich wird die Steuerungsbegrenzung (erste Begrenzung), die auf der Grundlage der linear angenäherten Dynamik Φlin eingestellt wird, durch Lmegra_max (durchgezogene Linie) in der Figur bestimmt. Somit ist der Bereich über Lmegra_max in der Figur (durch eine Schraffierung in der Figur gezeigt) ein Begrenzungsverletzungsbereich AOCV1, in dem die Steuerungsbegrenzung verletzt wird.
Die zweite Begrenzung entsteht aus der Öffnungs-Schließ-Geschwindigkeit (Variationsrate der Querschnittsfläche Segr des Verbindungskanals) des AGR-Ventils 303, d.h. aus der physikalischen Einschränkung der Öffnungs-Schließ-Geschwindigkeit des AGR-Ventils 303. Die Begrenzungsbedingung wird durch nachstehende Gleichungen (9) und (10) dargestellt. Sopenmax in der nachstehenden Gleichung ist der maximale Wert einer Zeitvariationsrate der Querschnittsfläche Segr des Verbindungskanals in dem Fall, in dem die Querschnittsfläche Segr des Verbindungskanals sich vergrößert (d.h. wenn sich das AGR-Ventil 303 öffnet), und Sclosemax in der nachstehenden Gleichung ist der maximale Wert der Zeitvariationsrate der Querschnittsfläche Segr des Verbindungskanals in dem Fall, in dem die Querschnittsfläche Segr des Verbindungskanals abnimmt (d.h., wenn sich das AGR-Ventil 303 schließt).
[Gleichung 9] $d S e g r (i) \leq d S o p e n max$
Gleichung [10] $- d S e g r (i) \geq d S c l o s e max$
In diesem Fall wandelt die ECU 100 die Begrenzungsbedingung, die die zweite Begrenzung betrifft, die durch die vorstehenden Gleichungen (9) und (10) dargestellt wird, in die Begrenzung bei der AGR-Größenvarationsrate dMegr um, wie es in nachstehenden Gleichungen (11), (12), (13) und (14) gezeigt ist. Gleichungen (11) und (12) werden verwendet, wenn das Druckverhältnis PR(i) kleiner oder gleich c ist, und Gleichungen (13) und (14) werden verwendet, wenn das Druckverhältnis PR(i) größer als c ist und kleiner oder gleich 1 ist. Ferner stellen die Gleichungen (11) und (13) eine Begrenzung dar, die eingeführt wird, wenn das Ventil geöffnet wird, und die Gleichungen (12) und (14) stellen eine Begrenzung dar, die eingeführt wird, wenn das Ventil geschlossen wird.
[Gleichung 11] $d M e g r (i) \leq d S o p e n max* \sqrt{\frac{P u p (i)}{T u p (i)}} * b 1$
[Gleichung 12] $d M e g r (i) \leq - d S c l o s e max* \sqrt{\frac{P u p (i)}{T u p (i)}} * b 1$
[Gleichung 13] $d M e g r (i) \leq d S o p e n m a x * \sqrt{\frac{P u p (i)}{T u p (i)}} * (a 2 * P R (i) + b 2)$
[Gleichung 14] $d M e g r (i) \leq - d S c l o s e max* \sqrt{\frac{P u p (i)}{T u p (i)}} * (a 2 * P R (i) + b 2)$
Hierbei wird die zweite Begrenzung visuell unter Bezugnahme auf 6 erklärt. 6 zeigt ein konzeptionelles Diagramm der zweiten Begrenzung.
In 6 ist die AGR-Größenvariationsrate dMegr gegenüber der Ordinate aufgezeichnet, und das Druckverhältnis PR ist gegenüber der Abszisse aufgezeichnet. Der Bereich über dem Ursprungspunkt betrifft das Intervall, in dem das Ventil geöffnet wird, und der Bereich unter dem Ursprungspunkt betrifft das Intervall, in dem das Ventil geschlossen wird.
