DE60211572T2 - Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelungssystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors.
  • JP-A-10-288043 offenbart ein System zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor. Dieses System zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist so eingerichtet, dass es eine wünschenswerte Beziehung zwischen einem Luftüberschussverhältnis und einem EGR-Verhältnis in Entsprechung zu jedem Motorbetriebszustand bestimmt und den Motor auf der Basis dieser bestimmten Beziehung steuert, um vor allem eine Abgasreinigungsleistung sicherzustellen.
  • Dieses System zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses weist jedoch Einschränkungen beim Verändern des Luftüberschussverhältnisses und des EGR-Verhältnisses auf, weil das Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis der linearen Beziehung ausgeführt wird.
  • Das Dokument des bisherigen Stands der Technik US 5,934,249 offenbart eine Einrichtung zum Festlegen eines EGR-Gasstroms, eine Einrichtung zum Festlegen eines Luftstroms und eine Einrichtung zum Festlegen einer Kraftstoffeinspritzmenge.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, wobei der Verbrennungszustand unter hoher Leistung aufrecht erhalten werden kann, selbst wenn einige Parameter geändert werden.
  • Entsprechend dem Vorrichtungs-Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein System zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor gelöst, das die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
  • Des Weiteren wird gemäß dem Verfahrens-Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe durch ein Verfahren zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor gelöst, das die Merkmale von Anspruch 10 aufweist.
  • Hierin wird im Folgenden die vorliegende Erfindung mittels bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den folgenden begleitenden Zeichnungen dargestellt und erläutert.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die ein System zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer ersten Ausführungsform zeigt.
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen eines Soll-Motordrehmoments zeigt.
  • 3 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen einer Gaspedalöffnung und einem Öffnungsbereich zeigt.
  • 4 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen einem Drehungseinheit-Ansaugluftverhältnis und einer Lastrate zeigt
  • 5 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Soll-Motordrehmoment, einer Motordrehzahl und der Lastrate zeigt.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen eines Soll-EGR-Verhältnisses zeigt.
  • 7 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem grundlegenden Soll-EGR-Verhältnis, der Motordrehzahl und dem Soll-Motordrehmoment zeigt.
  • 8 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen einem Korrekturkoeffizienten eines Soll-EGR-Verhältnisses und einer Motorwassertemperatur zeigt.
  • 9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen eines Soll-Luftüberschussverhältnisses zeigt.
  • 10 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem grundlegenden Soll-Luftüberschussverhältnis, der Motordrehzahl und dem Soll-Motordrehmoment zeigt.
  • 11 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen einem Wassertemperatur-Korrekturkoeffizienten für das grundlegende Soll-Luftüberschussverhältnis und der Motorwassertemperatur zeigt.
  • 12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen eines Soll-Äquivalenz-Verhältnisses zeigt.
  • 13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen einer Soll-Ansaugluftmenge zeigt.
  • 14 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einer grundlegenden Soll-Ansaugluftmenge, der Motordrehzahl und dem Soll-Motordrehmoment zeigt.
  • 15 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Luftüberschussverhältnis-Drehmomentkoeffizienten, der Motordrehzahl und dem Soll-Luftüberschussverhältnis zeigt.
  • 16 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen einer Soll-Kraftstoffeinspritzmenge zeigt.
  • 17 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen einer Ansaugluftmenge zeigt.
  • 18 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen einer Luftmengenmesser-Ausgangsspannung und einer Ansaugluft-Durchflussmenge zeigt.
  • 19 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen einer Kollektor-Ansaugluftmenge zeigt.
  • 20 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen einer Zylinder-Ansaugluftmenge zeigt.
  • 21 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen einer Ist-EGR-Menge zeigt.
  • 22 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen eines Ist-EGR-Verhältnisses zeigt.
  • 23 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen einer Ansaugverzögerungs-Zeitkonstanten Kkin zeigt.
  • 24 ist ein Kennfeld, das eine Verzögerung zwischen einem Volumen-Wirkungsgradwert, der Motordrehzahl und einer Last des Motors zeigt.
  • 25 ist ein Ablaufdiagramm einer Berechnungsroutine für einen Korrekturkoeffizienten eines Soll-Äquivalenz-Verhältnisses, das in einer zweiten Ausführungsform verwendet wird.
  • 26 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine zum Berechnen einer Soll-Ansaugluftmenge in der zweiten Ausführungsform.
  • 27 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen des Soll-EGR-Verhältnisses zeigt, das in einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 28 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen dem Soll-EGR-Verhältnis, der Motordrehzahl und dem Soll-Motordrehmoment zeigt, die in der dritten Ausführungsform verwendet wird.
  • 29 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen des Soll-EGR-Verhältnisses zeigt, das in einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 30 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen einem Korrekturkoeffizienten für ein Soll-EGR-Verhältnis und einen atmosphärischen Druck zeigt.
  • 31 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Berechnen des Soll-EGR-Verhältnisses zeigt, das in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 32 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Korrekturkoeffizienten für ein Soll-Luftüberschussverhältnis und den atmosphärischen Druck zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 24 wird eine erste Ausführungsform eines Systems zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor 8 gezeigt.
  • Wie in 1 gezeigt, ist ein Luftfilter 2 stromaufwärts von einem Luftmengenmesser 16 angeordnet und filtert Luft für den Verbrennungsmotors 8, um Staub zu eliminieren. Die gefilterte Luft wird einem Ansaugdurchlass 3 zugeführt. Danach wird die gefilterte Luft durch einen Ansaugluft-Kompressor 1A eines Turboladers 1 komprimiert und durch einen Ladeluftkühler 4 gekühlt. Dann wird die komprimierte und gekühlte Luft einem Ansaugkrümmer 5 zugeführt.
  • Auf der anderen Seite wird Kraftstoff von einer Förderpumpe 6 zu einer gemeinsamen Verteilerleiste 7 zugeführt und in der gemeinsamen Verteilerleiste 7 unter hohem Druck aufgenommen. Der unter Druck stehende Kraftstoff wird von jedem Einspritzventil 9 in eine Brennkammer jedes Zylinders des Motors 8 eingespritzt und wird dann gezündet (oder in Brand gesetzt) und in jeder Brennkammer verbrannt.
