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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren einer Brennkraftmaschine,
die ein Abgasrückführungssystem
enthält,
und ein Rechner- lesbares Speichermedium.
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Bei
der Steuerung des Schwerlastbetriebs von Brennkraftmaschinen verwendet
die herkömmliche
Praxis elektronische Steuereinheiten, die flüchtige und nicht-flüchtige Speicher
haben, Eingangs- und Ausgangs-Antriebsschaltkreise und einen Prozessor,
der Anweisungen ausführt,
um den Motor und seine verschiedenen Systeme und Sub-Systeme zu steuern.
Eine besondere elektronische Steuereinheit ist mit zahlreichen Sensoren,
Betätigern
und weiteren elektronischen Steuereinheiten in Verbindung, um verschiedene
Funktionen zu steuern, die verschiedene Aspekte der Speicherfeldeingabe, Übertragungssteuerung
und vieles weitere enthalten.
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Der
Schwerlastbetrieb im Motorbetrieb ist jedoch extrem konkurrierend.
An die Hersteller der Motoren werden erhöhte Anforderungen gestellt,
um die Motoren auszulegen und zu bauen, um dadurch eine verbesserte
Motorleistung, eine verbesserte Zuverlässigkeit und eine größere Haltbarkeit
zu schaffen, während
strengeren Emissions- und Geräuschanforderungen
genügt
wird.
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Aus
den vorgenannten Gründen
ergibt sich die Notwendigkeit für
ein verbessertes Steuerverfahren einer Brennkraftmaschine, die ein
Abgasrückführungssystem
(ein EGR-System)
mit verbesserter Leistung und präziserer
Steuerung als die vorhandenen Systeme enthält.
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Es
ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein verfahren
des Steuerns einer Brennkraftmaschine mit einer verbesserten Leistung
und präziseren
Emissionssteuerungen zu schaffen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Rechner- lesbares
Speichermedium zu schaffen, das darin Anweisungen gespeichert hat, die
eine verbesserte Leistung und präzisere
Emissionssteuerungen ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird entsprechend der vorliegenden Erfindung durch ein Steuerverfahren
einer Brennkraftmaschine gelöst,
wobei der Motor eine Turbo-Lader (VGT) mit veränderbarer Geometrie enthält, angetrieben
in Abhängigkeit
zu einem VGT-Befehlssignal, wobei der Motor außerdem ein Abgasrückführungssystem
(EGR) mit veränderbarer
Strömung
enthält,
angetrieben in Abhängigkeit
zu einem EGR-Befehlssignal, um Abgas zu einem Motor-Einlassgemisch
zurück
zu führen,
wobei das Verfahren aufweist Bestimmen einer gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge
des Einlassgemischs; Abschätzen
einer tatsächlichen
Kohlenstoffdioxidmenge des Einlassgemischs; Vergleichen der gewünschten
Kohlenstoffdioxidmenge mit der abgeschätzten tatsächlichen Kohlenstoffdioxidmenge,
um ein Fehlersignal zu bestimmen; Bestimmen des EGR-Befehlssignals auf
der Grundlage des Fehlersignals; und Bestimmen des VGT-Befehlssignals
auf der Grundlage von zumindest einer Betriebsbedingung und zumindest teilweise
auf der Grundlage des EGR-Befehlssignals.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
das Bestimmen der gewünschten
Kohlenstoffdioxidmenge außerdem
das Bestimmen der gewünschten
Kohlenstoffdioxidmenge auf der Grundlage eines Teiles in einem Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnis des
Einlassgemischs auf.
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Außerdem weist
in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge
außerdem
die bestimmte Kohlenstoffdioxidmenge auf der Grundlage eines Teiles
eines Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses
des Einlassgemischs auf. Außerdem
weist selbst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Bestimmen der
gewünschten
Kohlenstoffdioxidmenge das Bestimmen einer Motordrehmomentforderung
und das Bestimmen einer Motordrehzahl auf. Die gewünschte Kohlenstoffdioxidmenge
beruht auf dem Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnis des Einlassgemischs,
der Drehmomentforderung und der Motordrehzahl.
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Außerdem weist
in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
das Bestimmen des EGR-Befehlssignal das Bestimmen des EGR-Befehlssignals
weiter auf der Grundlage von zumindest eines Steuerungszuwachszeitraums
auf. Noch genauer erfolgt das EGR-Befehlssignal außerdem auf der Grundlage eines
Zuwachsnormalisierungszeitraumes.
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Noch
genauer weist das Bestimmen des VGT-Befehlssignals außerdem das
Bestimmen eines führungskompensierten
Signals auf der Grundlage des EGT-Befehlssignals auf; und das Bestimmen
des VGT-Befehlssignals zumindest teilweise auf der Grundlage des
führungskompensierten
Signals.