Ldmeggr_max(+) (durchgezogene Linie) in der Figur ist eine richtige Dynamik für die AGR-Größenvariationsrate dMegr in dem Fall, in dem das AGR-Ventil 303 mit maximaler Geschwindigkeit geöffnet wird. Der Bereich über der Ursprungspunktlinie und unterhalb von Ldmegrr_max(+) einschließlich derselben ist ein Bereich, der als die AGR-Größenvariationsrate dMegr realisiert werden kann. Gleichsam ist Ldmeggr_max(-) (durchgezogene Linie) in der Figur eine richtige Dynamik der AGR-Größenvariationsrate dMegr in dem Fall, in dem das AGR-Ventil 303 mit maximaler Geschwindigkeit geschlossen wird. Der Bereich unter der Ursprungspunktlinie und über Ldmegrr_max(-) einschließlich derselben ist ein Bereich, der als die AGR-Größenvariationsrate dMegr realisiert werden kann.
Unterdessen wird, wie es vorstehend beschrieben ist, gemäß dem Ausführungsbeispiel die richtige Dynamik der AGR-Größe Megr linear angenähert, sodass die angenäherten Werte die richtige Dynamik nicht überschreiten. Folglich wird die Steuerungsbegrenzung (zweite Begrenzung), die auf der Grundlage der linear angenäherten Dynamik Φlin eingestellt wird, als Ldmegra_max(+), die in der Figur (gestrichelte Linie) auf der Offenes-Ventil-Seite gezeigt ist, und als Ldmegra_max(-) (gestrichelte Linie) auf der Geschlossenes-Ventil-Seite bestimmt. Der Bereich, der über Ldmegra_max(+) ist, der in der Figur gezeigt ist, und der Bereich, der unter Ldmegra_max(-) ist, der in der Figur gezeigt ist (Bereiche, die durch eine Schraffierung in der Figur dargestellt sind), sind Begrenzungsverletzungsbereiche AOCV2, in der die Steuerungsbegrenzungen verletzt werden.
Die dritte Begrenzung betrifft die Fehlzündungseinschränkung bei der Kraftmaschine 200, d.h. die AGR-Rate Regr. In diesem Fall ändert sich das AGR-Verhältnis Regr, bei dem eine Fehlzündung stattfindet, in Abhängigkeit von dem Aufbau oder den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine 200. Folglich wird das AGR-Verhältnis Regr, das als eine Fehlzündungsbeschränkung dient, experimentell im Voraus als eine Begrenzungsbedingung bestimmt, die die dritte Begrenzung betrifft, und in dem ROM gespeichert. Die ECU 100 wandelt die Begrenzungsbedingung bei dem AGR-Verhältnis Regr in die Begrenzung bei der AGR-Größe Megr um, wie es durch nachstehende Gleichung (15) gezeigt ist. In der Gleichung bedeutet Mlim die AGR-Größe, die die Fehlzündungsgrenze ist.
[Gleichung 15] $M e g r (i) \leq M e g r lim$
Wenn die ersten, zweiten und dritten Begrenzungen in solcherlei Weise als Werte bestimmt werden, die mit der AGR-Größe Megr korrelieren, ist die Begrenzungseinstellungsverarbeitung abgeschlossen, und die Verarbeitung schreitet zu S130 der AGR-Steuerungsverarbeitung voran.
Zurück zu 2 wird in Schritt S130 die Soll-AGR-Größe Megrtag(i) bestimmt. Die Soll-AGR-Größe Megrtag(i) ist ein Steuerungssollwert, der auf der Grundlage der Grundsoll-AGR-Größe Megrtagb(i) und der vorstehend genannten Begrenzungen bestimmt wird. Genauer gesagt bestimmt die ECU 100 die optimale AGR-Größe, bei der die vorstehend genannten Begrenzungen erfüllt sind, als die Soll-AGR-Größe Megrtag(i). Die Verarbeitung, die eine derartige Bestimmung der Soll-AGR-Größe betrifft, ist ein Beispiel des Betriebs der „Steuerungseinrichtung“ gemäß der Erfindung. Die ECU 100 kann ebenso den Wert, der der nächste zu der Grundsoll-AGR-Größe Megrtagb(i) ist, als die Soll-AGR-Größe in einem Bereich hernehmen, in dem die vorstehend genannten Begrenzungen erfüllt sind. In dem Fall, in dem die Grundsoll-AGR-Größe Megrtagb(i) die Begrenzungen nicht verletzt, können die Grundsoll-AGR-Größe Megrtagb(i) und die Soll-AGR-Größe Megrtag(i) übereinstimmen.
