DE19746213A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasrückführungssteuerung bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Abgasrückführungssteuerung bei Brennkraftmaschinen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgasrückführung (EGR) bei Brennkraftmaschinen, vorzugsweise mit Online-Adaption bzw. -Anpassung des Beginn- Öffnen-Arbeitszykluswertes des EGR-Ventils.
Bekannte EGR-Vorrichtungen weisen ein Ventil auf, dessen Ein­ stellung über einen PID-Regler aufgrund eines Signals einer Maschinen-Steuereinrichtung und in Abhängigkeit von Maschi­ nen-Betriebsbedingungen erfolgt. Das Ventil dient dazu, einen kleinen Teil des Abgases vom Abgaskrümmer in den Ansaug­ krümmer hineinströmen zu lassen, einerseits um NOx-Emissionen zu reduzieren und andererseits um Kraftstoff zu sparen. Das Antriebselement des EGR-Ventils wandelt ein Arbeitszyk­ lus(DC)-Signal des PID-Reglers in Abhängigkeit vom Typ des Ventil-Betätigungselementes entweder in ein elektrisches oder ein pneumatisches Steuersignal um. Ein Nachteil bekannter EGR-Systeme beruht auf der Hysterese des EGR-Ventils. Der sogenannte Beginn-Öffnen(Start to Open -STO)-Arbeitszyk­ luswert stellt einen wichtigen Parameter dar. Für den Beginn einer Bewegung bzw. Betätigung des EGR-Ventils muß das Ar­ beitszyklussignal größer als STO sein. Ist der Anfangsar­ beitszykluswert kleiner als STO, können die Steuertätigkeiten bzw. -vorgänge stark verzögert erfolgen. Ist andererseits der Anfangsarbeitszykluswert wesentlich größer als STO, neigt das Ventil dazu, sich über die gewünschte Stellung hinaus zu be­ wegen.
Der STO-Wert wird durch viele Parameter beeinflußt, bei­ spielsweise durch Herstellungsschwankungen, den Spulenwider­ stand, die Temperatur des EGR-Systems und/oder eine Verunrei­ nigung und Alterung des EGR-Ventils. Überdies wird der STO- Wert als Eichparameter eingesetzt, der vom PID-Regler zur Be­ rechnung des Anfangsarbeitszyklus zum Starten des EGR-Ventil- Öffnens benutzt wird. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, erfolgt eine Steuerung in konservativer bzw. vorsichtiger Weise derart, daß die Ausbildung eines überschüssigen bzw. zu lang andauernden EGR-Stroms vermieden wird, was jedoch bei Tip-Eingaben bzw. Spitzen-Eingabewerten (tip-ins) zu einer Verzögerung der EGR-Steuertätigkeiten führt.
Erfindungsgemäß ist ein EGR-Steuersystem vorgesehen, das wäh­ rend normaler Fahrzeug-Betriebsvorgänge eine Online-Adaption des Beginn-Öffnen-Wertes bewirkt. Die adaptive Logik weist einen Zeitgeber auf, der jedesmal dann aktiviert wird, wenn die EGR-Steuerung aktiviert wird, sowie eine Vergleicher-Lo­ gik, die bestimmt, ob das Ausgangssignal für die Ventilstel­ lung einen vorgegebenen minimalen Ausgangssignalwert inner­ halb oder außerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters erreicht, welches durch obere und untere Zeitwerte definiert ist. Falls das Ausgangssignal den vorgegebenen minimalen Ausgangs­ signalwert erreicht, nachdem das gewünschte Zeitfenster abge­ laufen ist, inkrementiert die adaptive Logik den Anfangs­ arbeitszykluswert um einen kleinen Betrag. Falls andererseits das Ausgangssignal den vorgegebenen minimalen Ausgangs­ signalwert erreicht, bevor das gewünschte Zeitfenster be­ ginnt, dekrementiert die adaptive Logik den Anfangsarbeits­ zykluswert um einen geringen Betrag. Die adaptive Logik zwingt dadurch das Ausgangssignal, den minimalen Ausgangswert innerhalb oder an den Grenzen des Zeitfensters zu erreichen bzw. zu überschreiten, wodurch die vorerwähnten Auswirkungen ausgeglichen werden, die mit der Zeit dazu führen, den ur­ sprünglichen Eichwert für STO zu verfälschen.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dient die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen EGR-Steuersy­ stems;