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Die
vorerwähnte
Aufgabe wird außerdem entsprechend
der vorliegenden Erfindung durch ein Rechner- lesbares Speichermedium
gelöst,
das darin die Anweisungen gespeichert hat, die durch die Steuerung
ausführbar
sind, um ein Steuerverfahren einer Brennkraftmaschine auszuführen, wobei
der Motor eine Turbolader VGT einer veränderbaren Geometrie, angetrieben
in Abhängigkeit
zu einem VGT-Befehlssignal enthält,
der Motor weiter ein Abgasrückführungssystem
EGR mit veränderbarer
Strömung enthält, angetrieben
in Abhängigkeit
zu einem EGR-Befehlssignal, um das Abgas zu einem Motor-Einlassgemisch
zurück
zu führen,
wobei das Medium außerdem
Anweisungen zum Bestimmen einer gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge
des Einlassgemischs enthält;
Anweisungen für
das Abschätzen einer
Kohlenstoffdioxidmenge des Einlassgemischs; Anweisungen zum Vergleichen
der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge
zu der tatsächlichen
Kohlenstoffdioxidmenge, um ein Fehlersignal zu bestimmen; Anweisungen
zum Bestimmen des EGR-Befehlssignals auf der Grundlage des Fehlersignals; und
Anweisungen für
das Bestimmen des VGT-Befehlssignals auf der Grundlage von zumindest
einer Motorbedingung und zumindest teilweise auf der Grundlage des
EGR-Befehlssignals.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen
die Anweisungen für
das Bestimmen der gewünschten
Kohlenstoffdioxidmenge außerdem
Anweisungen für
das Bestimmen der gewünschten Kohlenstoffdioxidmenge
auf der Grundlage von z. T. eines Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses
des Einlassgemischs auf.
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Vorzugsweise
weisen die Anweisungen für das
Bestimmen der gewünschten
Kohlenstoffdioxidmenge außerdem
Anweisungen für
das bestimmen einer Motordrehmomentanforderung auf; Anweisungen
für das
Bestimmen einer Motordrehzahl; und Anweisungen für das bestimmen der gewünschten
Kohlenstoffdioxidmenge auf der Grundlage des Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnisses
des Einlassgemischs, der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl.
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Noch
genauer, die Anweisungen für
das bestimmen des EGR-Befehlssignals weisen außerdem Anweisungen für das Bestimmen
des EGR-Befehlssignals außerdem
auf der Grundlage von zumindest des Steuerungszuwachszeitraums auf.
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Entsprechend
eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles
weisen die Anweisungen für das
bestimmen des EGR-Befehlssignals außerdem Anweisungen für das Bestimmen
des EGR-Befehlssignals außerdem
auf der Grundlage des Zuwachsnormalisierungszeitraumes auf.
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Entsprechend
noch eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles weisen die
Anweisungen für
das Bestimmen des VGT-Befehlssignals außerdem Anweisungen für das Bestimmen
eines führungskompensierten
Signals auf der Grundlage des EGR-Befehlssignals auf; und Anweisungen
für das Bestimmen
des VGT-Befehlssignals zumindest zum Teil auf der Grundlage des
führungskompensierten Signals.
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Die
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind für Motoren mit Verdichtungszündung geeignet,
aber einige Ausführungsbeispiele
sind ebenso für
Motoren mit Funkenzündung
geeignet.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen niedergelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit
mittels mehrerer Ausführungsbeispiele
derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
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1 eine
schematische grafische Darstellung einer Brennkraftmaschine und
eines Motorsteuerungssystems ist, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel
erstellt wurde.
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2 ein
Blockdiagramm ist, das ein EGR- und VGT-Steuersystem eines weiteren
Ausführungsbeispieles
darstellt;
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3 ein
Blockdiagramm ist, das ein Motorsteuerungssystem eines noch weiteren
Ausführungsbeispiels
darstellt;
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4 ein
Blockdiagramm ist, das ein Motorsteuerungssystem eines weiteren
Ausführungssystems
darstellt; und
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5 ein
Diagramm ist, das einen Zuwachsnormalisierungszeitraum gegen die
Luftströmung
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
zeigt.
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In
Bezug auf die 1 sind eine Brennkraftmaschine
und die zugehörigen
Steuersysteme und Subsysteme im Wesentlichen bei 10 angezeigt.
Das System 10 enthält
einen Motor 12, der einen Motor 12 enthält, der
eine Mehrzahl von Zylindern hat, jeder durch einen Kraftstoffzuführer versorgt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Motor 12 eine Brennkraftmaschine mit Verdichtungszündung, z.
B. eine Schwerlast betrieb-Dieselkraftstoffmotor. Die Einspritzer
nehmen unter Druck stehenden Kraftstoff aus einer Kraftstoffzuführung in
einer bekannten Weise auf.
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Verschiedene
Sensoren sind mit einer Steuerung 22 über Eingangsanschlüsse 24 in
elektrischer Verbindung. Die Steuerung 22 enthält vorzugsweise einen
Mikrorechner 26 in Verbindung mit verschiedenen Rechner-
lesbaren Speichermedien 28 über einen Daten- und Steuerungsbus 30.
Die Rechner- lesbaren Speichermedien 28 können eine
Anzahl von bekannten Vorrichtungen enthalten, die als Nur-Lesespeicher 32,
Speicher mit wahlfreiem Zugriff 34 und nicht-flüchtiger
Speicher mit wahlfreiem Zugriff 36 funktionieren.
