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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
ein EGR-(Abgasrückführungs)-Raten-Schätzsystem
für eine
Verbrennungskraftmaschine, und genauer auf ein System zum Schätzen einer
Rate des zurückgeführten Abgases,
das in der der Maschine zugeführten
Einlaßluft
in die Brennkammer eintritt.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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In der Fahrzeugtechnik ist bekannt,
das Einlaßsystem
und das Auslaßsystem
einer Maschine zu verbinden, um einen Teil des Abgases zum Einlaßsystem
zurückzuführen, um
die Bildung von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und gleichzeitig
die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu steigern. Der Durchlaß, der das
Abgassystem mit dem Einlaßsystem
verbindet, ist mit einem Ventil zum Regeln der Menge oder Strömungsrate
des zurückgeführten Abgases
versehen. Das Ventil wird im folgenden als "EGR-Regelventil" bezeichnet.
Um die Menge oder Strömungsrate
des Abgases, das zurückgeführt werden
soll, zu regeln, wird ein Befehlswert für das EGR-Regelventil-Hubmaß auf der
Grundlage von Maschinenbetriebsbedingungen ermittelt, die wenigstens
die Maschinendrehzahl und die Maschinenlast umfassen. Im vakuumbetätigten EGR-Regelventil
wird der Unterdruck im Einlaßsystem
eingeleitet und übt
einen Unterdruck auf das Ventil aus, um es in Reaktion auf den Befehlswert
zu öffnen,
während
das Ventil über
einen Motor zum Öffnen
betätigt
wird, wenn das Ventil den motorbetätigten Typ entspricht. Hierbei
wird der Aus druck "Anheben" oder "Hub" verwendet, um die Öffnungsfläche des
EGR-Regelventils
zu bezeichnen.
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Wie in 18 gezeigt
ist, hinkt das wirkliche Verhalten des EGR-Regelventils dem Zeitpunkt nach,
zu dem der Befehlswert ausgegeben wird. Das heißt, es besteht eine Antwortverzögerung zwischen dem
wirklichen Ventilhub und dem Befehlswert, um diesen zu bewerkstelligen.
Die Verzögerungszeit
ist beim motorbetätigten
Ventil konstant, variiert jedoch beim vakuumbetätigten Ventil mit den Maschinenbetriebsbedingungen.
Außerdem
erfordert es zusätzliche
Zeit für
das durch das Ventil strömende
Abgas, um in die Brennkammer einzutreten. Um somit eine EGR-Regelung
in geeigneter Weise auszuführen, wird
es notwendig, die Menge oder Strömungsrate des
zurückgeführten Abgases
genau zu schätzen. Die
Menge oder Strömungsrate
des zurückgeführten Abgases
wird im allgemeinen als ein Anteil in der Masse oder dem Volumen
der Einlaßluft
oder des Gemisches geschätzt.
Der Anteil wird in der Beschreibung als "EGR-Rate" oder "Abgasrückführungsrate"
bezeichnet, was später
genauer erläutert wird.
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Da außerdem das zurückgeführte Abgas eine
Störgröße bei der
Kraftstoffdosierund oder Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung in einer Maschine wird,
wird in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Sho 60(1985)-169.641
vorgeschlagen, einen Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizienten
in Reaktion auf die EGR-Rate zu ermitteln und die Kraftstoffeinspritzmenge
in Senkungsrichtung zu korrigieren. Das System des Standes der Technik
berücksichtigt
die Tatsache, daß sich
die Verzögerungszeit
mit den Maschinenbetriebsbedingungen im vakuum-betätigten EGR-Regelventil ändert, und
verzögert
das Umschalten des Korrekturkoeffizienten für eine durch die Maschinenbetriebsbedingungen
bestimmte Periode. Eine weitere Referenz, die offengelegte japanische
Patentanmeldung Sho 59(1984)-192.838, lehrt, den Wert eines Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizienten
allmählich
zu ändern.
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Da jedoch das Verhalten des Abgases
komplizierter ist, hat der Anmelder früher in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Hei 5(1993)-118.239 (eingereicht in den Vereinigten Staaten
und patentiert unter der Nr. 5.215.061) vorgeschlagen, ein Modell
zu erstellen, das das Verhalten des Abgases beschreibt. In diesem
früher
vorgeschlagenen System wird das Abgasverhalten, das durch den Ventilhub
hervorgerufen wird, durch eine Gleichung ausgedrückt, wobei die Netto-EGR-Rate anhand
dieser Gleichung ermittelt wird. Genauer verwendete das frühere System
ein Konzept von zwei Arten von Verhältnissen mit der Bezeichnung
"direktes Verhältnis"
und "Abführungsverhältnis".
Das erste Verhältnis
entspricht einem Bruchteil, bezüglich
des durch das EGR-Regelventil während
des Regelzyklus n strömenden Abgases,
des Abgases, das während
des Zyklus n in die Brennkammer
eintritt, während
das zweite Verhältnis
einem Bruchteil, bezüglich des
Abgases, das durch das Ventil zu einem Zeitpunkt m Zyklen Früher (m ≥ 1) strömt, das jedoch in einem Raum
vor der Brennkammer verharrt, des Abgases, das während des Zyklus n in die Brennkammer eintritt. Das frühere System
schätzt
die Netto-EGR-Rate anhand des direkten Verhältnisses und des Abführungsverhältnisses.
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Außerdem hat der Anmelder in
der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 5(1993)-296.094 (angemeldet
in den Vereinigten Staaten am 31. Oktober 1994 unter der Nr. 08/331746)
ein weiteres System zum Schätzen
der Netto-EGR-Rate vorgeschlagen, derart, daß:
Netto-EGR-Rate = EGR-Rate
in einem stationären Zustand × (Ist-Ventilhubmaß/Befehlswert
für Ventilhubmaß)
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Die Systemkonfiguration ist weniger
kompliziert als diejenige, die in der Veröffentlichung 5-118.239 vorgeschlagen
ist, da die Netto-EGR-Rate anhand des Verhältnisses zwischen dem Befehlswert und
dem Ist-Wert des Ventilhubs geschätzt wird. (Um die EGR-Rate
in einem stationären
Zustand zu unterscheiden, wird die EGR-Rate manchmal als "Netto"-EGR-Rate
bezeichnet).
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Die Mange oder Strömungsrate
des zurückgeführten Abgases
hängt jedoch
nicht nur vom Maß des
Ventilhubes (der Öffnungsfläche des
Ventils) ab, sondern auch von den Maschinenbetriebsbedingungen.
Mit anderen Worten, die Menge oder Strömungsrate des zurückgeführten Abgases ändert sich mit
den Maschinenbetriebsbedingungen, selbst wenn das Ventilhubmaß unterverändert bleibt.