  • Ein Kollektor 5A des Ansaugkrümmers 5 ist mit einem Abgaskrümmer 10 über einen EGR-(exhaust gas recirculation – Abgasrückführung) Durchlass 12 verbunden, und ein EGR-Ventil 11 ist in dem EGR-Durchlass 12 vorgesehen. Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 13 ist direkt stromaufwärts vom Kollektor 5A bereitgestellt. Eine EGR-Steuerung wird vor allem ausgeführt, wenn der Motor 8 in einem Leerlaufzustand oder einem Schwachlastzustand läuft, um den Abgasausstoß zu verbessern und die Lärmentwicklung zu reduzieren. Die EGR-Steuerung wird ausgeführt, indem das Drosselven til 13 gedrosselt und gleichzeitig die Öffnung des EGR-Ventils 11 gesteuert wird. Ein Verwirbelungs-Steuerventil 14 ist in jeder Ansaugöffnung bereitgestellt, die vom Kollektor 5A des Ansaugkrümmers zu jedem Zylinder des Motors 8 abzweigt. Verwirbelungen in jedem Zylinder werden erzeugt, indem der Öffnungsgrad des Verwirbelungs-Steuerventils 14 dem Motorbetriebszustand entsprechend gesteuert wird.
  • Abgas wird aus jeder Brennkammer jedes Zylinders zum Abgaskrümmer 10 abgeführt und dreht eine Abgasturbine 1B eines Turboladers 1. Danach wird NOx (Stickoxid) aus dem Abgas durch einen NOx-Fallen-Katalysator 15 gefangen, der stromabwärts von der Abgasturbine 1B in dem Abgasdurchlass bereitgestellt ist, und wird dann in die Atmosphäre abgegeben. Die Abgasturbine 1B des Turboladers 1 ist vom Typ mit variabler Düse, die so ausgelegt ist, dass sie eine Aufladung stufenlos steuert.
  • Verschiedene Sensoren zum Erfassen des Betriebszustands des Motors 8 sind in dem Motor 8 und peripheren Vorrichtungen desselben installiert. Insbesondere ist ein Luftmengenmesser 16 zum Erfassen eines Ansaug-Luftdurchsatzes in dem Ansaug-Durchlass 3 stromabwärts vom Luftfilter 2 angeordnet. Ein Wassertemperatursensor 17 zum Erfassen einer Motorkühlmitteltemperatur ist an einem Motorblock des Motors 8 installiert. Ein Motordrehzahlsensor 18 zum Erfassen einer Motordrehzahl ist an einer Ausgangswelle des Motors 8 installiert. Ein Gaspedalöffnungssensor 19 ist an einem Gaspedal in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs installiert, das mit dem Motor 8 ausgestattet ist.
  • Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 20 ist an diese Sensoren 16, 17, 18 und 19 gekoppelt und empfängt von diesen Signale, die den Motorbetriebszustand angeben. Des Weiteren ist die ECU 20 an jedes Einspritzventil 9, EGR-Ventil 11, Drosselventil 13 und Verwirbelungs-Steuerventil 14 gekoppelt. Die ECU 20 führt die EGR-Steuerung, eine Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemischs (Kraftstoffeinspritz-Steuerung) und die Verwirbelungssteuerung gemäß dem Motorbetriebszustand aus, der auf der Basis der erfassten Signale bestimmt wird. Insbesondere führt die ECU 20 eine charakteristische Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses so aus, dass in jeder Brennkammer des Motors 8 immer eine optimale Verbrennung sichergestellt wird, auch wenn der NOx-Fallen-Katalysator 15 regeneriert wird, oder wenn ein Soll-Luftüberschussverhältnis schrittweise verändert wird, wobei das EGR-Verhältnis konstant gehalten wird.
  • Im Folgenden wird die von der ECU 20 ausgeführte Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erörtert. Jedes der im Folgenden erörterten Ablaufdiagramme wird in 10-ms-Intervallen oder nach jeder einer Drehung entsprechenden Zeitdauer (rotational equivalent period) REF ausgeführt. Des Weiteren wird das Berechnungsergebnis, das durch die Ausführung jedes Ablaufdiagramms erhalten wird, in der ECU 20 gespeichert und aktualisiert.
  • Eine Drehmomentanforderungs-Steuerung wird zuerst erörtert. Ein Prozess zur Berechnung eines Soll-Motordrehmoments wird unter Bezugnahme auf 2 erörtert.
  • In Schritt S1 liest die ECU 20 eine Motordrehzahl Ne, die vom Motordrehzahlsensor 18 ausgegeben wird, und eine Gaspedalöffnung APO, die vom Gaspedalöffnungssensor 19 ausgegeben wird.
  • In Schritt S2 berechnet die ECU 20 einen Gaspedalöffnungsbereich Aapo durch lineare Interpolation aus der Gaspedalöffnung APO und einer Tabelle in 3, welche eine Beziehung zwischen der Gaspedalöffnung APO und dem Gaspedalöffnungsbereich Aapo zeigt, und welche vorher in der ECU 20 gespeichert werden.
  • In Schritt S3 berechnet die ECU 20 eine Drehungseinheit-Ansaugluftmenge (vorläufiges Ansaugluftmengenverhältnis) Adnv, die eine Ansaugluftmenge pro einer Drehungseinheit des Motors 8 aus der folgenden Gleichung (1) darstellt. Adnv = Aapo/Ne/VOL# (1)wobei VOL# eine Abgasmenge ist.
  • In Schritt S4 berechnet die ECU 20 einen Wert Qh0, der einem Lastverhältnis entspricht, durch lineare Interpolation aus der Tabelle von 4 und der Drehungseinheit-Ansaugluftmenge Adnv. Die Tabelle von 4 zeigt eine Beziehung zwischen der Drehungseinheit-Ansaugluftmenge Adnv und dem einem Lastverhältnis entsprechenden Wert Qh0 und wurde vorher in einem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert.
  • In Schritt S5 berechnet die ECU 20 ein Soll-Motordrehmoment tTe durch Interpolation aus einem Kennfeld von 5 der Motordrehzahl Ne und dem der Lastrate entsprechenden Wert Qh0. Das Kennfeld von 5 zeigt eine Beziehung zwischen dem Soll-Motordrehmoment tTe, der Motordrehzahl Ne und dem der Lastrate entsprechenden Wert Qh0 und wurde vorher in dem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert. Nach der Ausführung von Schritt S5 ist der Berechnungsprozess des Soll-Motordrehmoments beendet.
  • Als Nächstes wird ein Berechnungsprozess eines Soll-EGR-Verhältnisses tEGR unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 6 erörtert.
  • In Schritt S11 liest die ECU 20 die Motordrehzahl Ne, das Soll-Motordrehmoment tTe und eine Motorwassertemperatur Tw, die von dem Motorwassertemperatursensor 17 ausgegeben wird.