Wenn die Soll-AGR-Größe Megrtag(i) zu bestimmen ist, wandelt die ECU 100 die Soll-AGR-Größe Megrtag(i) in den AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr um und berechnet den Soll-AGR-Ventilöffnungsgrad Aegrtag(i) (Schritt S140). In diesem Fall verwendet die ECU 100 die richtige Dynamik der AGR-Größe Megr, die beispielsweise in 5 gezeigt ist. Somit wird die richtige Dynamik der AGR-Größe Megr, die dem Druckverhältnis PR für jeden AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr entspricht, in dem ROM gespeichert (nur die Dynamik, die dem maximalen Öffnungsgrad entspricht, ist in 5 dargestellt), und die Soll-AGR-Größe Megrtag(i) kann auf einfache Weise in den AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr umgewandelt werden.
Wenn der Soll-AGR-Ventilöffnungsgrad Aegrtag(i) zu bestimmen ist, führt die ECU 100 eine aufeinanderfolgende Antriebssteuerung des AGR-Ventils 303 in einer Zeitsequenz aus, um den Soll-AGR-Ventilöffnungsgrad Aegrtag(i) zu erhalten (d.h., ein Beispiel des Betriebs der „Steuerungseinrichtung“ gemäß der Erfindung). Die AGR-Steuerungsverarbeitung wird in der vorstehend beschriebenen Weise ausgeführt. In diesem Fall ist die AGR-Steuerungsverarbeitung nicht als eine Schleifenverarbeitung beschrieben, wobei aber die AGR-Steuerungsverarbeitung grundsätzlich wiederholt zu jeder Zeit in der Betriebszeitdauer der Kraftmaschine 200 ausgeführt wird.
Der Effekt der ersten und zweiten Begrenzungen wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben. 7 veranschaulicht den Effekt der ersten Begrenzung und 8 veranschaulicht den Effekt der zweiten Begrenzung. Die in diesen Figuren gezeigten Stellen bzw. Positionen, die zu denen gemäß den vorstehend beschriebenen Figuren ähnlich sind, werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Beschreibung hiervon weggelassen ist, wenn es passend ist.
In 7 ist eine Vergleichsbegrenzung Lmegrcmp_max (strichpunktierte Linie), die auf der Grundlage einer linear angenäherten Vergleichsdynamik eingestellt worden ist, die erhalten wird, indem die nichtlineare Dynamik Φnonlin, die beispielsweise in 4 gezeigt ist, linear angenähert wird (bei dieser Annäherung dürfen die angenäherten Werte die richtige Dynamik überschreiten), als ein Vergleichsbeispiel der ersten Begrenzung Lmegra_max (gestrichelte Linie) gemäß dem Ausführungsbeispiel gezeigt.
Hierbei erfüllt, wenn die Vergleichsbegrenzung Lmegrcmp_max als die Steuerungsbegrenzung hergenommen wird, die AGR-Größe, die durch einen schwarzen Kreis M2 in der Figur angegeben ist, ebenso die Steuerungsbegrenzungen. Wie es jedoch durch eine feine strichpunktierte Linie in der Figur gezeigt ist, befindet sich die AGR-Größe, die dem schwarzen Kreis M2 entspricht, in einem Bereich, der die richtige Dynamik (durchgezogene Linie) der AGR-Größe Megr, die dem maximalen Öffnungsgrad des AGR-Ventils 303 entspricht, überschreitet, wobei sie folglich eine intrinsisch nicht verwirklichbare AGR-Größe ist. Folglich wird sich, wenn die AGR-Größe, die dem schwarzen Kreis M2 entspricht, in der AGR-Steuerungsverarbeitung erlaubt ist, die AGR-Größe, die durch die ECU 100 bestimmt wird, von der tatsächlichen AGR-Größe unterscheiden, und die Verbrennung kann verschlechtert werden.