Die Schätzgenauigkeit
des Systems ist daher nicht immer zufriedenstellend. Als Ergebnis
ist der Korrekturkoeffizient für
die Kraftstoffdosierung oder die Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung,
der auf der Grundlage der geschätzten
Netto-EGR-Rate berechnet wird, nicht immer angemessen.
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Ferner offenbart die offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. Hei 4(1992)-311.643 ein System zum
Schätzen
der Partialdrücke
der Luft und des Abgases jeweils im Einlaßrohr und auf der Grundlage der
geschätzten
Werte und außerdem
der Maschinendrehzahl, um die Menge der in die Brennkammer eintretenden
Luft zu berechnen. Das System des Standes der Technik erfordert
jedoch, die in das Abgasrohr zurückgeführte Abgasmenge
sowie die Einlaßlufttemperatur
und das Volumen eines Raumes (der sogenannten "Kammer") vor der
Brennkammer zu ermitteln, und erfordert somit komplizierte Berechnungen.
Aufgrund der Verzögerung
des zurückgeführten Abgases
und dergleichen ist es sehr schwierig, die zurückgeführte Abgasströmungsrate
genau zu messen, wobei die Berechnungen Unsicherheiten unterliegen.
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Ein erstes Problem ist daher, ein
EGR-Raten-Schätzsystem
für eine
Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, das eine einfache Konfiguration aufweist,
ohne eine komplizierte Berechnung zu erfordern, das jedoch fähig ist,
die Abgasrückführungsrate
mit hoher Genauigkeit zu schätzen,
während
Berechnungsunsicherheiten weitmöglichst
reduziert werden.
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Wie oben erwähnt worden ist, wird das zurückgeführte Abgas
eine Störgröße bei der
Ausführung
der Kraftstoffdosierung oder der Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung
in einer Maschine.
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Ein zweites Problem ist daher, ein
EGR-Raten-Schätzsystem
für eine
Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, das ermöglicht, die Abgasrückführungsrate
mit hoher Genauigkeit zu schätzen,
um somit die Genauigkeit der Kraftstoffdosierung oder der Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung
in einer Maschine zu verbessern.
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Wenn außerdem ein Befehlswert für das Ventilhubmaß gleich
0 gemacht wird, um die EGR-Operation zu unterbrechen, nimmt das
Ist-Ventilhubmaß aufgrund
einer Antwortverzögerung
der Operation des EGR-Regelventils nicht unmittelbar auf 0 ab. Das
Abgas strömt
weiterhin ständig
durch das Ventil, obwohl die Menge oder Strömungsrate des durchströmenden Abgases
sehr klein ist. Wenn außerdem
ein Befehlswert für
das Ventilhubmaß gleich
0 wird, kann ein Problem entstehen, welches die EGR-Raten-Schätzung schwierig
machen kann.
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Ein drittes Problem ist daher, ein
EGR-Raten-Schätzsystem
für eine
Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, das fähig ist, die Abgasrückführungsrate
richtig zu schätzen,
wobei die Verzögerung der
Ventiloperation berücksichtigt
wird und keine Schwierigkeiten bei der Schätzung hervorgerufen werden,
wenn ein Befehlswert für
das Ventilhubmaß gleich
0 gemacht wird.
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Abgesehen vom Vorangehenden weisen
einige Maschinen einen Rückführungsdurchlaß auf, der
das Abgassystem mit dem Einlaßsystem
an einer Position relativ weiter entfernt von der Brennkammer verbindet,
so daß eine
Transportverzögerung
des zurückgeführten Abgases
auftreten kann. Die Transportverzögerung beeinflußt die EGR-Raten-Schätzung.
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Ein viertes Problem ist daher, ein
EGR-Raten-Schätzsystem
für eine
Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, das die Abgasrückführungsrate genau
schätzen
kann, wenn eine Abgastransportverzögerung auftreten kann.
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Wie mehrfach erwähnt worden ist, wird das zurückgeführte Abgas
zu einer Störgröße bei der Ausführung der
Kraftstoffdosierung oder der Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung,
wobei die Transportverzögerung
die Genauigkeit einer solchen Regelung beeinträchtigen kann.
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Ein fünftes Problem ist daher, ein
EGR-Raten-Schätzsystem
für eine
Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, das die Abgasrückführungsrate schätzen kann,
wenn die Transportverzögerung
auftreten kann, um somit die Genauigkeit der Kraftstoffdosierung
oder der Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung in
einer Maschine zu verbessern.
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Abgesehen vom Vorangehenden beeinträchtigt das
zurückgeführte Abgas
die Zündfähigkeit
des Gemisches in der Brennkammer. Somit beeinflußt das zurückgeführte Abgas nicht nur die Kraftstoffdosierung
oder die Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung, sondern
auch die Zündzeitpunktregelung
in einer Maschine.
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Ein sechstes Problem ist daher, ein
EGR-Raten-Schätzsystem
für eine
Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die die Abgasrückführungsrate genau
schätzen
kann, um somit zu ermöglichen,
den Zündzeitpunkt
unter der EGR-Operation in geeigneter Weise zu ermitteln.
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U.S. 5.205.260 beschreibt ein Verfahren
zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine, die mit einem Abgasrückführungssystem
versehen ist. Bei der Herleitung eines Zylinder-Luftmassendurchsatzes
wird ein geschätzter
Massendurchsatz eines in den Zylinder strömenden zurückgeführten Abgases berücksichtigt.
Eine Schätzung
der Abgasrückführungsrate
kann indirekt auf der Grundlage verschiedener mathematischer Modelle
der Gasströmungseigenschaften
hergeleitet werden.
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U.S. 5.273.019 offenbart die dynamische Vorhersage
eines in einem Maschineneinlaßkrümmer enthaltenen
zurückgeführten Abgases.
Das in diesem Dokument beschriebene Vorhersageverfahren zielt auf
die Schätzung
einer Abgasrückführungsrate
im Krümmer
während Übergangsbedingungen (nichtstationäre Bedingungen).
Dynamische Eigenschaften des Fahrzeugeinlaßkrümmers werden unter Verwendung
einer modell-basierten Vorhersage zukünftiger Druckwerte berücksichtigt.
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Schließlich beschreibt
EP 0 551 207 A2 ein Steuer/Regelsystem
für Verbrennungskraftmaschinen,
das ein System zum Schätzen
einer Abgasrückführungsrate
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 verwendet. Die Abgasrückführungsrate wird mittels einer
Berechnung auf der Grundlage eines genauen mathematischen Modells
der Gasströmungseigenschaften
geschätzt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein EGR-Raten-Schätzsystem
zu schaffen, das eine einfache Konfiguration aufweist, ohne eine
komplizierte Berechnung zu erfordern, das jedoch fähig ist,
die EGR-Rate mit hoher Genauigkeit zu schätzen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird durch ein System
gemäß Anspruch
1 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
sind auf vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung gerichtet.