  • In Schritt S12 berechnet die ECU ein grundlegendes Soll-EGR-Verhältnis tEGRb, indem ein in 7 gezeigtes Kennfeld auf der Basis von Motordrehzahl Ne und Soll-Motordrehmoment tTe abgerufen wird. Das Kennfeld von 7 zeigt eine Beziehung zwischen dem grundlegenden Soll-EGR-Verhältnis tEGRb, der Motordrehzahl Ne und dem Soll-Motordrehmoment tTe und wird vorher in der ECU 20 gespeichert.
  • In Schritt S13 berechnet die ECU 20 einen Soll-EGR-Verhältnis-Temperatur-Korrekturkoeffizienten Kegr_tw, indem eine in 8 gezeigte Tabelle auf der Basis der Motorwassertemperatur Tw abgerufen wird. Die Tabelle von 8 zeigt eine Beziehung zwischen dem Soll-EGR-Verhältnis-Temperatur-Korrekturkoeffizienten Kegr_tw und der Motorwassertemperatur Tw und wurde vorher in dem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert.
  • In Schritt S14 berechnet ECU 20 ein Soll-EGR-Verhältnis tEGR, indem das grundlegende Soll-EGR-Verhältnis tEGRb und der Soll-EGR-Verhältnis-Temperatur-Korrekturkoeffizient Kegr_tw multipliziert werden. Danach ist die gegenwärtige Routine beendet.
  • Als Nächstes wird ein Berechnungsprozess eines Soll-Luftüberschussverhältnisses unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm in 9 erörtert. Dieser Berechnungsprozess zum Berechnen des Soll-Luftüberschussverhältnisses tLAMBDA ist gemäß der vorliegenden Lehre eine Hauptsteuerung.
  • In Schritt S21 liest die ECU 20 die Motordrehzahl Ne, das Soll-Motordrehmoment tTe, das in dem Prozess zur Berechnung des Soll-Motordrehmoments erhalten wurde, und die Motorwassertemperatur Tw.
  • In Schritt S22 berechnet die ECU 20 ein grundlegendes Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDAb unter Bezugnahme auf ein Kennfeld von 10 auf der Basis der Motordrehzahl Ne, des Soll-Motordrehmoments tTe. Das Kennfeld von 10 zeigt eine Beziehung zwischen dem grundlegenden Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDAb, der Motordrehzahl Ne und dem Soll-Motordrehmoment tTe und wird vorher in der ECU 20 gespeichert. Wie aus 10 deutlich hervorgeht, ist das Kennfeld von 10 so eingerichtet, dass das Luftüberschussverhältnis abnimmt, (das Luft-Kraftstoffgemisch wird fett), wenn sich die Motordrehzahl Ne erhöht, und dass das Luftüberschussverhältnis abnimmt, wenn sich das Soll-Motordrehmoment tTe erhöht.
  • In Schritt S23 berechnet die ECU 20 einen Wassertemperatur-Korrekturkoeffizienten Klmab_tw unter Bezugnahme auf die Tabelle von 11 auf der Basis der Motorwassertemperatur Tw. Die Tabelle von 11 zeigt eine Beziehung zwischen dem Wassertemperatur-Korrekturkoeffizienten Klmab_tw und der Motorwassertemperatur Tw und ist vorher in dem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert worden. Wie aus 11 deutlich wird, ist die Tabelle von 11 so eingerichtet, dass das Luftüberschussverhältnis sich erhöht, wenn die Motorwassertemperatur Tw abnimmt, um das Luftüberschussverhältnis an die erhöhte Reibleistung des Motors 8 oder die Instabilität des Motorbetriebszustands auf Grund des Absenkens der Motorwassertemperatur Tw anzupassen.
  • In Schritt S24 berechnet die ECU 20 das Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDA, wobei das grundlegende Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDAb so korrigiert wird, dass das grundlegende Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDAb mit dem Wassertemperatur-Korrekturkoeffizienten Klmab_tw multipliziert wird, wie durch die folgende Gleichung (2) dargestellt. tLAMBDA = tLAMBDAb × Klmab_tw (2)
  • Im Folgenden werden hierin mehrere Ablaufdiagramme erörtert, die sich auf die Berechnung einer Soll-Kraftstoffeinspritzmenge beziehen, mit welcher die Menge für ein gewünschtes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis tLAMBDA berechnet wird.
  • Ein Berechnungsprozess eines Soll-Äquivalenz-Verhältnisses tFBYA wird unter Bezugnahme auf 12 erörtert.
  • In Schritt S41 liest die ECU 20 das Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDA und ein Ist-EGR-Verhältnis rEGR, das auf der Basis der Öffnung des EGR-Ventils 11 und des Motorbetriebszustands bestimmt wird. Ein ausführlicher Berechnungsprozess des Ist-EGR-Verhältnisses rEGR wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 22 erörtert.
  • In Schritt S42 berechnet die ECU 20 das Soll-Äquivalenz-Verhältnis tFBYA aus der folgenden Gleichung (4) basierend auf der Gleichung (3). Luftüberschussverhältnis = {(Ansaugluftmenge) × [1 + (EGR-Verhältnis) × (Sauerstoffverhältnis in EGR-Gas)]}/(Kraftstoffeinspritzmenge × 14,6) (3) tFBYA = [tLAMBDA + rEGR × (tLAMBDA – 1)]/(tLAMBDA)2 (4)
  • Danach ist die gegenwärtige Routine des Ablaufdiagramms von 12 beendet.
  • Ein Berechnungsprozess einer Soll-Ansaugluftmenge tQac wird unter Bezugnahme auf 13 erörtert.
  • In Schritt S51 liest die ECU 20 die Motordrehzahl Ne, das Soll-Motordrehmoment tTe, das Soll-EGR-Verhältnis tEGR und das Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDA.
  • In Schritt S52 berechnet die ECU 20 eine grundlegende Soll-Ansaugluftmenge tQacbk durch Interpolation aus einem in 14 gezeigten Kennfeld von Motordrehzahl Ne und Soll-Motordrehmoment tTe. Das Kennfeld von 14 zeigt eine Beziehung zwischen dem EGR-Korrekturkoeffizienten kQacegr, der Motordrehzahl Ne und dem Soll-Motordrehmoment tTe und ist vorher in dem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert worden.