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Die
Rechner- lesbare Speichermedien 28 haben darin gespeicherte
Anweisungen, die durch die Steuerung 22 ausführbar sind,
um Steuerverfahren der Brennkraftmaschine auszuführen, die ein Abgasrückführungsventil
(ein EGR-Ventil) 66 mit veränderbarer Strömung und
einen Turbolader 52 mit veränderbarer Geometrie enthalten.
Die Programmanweisungen führen
die Steuerung 22 mit den Anweisungen, die durch den Mikrorechner 26 ausgeführt wurden,
um die verschiedenen Systeme und Sub-Systeme des Fahrzeuges zu steuern,
und optional können
die Anweisungen auch durch eine Anzahl von logischen Einheiten 50 ausgeführt werden.
Die Eingangsanschlüsse 24 nehmen
die Signale von verschiedenen Sensoren auf und die Steuerung 22 erzeugt
Signale an den Ausgangsanschlüssen 38,
die zu den verschiedenen Fahrzeugbauteilen gerichtet werden.
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Eine
Daten-, Diagnose- und Programmierungsschnittstelle 44 kann
auch wahlweise mit der Steuervorrichtung 22 über einen
Stecker 46 verbunden werden, um zwischen ihnen verschiedene
Informationen auszutauschen. Die Schnittstelle 44 kann verwendet
werden, um verschiedene Werte innerhalb der Rechner- lesbaren Speichermedien 28,
z. B. Konfigurationsfestlegungen, Kalibrierungsvariable, Anweisungen
für die
EGR- und VGT-Steuerung und weiteres zu verändern.
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Im
Betrieb nimmt die Steuervorrichtung 22 Signale von den
verschiedenen Fahrzeugsensoren auf und führt eine Steuerlogik, eingebettet
in hardware und/oder software aus, um den Motor zu steuern. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Steuervorrichtung 22 die DDEC-Steuervorrichtung,
die von der Detroit Diesel Corporation, Detroit Michigan, erhältlich ist.
Verschiedene weitere Merkmale dieser Steuervorrich tung werden ausführlich in einer
Anzahl von verschiedenen U. S.-Patenten, erteilt an die Detroit
Diesel Corporation, beschrieben.
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Wie
durch jemand, der auf diesem Gebiet der Technik Fachmann ist, eingeschätzt werden kann,
kann die Steuerlogik in die hardware, firmware, software oder in
Kombinationen derselben implementiert werden. Außerdem kann die Steuerlogik
zusätzlich
zu einem der verschiedenen Systeme oder Sub-Systeme des Fahrzeuges,
die mit der mit der Steuervorrichtung 22 zusammenwirken,
durch die Steuervorrichtung 22 ausgeführt werden. Außerdem kann,
obwohl in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Steuervorrichtung 22 den Mikrorechner 26 enthält, eine
von einer Anzahl der bekannten Programmierungs- und Berechnungstechnologien
oder -strategien verwendet werden, um einen Motor in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
zu steuern.
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Außerdem muss
es geschätzt
werden, dass die Motorsteuerung eine Information auf verschiedenen
Wegen empfangen kann. Z. B. könnte
die Motorsysteminformation über
eine Datenverbindung bei einer digitalen Eingabe oder bei einer
Sensoreingabe der Motorsteuervorrichtung empfangen werden.
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In
Fortsetzung zu dem Bezug auf die 1 sieht
die Steuervorrichtung 22 eine verbesserte Motorleistung
durch das Steuern des Abgasrückführungsventils 66 mit
veränderbarer
Strömung
und durch Steuern des Turboladers 52 mit veränderbarer Geometrie
vor. Der Turbolader 52 mit veränderbarer Geometrie enthält eine
Turbine 54 und einen Kompressor 56. Der Druck
des Motorabgases veranlasst die Turbine sich zu drehen. Die Turbine
treibt den Kompressor, der typischerweise auf derselben Welle montiert
ist. Der sich drehende Kompressor erzeugt einen Turbo-Verstärkungsdruck,
der während
der Verbrennung eine erhöhte
Leistung entwickelt.
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Ein
Turbolader mit veränderbarer
Geometrie hat zusätzlich
zu der Rotorgruppe bewegbare Bauteile. Diese bewegbaren Bauteile
können
die Geometrie des Turboladers durch verändern der Fläche oder der
Flächen
der Turbinenstufe, durch die Abgase aus dem Motor strömen, und/oder
den Winkel verändern, bei
dem die abgase in die Turbine hinein- oder hinausströmen. In
Abhängigkeit
von der Geometrie des Turboladers führt der Turbolader verschiedene
Mengen des Turbo-Verstärkungsdruckes
zu dem Motor. Der Turbolader mit veränderbarer Geometrie kann elektronisch
gesteuert werden, um die Größe des Turbo-Verstärkungsdruckes
auf der Grundlage verschiedener Betriebsbedingungen zu verändern.