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Im Schätzungssystem der Erfindung
wird eine Basis-EGR-Rate (1 – KEGRMAP)
im stationären Zustand
auf der Grundlage wenigstens der Maschinendrehzahl (NE) und der
Maschinenlast (PBA) ermittelt. Eine erste Strömungsrate (QACT) wird auf der
Grundlage wenigstens des erfaßten
Ventilhubmaßes
(LACT) und eines Parameters ermittelt, der von der Maschinenlast
abhängt,
nämlich
einem Verhältnis
zwischen einem stromaufseitigen Druck (PA) und einem stromabseitigen
Druck (PBA), der auf das EGR-Ventil (19) wirkt, wobei eine
zweite Strömungsrate
(QCMD) auf der Grundlage wenigstens des Befehlswertes für das Ventilhubmaß (LCMD)
und des Druckverhältnisses
(PA/PBA) ermittelt wird. Anschließend wird die Netto-EGR-Rate einfach
auf der Grundlage des Produkts von (1 – KEGRMAP) × (QACT/QCMD) berechnet.
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Somit weist das System der Erfindung
eine einfache Konfiguration auf, ohne daß es eine komplizierte Berechnung
erfordert, und kann die EGR-Rate genau schätzen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Aufgaben und Vorteile
der Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung
und der Zeichnungen, in welchen:
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1 eine
schematische Ansicht, die die Gesamtanordnung eines EGR-Raten-Schätzsystems
für eine
Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 ein
Flußdiagramm
ist, das die Operation des EGR-Raten-Schätzsystems
für eine
Verbrennungskraftmaschine zeigt;
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3 eine
erläuternde
Ansicht ist, die die Strömungsrateneigenschaften
des EGR-Regelventils zeigt, die durch das Ventilhubmaß und das
Verhältnis
zwischen dem stromaufseitigen Druck (atmosphärischer Druck) und dem stromabseitigen Druck
(Krümmerabsolutdruck)
bestimmt werden;
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4 eine
erläuternde
Ansicht ist, die die Eigenschaften der Kennfelddaten eines Koeffizienten KEGRMAP
zeigt;
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5 eine
erläuternde
Ansicht ist, die die Eigenschaften der Kennfelddaten eines Befehlswertes für das Ventilhubmaß LCMD zeigt;
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6 ein
Flußdiagramm
ist, daß die
Unterroutine des Flußdiagramms
der 2 zur Berechnung
eines Koeffizienten KEGRN zeigt;
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7 ein
Flußdiagramm
ist, ähnlich
der 6, das jedoch eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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8 ein
Flußdiagramm
ist, ähnlich
einem Abschnitt des Flußdiagramms
der 2, das jedoch eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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9 ein
Flußdiagramm ähnlich der 2 ist, das jedoch eine vierte
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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10 ein
Flußdiagramm
ist, das die Unterroutine des Flußdiagramms der 9 zur Berechnung des Koeffizienten KEGRN
zeigt;
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11 eine
erläuternde
Ansicht ist, die die Konfiguration eines Ringpuffers zeigt, der
im Flußdiagramm
der 10 verwendet wird;
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12 eine
erläuternde
Ansicht ist, die die Eigenschaften der Kennfelddaten einer Verzögerungszeit τ zeigt, die
im Flußdiagramm
der 10 verwendet werden;
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13 ein
Zeitablaufdiagramm ist, das die Berechnung des Koeffizienten KEGRN
im Flußdiagramm
der 10 zeigt;
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14 ein
Flußdiagramm ähnlich der 10 ist, das jedoch eine
fünfte
Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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15 ein
Flußdiagramm ähnlich der 10 ist, das jedoch eine
sechste Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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16 ein
Flußdiagramm
ist, das die Ermittlung des Zündzeitpunkts
gemäß einer
siebten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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17 eine
erläuternde
Ansicht ist, die die Beziehung zwischen den Kennfelddaten in bezug
auf das Flußdiagramm
der 16 zeigt; und
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18 ein
Zeitablaufdiagramm ist, das eine Verzögerung des Ist-Ventilhubes
zu einem Befehlswert und eine weitere Verzögerung, bis das Abgas in die
Brennkammer der Maschine eintritt, zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
die Gesamtanordnung des EGR-Raten-Schätzsystems für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß der Erfindung.
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In der Figur ist die Maschine eine
Vierzylindermaschine, wobei eine Hauptmaschineneinheit 1 der
Maschine mit einem Lufteinlaßrohr 2 versehen ist,
das an einer geeigneten Stelle eine Drosselklappe 3 aufweist.
Die Drosselklappe 3 ist mit einem Drosselklappenpositionssensor 4 verbunden
(in der Figur mit "ΔTH"
gezeigt), der ein Ausgangssignal erzeugt, das die Position (Öffnungsgrad)
der Drosselklappe 3 anzeigt und diese zu einer elektronischer Steuereinheit 5 (im
folgenden mit "ECU" bezeichnet) sendet.
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Die ECU 5 umfaßt einen
Mikrocomputer, der eine Eingangsschaltung 5a, eine Zentraleinheit 5b, einen
Speicher 5c und eine Ausgangsschaltung 5d umfaßt. Die
Eingangsschaltung 5a empfängt das Ausgangssignal vom
Drosselklappenpositionssensor 4 und andere Ausgangssignale
von einigen ähnlichen
Sensoren, die später
erläutert
werden, formt die Ausgangssignale um und konvertiert die Spannungspegel
der Ausgangssignale in vorgegebene Pegel und konvertiert bei Bedarf
einen Digitalwert in einen Analogwert. Die Zentraleinheit (CPU) 5b führt verschiedene
Berechnungen für
die EGR-Raten-Schätzung, die
Kraftstoffdosierungsregelung und bestimmte ähnliche Operationen, wie später erläutert wird, entsprechend
den im Speicher 5c gespeicherten Programmen aus. Die CPU 5b ermittelt
ferner Stellgrößen für entsprechende
Vorrichtungen und gibt diese über
die Ausgangsschaltung 5d aus.
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Jeder Zylinder weist ein Kraftstoffeinspritzventil 6 zum
Einspritzen von Kraftstoff in die (nicht gezeigte) Brennkammer auf,
das in der Nähe
einer Einlaßöffnung (nicht
gezeigt) der Brennkammer angeordnet ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 6 ist
mit einer (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe verbunden, um mit Kraftstoff
versorgt zu werden, und ist andererseits mit der ECU 5 elektrisch
verbunden, um dessen Öffnungsperiode
zu regeln, wodurch die Kraftstuffeinspritzmenge definiert wird.