  • In Schritt S53 berechnet die ECU 20 einen EGR-Korrekturkoeffizienten kQacegr aus der folgenden Gleichung (5). kQacegr = 1/(1 + tEGR) (5)
  • In Schritt S54 berechnet die ECU 20 einen Luftüberschussverhältnis-Drehmoment-Koeffizienten kQaclm durch Interpolation aus einem in 15 gezeigten Kennfeld von Motordrehzahl Ne und Luftüberschussverhältnis tLAMBDA. Das Kennfeld von 15 zeigt eine Beziehung zwischen dem Luftüberschussverhältnis-Drehmoment-Koeffizienten kQaclm, der Motordrehzahl Ne und dem Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDA und ist vorher in dem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert worden In Schritt S55 berechnet die ECU 20 die Soll-Ansaugluftmenge tQac aus der folgenden Gleichung (6). tQac = tQacb × kQacegr × kQaclm (6)
  • Ein Berechnungsprozess für die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge tQf wird unter Bezugnahme auf 16 erörtert.
  • In Schritt S61 liest die ECU 20 die Ist-Ansaugluftmenge rQac und das Soll-Äquivalenz-Verhältnis tFBYA.
  • In Schritt S62 berechnet die ECU 20 die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge tQf aus der folgenden Gleichung (7). tQf = rQac × tFBYA/BLAMB# (7)wobei BLAMB# ein vorgegebener Wert ist, der vom Motor 8 bestimmt wird.
  • Danach ist die gegenwärtige Routine von 16 beendet.
  • Die ECU 20 steuert die Kraftstoffeinspritzmenge, die in den Motor 8 eingespritzt wird, indem jedes Kraftstoff-Einspritzventil 9 gemäß der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge tQf gesteuert wird, die durch die oben erläuterten Prozesse bestimmt wurde.
  • Mit dieser Anordnung der ersten Ausführungsform wird das Soll-Äquivalenz-Verhältnis, wobei Frischluft im EGR-Gas berücksichtigt wird, auf der Basis des Soll-EGR-Verhältnisses und des Soll-Luftüberschussverhältnisses berechnet, die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge wird aus dem Soll-Äquivalenz-Verhältnis berechnet, und die Ist-Kraftstoffeinspritzmenge wird an das Soll-Kraftstoffeinspritzverhältnis angepasst. Daher sind das Ist-EGR-Verhältnis und das Ist-Luftüberschussverhältnis immer jeweils auf das Soll-EGR-Verhältnis und das Soll-Luftüberschussverhältnis eingestellt, so dass ein optimaler Verbrennungszustand des Motors 8 sichergestellt ist. Zum Beispiel, selbst wenn eine Anforderung zum schrittweisen Verändern des Soll-Luftüberschussverhältnisses generiert wird, während das Soll-EGR-Verhältnis konstant gehalten wird, obwohl dies im Allgemeinen durch Ausführen der Steuerung eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während der Regenerierung des NOx-Fallen-Katalysators 15 bewirkt wird, ist es möglich, den optimalen Verbrennungszustand aufrecht zu erhalten, wobei die Generierung von Drehmomentschwankung unterdrückt wird und die Generierung von NOx unterdrückt wird.
  • Hierin werden im Folgenden mehrere Ablaufdiagramme erörtert, welche die Berechnungsprozesse zum Erhalten verschiedener Werte zeigen, die in der oben erläuterten Steuerung der ersten Ausführungsform verwendet werden.
  • Zuerst werden Berechnungsprozesse zum Erhalten einer Ist-Ansaugluftmenge (Frischluftmenge) Qas0 erörtert. Ein Erfassungsprozess zum Erfassen einer Ansaugluftmenge wird unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 17 erörtert.
  • In Schritt S71 liest die ECU 20 eine Ausgangsspannung Us des Luftmengenmessers 16.
  • In Schritt S72 wandelt die ECU 20 die Ausgangsspannung Us in eine Ansaugluftmenge Qas0_d aus einer Linearisierungstabelle von 18 um.
  • In Schritt S73 erhält die ECU 20 die erfasste (Istwert) Ansaugluftmenge Qas0, indem der Prozess für das gewichtete Mittel in Bezug auf die in Schritt S72 erhaltene Ansaugluftmenge Qas0_d ausgeführt wird. Danach ist die gegenwärtige Routine von 17 beendet.
  • Ein Berechnungsprozess zum Berechnen einer Kollektor-Ansaugluftmenge Qacn wird unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 19 erörtert.
  • In Schritt S81 liest die ECU 20 die Motordrehzahl Ne.
  • In Schritt S82 berechnet die ECU 20 eine Monozylinder-Ansaugluftmenge Qac0 aus der erfassten Ansaugluftmenge Qas0 und der folgenden Gleichung (8). Qac0 = Qas0 × KCON/Ne (8)wobei KCON eine Konstante ist. (Wenn der Motor 8 ein Vierzylindermotor ist, ist KCON 30. Im Fall eines Sechszylindermotors ist KCON 20). Die Monozylinder-Ansaugluftmenge Qac0 ist eine Ansaugluftmenge jedes Zylinders des Motors 8 pro Zeiteinheit.
  • In Schritt S83 erhält die ECU 20 eine Kollektor-Ansaugluftmenge Qacn, indem ein Verzögerungsprozess in Bezug auf die Monozylinder-Ansaugluftmenge Qac0 ausgeführt wird, um eine Übertragungsverzögerung zwischen dem Luftmengenmesser 16 (Ansaugluft-Erfassungseinrichtung) und dem Kollektor 5A zu korrigieren. Danach ist die gegenwärtige Routine von 19 beendet.
  • Ein Berechnungsprozess zum Berechnen einer Ist-Monozylinder-Ansaugluftmenge rQac wird unter Bezugnahme auf 20 erörtert.
  • In Schritt S91 liest die ECU 20 die Kollektor-Ansaugluftmenge Qacn, die in Schritt S83 von 19 erhalten wurde, und eine Zeitkonstante, die dem Wert Kkin einer Verzögerung der Ansaugluftübertragung um ein Volumen des Kollektors 5A entspricht. Der Wert Kkin, welcher der Zeitkonstante entspricht, wird erhalten, indem ein in 32 gezeigter Berechnungsprozess ausgeführt wird, welcher später erläutert wird.
  • In Schritt S92 berechnet die ECU 20 die Ist-Monozylinder-Ansaugluftmenge (Monozylinder-Frischluftansaugmenge) rQac, indem der Prozess für das gewichtete Mittel aus der folgenden Gleichung (9) ausgeführt wird. rQac = Qac × Kkin + Qac (n – 1) × (1 – Kkin) (9)
  • Danach ist die gegenwärtige Routine von 20 beendet.
  • Ein Berechnungsprozess zum Berechnen einer Ist-EGR-Menge rQac wird unter Bezugnahme auf 21 erörtert.
  • In Schritt S101 liest die ECU 20 die Kollektor-Frischluftansaugmenge Qacn, das Soll-EGR-Verhältnis tEGR und den der Zeitkonstante entsprechenden Wert Kkin.