Im Gegensatz dazu ist mit der ersten Begrenzung Lmegr_max gemäß dem Ausführungsbeispiel die Soll-AGR-Größe Megrtag, die in diesem Fall bestimmt wird, beispielsweise durch einen weißen Kreis M1 dargestellt, der in der Figur gezeigt ist, wobei der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr immer bei einem Wert gehalten wird, der kleiner als die tatsächliche Begrenzung ist (d.h. der maximale Öffnungsgrad des AGR-Ventils 303).
Unterdessen ist in 8 eine Vergleichsbegrenzung Ldmegrcmp_max (strichpunktierte Linie), die auf der Grundlage einer linear angenäherten Vergleichsdynamik eingestellt worden ist, die erhalten wird, indem die nichtlineare Dynamik Φnonlin, die beispielsweise in 4 gezeigt ist, linear angenähert wird (in dieser Annäherung ist es erlaubt, dass die angenäherten Werte die richtige Dynamik überschreiten), als ein Vergleichsbeispiel von Ldmegra_max (gestrichelte Linie) gezeigt, die eine der zweiten Begrenzungen gemäß dem Ausführungsbeispiel ist (die positiven und negativen Vorzeichen sind bereits beschrieben worden und werden hier nicht unterschieden).
Hierbei erfüllt, wenn die Vergleichsbegrenzung Ldmegrcmp_max als die Steuerungsbegrenzung hergenommen wird, die AGR-Größenvariationsrate dMegr, die durch einen schwarzen Kreis M4 in der Figur angegeben wird, ebenso die Steuerungsbegrenzung. Wie es jedoch durch eine feine strichpunktierte Linie in der Figur gezeigt ist, befindet sich die AGR-Größenvariationsrate dMegr, die dem schwarzen Kreis M4 entspricht, in einem Bereich, der die richtige Dynamik Ldmegrr_max(-) (durchgezogene Linie) der AGR-Größenvariationsrate Dmegr entsprechend der maximalen Ventilschließgeschwindigkeit des AGR-Ventils 303 überschreitet, wobei sie folglich eine intrinsisch nicht verwirklichbare AGR-Größenvariationsrate ist. Folglich wird, wenn die AGR-Größenvariationsrate, die dem schwarzen Kreis M4 entspricht, in der AGR-Steuerungsverarbeitung erlaubt ist, die ECU 100 fälschlicherweise annehmen, dass das AGR-Ventil 303 schneller geschlossen worden ist, als es tatsächlich der Fall war. Als Ergebnis kann sich in Abhängigkeit davon, wie die nachfolgende Steuerung ausgeführt wird, die AGR-Größe, die durch die ECU 100 bestimmt wird, von der tatsächlichen AGR-Größe unterscheiden, wobei die Verbrennung verschlechtert werden kann.
Im Gegensatz dazu erfüllt mit der zweiten Begrenzung, die durch die linear angenäherte Dynamik Ldmegra_max(-) gemäß dem Ausführungsbeispiel bestimmt wird, die AGR-Größenvariationsrate dMegr, die durch den schwarzen Kreis M4 dargestellt wird, die Begrenzung nicht, wobei sie folglich nicht erlaubt wird, wobei die tatsächliche AGR-Größenvariationsrate immer bei einem Wert gehalten wird, der kleiner als die tatsächliche Begrenzung ist, (d.h. die AGR-Größenvariationsrate, die der maximalen Schließgeschwindigkeit des AGR-Ventils 303 entspricht), wie es beispielsweise durch einen weißen Kreis M3 in der Figur gezeigt ist.
Der Effekt des Ausführungsbeispiels wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 9A bis 9C beschrieben. Die 9A bis 9C veranschaulichen beispielsweise das Verhalten des AGR-Gases während einer allmählichen Verzögerung des Fahrzeugs, das das Kraftmaschinensystem 10 trägt. Die in diesen Figuren gezeigten Stellen, die ähnlich zu denen der vorstehend beschriebenen Figuren sind, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Beschreibung hiervon weggelassen ist, wenn es passend ist.
In den 9A bis 9C sind Zeitkennlinien des AGR-Verhältnisses Regr, des AGR-Ventilöffnungsgrads Aegr und des Drosselöffnungsgrads thr von oben in der Reihenfolge der Beschreibung gezeigt.