Das Einlaßrohr 2 ist
mit einem Krümmerabsolutdrucksensor 7 (mit
"PBA" bezeichnet) stromabseitig der Drosselklappe, der ein Ausgangssignal
erzeugt, das den Krümmerabsolutdruck
PBA anzeigt, und mit einem Einlaßlufttemperatursensor (mit
"TA" bezeichnet) weiter stromabseitig des Krümmerabsolutdrucksensors 7 versehen,
der einen Ausgangssignal erzeugt, das die Einlaßlufttemperatur TA anzeigt.
Diese Ausgangssignale werden an die ECU 5 ausgegeben.
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Außerdem ist die Hauptmaschineneinheit 1 mit
einem Maschinenkühlmitteltemperatursensor 9 (mit
"TW" bezeichnet) versehen, der ein Ausgangssignal, das die Kühlwassertemperatur
TW anzeigt, erzeugt und zur ECU 5 sendet. Außerdem ist
die Hauptmaschineneinheit 1 an ihrer Kurbelwelle oder Nockenwelle
(die beide nicht gezeigt sind) mit einem Kurbelwellensensor 10 (mit
"CRK" bezeichnet) versehen, der ein Ausgangssignal an jeweils vorgegebenen
Kurbelwinkelpositionen erzeugt, einschließlich eines oberen Totpunkts
des Kolbens (TDC), und mit einem Referenzzylinderpositionssensor 1 (mit
"CYL" bezeichnet), der ein Ausgangssignal erzeugt, das eine vorgegebene
Kurbelwinkelposition CYL eines ausgewählten Zylinders unter den vier
Zylindern anzeigt. Die Ausgangssignale dieser Sensoren werden ebenfalls
zur ECU gesendet, wobei das Ausgangssignal CRK von einem (nicht
gezeigten) Zähler
gezählt wird,
um die Maschinendrehzahl NE zu erfassen.
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Die Hauptmaschineneinheit 1 weist
ein Abgasrohr 13 auf, wobei ein Katalysator 14 an
einer geeigneten Stelle desselben vorgesehen ist, um HC- und CO-Emissionen
und NOx-Emissionen oder alle drei dieser Abgasverunreinigungen zu
verringern. Im Abgasrohr 13 ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 15 (mit
"LAF" bezeichnet) stromaufseitig des Katalysators 14 installiert
und erzeugt ein Ausgangssignal, das die Sauerstoffkonzentration
im Abgas anzeigt. Das Ausgangssignal wird an die ECU 5 weitergeleitet und
in eine (nicht gezeigte) Schaltung eingegeben, wo sie einer geeigneten
Linearisierungsverarbeitung unterworfen wird, um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten,
das sich linear mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen
weiten Bereich, der sich von der mageren Richtung zur fetten Richtung
erstreckt, verändert.
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Ferner ist ein Atmosphärendrucksensor 16 (mit
"PA" bezeichnet) in der Nähe
der Hauptmaschineneinheit 1 installiert und erzeugt ein
Ausgangssignal, das den Atmosphärendruck
PA an dem Ort anzeigt, an dem sich die Maschine befindet. Ein dritter Temperatursensor 17 (mit
"TC" bezeichnet) ist am Boden des Einlaßrohrs 2 in der Nähe der Einlaßöffnung vorgesehen
und erzeugt ein Ausgangssignal, das die Einlaßrohrbodentemperatur TC anzeigt.
Diese Sensorausgangssignale werden zur ECU 5 gesendet.
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Hier ist die Maschine mit einem EGR-System 25 ausgerüstet. Dieses
wird als nächstes
erläutert.
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Das EGR-System 25 weist
einen EGR-Durchlaß 18 auf,
der sich vom Abgasrohr 13 zum Einlaßrohr 2 erstreckt
und damit an einer Position 18a verbunden ist. Hierbei
wird angenommen, daß der
Abstand zwischen der Positin 18a und der Brennkammer relativ
kurz ist, so daß es
nicht erforderlich ist, die Transportverzögerung des zurückgeführten Abgases
zu berücksichtigen.
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Ein vakuumbetätigtes EGR-Regelventil 19 ist
im Durchlaß 18 an
einer geeigneten Stelle desselben vorgesehen. Das EGR-Regelventil 19 umfaßt im wesentlichen
ein Ventilelement 19a zum Öffnen/Schließen des
Durchlasses 18, eine Membran 19b, die mit dem
Ventilelement 19a verbunden ist, und eine Feder 19c,
die die Membran 19b und das Ventilelement 19a in
Schließrichtung
(in der Figur nach unten) drückt.
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Die Membran 19 teilt das
Innere des Ventils 19 in zwei Kammern 19d und 19e.
Die Kammer 19d ist mit dem Einlaßrohr 2 über einen
Kanal 20 verbunden und empfängt hiervon den Unterdruck.
Der Kanal 20 weist ein Solenoidventil 22 des normal
geschlossenen Typs auf, das den in die Kammer 19d zu leitenden
Unterdruck regelt. Der Kanal 20 weist einen zweiten Kanal 23 auf,
der stromabseitig des Solenoids 22 abzweigt und sich in
die umgebende Atmosphäre öffnet, so
daß Luft über eine
am zweiten Kanal 23 vorgesehene Öffnung zum Kanal 20 und
anschließend
in die Kammer 19d geleitet wird. Die andere Kammer 19e im
Ventil 19 ist zur Umgebungsatmosphäre hin offen. Wenn somit der
vom Solenoidventil 22 geregelte Unterdruck an die Kammer 19d angelegt
wird, wird das Ventilelement 19a in Öffnungsrichtung (in der Figur
nach oben) angehoben und es wird Abgas mit einer dem Ventilhubmaß entsprechenden Menge
in das Einlaßrohr 2 geleitet.
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Hierbei ist zu beachten, daß die Öffnungsfläche des
EGR-Regelventils 19 in bezug auf das Ventilhubmaß ermittelt
wird, da das Hubmaß im
EGR-Regelventil,
das hier verwendet wird, proportional zu dessen Öffnungsfläche ist. Wenn dementsprechend ein
anderes Ventil, wie z. B. ein lineares Solenoid verwendet wird,
wird ein weiterer Parameter verwendet, um die Öffnurgsfläche zu ermitteln.