  • In Schritt S102 berechnet die ECU 20 eine Kollektoreinlass-EGR-Menge Qec0 aus der folgenden Gleichung (10). Qec0 = Qacn × tEGR (10)
  • In Schritt S102 führt die ECU 20 den Verzögerungsprozess zum Erhalten der Ist-EGR-Menge rQEc unter Verwendung der folgenden Gleichung (11) und der dem Wert Kkin entsprechenden Zeitkonstante aus. rQec = Qec0 × Kkin × KE# + Qec(n – 1) × (1 – Kkin × KE#) (11)wobei KE# ein vorgegebener Wert ist, der durch den Motor 8 bestimmt wird.
  • Danach ist die gegenwärtige Routine von 21 beendet.
  • Ein Berechnungsprozess zum Berechnen eines Ist-EGR-Verhältnisses rEGR wird unter Bezugnahme auf 22 erörtert.
  • In Schritt S111 liest die ECU 20 die Zylinder-Ansaugluftmenge rQac und die Zylinder-EGR-Menge rQEC.
  • In Schritt S112 berechnet die ECU 20 das Ist-EGR-Verhältnis rEGR aus der folgenden Gleichung (12). rEGR = rQec/rQac (12)
  • Danach ist die gegenwärtige Routine von 22 beendet.
  • Ein Berechnungsprozess zum Berechnen des der Zeitkonstante entsprechenden Werts Kkin wird unter Bezugnahme auf 23 erörtert. Ein Anfangswert von Kkin ist auf 1 gesetzt.
  • In Schritt S121 liest die ECU 20 die Motordrehzahl Ne, die Kraftstoffeinspritzmenge tQf und das Ist-EGR-Verhältnis rEGR.
  • In Schritt S122 berechnet die ECU 20 einen dem Volumen-Wirkungsgrad entsprechenden Grundwert Kinb, indem das Kennfeld von 24 von Motordrehzahl Ne und Kraftstoffeinspritzmenge tQf abgerufen wird. Das Kennfeld von 24 ist vorher in dem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert worden.
  • In Schritt S123 berechnet die ECU 20 einen Wert Kinc aus derfolgenden Gleichung (13) zum Korrigieren des dem grundlegenden Wert Kinb entsprechenden Volumen-Wirkungsgrads. Dieser Schritt wird ausgeführt, um die Abnahme des Volumen-Wirkungsgrads auf Grund der Zunahme des EGR-Verhältnisses zu korrigieren. Kinc = Kinb/1(1 + rEGR/100) (13)
  • In Schritt S124 berechnet die ECU 20 den der Zeitkonstante entsprechenden Wert Kkin aus derfolgenden Gleichung (14). (Kkin = 1/[KVOL#/Kinase × Ne × DT#) + 1] (14) wobei KVOL# = 120 × VC/VE ist, wobei VC ein Kollektorvolumen ist, VE ein Hubvolumen ist, und DT# eine Abfragezeit (Berechnungs-Zeitpunkt) ist.
  • Die Gleichung (14) wurde erhalten, indem der Ansaugluftzustand im Kollektor 5A und der Ansaugluftzustand im Zylinder physikalisch geschätzt wurden.
  • Unter Bezugnahme auf 25 und 26 wird eine zweite Ausführungsform des Systems zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gezeigt. Die zweite Ausführungsform ist insbesondere so angeordnet, dass sie ein Äquivalenz-Verhältnis des Abgases erfasst und eine Steuerung der Rückführung der Soll-Ansaugluftmenge tQac basierend auf den erfassten Daten ausführt.
  • Die Konstruktion der zweiten Ausführungsform ist mit Ausnahme eines Teils des Inhalts in der ECU 20 im Wesentlichen die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, mit Ausnahme dessen, dass die zweite Ausführungsform des Weiteren einen Sauerstoffdichtesensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor) 21 umfasst. Der Sauerstoffdichtesensor 21 ist an einem Mündungspunkt (meeting point) des Abgaskrümmers 10 angeordnet, wie durch eine strichpunktierte Linie in 1 gezeigt, so dass die ECU 20 die Informationen, die für die Sauerstoffdichte indikativ sind, von dem Sauerstoffsensor 21 empfängt.
  • Ein Prozess zum Einstellen eines Soll-Äquivalenzverhältnis-Korrekturkoeffizienten kFBYA wird unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 25 erörtert.
  • In Schritt S201 berechnet die ECU 20 ein Ist-Äquivalenz-Verhältnis sAFR auf der Basis einer Ist-O2-Dichte in dem Abgas.
  • In Schritt S202 berechnet die ECU 20 einen Soll-Äquivalenzverhältnis-Korrekturkoeffizienten kFBYA aus der folgenden Gleichung (15). kFBYA = 1/sAFR (15)
  • Danach ist die gegenwärtige Routine von 25 beendet.
  • Ein Berechnungsprozess für die Soll-Ansaugluftmenge tQac wird unter Bezugnahme auf das Berechnungsergebnis von 25 ausgeführt.
  • In Schritt S211 liest die ECU 20 die Motordrehzahl Ne, das Soll-Motordrehmoment tTe, das Soll-EGR-Verhältnis tEGR, das Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDA, den Korrekturkoeffzienten für das Soll-Äquivalenzverhältnis kFBYA und die Motorwassertemperatur Tw.
  • In Schritt S212 bis 214 berechnet die ECU 20 nacheinander die grundlegende Soll-Ansaugluftmenge tQacb, den EGR-Korrekturkoeffizienten kQacegr und den Luftüberschussverhältnis-Drehmoment-Korrekturkoeffizienten kQaclm, ähnlich wie bei den Prozessen von Schritt S52 bis S54 von 13, die in der ersten Ausführungsform erörtert wurden.
  • In Schritt S215 berechnet die ECU 20 die Soll-Ansaugluftmenge tQac aus der folgenden Gleichung (16). tQac = tQacb × kQacegr × kQaclm × kFBYA (16)
  • Danach ist die gegenwärtige Routine von 26 beendet.