Fig. 2 ein Schaubild einer typischen Hystereseeigenschaft;
Fig. 3 ein Schaubild der Abgabe- bzw. Ausgangssignalreaktion des EGR-Ventils auf unterschiedliche Beginn-Öffnen- Werte und
Fig. 4 ein Flußdiagramm des adaptiven Beginn-Öffnen-Steuer­ schemas der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines typischen EGR-Steuersy­ stems dargestellt. Das System umfaßt einen Steuerblock 10, der einen PID-Regler und zugehörige Logik aufweist, um Steu­ ertätigkeiten bzw. -funktionen zuzuschalten oder abzuschal­ ten. Während normaler Betriebsvorgänge erfolgt dieses Zu­ schalten von Steuerfunktionen üblicherweise jedesmal, wenn eine Drosselklappe aus ihrer Geschlossenstellung heraus be­ wegt wird, und es erfolgt ein Abschalten jedesmal dann, wenn eine Drosselklappe in ihre Geschlossenstellung bewegt wird. Ein Antriebselement 12 wandelt das Arbeitszyklussignal aus dem Steuerblock 10 in ein Signal zum Betätigen eines EGR-Ven­ tils 14 um. Das Antriebselement 12 erzeugt ein elektrisches Signal dann, wenn ein elektrisch betätigtes EGR-Ventil einge­ setzt wird, oder ein pneumatisches Signal dann, wenn ein va­ kuum- bzw. unterdruckbetätigtes EGR-Ventil eingesetzt wird. Ein Sensor 16 bildet einen Stellungssensor für ein EGR-Steu­ ersystem mit Positionssteuerung oder einen Delta-Drucksensor für ein dPFE-Steuersystem.
Von einem (nicht dargestellten) Maschinen-Steuersystem wird ein Eingangssignal IN als Funktion von Maschinenbetriebsbe­ dingungen, wie z. B. Maschinendrehzahl, Last, Kühlmitteltem­ peratur od. dgl., erzeugt. Wenn aufgrund der Betriebsbedin­ gungen kein EGR-Strom benötigt wird, beispielsweise während eines Betriebs mit geschlossener Drosselklappe, gibt der Steuerblock 10 ein Arbeitszyklussignal Null ab, d. h. Abgabe Null, und der PID-Regler beendet die Steuertätigkeiten.
Die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal-Arbeitszyklus der Steuereinrichtung bzw. des Reglers und dem Ausgangssignal OUT des EGR-Ventils weist eine Hysterese auf, wie in Fig. 2 dar­ gestellt. Ein wichtiger Parameter dieser Hystereseeigenschaft ist der sogenannte Beginn-Öffnen(STO)-Arbeitszykluswert. Das EGR-Ventil 14 wird nicht beginnen, sich zu bewegen und das Ausgangssignal OUT zu erzeugen, bevor das Arbeitszyklussignal größer als STO ist (DC<STO). Falls der Anfangsarbeitszyklus DC_INIT kleiner als STO ist, können die Steuertätigkeiten sehr verzögert werden. Falls andererseits der Anfangsarbeits­ zyklus viel größer als STO ist, führt dies zu schnellen Steu­ ertätigkeiten und zu einer Bewegung über die gewünschte Stel­ lung hinaus.
Der STO-Wert stellt einen Eichparameter dar, der vom PID-Reg­ ler dazu eingesetzt wird, den Anfangsarbeitszyklus DC_INIT für den Beginn des EGR-Ventil-Öffnens zu berechnen. Der STO- Wert wird durch viele Parameter beeinflußt, beispielsweise durch Herstellungsschwankungen, den Spulenwiderstand, die Temperatur des EGR-Systems oder eine Verunreinigung und Al­ terung des EGR-Ventils. Es ist herkömmliche Eich- bzw. Kali­ brierungspraxis, einen konservativen bzw. vorsichtigen Lö­ sungsweg zu wählen und einen kleinen STO-Wert zuzuweisen, um einen überschüssigen EGR-Strom zu vermeiden. Dies führt je­ doch zu einer Verzögerung von EGR-Steuertätigkeiten bei Tip- Eingaben.