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Das Solenoidventil 22 ist
mit der ECU 5 elektrisch verbunden und empfängt einen
Befehlswert, der dem Hubmaß (Öffnung)
des EGR-Regelventils 19 entspricht. Ein Sensor 24 ist
am EGR-Regelventil 19 installiert und erzeugt ein Ausgangssignal,
das das Hubmaß des
Ventilelements 19a anzeigt, d. h. das Ist-Ventilhubmaß, und dieses
zur ECU 5 sendet.
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Auf der Grundlage der erfaßten Parameter ermittelt
die CPU 5b in der ECU 5 eine Kraftstoffeinspritzmenge
in bezug auf die Öffnungsperiode
des Einspritzventils 6 und den Zündzeitpunkt für das (nicht
gezeigte) Zündsystem.
Die CPU 5b schätzt
ferner die Abgasrückführungsrate,
und korrigiert auf der Grundlage der geschätzten EGR-Rate die Kraftstoffeinspritzmenge,
die der Maschine zuzuführen
ist, und ermittelt den Zündzeitpunkt,
der der Maschine zuzuführen
ist, in einer später
erläuterten
Weise.
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2 ist
ein Flußdiagramm,
das die Operation des EGR-Raten-Schätzsystems
gemäß der Erfindung
zeigt.
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Bevor mit der Erläuterung des Flußdiagramms
begonnen wird, wird jedoch kurz die EGR-Raten-Schätzung gemäß der Erfindung
beschrieben.
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Wenn das EGR-Regelventil 19 allein
betrachtet wird, wird die Menge oder Strömungsrate des hindurchströmenden Abgases
von seiner Öffnungsfläche (dem
obenerwähnten
Hubmaß)
und dem Verhältnis
zwischen dem stromaufseitigen Druck und dem stromabseitigen Druck
am Ventil bestimmt. Mit anderen Worten, die Menge oder Strömungsrate
der Maße
des Abgases, das durch das Ventil strömt, wird von den Strömungsrateneigenschaften
des Ventils, d. h. von der Ventilgestaltungsspezifikation bestimmt.
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Wenn somit das EGR-Regelventil 19 in
der Maschine betrachtet wird, wird es möglich, die Abgasrückführungsrate
bis zu einem großen
Grad durch Erfassen des Maßes
des EGR-Regelventilhubes und des Verhältnisses zwischen dem Krümmerabsolutdruck
PBA (Unterdruck) im Einlaßrohr 2 und
dem atmosphärischen
Druck PA, der durch den Kanal 23 ausgeübt wird, zu schätzen. (Obwohl
in der Praxis die Abgasströmungsrateneigenschaften
sich leicht mit dem Abgaskrümmerdruck
und der Abgastemperatur ändern,
kann die Änderung
durch das Verhältnis
zwischen den Gasströmungsraten
absorbiert werden, wie später
erläutert
wird.) Die Erfindung beruht auf diesem Konzept und schätzt die
EGR-Rate auf der Grundlage der Strömungsrateneigenschaften des
Ventils.
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Die EGR-Rate wird in zwei Arten von
Raten klassifiziert, nämlich
einer in einem stationären
Zustand und der anderen in einem Übergangszustand. Hierbei ist
der stationäre
Zustand eine Bedingung, bei der die EGR-Operation stabil ist, während der Übergangszustand
eine Bedingung ist, bei der die EGR-Operation gestartet oder beendet
wird, so daß die
EGR-Operation instabil
ist.
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Die Erfinder nehmen an, daß die EGR-Rate in
einem stationären
Zustand ein Wert ist, bei dem das Ist-Ventilhubmaß gleich
dem Befehlswert für
das Ventilhubmaß ist.
Andererseits ist der Übergangszustand
ein Zustand, in welchem das Ist-Ventilhubmaß nicht gleich dem Befehlswert
ist, so daß die
EGR-Rate von der EGR-Rate in einem stationären Zustand (im folgenden als
"Stationärzustand-EGR-Rate"
bezeichnet) um die Abgasströmungsrate
abweicht, die der Diskrepanz zwischen dem Ist-Maß und dem Befehlswert entspricht,
wie in 3 gezeigt ist.
(In der Figur ist der stromaufseitige Druck durch den atmosphärischen
Druck PA gezeigt, während
der stromabseitige Druck durch den Krümmerabsolutdruck PBA gezeigt
ist)
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Dies wird wie folgt zusammengefaßt:
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In einem stationären Zustand gilt
Befehlswert
= Ist-Ventilhubmaß,
wobei
dem Ist-Ventilhubmaß entsprechende
Gasströmungsrate/dem
Befehlswert entsprechende Gasströmungsrate
= 1,0
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Bei einem Übergang gilt
Befehlswert ≠ Ist-Ventilhubmaß, wobei
dem
Ist-Ventilhubmaß entsprechende
Gasströmungsrate/dem
Befehlswert entsprechende Gasströmungsrate ≠ 1,0
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Als Erlebnis kann gefolgert werden,
daß:
Netto-EGR-Rate
= (Stationärzustand-EGR-Rate) × (Verhältnis zwischen
den Gasströmungsraten)
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Durch Ermitteln der Stationärzustand-EGR-Rate
zu einem gewünschten
Wert bezüglich
der Maschinenbetriebsbedingungen, die wenigstens die Maschinendrehzahl
und die Maschinenlast umfassen, wird es möglich, die Abgasrückführungsrate
zu schätzen,
indem die Stationärzustand-EGR-Rate
mit dem Verhältnis
zwischen den Gasströmungsraten
multipliziert wird, die dem Ist-Ventilhubmaß und dem Befehlswert entsprechen.
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Genauer wird angenommen, daß:
Netto-EGR-Rate
= (Stationärzustand-EGR-Rate) × {(Gasströmungsrate
QACT, die durch das Ist-Ventilhubmaß und das Verhältnis zwischen
stromaufseitigem Druck und stromabseitigem Druck des Ventils bestimmt
wird)/(Gasströmungsrate
QCMD, die durch den Befehlswert und das Verhältnis zwischen stromaufseitigem
Druck und stromabseitigem Druck des Ventils bestimmt wird)}
-
In der Beschreibung wird die Stationärzustand-EGR-Rate
berechnet, indem ein Korrekturkoeffizient in einem stationären Zustand
ermittelt wird und dieser von 1,0 subtrahiert wird. Das heißt, bei Bezeichnung
des Korrekturkoeffienten in einem stationären Zustand mit KEGRMAP kann
die Stationärzustand-EGR-Rate
wie folgt berechnet werden.