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In
einem Turbolader mit veränderbarer
Geometrie ist das Turbinengehäuse
für einen
Motor überdimensioniert
und die Luftströmung
wird auf das gewünschte
Niveau nach herunter gedrosselt. Es gibt verschiedene Anordnungen
für den
Turbolader. In einer Anordnung hat eine veränderbare Einlassdüse eine
Kaskade aus veränderbaren
Flügeln,
die schwenkbar sind, um die Fläche
und den Winkel zu verändern,
bei dem die Strömung
in das Turbinenrad eintritt. In einer weiteren Anordnung hat der
Turbolader bewegbare Seitenwände,
die die effektive Querschnittsfläche
des Turbinengehäuses
verändern.
Es wird geschätzt,
dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele
für den
Turbolader mit veränderbarer Geometrie
nicht auf einen besonderen Aufbau begrenzt sind.
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D.
h., der Ausdruck VGT, wie hierin verwendet, bedeutet irgendeine
steuerbare Luftdruckvorrichtung, die die oben genannten Beispiele
enthält, und
enthalten einen angepassten Verlust-Absperrschieber.
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Ein
Abgasrückführungssystem
leitet einen bemessenen Anteil des Abgases in den Einlassverteiler.
Das Abgasrückführungssystem
verdünnt
die hereinströmende
Kraftstoffladung und vermindert die Verbrennungstemperaturen, um
das Niveau der Stickoxide zu vermindern. Die Abgasmenge, die zurückgeführt werden
soll, wird durch das EGR-Ventil 66 und durch VGT gesteuert.
In Übereinstimmung
mit dem gewünschten
Ausführungsbeispiel
ist das EGR-Ventil ein veränderbares
Strömungsventil,
das durch die Steuervorrichtung 22 elektronisch gesteuert
wird. Die Geometrie des Turboladers mit veränderbarer Geometrie wird auch
durch die Steuervorrichtung 22 elektronisch gesteuert.
Es wird geschätzt,
dass es viele mögliche
Konfigurationen für ein
steuerbares EGR-Ventil gibt und die beschriebenen Ausführungsbeispiele
sind nicht auf einen besonderen Aufbau für das EGR-Ventil begrenzt.
Außerdem
wird es geschätzt,
dass verschiedene Sensoren bei dem EGR-Ventil die Temperatur und
den Differentialdruck erfassen können,
um die Motorsteuerung zu gestatten, um die Massenströmungsrate durch
das Ventil zu bestimmen. Zusätzlich
wird es geschätzt,
dass verschiedene unterschiedliche Sensorkonfigurationen in verschiedenen
Teilen des Abgasströmungsweges
verwendet werden können,
um der Steuervorrichtung 22 zu gestatten, die verschiedenen
Massenströmungsraten
durch das Abgassystem, einschließlich der Strömung durch
das EGR-System und der Strömung
durch den Kompressor und einige andere Strömungen zu bestimmen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
kann es wünschenswert
sein, einen Kühler 62 vorzusehen, um
die Ladungsluft, die von dem Kompressor 56 kommt, zu kühlen. Ähnlich kann
es in eineigen Ausführungsbeispielen
wünschenswert
sein, einen Kühler 68 vorzu sehen,
um die Strömung
durch das EGR-System vor der Wiedereinleitung des Gases in dem Motor 12 zu
kühlen.
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Die
beschriebenen Ausführungsbeispiele enthalten
eine Steuerlogik, die verschiedene Eingangssignale, die verschiedene
Motorbedingungen repräsentieren,
verarbeitet, und seinerseits ein EGR-Befehlssignal und ein VGT-Signal
schafft. Das EGR-Befehlssignal
befielt eine Position für
das Abgasrückführungsventil 66 mit
veränderbarer
Strömung,
um die Gasströmung
durch den Weg 64 zu steuern, während das VGT-Befehlssignal
eine Geometrie für
das VGT 52 befiehlt, um die Gasströmung durch den Pfad 60 zu
steuern. In einem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die verschiedenen Techniken,
die verwendet werden, um die EGR- und VGT-Befehlssignale zu bestimmen,
bestens in der 2 gezeigt.
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In
der 2 stellt ein Blockdiagramm 80 die Funktionen
der Steuerlogik dar, die die Anweisungen, ausgeführt durch die Steuervorrichtung 22,
enthält,
um eine verbesserte Motorleistung und eine verbesserte Emissionssteuerung
zu schaffen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind insbesondere
nützlich,
die Emissionen bei Schwerlastbetrieb- Dieselmotoren zu verbessern.
Das Verwenden der EGR-Technologie, um einen Anteil von Abgas mit
der Einlassladung zu mischen, reduziert die Stickoxide (NOx), während
die Kraftstoffökonomieauswirkung minimiert
und die Haltbarkeit in Übereinstimmung
mit den beschrieben Ausführungsbeispielen
verbessert wird. In einem Turbo- geladenen Dieselmotor wird der
Gegendruck, der notwendig ist, um die EGR-Strömung
von dem Auslass zu den Einlassverteilern anzutreiben, mit dem Turbolader
mit veränderbarer
Geometrie erreicht. Die Steuerung der EGR-Strömungsrate kann über die
VGT-Geometrieveränderung
(z. B. durch die Flügelpositionsveränderung) über die
EGR-Ventil-Positionsveränderung
und vorzugsweise über
beide erreicht werden. In bevorzugten Ausführungsbeispielen führt das
verwendete Steuerverfahren zu Zwischenwirkungen zwischen den EGR-
und den VGT-Systemen, die oberhalb der Fähigkeiten der vorhandenen Systeme
liegen.