Mit dem Steuersystem der vorliegenden Erfindung wird während der normalen Fahrzeug-Betriebsvorgänge eine Online-Adaption des Beginn-Öffnen-Wertes bewirkt. Die adaptive Logik ist im Flußdiagramm von Fig. 4 dargestellt und weist einen Zeitgeber auf, der jedesmal aktiviert wird, wenn die EGR-Steuerung zu­ geschaltet ist sowie eine Vergleicher-Logik, die das Aus­ gangssignal OUT mit einem voreingestellten Wert OUT_MIN zu bestimmten vorgegebenen Zeiten vergleicht. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden nachfolgend die Tätigkeiten des Verglei­ chers unter Bezugnahme auf die drei mit 1, 2 und 3 bezeichne­ ten Kurven erläutert.
Die Kurve 1 (LANGSAM) zeigt das Ventil-Ausgangssignal OUT, wenn DC_INIT kleiner als gewünscht ist und OUT den Wert OUT_MIN nach einer vorgegebenen Zeit T2 erreicht, die von dem Zeitgeber ab der Zeit des Beginns von Steuertätigkeiten ge­ zählt wird. Dieses zu späte Überschreiten veranlaßt die adap­ tive Logik, den Anfangsarbeitszyklus DC_INIT um einen kleinen Betrag dDC_INIT zu inkrementieren. Auf diese Weise wird, wenn beim nächsten Mal die Steuertätigkeiten ausgelöst werden, der DC_INIT-Wert größer sein, und die Kurve 1 (LANGSAM) wird sich in Richtung der Kurve 2 (NORMAL) bewegen.
Die Kurve 3 (SCHNELL) zeigt das Ventil-Ausgangssignal OUT, wenn DC_INIT größer als gewünscht ist und OUT den Wert OUT_MIN vor einer anderen vorgegebenen Zeit T1 erreicht, die vom Zeitgeber ab der Zeit des Beginns von Steuertätigkeiten gezählt wird. Dieses vorgezogene bzw. zu frühe Überschreiten bewirkt, daß die adaptive Logik den Anfangsarbeitszyklus DC_INIT um denselben Betrag dDC_INIT dekrementiert. So wird, wenn das nächste Mal die Steuertätigkeiten ausgelöst werden, der DC_INIT-Wert kleiner sein, und die Kurve 3 (SCHNELL) wird sich in die Richtung der Kurve 2 (NORMAL) bewegen. So zwingt die adaptive Logik das Ausgangssignal OUT, den Wert OUT_MIN innerhalb oder an den Grenzen eines von den Zeiten T1 und T2 dargestellten Zeitfensters zu überschreiten bzw. zu errei­ chen, wodurch die Auswirkungen der Variation im STO-Wert be­ seitigt werden.
In Fig. 4 ist ein Flußdiagramm einer Routine zum Adaptieren des STO-Wertes dargestellt. Ein Zeitgeber TMR_STO wird bei Block 20 zurückgesetzt, falls das Maschinen-Steuerungsein­ gangssignal IN gleich 0 ist, wie vom Entscheidungsblock 22 bestimmt. Ansonsten wird TMR_STO bei Block 24 um das Abfrage- Zeitintervall BG_TMR inkrementiert. Die Steuerung kehrt zum Hauptprogramm zurück, falls der Arbeitszyklus DC nicht größer als ein vorgegebener minimaler Arbeitszyklus DC_MIN ist, wie beim Entscheidungsblock 26 bestimmt, oder TMR_STO gleich oder größer als eine vorgegebene Zeit T3 ist, wie beim Entschei­ dungsblock 28 bestimmt. T3 ist ein Zeitintervall von solch einem Wert, daß das EGR-Ventil, falls TMR_STO diesen Wert T3 erreicht, höchstwahrscheinlich festsitzt oder auf andere Wei­ se fehlerhaft funktioniert bzw. versagt.