-
EGR-Rate im stationären Zustand
= (1 – KEGRMAP)
-
Die Stationärzustand-EGR-Rate und der Korrekturkoeffizient
im stationären
Zustand werden manchmal als "Basis-EGR-Rate" und "Basiskorrekturkoeffizient"
bezeichnet. Wie vorher erwähnt
worden ist, wird zur Unterscheidung der EGR-Rate in einem stationären Zustand
die EGR-Rate manchmal als "Netto-EGR-Rate" bezeichnet. Der Korrekturkoeffizient
in einem stationären
Zustand KEGRMAP wurde im voraus mittels Experimenten in bezug auf
die Maschinendrehzahl NE und den Krümmerabsolutdruck PBA bestimmt
und in Form von Kennfelddaten vorbereitet, wie in 4 gezeigt ist, so daß der Wert auf der Grundlage
der Parameter wiedergewonnen werden kann.
-
Im folgenden wird erneut die EGR
(Abgasrückführungsrate)
erläutert.
-
Die EGR-Rate wird auf verschiedene
Weise in Referenzen verwendet, z. B.:
- 1) Masse des zurückgeführten Abgases/Masse
der Einlaßluft
und des Kraftstoffes;
- 2) Volumen des zurückgeführten Abgases/Volumen der
Einlaßluft
und des Kraftstoffes;
- 3) Masse des zurückgeführten Abgases/Masse
der Einlaßluft
und des zurückgeführten Abgases.
-
Die EGR-Rate wird in der Beschreibung hauptsächlich unter
der Definition von 3) verwendet. Genauer wird die Stationärzustand-EGR-Rate
erhalten durch (1 – Koeffizient
KEGRMAP). Der Koeffizient KEGRMAP wird spezifisch ermitte t als
ein Wert, der anzeigt:
Kraftstoffeinspritzmenge unter EGR-Operation/Kraftstoffeinspritzmenge
ohne EGR-Operation
-
Genauer wird die Abgasrückführungsrate
ermittelt, indem die Basis-EGR-Rate
(die Stationärzustand-EGR-Rate)
mit dem Verhältnis
zwischen den Gasströmungsraten
multipliziert wird, wie unmittelbar vorher erwähnt worden ist. Da, wie aus
der Beschreibung deutlich wird, die EGR-Rate als ein relativer Wert
bezüglich
der Basis-EGR-Rate ermittelt wird, wird das EGR-Raten-Schätzsystem gemäß der Erfindung
auf eine beliebige EGR-Rate angewendet, die in 1) bis 3) definiert
ist, wenn die Basis-EGR-Rate auf die gleiche Weise ermittelt wird.
-
Im folgenden wird die Operation des
Systems mit Bezug auf das Flußdiagramm
der 2 erläutert. Das
Programm wird einmal pro vorgegebenem Intervall von z. B. 10 ms
aktiviert.
-
Das Programm beginnt bei Schritt S10,
in welchem die Maschinendrehzahl NE, der Krümmerabsolutdruck PBA, der atmosphärische Druck
PA und das Ist-Ventilhubmaß (das
Ausgangssignal des Sensors 24) LACT eingelesen werden,
und rückt
zum Schritt S12 vor, in welchem der Befehlswert für das Ventilhubmaß LCMD aus
Kennfelddaten unter Verwendung der Maschinendrehzahl NE und des
Krümmerabsolutdrucks
PBA als Adreßdaten
wiedergewonnen wird. Ähnlich
dem obenerwähnten
Korrekturkoeffizienten werden die Kennfelddaten für den Befehlswert
LCMD mit Bezug auf die gleichen Parameter wie in 5 gezeigt vorgegeben. Das Programm geht
anschließend
zum Schritt S14 über,
in welchem der Basis-EGR-Raten-Korrekturkoeffizient KEGRAMP aus
den Kennfelddaten wenigstens unter Verwendung der Maschinendrehzahl
NE und des Krümmerabsolutdrucks
wiedergewonnen wird, wie in 4 gezeigt
ist.
-
Das Programm rückt anschließend zum Schritt S16 vor,
wo bestätigt
wird, daß das
Ist-Ventilhubmaß LACT
ungleich 0 ist, d. h. es wird bestätigt, daß das EGR-Regelventil 19 geöffnet ist,
und zum Schritt S18, in welchem der wiedergewonnene Befehlswert
LCMD mit einer vorgegebenen Untergrenze LCMDLL (ein kleinster Wert)
verglichen wird, um zu ermitteln, ob der wiedergewonnene Befehlswert kleiner
als die Untergrenze ist. Wenn Schritt S18 feststellt, daß der wiedergewonnene
Befehlswert nicht kleiner als die Untergrenze ist, rückt das
Programm zum Schritt S20 vor, in welchem das Verhältnis PBA/PA
zwischen dem Krümmerabsolutdruck
PBA und dem atmosphärischen
Druck PA berechnet wird und unter Verwendung des berechneten Verhältnisses
und des wiedergewonnenen Befehlswertes LCMD die hierzu entsprechende
Gasströmungsrate QCMD
aus Kennfelddaten wiedergewonnen wird, die im voraus auf der Grundlage
der in 3 gezeigten Eigenschaften
erstellt worden sind. Die Gasströmungsrate
ist diejenige, die in der Gleichung als "Gasströmungsrate QCMD, die durch den
Befehlswert und das Verhältnis
zwischen dem stromaufseitigen Druck und dem stromabseitigen Druck
des Ventils bestimmt wird" bezeichnet ist.
-
Das Programm rückt anschließend zum Schritt S22 vor,
in welchem die Gasströmungsrate QACT
aus (nicht gezeigten) Kennfelddaten wiedergewonnen wird, die in ähnlicher
Weise im voraus auf der Grundlage der in 3 gezeigten Eigenschaften erstellt worden
sind. Dies entspricht dem Ausdruck in der Gleichung "Gasströmungsrate
QACT, die durch das Ist-Ventilhubmaß und das
Verhältnis
zwischen stromaufseitigem und stromabseitigem Druck des Ventils
bestimmt wird". Das Programm rückt
anschließend
zum Schritt S24 vor, in welchem der wiedergewonnene EGR-Raten-Korrekturkoeffizient
KEGRMAP von 1,0 subtrahiert wird, wobei die hieraus resultierende
Differenz als Stationärzustand-EGR-Rate
(Basis-EGR-Rate) betrachtet wird.
-
Das Programm geht anschließend zum Schritt S26 über, in
welchem die Netto-Abgasrückführungsrate
berechnet wird, indem die Stationärzustand-EGR-Rate mit dem Verhältnis QACT/QCMD multipliziert
wird, und zum Schritt S28, in welchem ein Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient
KEGRN berechnet wird.
-
6 ist
ein Flußdiagramm,
daß die
Unterroutine zum Berechnen des Koeffizienten KEGRN zeigt.