  • Mit der so angeordneten zweiten Ausführungsform wird das Soll-Äquivalenz-Verhältnis, wenn das Ist-Äquivalenz-Verhältnis von dem Soll-Äquivalenz-Verhältnis abweicht, der Abweichung des Ist-Äquivalenzverhältnisses entsprechend korrigiert. Daher wird das Ist-Äquivalenz-Verhältnis durch die Rückführungskorrektur so gesteuert, dass es dem gewünschten Soll-Äquivalenz-Verhältnis (Soll-Äquivalenz-Verhältnis vor Korrektur) entspricht. Das heißt, die Ansaugluftmenge und die EGR-Menge werden automatisch so gesteuert, dass der Soll-Verbrennungszustand sichergestellt ist. Daher wird es möglich, sowohl die Betriebsstabilität des Motors 8 und die Robustheit (hohe Stabilität gegenüber Störung) der Steuerung des Abgasausstoßes sicherzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 27 und 28 wird eine dritte Ausführungsform des Systems zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gezeigt. Die dritte Ausführungsform ist insbesondere so angeordnet, dass sie die Soll-Ansaugluftmenge berechnet, während das Soll-EGR-Verhältnis verändert wird.
  • Die Konstruktion der dritten Ausführungsform ist mit Ausnahme eines Teils des Inhalts in der ECU 20 im Wesentlichen die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, mit Ausnahme dessen, dass die dritte Ausführungsform des Weiteren einen NOx-(Stickoxid)Dichtesensor 31 umfasst. Der NOx-Dichtesensor 31 ist an einem Mündungspunkt des Abgaskrümmers 10 angeordnet, wie durch eine Linie aus jeweils zwei Punkten und einem Strich in 1 gezeigt, so dass die ECU 20 die Informationen, die für die NOx-Dichte indikativ sind, von dem NOx-Dichtesensor 31 empfängt.
  • Ein Prozess zum Verändern des Soll-EGR-Verhältnisses tEGR gemäß der NOx-Dichte im Abgas wird unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 27 erörtert.
  • In Schritt S301 liest die ECU 20 die Motordrehzahl Ne, das Soll-Motordrehmoment tTe, die Motorwassertemperatur Tw und die NOx-Dichte.
  • In Schritt S302 und S303 berechnet die ECU 20 nacheinander das grundlegende Soll-EGR-Verhältnis tEGRb und den Soll-EGR-Verhältnis-Temperatur-Korrekturkoeffizienten Kegr_tw, ähnlich wie bei den Prozessen von Schritt S12 und S13 von 6 in der ersten Ausführungsform.
  • In Schritt S304 wandelt die ECU 20 die erfasste NOx-Dichte in das Äquivalenz-Verhältnis sNOx um.
  • In Schritt S305 berechnet die ECU 20 eine Soll-NOx-Dichte tNOx (Äquivalenz-Verhältnis) durch Interpolation aus Motordrehzahl Ne, Soll-Motordrehmoment tTe und einem Kennfeld von 28, das eine Beziehung zwischen Soll-NOx-Dichte, Motordrehzahl Ne und des Motordrehmoments tTe zeigt. Dieses Kennfeld von 28 ist vorher in dem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert worden.
  • In Schritt S306 berechnet die ECU 20 das Soll-EGR-Verhältnis tEGR aus der folgenden Gleichung (17), dem grundlegenden Soll-EGR-Verhältnis tEGTb, dem Soll-EGR-Verhlät nis-Temperatur-Korrekturkoeffizienten Kegr_tw, der Soll-NOx-Dichte tNOx und dem Äquivalenz-Verhältnis sNOx. tEGR = tEGRb × Kegr_tw × tNOx/sNOx (17)
  • Danach ist die gegenwärtige Routine von 27 beendet.
  • Mit der so angeordneten dritten Ausführungsform wird das Soll-Äquivalenz-Verhältnis, wenn das Ist-Äquivalenz-Verhältnis von dem Soll-Äquivalenz-Verhältnis abweicht, der Abweichung des Ist-Äquivalenzverhältnisses entsprechend korrigiert. Daher wird das Ist-Äquivalenz-Verhältnis durch die Rückführungskorrektur so gesteuert, dass es dem gewünschten Soll-Äquivalenz-Verhältnis (Soll-Äquivalenz-Verhältnis vor Korrektur) entspricht. Das heißt, indem das Soll-EGR-Verhältnis so korrigiert wird, dass die NOx-Dichte normalerweise auf einem geeigneten Wert gehalten wird, werden die Ansaugluftmenge und die EGR-Menge automatisch so gesteuert, dass der Soll-Verbrennungszustand sichergestellt ist. Daher wird es möglich, die Erhöhung von NOx auf Grund der durch die Umstände bedingten Abweichung zu unterdrücken, wobei eine geeignete Betriebsleistung sichergestellt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 29 und 30 wird eine vierte Ausführungsform des Systems zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gezeigt. Die vierte Ausführungsform ist insbesondere so angeordnet, dass sie das Soll-EGR-Verhältnis tEGR gemäß dem atmosphärischen Druck korrigiert.
  • Die Konstruktion der vierten Ausführungsform ist mit Ausnahme eines Teils des Inhalts in der ECU 20 im Wesentlichen die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, mit Ausnahme dessen, dass die vierte Ausführungsform des Weiteren einen Sensor für atmosphärischen Druck 41 zum Erfassen des atmosphärischen Drucks umfasst. Der Sensor für atmosphärischen Druck 41 ist an die ECU 20 gekoppelt, wie durch eine gepunktete Linie in 1 gezeigt, und sendet Informationen, die für den atmosphärischen Druck indikativ sind, an die ECU 20.
  • Ein Prozess zum Berechnen des Soll-EGR-Verhältnisses tEGR wird unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 29 erörtert.
  • In Schritt S401 liest die ECU 20 die Motordrehzahl Ne, das Soll-Motordrehmoment tTe und den atmosphärischen Druck Pa, der durch den Sensor für atmosphärischen Druck 41 erfasst worden ist.
  • In Schritt S402 berechnet die ECU 20 das grundlegende Soll-EGR-Verhältnis tEGRb, ähnlich wie bei dem Prozess von Schritt S12 von 6 in der ersten Ausführungsform.
  • In Schritt S403 berechnet die ECU 20 den Soll-EGR-Verhältnis-Atmosphärendruck-Korrekturkoeffizienten Kegr_Pa, indem eine in 30 gezeigte Tabelle auf der Basis des atmosphärischen Drucks Pa abgerufen wird. Die Tabelle von 30 zeigt eine Beziehung zwischen dem Soll-EGR-Verhältnis-Atmosphärendruck-Korrekturkoeffizienten Kegr_Pa und dem atmosphärischen Druck Pa und ist vorher in dem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert worden. Wie aus der Tabelle von 30 deutlich wird, wird das Soll-EGR-Verhältnis so gesteuert, dass es sich gemäß der Abnahme des atmosphärischen Drucks verringert, um zu verhindern, dass sich die Verbrennung des Motors 8 unter einem Zustand von niedrigem atmosphärischen Druck verschlechtert, wie zum Beispiel im Hochland, wo die Frischluft-Ansaugmenge reduziert und das Ist-Kompressionsverhältnis niedriger ist.