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Es
gibt viele beschriebene Ausführungsbeispiele,
die voneinander unabhängig
oder zusammen verwendet werden können.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden das EGR-Ventil und das VGT gleichzeitig und kontinuierlich
gesteuert. D. h., die bevorzugten Ausführungsbeispiele sehen eine kontinuierliche,
sich einstellende EGR-/VGT-Steuervorrichtung vor Bevorzugte Durchführungen
verwenden eine gewünschte
Einlassverteilungszusammensetzung im Hinblick auf die chemischen
Bestandteile (O2, N2,
CO2 und H2O) als
ein festgelegter Punkt für die
Steuervorrichtung. Die tatsächliche
Menge dieser chemischen Bestandteile wird vorzugsweise aus einem
vereinfachten Verbrennungsmodel berechnet.
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In
Fortsetzung des Bezugs auf die 2 werden
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Antriebs-Beschleunigerpositions-Sensoreingabesignal und eine
Motordrehzahleingabe (U/min) in dem Block 82 aufgenommen.
Der Block 82 verwendet eine Tabelle zum Aufsuchen, um eine
Motordrehmomentanforderung festzustellen. Die Motordrehmomentanforderung
repräsentiert
eine Kraftstoffmenge, die für
weitere Aspekte der Motorsteuerung, die hierin nicht gesondert beschrieben
werden, z. B. für
das Zylinderausgleichen, eingestellt werden kann. Außerdem wird
es geschätzt,
dass 2 eine bevorzugte Durchführung darstellt und dass verschiedene Aspekte
der gezeigten Steuerstrategie bevorzugt, aber nicht unbedingt erforderlich
sind. In dem Block 84 addiert ein Filter zweiter Ordnung
eine Verzögerung
zu der Drehmomentanforderung. Die Verzögerung wird addiert, um der
langsameren Luftströmungswirkungen
der Motorsteuerung zu gestatten, mit der schnelleren Antwortdrehmoment-Anforderungswirkung
der Motorsteuerung Schritt zu halten. In dem Block 86 werden
die Motordrehzahl und die gefilterte Drehmomentanforderung aufgenommen und
gemeinsam mit anderen Motorbedingungen verarbeitet, was zu einer
gewünschten
Kraftstoffeinspritzung, einem gewünschten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt,
einer gewünschten
Kraftstoffmenge und -schiendruck führt. Diese Faktoren steuern
die Kraftstoffzuführung,
die bei 88 angezeigt ist.
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In
dem Block 90 wird eine gewünschte chemische Zusammensetzung
für den
Motorlufteinlass festgestellt. Die gewünschte Zusammensetzung bezieht
sich auf die chemischen Bestandteile (O2,
N2, CO2 und H2O). Der Kraftstoff pro Takt wird in dem Block 90 von
dem Einspritzungssteuerblock 86 vorgesehen und der Block 90 sieht
eine Kraftstoffgrenze pro Takt in dem Block 86 vor (z.
B. kann der Kraftstoff bei niedrigen Luftströmungsbedingungen begrenzt werden).
In dem Block 92 werden die tatsächlichen Strömungswerte
für das
EGR-System und das Turbolade-System, das Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnis und
die chemische Zusammensetzung der Einlassgase berechnet. Die Berechnungen
erfolgen auf der Grundlage eines vereinfachten Verbrennungsmodels und
vereinfachter Motorsensor-Eingabesignale. Die gewünschten
oder festgelegten Punktwerte in dem Block 90 werden durch
Interpolation der Werte begründet,
die innerhalb von fünf
Paaren der Tabelle zum Aufsuchen enthalten sind. Jedes Paar der
Tabelle zum Aufsuchen entspricht die erste Tabelle (94, 98)
dem stabilisierten Turbolader-Ver stärkungsdruck und die zweite
Tabelle (96, 100) entspricht dem Null-Turbolader-Verstärkungsdruck.
D. h., die erste Tabelle entspricht dem maximalen Sauerstoff pro Kraftstoff
(pro Takt), während
die zweite Tabelle dem minimalen Sauerstoff pro Kraftstoff entspricht.
In Abhängigkeit
von dem tatsächlichen
Sauerstoff pro Kraftstoff, wie aus verschiedenen Messungen festgestellt
worden ist, werden die gewünschten
Werte zwischen zwei Tabellen für
die Teilwerte interpoliert.
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Z.
B. werden die gewünschten
Kohlenstoffdioxid- und die Luftwerte mit einer Interpolation zwischen
den Tabellen 94, 96 festgestellt (wobei der Block 94 und
der block 96 jeweils zwei Tabellen zum Aufsuchen entspricht). Ähnlich werden
die gewünschten
Werte für
die Zeitpunktparameter, die Menge und den Schienendruck durch Interpolation (auf
der Grundlage des Sauerstoffs pro Kraftstoff) zwischen den Tabellen 98 und 100 (wobei
Block 98 und Block 100 jeweils drei Tabellen repräsentieren) festgestellt.