Zu einer Zeit T1, die in der Figur gezeigt ist, startet das Drosselventil 208 ein langsames Schließen, und das Fahrzeug beginnt allmählich zu verzögern, wenn das Fahrpedal losgelassen wird. Zu dieser Zeit ändert sich, abgesehen von der Berechnungslast, wenn der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr entsprechend der tatsächlichen Begrenzung (d.h. der idealen Begrenzung) gesteuert wird, die die nichtlineare Dynamik ist, der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr, wie es durch die durchgezogene Linie in der Figur gezeigt ist.
In diesem Fall ist, wenn die vorstehend genannte Vergleichsbegrenzung als die Steuerungsbegrenzung hergenommen wird, die Verkleinerung in dem AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr langsamer als die in dem Fall, in dem die tatsächliche Begrenzung angewendet wird, wie es durch eine strichpunktierte Linie in der Figur gezeigt ist. Folglich bewegt sich das AGR-Verhältnis Regr in den Fehlzündungsbereich AOAF, der durch eine Schraffierung in der Figur gezeigt ist, und die Kraftmaschine 200 kann eine Fehlzündung erleiden.
Im Gegensatz dazu bewegt sich, wenn die Begrenzungen, die auf der linear angenäherten Dynamik gemäß dem Ausführungsbeispiel beruhen, verwendet werden, der AGR-Ventilöffnungsgrad Aegr konstant auf der Seite, die in Bezug auf diejenigen, die den tatsächlichen Begrenzungen entsprechen, beherrscht (sicher) ist, wie es durch eine gestrichelte Linie in der Figur gezeigt ist, wobei folglich das AGR-Verhältnis Regr mit einer größeren Sicherheitstoleranz versehen ist, wie es ebenso durch eine gestrichelte Linie in der Figur gezeigt ist. Somit ist die Möglichkeit einer Fehlzündung der Kraftmaschine 200 beseitigt. Folglich können gemäß dem Ausführungsbeispiel, auch wenn die Durchflusssteuerung des AGR-Gases im Allgemeinen schwierig auszuführen ist, wie während einer allmählichen Verzögerung des vorstehend beschriebenen Typs, praktische Vorzüge der AGR vollständig aufrechterhalten werden. Somit kann die optimale AGR-Größe zu jeder Zeit unabhängig von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs realisiert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt und kann, wie es geeignet ist, geändert werden, ohne von dem Wesentlichen oder der Idee der Erfindung abzuweichen, die durch die Patentansprüche und durch die gesamte Beschreibung definiert ist, wobei das Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine, die aus derartigen Änderungen resultiert, ebenso in dem technischen Umfang der Erfindung beinhaltet ist.
Die Erfindung kann für eine Steuerung einer Brennkraftmaschine verwendet werden, die mit einer AGR-Vorrichtung ausgestattet ist.

Claims

Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine, das eine Brennkraftmaschine (200) steuert, die mit einer AGR-Vorrichtung (300) versehen ist, die einen AGR-Kanal (301), der einen Teil eines Abgases als ein AGR-Gas zurückführt, und ein AGR-Ventil (303) aufweist, das in dem AGR-Kanal (301) bereitgestellt ist und das eine AGR-Größe einstellen kann, die ein Durchfluss des AGR-Gases ist, wobei das Steuerungsgerät umfasst: eine Steuerungseinrichtung (100), die die nachstehende Steuerung ausführt mit: einem Abschätzen von Zustandsparametern der Brennkraftmaschine (200), die ein Verhalten des AGR-Gases in einer vorbestimmten Zeitdauer beeinflussen, einem Einstellen von Begrenzungen bei der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer auf der Grundlage einer angenäherten Dynamik (Φ_lin), die durch Annähern einer richtigen Dynamik (Φ_nonlin) erhalten wird, die ein Übergang der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer ist, sodass angenäherte Werte die richtige Dynamik (Φ_nonlin) nicht überschreiten, einem Bestimmen eines Sollwerts der AGR-Größe entsprechend den geschätzten Zustandsparametern in einem Bereich der AGR-Größe, bei dem die Begrenzungen eingestellt worden sind, und einem Steuern des AGR-Ventils (303), sodass die AGR-Größe der bestimmte Sollwert wird, wobei die Steuerungseinrichtung (100) zumindest eine Begrenzung aus einer Begrenzung, die aus einer physikalischen Einschränkung bei einem Öffnungsgrad des AGR-Ventils (303) entsteht, einer Begrenzung, die aus einer physikalischen Einschränkung bei einer Öffnungsgradvariationsrate des AGR-Ventils (303) entsteht, und einer Begrenzung, die aus einer Fehlzündungseinschränkung der Brennkraftmaschine (200) entsteht, als die Begrenzungen bei der AGR-Größe einstellt.
Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinrichtung (100) die angenäherte Dynamik (Φ_lin) auf einen oberen Grenzwert der AGR-Größe einstellt und einen Sollwert der AGR-Größe unter dem oberen Grenzwert bestimmt.
Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorbestimmte Zeitdauer eine vorbestimmte Zeitdauer von der Gegenwart in die Zukunft ist.
Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerungseinrichtung (100) einen Neugasdurchfluss, einen Einlassdruck, einen Abgasdruck und eine Abgastemperatur in der Brennkraftmaschine (200) als die Zustandsparameter abschätzt.
Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die angenäherte Dynamik (Φ_lin) eine lineare Dynamik ist, die durch eine lineare Annäherung der richtigen Dynamik (Φ_nonlin) erhalten wird, die eine nichtlineare Dynamik ist.
Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die richtige Dynamik (Φ_nonlin) eine Dynamik ist, die ein Verhalten des AGR-Gases in Bezug auf ein Verhältnis von Drücken stromaufwärts und stromabwärts zu dem AGR-Ventil (303) in dem AGR-Kanal (301) bestimmt.
Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerungseinrichtung (100) die angenäherte Dynamik (Φ_lin) erlangt, indem auf der Grundlage eines vorbestimmten Kriteriums die richtige Dynamik (Φ_nonlin), die im Voraus angegeben worden ist, angenähert wird, und die Begrenzungen auf der Grundlage der erlangten angenäherten Dynamik (Φ_lin) einstellt.
Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die vorbestimmte Zeitdauer eine Zeit umfasst, die für das AGR-Gas erforderlich ist, um von dem AGR-Ventil (303) zu einem Zylinder (201B) der Brennkraftmaschine (200) zu wandern.
Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine, das eine Brennkraftmaschine (200) steuert, die mit einer AGR-Vorrichtung (300) versehen ist, die einen AGR-Kanal (301), der einen Teil eines Abgases als ein AGR-Gas zurückführt, und ein AGR-Ventil (303) aufweist, das in dem AGR-Kanal (301) bereitgestellt ist und das eine AGR-Größe einstellen kann, die ein Durchfluss des AGR-Gases ist, wobei das Steuerungsverfahren umfasst: ein Abschätzen von Zustandsparametern der Brennkraftmaschine (200), die ein Verhalten des AGR-Gases in einer vorbestimmten Zeitdauer beeinflussen, ein Einstellen von Begrenzungen bei der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer auf der Grundlage einer angenäherten Dynamik (Φ_lin), die durch Annähern einer richtigen Dynamik (Φ_nonlin) erhalten wird, die ein Übergang der AGR-Größe in der vorbestimmten Zeitdauer ist, sodass angenäherte Werte die richtige Dynamik (Φ_nonlin) nicht überschreiten, ein Bestimmen eines Sollwerts der AGR-Größe entsprechend den geschätzten Zustandsparametern in einem Bereich der AGR-Größe, bei dem die Begrenzungen eingestellt worden sind, und ein Steuern des AGR-Ventils (303), sodass die AGR-Größe der bestimmte Sollwert wird, wobei die Begrenzungen bei der AGR-Größe zumindest eine Begrenzung aus einer Begrenzung, die aus einer physikalischen Einschränkung bei einem Öffnungsgrad des AGR-Ventils (303) entsteht, einer Begrenzung, die aus einer physikalischen Einschränkung bei einer Öffnungsgradvariationsrate des AGR-Ventils (303) entsteht, und einer Begrenzung sind, die aus einer Fehlzündungseinschränkung der Brennkraftmaschine (200) entsteht.