-
Im Schritt S100 im Flußdiagramm
wird die Netto-EGR-Rate von 1,0 subtrahiert, wobei die hieraus resultierende
Differenz als der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient KEGRN
betrachtet wird. In der Kraftstoffdosierung oder Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung
wird eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim zuerst wenigstens auf
der Grundlage der Maschinendrehzahl NE und der Maschinenlast, wie
z. B. des Krümmerabsolutdrucks
PBA, ermittelt, woraufhin der Koeffizient KEGRN mit der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge
Tim multipliziert wird, um eine endgültige Kraftstoffeinspritzmenge
Tout zu ermitteln, die der Maschine zugeführt werden soll. Da jedoch
das Korrekturverfahren selbst in der Technik bekannt ist, wird es
hier nicht weiter erläutert.
-
Wenn, wie im Flußdiagramm der 2 gezeigt ist, im Schritt S16 festgestellt
wird, daß das Ist-Ventilhubmaß LACT gleich
0 ist, wird das Programm unmittelbar beendet, da dies bedeutet,
daß die
EGR-Operation nicht ausgeführt
wird. Wenn im Schritt S18 festgestellt wird, daß der Befehlswert
für das
Ventilhubmaß LCMD
kleiner als die Untergrenze LCMDLL ist, rückt das Programm zum Schritt S30 vor,
in welchem der Befehlswert LCMDn-1 vom letzten Regelzyklus n – 1 (die
Periode bei der letzten Programmschleife) erneut im aktuellen Regelzyklus
verwendet wird. (Der Kürze
der Darstellung halber ist der Zusatz des Index "n" zu den Werten
im aktuellen Steuerzyklus weggelassen.)
-
Dies liegt daran, daß dann,
wenn der Befehlswert für
das Ventilhubmaß LCMD
gleich 0 gemacht wird, um die EGR-Operation zu beenden, das Ist-Ventilhubmaß LACT aufgrund
der Verzögerung der
Ventilantwort nicht sofort gleich 0 wird. Wenn somit der Befehlswert
LCMD kleiner als die Untergrenze ist, wird der vorangehende Wert
LCMDn-1 gehalten, bis Schritt S16 feststellt, daß das Ist-Ventilhubmaß LACT gleich
0 geworden ist.
-
Wenn außerdem der Befehlswert LCMD
kleiner als die Untergrenze LCMDLL ist, kann der Befehlswert zeitweise
gleich 0 sein. Wenn dies eintritt, wird die Gasströmungsrate
QCMD, die im Schritt S20 wiedergewonnen worden ist, gleich
0, wobei als Ergebnis bei der Berechnung im Schritt S26 eine
Division durch 0 auftreten würde,
was die Berechnung unmöglich
macht. Da jedoch der vorangehende Wert im Schritt S30 gehalten
wird, kann die Berechnung im Schritt S26 erfolgreich ausgeführt werden.
-
Das Programm rückt anschließend zum Schritt S32 vor,
in welchem der Basiskorrekturkoeffizient KEGRMAPn-1, der im letzten
Regelzyklus wiedergewonnen worden ist, erneut im aktuellen Regelzyklus
verwendet wird. Dies liegt daran, daß bei solchen Maschinenbetriebsbedingungen,
bei denen der im Schritt S12 wiedergewonnene Befehlswert
LCMD als kleiner beurteilt wird als die Untergrenze LCMDLL im Schritt S18,
der im Schritt S14 wiedergewonnene EGR-Raten-Korrekturkoeffizient
KEGRMAP auf der Grundlage der Eigenschaften der Kennfelddaten gleich
1,0 ist. Als Ergebnis besteht die Möglichkeit, daß die stationäre EGR-Rate
im Schritt S24 zu 0 ermittelt wird. Das Halten des letzten
Wertes im Schritt S32 zielt darauf, dies zu vermeiden.
-
Da die Schätzung der EGR-Rate, genauer der
Netto-EGR-Rate, auf der Annahme beruht, daß die Abweichung zwischen der Übergangs-EGR-Rate und
der stationären
EGR-Rate durch das Verhältnis der
Gasströmungsraten
beschrieben werden kann, ist das System in dieser Ausführungsform,
das weniger kompliziert ist als dasjenige, das in der früheren Veröffentlichung
(5-118.239) offenbart ist, fähig,
das Verhalten des Abgases korrekter zu beschreiben. Wenn ferner
das System mit einem weiteren verglichen wird, das in dieser frühren Anmeldung (5-296.049)
offenbart ist, ist das System in dieser Ausführungsform fähig, die
Netto-EGR-Rate genauer zu schätzen,
da das Verhalten des Abgases auf der Grundlage der Strömungsrateneigenschaften
des EGR-Regelventils ausgedrückt
wird.
-
Da außerdem diese Ausführungsform
das Konzept des Verhältnisses
zwischen Gasströmungsraten
nutzt, kann es erfolgreich den Einfluß des Abgaskrümmerdrucks
und der Abgastemperatur berücksichtigen.
Dies trägt
ebenfalls dazu bei, die Schätzgenauigkeit
zu verbessern. Wenn ferner der Befehlswert für das Ventilhubmaß gleich
0 gemacht wird, um die EGR-Operation
zu beenden, wird der letzte Befehlswert weiterverwendet, bis das
Ist-Ventilhubmaß gleich
0 wird, wodurch es möglich
wird, die Verzögerung
der Ventilantwort auszugleichen und die EGR-Rate in geeigneter Weise
zu schätzen. Gleichzeitig
kann verhindert werden, daß die
Berechnung aufgrund einer Division durch 0 und dergleichen fehlschlägt.
-
Da ferner bei der Kraftstoffdosierung
oder der Luft/Kraftstoff Verhältnisregelung
der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient KEGRN auf der Grundlage
der Netto-EGR-Rate ermittelt wird, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit
einer hohen Genauigkeit auf einen Sollwert geregelt werden, wobei
das Auftreten einer mageren oder einer fetten Spitze verhindert
werden kann.
-
Es ist zu beachten, daß, obwohl
die Untergrenze LCMDLL auf einen kleinsten Wert gesetzt ist, es
alternativ möglich
ist, diese auf 0 zu setzen.
-
Es ist ferner zu beachten, daß, obwohl
die Werte LCMDn-1 und KEGRMAPn-1 des letzten Steuerzyklus gehalten
werden, es alternativ möglich
ist, Werte zu verwenden, die zwei oder mehr Regelzyklen früher erhalten
wurden.