In Übereinstimmung
mit den beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen stellt die Steuerung 22 den
EGR- und den VGT-Betrieb ein, um die gewünschten Werte bei Block 90 (die
mit Interpolation berechnet werden) innerhalb der jeweiligen minimalen/maximalen
Tabellen (jeweils 96, 100 und 94, 98)
zu erreichen.
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Aus
dem Block 90 wird eine gewünschte Kohlendioxidmenge 110 festgestellt.
Aus dem Block 92 wird eine tatsächliche Kohlenstoffdioxidmenge
abgeschätzt.
Es wird geschätzt,
dass die Massen vorzugsweise als Masse pro Takt repräsentiert
werden. Der Summator 114 vergleicht die gewünschte Kohlenstoffdioxidmenge 110 mit
der tatsächlichen
Kohlenstoffdioxidmenge 112, um das Kohlenstoffdioxidmengen-Fehlersignal
festzustellen. Das EGR-Ventil wird durch ein EFR-Befehlssignal auf
der Grundlage des Fehlersignals gesteuert Vorzugsweise stellt eine Steuervorrichtung,
z. B. eine proportionale/integrale/abgeleitete Steuervorrichtung 16 (oder
vorzugsweise mit einer nichtlinearen Kompensationseinheit, z. B.
einem Smith-Kommandogerät)
die EGR-Ventilposition ein, um eine gewünschte EGR- rate und eine gewünschte Kohlenstoffdioxidmenge
zu erreichen. Außerdem
ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen die
EGR-Schleifen-Zuwachsnormalisierung
innerhalb des Blocks 120 enthalten, um die Übergangsreaktion
durch das Reduzieren der Wirkungen der schnellen Veränderungen
in der Drehmomentanforderung zu reduzieren.
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Nach
der Schleifen-Zuwachsnormalisierung wird das resultierende EGR-Befehlssignal
durch die Steuervorrichtung 22 (1) zu dem
EGR-Ventil 122 zugeführt.
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Vorzugsweise
wird das EGR-Befehlssignal, wie nachstehend beschrieben, auch durch
die VGT-Steuerung geleitet.
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Beim
Steuern der VGT 174 wird eine Basisgeometrie (die Flügelposition
in der bevorzugten Durchführung)
in dem Block 160 auf der Grundlage einer Drehmomentanforderung
und einer Motordrehzahl festgesetzt. Die Befehlsbasisposition wird
von dem Block 160 in den Block 161 geleitet. In
dem Block 162 gestattet eine Bremsschnittstelle eine logische
Motorbremssteuerung, um eine Befehlsbasisposition durch die normale
VGT-Logik in dem Fall zu übergehen,
dass der Motor in betrieb ist und als eine Motorbremse arbeitet.
Das Motorbremsen verwendet den Motor als einen Kompressor, um geringere
Energiemengen über
einen längeren
Zeitraum abzuleiten, was entgegengesetzt zu den normalen Fahrzeugbremsen
ist, die eine große
Energiemenge für
einen kürzeren
Zeitraum ableiten.
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Der
Basisgeometrieblock 160 dient als ein Vorwärts-Zuführmerkmal
für die
VGT-Steuerung, um die Übergangsreaktion
zu verbessern und auch die rückführungslose
Steuerung zu ermöglichen,
wenn diese gewünscht
wird, was nachstehend beschrieben wird.
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Das
EGR-Befehlssignal wird durch die Spitzen-Kompensationslogik 140 aufgenommen,
um ein Spitzen- kompensiertes Signal auf der Grundlage des EGR-Befehlssignals
festzulegen. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen synchronisiert dieser
Abschnitt der Steuerkreis gleichzeitig die EGR-Ventil und VGT-Geometrie-Steuerung.
Besonders wenn die EGR-Ventilsteuerung nicht ausreicht, die gewünschte EGR-Rate
zu erreichen, wird die VGT-Geometrie modifiziert, um die Luftströmung durch
die Turbine zu erhöhen,
bis die gewünschte EGR-Strömung erreicht
ist. Die Spitzeneinheit 140 verbessert die Übergangsreaktion,
um die Turbo-Verstärkungsverzögerung zu
kompensieren. D. h., wenn die EGR-Ventilsteuerung nicht ausreichend
ist, den gewünschten
Kohlenstoffdioxidgehalt in dem Motoreinlass zu erreichen, erhöht die erhöhte Strömung durch
die Turbine den Gesamtluftstrom, was den Gegendruck erhöht, der
das Kohlenstoffdioxid, der in den Abgasen durch den Rückführungsweg
enthalten ist, antreibt, was zu einem Erhöhen der Kohlenstoffdioxidmasse
pro Takt bei dem Einlass führt,
wobei aber die Turbine weniger effizient wird.
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Im
Block 132 modifiziert eine zusätzliche Kompensationseinheit
auf der Grundlage der EGR-Ventilposition die Spitzenkompensationsausgabe.