  • In Schritt S404 berechnet die ECU 20 das Soll-EGR-Verhältnis tEGR aus dem grundlegenden Soll-EGR-Verhältnis tEGRb und dem Soll-EGR-Verhältnis-Atmosphärendruck-Korrekturkoeffizienten Kegr_Pa mit der folgenden Gleichung (18). tEGR = tEGRb × Kegr_Pa (18)
  • Mit dieser Anordnung der vierten Ausführungsform wird der Verbrennungszustand des Motors 8 gut aufrecht erhalten, selbst wenn der Motor 8 unter der Bedingung des niedrigen atmosphärischen Drucks arbeitet.
  • Unter Bezugnahme auf 31 und 32 wird eine fünfte Ausführungsform des Systems zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gezeigt. Die fünfte Ausführungsform ist insbesondere so angeordnet, dass sie das Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDA gemäß dem atmosphärischen Druck korrigiert.
  • Die Konstruktion der fünften Ausführungsform ist mit Ausnahme eines Teils des Inhalts in der ECU 20 im Wesentlichen die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, mit Ausnahme dessen, dass die fünfte Ausführungsform des Weiteren den Sensor für atmosphärischen Druck 41 zum Erfassen des atmosphärischen Drucks umfasst, ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform. Der Sensor für atmosphärischen Druck 41 ist an die ECU 20 gekoppelt, wie durch eine gepunktete Linie in 1 gezeigt, und sendet Informationen, die für den atmosphärischen Druck indikativ sind, an die ECU 20.
  • Ein Prozess zum Berechnen des Soll-Luftüberschussverhältnisses tLAMBDA wird unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 31 erörtert.
  • In Schritt S501 liest die ECU 20 die Motordrehzahl Ne, das Soll-Motordrehmoment tTe und den atmosphärischen Druck Pa, der durch den Sensor für atmosphärischen Druck 41 erfasst worden ist.
  • In Schritt S502 wird durch die ECU 20 das grundlegende Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDAb aus der Motordrehzahl Ne, dem Soll-Motordrehmoment tTe und dem in 10 gezeigten Kennfeld berechnet (eingestellt), ähnlich wie bei dem Prozess von Schritt 22 von 9 in der ersten Ausführungsform.
  • In Schritt S503 berechnet die ECU 20 den Soll-Luftüberschussverhältnis-Atmosphärendruck-Korrekturkoeffizienten Klamb_Pa, indem eine in 32 gezeigte Tabelle auf der Basis des atmosphärischen Drucks Pa abgerufen wird. Die Tabelle von 32 zeigt eine Beziehung zwischen dem Soll-Luftüberschussverhältnis-Atmosphärendruck-Korrekturkoeffizienten Klamb_Pa und dem atmosphärischen Druck Pa und ist vorher in dem Speicherabschnitt der ECU 20 gespeichert worden. Wie aus der Tabelle von 32 deutlich wird, wird das Soll-Luftüberschussverhältnis so gesteuert, dass es sich entsprechend der Abnahme des atmosphärischen Drucks erhöht. Diese Korrektur wird vorgenommen, um die Luftmassenmenge durch Vergrößern der Drosselöffnung oder Erhöhen des Ladedrucks des Turboladers 1 so sicherzustellen, dass die Soll-Ansaugluftmenge unter Bedingungen eines niedrigen atmosphärischen Drucks, wie beispielsweise im Hochland, erhöht wird.
  • In Schritt S504 berechnet die ECU 20 das Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDA, indem das grundlegende Soll-Luftüberschussverhältnis tLAMBDAb mit dem Soll-Luftüberschussverhältnis-Atmosphärendruck-Korrekturkoeffizienten Klamb_Pa multipliziert wird, wie durch die folgende Gleichung (19) dargestellt. tLAMBDA = lLAMBDAb × Klamb_Pa (19)
  • Danach ist die gegenwärtige Routine von 31 beendet.
  • Mit dieser Anordnung der fünften Ausführungsform wird der Verbrennungszustand im Motors 8 gut aufrecht erhalten, selbst wenn der Motor 8 unter der Bedingung des niedrigen atmosphärischen Drucks arbeitet und die Rückführungssteuerung der Luftmassenmenge nicht ausführt.
  • Des Weiteren wird mit der so angeordneten ersten bis fünften Ausführungsform das Soll-EGR-Verhältnis auf der Basis des durch die Umstände bedingten Motortemperaturzustands korrigiert, einschließlich Motoröl-, Wassertemperaturen, Ansauglufttemperatur, atmosphärischer Druckzustand, durch externe Umstände bedingter Zustand. Daher wird es möglich, die Abgasreinigungsleistung in entsprechender Weise aufrecht zu erhalten, selbst während eines Motoraufwärmzustands, in dem die Abgasreinigungsleitung dazu neigt, sich durch einen Betrieb zum Stabilisieren der Verbrennung zu verschlechtern.
  • Des Weiteren ist es möglich, den optimalen Verbrennungszustand des Motors aufrecht zu erhalten, um die gewünschte Betriebsleistung selbst unter einem Zustand sicherzustellen, in dem der Zustand der Sauerstoffdichte abnimmt, wie beispielsweise bei Betrieb im Hochland.
  • Des Weiteren ist es mit diesen Anordnungen gemäß der vorliegende Lehre möglich, die Ansaugluftmenge zu erhöhen um die Erhöhung der Reibleistung zu unterdrücken und den Betrieb des Motors zu stabilisieren. Des Weiteren, selbst wenn die Ansaugluftmenge beim Fahren im Hochland abnimmt, ist es möglich, den Verbrennungszustand optimal aufrecht zu erhalten. Ferner, da die Soll-Ansaugluftmenge dem Soll-EGR-Verhältnis und dem Soll-Luftüberschussverhältnis entsprechend korrigiert wird, ist es möglich, die Soll-Ansaugluftmenge vorzugsweise so einzustellen, dass sie sich der Änderung des Soll-EGR-Verhältnisses und des Soll-Luftüberschussverhältnisses anpasst. Daher ist es möglich, die Ansaugluftmenge vorzugsweise selbst während eines Übergangs zu steuern. Des Weiteren, da die Ansaugluftmenge automatisch verändert wird, indem das Soll-EGR-Verhältnis und/oder das Soll-Luftüberschussverhältnis verändert wird, ist es leicht, den Motorbetriebszustand an einen gewünschten Zustand anzupassen.