Falls jedoch beide in den Blöcken 26 und 28 definierten Be­ dingungen erfüllt sind, wird sodann das Ventil-Ausgangssignal OUT mit einem vorgegebenen Wert OUT_MIN bei einem Entschei­ dungsblock 30 verglichen. Falls OUT kleiner als OUT_MIN ist, wird sodann der Zeitgeber TMR_STO überprüft, um zu bestimmen, ob TMR_STO größer als der Zeitwert T2 ist, wie beim Entschei­ dungsblock 32 bestimmt. Falls ja, wird sodann der Anfangsar­ beitszykluswert DC_INIT um einen vorgegebenen Betrag dDC_INIT bei Block 34 inkrementiert, und die Steuerung kehrt zum Hauptprogramm zurück. Auf diese Weise wird der Anfangsar­ beitszykluswert dDC_INIT inkrementiert, falls OUT den Wert OUT_MIN nicht vor T2 erreicht. Mit einem größeren DC_INIT- Wert wird OUT beim nächsten Durchlauf durch die Schleife OUT_MIN eher und eventuell zum Zeitpunkt T2 erreichen.
Andernfalls wird dann, wenn OUT gleich oder größer als OUT_MIN ist, wie bei Block 30 bestimmt, und der Zeitgeber TMR_STO geringer als T1 ist, wie bei Block 36 bestimmt, der Anfangsarbeitszykluswert DC_INIT um den vorgegebenen Betrag dDC_INIT bei Block 38 dekrementiert, und die Steuerung kehrt zum Hauptprogramm zurück. Auf diese Weise wird, falls OUT den Wert OUT_MIN vor T1 erreicht, der Anfangsarbeitszykluswert dDC_INIT dekrementiert. Bei einem kleineren DC_INIT-Wert wird OUT beim nächsten Durchlauf durch die Schleife den Wert OUT_MIN später und eventuell zur Zeit T1 erreichen. Der Soft­ ware-Zeitgeber TMR_STO kann durch einen Zähler ersetzt wer­ den, falls das Steuersystem eine konstante Abfragezeit auf­ weist. In diesem Fall werden die Zeiten T1, T2 und T3 durch Nummern von Steuerzyklen hinsichtlich der gewünschten Ergeb­ nisse ersetzt.

Claims (10)

1. Verfahren zur adaptiven Anpassung eines Beginn-Öffnen- Eichwertes einer Steuereinrichtung in einem Abgasrückfüh­ rungs(EGR)-Steuersystem einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten:
Aktivieren der EGR-Steuerung mit einem Signal, das einen Anfangsarbeitszykluswert enthält, in Reaktion auf ein Eingangssignal eines Maschinen-Steuersystems;
Vergleichen eines Ausgangssignals, das die Abgabemenge des EGR-Ventils darstellt, mit einem vorgegebenen Signal- Grenzwert;
Anpassen des Anfangsarbeitszykluswertes, falls nach der Aktivierung das Ausgangssignal den Grenzwert erreicht, bevor ein vorgegebenes unteres Zeitintervall abgelaufen ist oder nachdem ein vorgegebenes oberes Zeitintervall abgelaufen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert um einen vorgegebenen Betrag erhöht wird, falls das obere Zeitintervall abläuft, bevor das Ausgangssignal den Grenzwert überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert um einen vorgegebenen Betrag verringert wird, falls das untere Zeitintervall abläuft, bevor das Ausgangssignal gleich dem oder größer als der Grenzwert ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ferner folgende Schritte vorgesehen sind:
Auslösen eines Zeitgebers bei dem Aktivieren der EGR- Steuerung;
Vergleichen des Inhalts des Zeitgebers mit den vorgegebe­ nen oberen und unteren Zeitintervallen; und
Vergleichen des Inhalts des Zeitgebers mit einem dritten vorgegebenen Zeitintervall, das einen Ventil-Defekt an­ zeigt.