Wie gezeigt, nimmt ein Summator ein Signal der gewünschten
Luft pro Takt und ein Signal einer tatsächlichen Luft pro Takt auf
und stellt einen Luftfehler fest. Der Spitzenkompensator 140 und
der zusätzliche
Kompensator 142 sehen den Luftfehler voraus und übertreiben,
wenn es erwartet wird, dass das EGR-Ventil öffnet. Der Luftfehler, festgestellt
in Block 144 und/oder die Basisgeometrie (z. B. die Flügelposition),
wie in Block 160 festgestellt, werden verwendet, um das
VGT-Befehlssignal festzustellen.
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Vorzugsweise
linearisieren in Block 148 die Normalisierungswerte, die
in dem Block 148 enthalten sind, den Regelzuwachs der PID-Steuerung 150 und
dienen als ein veränderbarer
Schalter zwischen offenen und geschlossenen Regelsteuerannäherungen.
D. h., bei geringen Luftströmungsbedingungen (niedrige
Motordrehzahl und niedriger Drehmomentanforderung) reduziert der
Normalisierungsfaktor den Luftfehler auf null oder auf einen ausreichend niedrigen
Wert, um so effektiv bedeutungslos beim Steuern der VGT 174 zu
sein. D. h., bei niedrigen Luftströmungsbedingungen beseitigt
die Normalisierung effektiv das Luftfehlersignal, das von der Basisgeometrie
ausgeht (das vorwärts-
Zuführmerkmal), um
den VGT in einer offenen Regelkreisart zu steuern. Wenn andererseits
die Luftströmung
ein ausreichenden Niveau erreicht springt der Zuwachsnormalisierungsfaktor
von Null auf einen ausreichend großen Wert, um die VGT 174 zu
steuern und die PID-Steuervorrichtung 150 zu linearisieren.
Wenn sich die Luftströmung
fortsetzt, um sich zu erhöhen, vermindert
sich der Normalisierungsfaktor wegen den höheren Luftströmungen,
wobei die PID-Steuervorrichtung 150 effektiver wird. Eine
beispielhafte Durchführung
für den
Normalisierungsblock 148 ist in der 5 bei 230 gezeigt.
Wie gezeigt ist die Zuwachsnormalisierungseinheit bei niedrigen
Luftströmungen
Null. Die Luftströmung
wird vorzugsweise als eine Funktion der Drehmomentanforderung und der
Motordrehzahl festgestellt. Wenn einmal die signifikante Luftströmung vorhanden
ist (Bezugszeichen 232), wird der Zuwachsnormalisierungsfaktor
signifikant erhöht,
um sich von der effektiv ausschließlich offenen Regelsteuerung
des VGT mit dem vorwärts- Zuführmerkmal
in die geschlossene Regelsteuerung des VGT (mit dem vorwärts- Zuführmerkmal)
zu verändern.
Wenn die Luftströmung
fortfährt,
sich zu erhöhen,
wird das Zuwachsnormalisierungsmerkmal reduziert, wie bei 234 angezeigt.
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Wie
durch den Summator 152 gezeigt, sieht die Basisflügelposition
(oder eine andere geeignete Geometrieanzeige in Abhängigkeit
von der Durchführung)
von dem Block 160 im Wesentlichen die Steuerung des VGT-Befehlssignals
vor, während
das Signal, abgeleitet von dem Luftfehler, die Feinabstimmung (mit
Ausnahme bei niedrigen Luftströmungsbedingungen,
wo der Luftfehleranteil effektiv ignoriert und die offene Re gelsteuerung
verwendet wird) vorsieht. Durch die Ausgabe des Summators 152 begrenzt
der Begrenzer 170 das VGT-Befehlssignal sofern erforderlich,
um das Turbo-Überdrehen
zu verhindern. Z. B. gibt es bei höheren Höhen die fortgesetzten Anforderungen
für mehr
Sauerstoff, was zu einem Turbo-Überdrehen
führen
kann. Diese Situation wird durch eine Turbo-Drehzahlgrenze bei Block 172 verhindert.
Nach dem Begrenzen wird, falls dies notwendig ist, das VTG-Befehlssignal
auf das VGT 174 angewandt. Wie bereits oben erläutert wird
das EGR-Befehlssignal (mit einer Spitzenkompensation) verwendet,
um das Luftfehlersignal einzustellen, um die Feinabstimmung des
VGT-Befehlssignals vorzusehen. Weil solch eine fortwährende simultane
Steuerung von sowohl dem EGR-, als auch dem VGT-System die Wirkungen
dieser Systeme aufeinander gestattet, sollte sie in die Überlegung
während der
Steuerstrategie einbezogen werden. Die Spitzeneinheit 140 verbessert
die Übergangsreaktion.
Demzufolge wirkt die Regelsteuerung in den entgegengesetzten Richtungen,
die die EGR-Ventilposition einstellen, falls die gewünschte Verstärkung (oder
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis)
nicht erreicht wird.