  • Des Weiteren spiegelt sich bei diesen Anordnungen gemäß der vorliegenden Lehre die Nicht-Linearität des Motordrehmoments in Bezug auf das Luftüberschussverhältnis in der Soll-Ansaugluftmenge wider. Daher ist es möglich, das Ausgangsdrehmoment des Motors 8 auf einem Sollwert aufrecht zu erhalten, wobei das Soll-Luftüberschussverhältnis auch dann beibehalten wird, wenn die Steuerung des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während der Regenerierung des NOx-Fallen-Katalysators (während des NOx-Reduktionprozesses) ausgeführt wird.
  • Da das EGR-Verhältnis in dem Betriebsgas, das in die Zylinder tatsächlich eingeleitet wird, vorgegeben ist, und das vorgegebene EGR-Verhältnis in der Berechnung des Soll-Äquivalenz-Verhältnisses verwendet wird, ist es möglich, einen Fehler auf Grund der Ansaugverzögerung des ERG-Gases während eines Übergangs zu kompensieren. Dies ermöglicht eine exakte Ausführung der EGR-Steuerung. Des Weiteren, da die Sauerstoffdichte in dem Abgas (Ist-Äquivalenz-Verhältnis) erfasst und in der Korrektur der Soll-Ansaugluftmenge verwendet wird, werden die Ansaugluftmenge und das EGR-Verhältnis automatisch so korrigiert, dass sie den Soll-Verbrennungszustand sicherstellen, wobei die Motordrehzahl auf der Soll-Motordrehzahl gehalten wird. Daher ist es möglich, die Robustheit (hohe Stabilität gegenüber Störung) der Abgasreinigungsleistung sicherzustellen, wobei die entsprechende Betriebsleistung des Motors aufrecht erhalten wird.

Claims (10)

  1. System zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor (8), das umfasst: eine Motorzustands-Erfassungseinheit (16, 17, 18, 19, 21, 31, 41), die einen Motorbetriebszustand des Verbrennungsmotors erfasst; und eine Steuereinheit (20), die mit der Motorzustands-Erfassungseinheit gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass sie ein Soll-Motordrehmoment (tTe) auf Basis des Motorbetriebszustandes berechnet, ein Soll-EGR-Verhältnis (tEGR), ein Soll-Luftüberschussverhältnis (tLAMBDA) und eine Soll-Einlassluftmenge (tQac) auf Basis des Motorbetriebszustandes und des Soll-Motordrehmomentes (tTe) berechnet, ein Soll-Äquivalenzverhältnis (tFBYA) auf Basis des Soll-EGR-Verhältnisses (tEGR) aus einem Wert, der gewonnen wird, indem das Soll-EGR-Verhältnis (tEGR) mittels eines Verzögerungsprozesses des Ist-EGR (rEGR) verarbeitet wird, und des Soll-Luftüberschussverhältnisses (tLAMBDA) berechnet, eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge (tQf) auf Basis des Motorbetriebszustandes und des Soll-Äquivalenzverhältnisses (tFBYA) berechnet, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen gewünschten Wert zu steuern, indem eine Ist-Einlassluftmenge (Qas0) auf die Soll-Einlassluftmenge (tQac) gebracht wird und eine Ist-Kraftstoffeinspritzmenge auf die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge (tQf) gebracht wird.
  2. System zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (20) das Soll-EGR-Verhältnis (tEGR) auf Basis wenigstens eines Motortemperaturzustandes oder eines atmosphärischen Zustandes korrigiert.
  3. System zum Steuern des Luft-Kraftstoff Verhältnisses nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (20) das Soll-Luftüberschussverhältnis (tLAMBDA) auf Basis wenigstens eines Motortemperaturzustandes oder eines atmosphärischen Zustandes korrigiert.
  4. System zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (20) die Soll-Einlassluftmenge (tQac) auf Basis wenigstens des Soll-EGR-Verhältnisses (20) oder des Soll-Luftüberschussverhältnisses (tLAMBDA) steuert.
  5. System zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (20) die Einlassluftmenge auf Basis der Nichtlinearität eines Motordrehmomentes relativ zu dem Luftüberschussverhältnis korrigiert.
  6. System zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (20) die Soll-Einlassluftmenge (tQac) auf Basis einer Sauerstoffdichte in dem Abgas des Motors korrigiert.
  7. System zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (20) das Soll-EGR-Verhältnis (tEGR) auf Basis einer Stickoxid (NOx)-Dichte in dem Abgas des Motors korrigiert.
  8. System zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Anspruch 1, die des Weiteren einen Stickoxid (NOx)-Fallen-Katalysator (15) umfasst, der NOx in dem Abgas des Motors speichert, wobei die Steuereinheit einen Regenerationsprozess zum Desoxidieren des in dem NOx-Fallen-Katalysators gespeicherten NOx zu HC mittels einer Steuerung mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt.
  9. System zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Anspruch 1, wobei die Motorzustands-Erfassungseinheit wenigstens einen Luftmengenmesser (16), der eine Einlassluftmenge erfasst, einen Motorwasser-Temperatursensor (17), der eine Motorwasser-Temperatur erfasst, einen Motordrehzahl-Sensor (18) und einen Gaspedalöffnungs-Sensor (19) umfasst, der eine Öffnung des Gaspedals erfasst.
  10. Verfahren zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, das umfasst: Erfassen eines Motorbetriebszustandes des Verbrennungsmotors; Berechnen eines Soll-Motordrehmomentes (tTe) auf Basis des Motorbetriebszustandes; Berechnen eines Soll-EGR-Verhältnisses (tEGR), eines Soll-Luftüberschussverhältnisses (tLAMBDA) und einer Soll-Einlassluftmenge (tQac) auf Basis des Motorbetriebszustandes und des Soll-Motordrehmomentes (tTe); Berechnen eines Soll-Äquivalenzverhältnisses (tFBYA) auf Basis des Soll-EGR-Verhältnisses (tEGR) aus einem Wert, der gewonnen wird, indem das Soll-EGR-Verhältnis (tEGR) mittels eines Verzögerungsprozesses des Ist-EGR (rEGR) verarbeitet wird, und des Soll-Luftüberschussverhältnisses (tLAMBDA), Berechnen einer Soll-Kraftstoffeinspritzmenge (tQf) auf Basis des Motorbetriebszustandes und des Soll-Äquivalenzverhältnisses (tFBYA); und Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einen gewünschten Wert, indem eine Ist-Einlassluftmenge (Qas0) auf die Soll-Einlassluftmenge (tQac) gebracht wird und eine Ist-Kraftstoffeinspritzmenge auf die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge (tQf) gebracht wird.
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