5. Verfahren zur adaptiven Anpassung eines Beginn-Öffnen- Eichwertes einer Steuereinrichtung in einem Abgasrückfüh­ rungs-Steuersystem einer Brennkraftmaschine, mit folgen­ den Schritten:
Aktivieren einer EGR-Steuerung mit einem Signal, das einen Anfangsarbeitszykluswert DC_INIT aufweist, in Re­ aktion auf ein Eingangssignal aus einem Maschinen-Steuer­ system;
Vergleichen eines Ausgangssignals OUT, das die EGR-Ven­ tilstellung darstellt, mit einem vorgegebenen Signal- Grenzwert OUT_MIN;
Erhöhen des Wertes DC_INIT um einen Betrag dDC_INIT, falls nach einer Aktivierung das Signal OUT den Wert OUT_MIN nach Schließen eines Zeitfensters erreicht, das eine obere Grenze T2 und eine untere Grenze T1 aufweist; und
Vermindern des Wertes DC_INIT um den Betrag dDC_INIT, falls nach einer Aktivierung das Signal OUT gleich dem oder größer als der Grenzwert ist, bevor das Zeitfenster geöffnet wird.
6. Abgasrückführungs(EGR)-Steuervorrichtung einer Brenn­ kraftmaschine zur adaptiven Anpassung eines Beginn-Öff­ nen-Eichwertes einer Steuereinrichtung, mit
Mitteln, die auf ein Eingangssignal IN aus einem Maschi­ nen-Steuersystem ansprechen, zum Aktivieren einer EGR- Steuerung mit einem Signal, das einen Anfangsarbeitszy­ klus DC_INIT enthält;
Mitteln zum Vergleichen eines Ausgangssignals OUT, das die EGR-Ventilstellung darstellt, mit einem vorgegebenen Signal-Grenzwert OUT_MIN; und mit
Mitteln zum Anpassen des Anfangsarbeitszykluswertes DC_INIT, wenn das Ausgangssignal OUT den Grenzwert OUT_MIN nicht innerhalb oberer und unterer Zeitintervalle T2, T1 nach einer Aktivierung erreicht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anpassen des Wertes DC_INIT Einrichtungen aufweisen, die den Wert DC_INIT um einen vorgegebenen Be­ trag dDC_INIT inkrementieren, falls das obere Zeitinter­ vall T2 abläuft, bevor das Ausgangssignal OUT den Grenz­ wert OUT_MIN überschreitet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel zum Anpassen des Wertes DC_INIT Einrichtungen aufweisen, die den Wert DC_INIT um einen vorgegebenen Betrag dDC_INIT dekrementieren, falls das untere Zeitintervall T1 abläuft, bevor das Ausgangssignal OUT gleich dem oder größer als der Grenzwert OUT_MIN ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anpassen des Wertes DC_INIT Einrichtungen aufweisen, die den Anfangsarbeits­ zykluswert DC_INIT um einen vorgegebenen Betrag dDC_INIT erhöhen, falls nach einer Aktivierung ein erstes relativ langes vorgegebenes Zeitintervall T2 abläuft, bevor das Ausgangssignal OUT den Grenzwert OUT_MIN überschreitet, und die den Anfangsarbeitszykluswertes DC_INIT um den vorgegebenen Betrag dDC_INIT vermindern, wenn nicht nach einer Aktivierung ein zweites relativ kurzes vorgegebenes Zeitintervall T1 abläuft, bevor das Ausgangssignal OUT gleich dem oder größer als der Grenzwert OUT_MIN ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ferner vorgesehen sind
ein Zeitgeber TMR_STO, der beim Aktivieren der EGR-Steue­ rung ausgelöst ist;
Mittel zum Vergleichen des Inhaltes des Zeitgebers TMR_STO mit den vorgegebenen oberen und unteren Zeitin­ tervallen T2, T1; und
Mittel zum Vergleichen des Inhaltes des Zeitgebers TMR_STO mit einem dritten vorgegebenen Zeitintervall T3, das einen Ventil-Defekt anzeigt.
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