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Dies
bedeutet bei den Tafeln 94, 96 bei niedrigerem
Sauerstoff pro Kraftstoff, der Wert in dem minimalen CO2-Tabelle
befiehlt eine gewünschte
Kohlenstoffdioxidmenge von Null. Die obere CO2-Tabelle ist
die gewünschte
CO2-Menge bei einem oberen Sauerstoff pro
Kraftstoff. Der niedrige CO2 bildet ein niedriges
Luft-Kraftstoff-Verhältnis,
bei dem das gewünschte
CO2 Null ist. D. h., wenn der Motor bereits bei
fettem Kraftstoff läuft,
werden die Tabellen 94 und 96 derart interpoliert,
dass die gewünschte
Kohlenstoffdioxidmenge Null ist. Somit kann die Funktion, die verwendet
wird, um zwischen den beiden Kohlenstoffdioxidtabellen zu interpolieren,
signifikant anders sein, als die Funktion, die verwendet wird, um
zwischen den beiden Luftmengentabellen zu interpolieren. Außerdem wird
es geschätzt,
dass die Interpolation zwischen irgendwelchen zwei Tafeln nicht
auf die lineare Interpolation begrenzt ist, sondern andere Formen
annehmen kann.
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Vorteilhafterweise
und wie bereits bei den Blöcken 86 und 90 erwähnt, ist
die gesamte Steuerung des Luftsystems VGT/EGR direkt mit der KraftstoffSteuervorrichtung 86 verbunden.
Während
der normalen Motorbetriebsbedingungen wirkt das Luftsystem, um den
Kraftstoffsystemanforderungen zu folgen, um die gewünschte Motorleistung
zu erreichen. Jedoch während
eines marginalen Betriebs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
gleicht sich das Luftsystem an, um die Hauptsteuerung zu werden,
die die maximale Kraftstoffzuführung
bestimmt, um einen übermäßigen Rauch
und insbesondere Emissionen zu begrenzen, wie durch die Kraftstoffgrenze
pro Takt angezeigt wird.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel,
das nicht notwendigerweise auf die in der 2 und der 3 gezeigten
Steuertechnologien begrenzt ist, stellt ein Rückkopplungs-Steuersystem für einen Motor auf der Grundlage
der gewünschten
chemischen Einlassart bei 190 dar. Bei Block 192 wird
die gewünschte chemische
Einlassart auf der Grundlage der Motorbetriebs-Eingangssignale 194 und 196 (z.
B. der Drehmomentanforderung und der Motordrehzahl) festgestellt.
Der Summator 198 vergleicht die gewünschte chemische Einlassart 192 mit
der tatsächlichen
chemischen Einlassart, die aus einem Model 202 abgeschätzt wird.
Das Model enthält
verschiedene Motorbetriebsbedingungen, die von dem Motor 200 gemessen
worden. Ein Fehler zwischen der gewünschten chemischen Einlassart
und der tatsächlichen
chemischen Einlassart wird zu der Steuervorrichtung 204,
die den Motor 200 steuert, hindurchgeleitet, um die tatsächliche
chemische Einlassart entsprechend des Artenmodels zu der gewünschten chemischen
Einlassart, die auf den Motorbedingungen basiert, in der Spur zu
halten. Z. B. kann die gewünschte
relative Massenmenge pro Takt (und/oder die tatsächliche Masse pro Takt) für verschiedene chemische
Arten, z. B. O2, N2,
CO2 und H2O bei
dem Motoreinlass bestimmt werden. Die tatsächlichen chemischen Einlassartenzusammensetzung
kann empirisch modelliert werden und die Fehler in der Zusammensetzung
werden durch die Summierungslogik 198 festgestellt. Die
Steuervorrichtung 204 steuert den Motor um die tatsächliche
chemische Artenzusammensetzung zu der gewünschten nachzuspüren. Die
Rückkopplungssteuerungs-Technologien der
chemischen Arten können
im Wesentlichen verwendet werden, um den Motor in Übereinstimmung mit
den Ausführungsbeispielen,
oder in dem bevorzugten, in der 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
zu steuern.
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In
der 4 ist ein weiteres System im Wesentlichen bei 210 angezeigt.
In dem System 210 stellt eine EGR-Steuervorrichtung 212 ein
EGR-Befehlssignal fest, dass zu einem EGR-Ventil 214 mit veränderbarer
Strömung
durchgeleitet wird. Das EGR-Befehlssignal wird auch zu dem Spitzenkompensationsblock 216 durchgeleitet.
Die VGT-Steuervorrichtung 218 nimmt
verschiedene Motoreingangssignale zusätzlich zu einem Eingangssignal
von dem Kompensationsblock 216 auf. Die VGT-Steuervorrichtung 218 stellt
das VGT-Befehlssignal auf der Grundlage von zumindest teilweise
dem EGR-Befehlssignal (vorzugsweise mit einer Spitzenkompensation
bei Block 216) fest, um die VGT 220 zu steuern.
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Während die
Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, ist es nicht
beabsichtigt, dass diese Ausführungsbeispiele alle
möglichen Formen
der Erfindung erläutern
und beschreiben. Vielmehr sind die Worte, die in der Beschreibung
verwendet werden, eher Worte der Beschreibung als der einer Begrenzung
und es wird verstanden, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden
können,
ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen genau
festgelegt sind, abzuweichen.