-
7 ist
ein Flußdiagramm,
das eine zweite Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
-
Die zureite Ausführungsform verwendet die Transportverzögerungskompensation
des zurückgeführten Abgases,
die von der früheren
Veröffentlichung
(5-118.239) gelehrt wird. Während
die Transportverzögerung
des zurückgeführten Abgases
in der ersten Ausführungsform
nicht berücksichtigt
wird, kompensiert die zweite Ausführungsform die Transportverzögerung.
Für diesen
spezifischen Zweck wird der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient KEGRN
in einer Weise berechnet, die verschieden ist von derjenigen in
der ersten Ausführungsform.
-
Die zweite Ausführungsform wird mit Bezug auf 7 erläutert, wobei das Programm im
Schritt S200 beginnt, in welchem die Netto-EGR-Rate (in S26 in 2 erhalten) mit der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge
Tim multipliziert wird, die anhand der Maschinendrehzahl und des
Krümmerabsolutdrucks ermittelt
worden ist, um eine benötigte
Abgasmenge gt(n) (n: aktueller Regelzyklus) zu erhalten. Die benötigte Menge
gt(n) des Abgases bezeichnet die Abgasmenge, von der angenommen
wird, daß sie
offenbar oder virtuell durch das EGR-Regelventil 19 strömt.
-
Das Programm rückt anschließend zu
Schritt S202 vor, in welchem die Gesamtmenge des zurückgeführten Abgases
gin(n), von der angenommen wird, daß sie während des Regelzyklus oder
der Periode n wirklich in die
Brennkammer eintritt, entsprechend der gezeigten Gleichung berechnet
wird. Im folgenden werden die anderen in der Gleichung verwendeten
Ausdrücke
erläutert.
-
EA: Direktverhältnis (das Verhältnis eines Bruchteils,
bezüglich
des durch das EGR-Regelventil während
des Regelzyklus n strömenden Abgases, des
Abgases, das während
des Regelzyklus n in die Brennkammer eintritt); EB: Abführungsverhältnis (das
Verhältnis
eines Bruchteils, bezüglich
des Abgases gc(n – m),
das durch das Ventil bei einer Periode m Zyklen
vorher (m ≥ 1)
geströmt
ist, jedoch in dem Raum vor der Brennkammer verharrte, des Abgases, das
während
des Regelzyklus n in die Brennkammer eintritt).
-
Das heißt, durch Multiplizieren von
gt(n) mit EA, um die durch das EGR-Regelventil 19 strömende und
während
des Regelzyklus n in die Brennkammer eintretende
Abgasmenge zu ermitteln, und durch Multiplizieren von gc(n – m) mit
EB, um die verbleibende und während
des Regelzyklus n in die Brennkammer
eintretende Abgasmenge zu ermitteln, und ferner durch Addieren der
Produkte kann eine Schätzung
der Gesamtmenge gin(n) des Abgases, das während des Regelzyklus n in die Brennkammer eintritt,
erhalten werden.
-
Das Programm rückt anschließend zu
Schritt S204 vor, in welchem die Menge gin(n) durch die
Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim(n) des gleichen Zyklus dividiert
wird, wobei durch Subtrahieren des Quotienten von 1,0 der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient
KEGRN berechnet wird, und zu Schritt S206, in welchem die
Abgasmenge gc(n) für
die Berechnung im nächsten
Regelzyklus aktualisiert wird, so daß im nächsten Regelzyklus (n + 1)
die Menge gc(n) umgeschrieben wird als gc(n – 1) im Schritt S202 und
die Menge gin(n) berechnet wird. Da die Transportverzögerungskompensation
in der obenerwähnten
frühren
Veröffentlichung
(5-118.239) genauer beschrieben worden ist, wird hier keine weitere
Erläuterung
gegeben.
-
In der zweiten Ausführungsform
wird es mit der so beschriebenen Anordnung möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge
in geeigneter Weise zu korrigieren, selbst wenn eine Transportverzögerung des
zurückgeführten Abgases
auftritt.
-
Es ist zu beachten, daß die Transportverzögerung statt
dessen einfach als eine Verzögerung erster
Ordnung angenommen werden kann.
-
Ferner ist zu beachten, daß irgendein
Parameter bezüglich
der Transportverzögerung
durch die Netto-EGR-Rate korrigiert werden kann.
-
8 ist
ein Abschnitt des Flußdiagramms der 2, zeigt jedoch eine dritte
Ausführungsform der
Erfindung.
-
Wenn in der dritten Ausführungsform
im Schritt S16 bestätigt
wird, daß das
Ist-Ventilhubmaß LACT
ungleich 0 ist, rückt
das Programm zum Schritt S160 vor, in welchem die Gasströmungsrate
QCMD wiedergewonnen wird, und zum Schritt S162, in welchem
die Gasströmungsrate
QCMD mit einer Untergrenze QCMDLL (einem kleinsten Wert) verglichen wird.
Wenn im Schritt S162 festgestellt wird, daß der Befehlswert
kleiner als die Untergrenze ist, rückt das Programm zum Schritt S300 vor,
in welchem der letzte Befehlswert QCMDn-1 gehalten wird. Der Rest
der dritten Ausführungsform
sowie die Vorteile derselben sind die gleichen wie bei der ersten
Ausführungsform.
-
9 ist
ein Flußdiagramm ähnlich der 2, zeigt jedoch eine vierte
Ausfünrungsform
der Erfindung.
-
Wie vorher erwähnt worden ist, hinkt der Ist-Ventilhub
dem Befehl für
den Ventilhub nach, weshalb eine zusätzliche Verzögerung für das durch
das Ventil strömende
Abgas bis zum Eintritt in die Brennkammer existiert.
-
Unter weiterer Beobachtung des Verhaltens des
Abgases haben die Erfinder festgestellt, daß es einfacher ist, das Verhalten
des Abgases zu beschreiben, wenn angenommen wird, daß das durch das
Ventil strömende
Abgas für
eine Weile in dem Raum (Kammer) vor der Brennkammer verharrt und nach
einer Pause, d. h. der Verzögerungszeit,
zu einem bestimmten Zeitpunkt in die Brennkammer eintritt. In der
vierten Ausführungsform
wird daher die Netto-EGR-Rate
fortlaufend geschätzt
und jedes Mal dann im Speicher 5c gespeichert, wenn das
Programm aktiviert wird. Unter den gespeicherten Netto-EGR-Raten wird eine
ausgewählt,
die entsprechend der Verzögerungszeit
zu einem früheren
Regelzyklus geschätzt
worden ist, und wird als die wahre Netto-EGR-Rate betrachtet.
-
Die vierte Ausführungsform wird im folgenden
mit Bezug auf das Flußdiagramm
der 9 erläutert. Das
Programm der 4 wird
bei jeder TDC-Position
aktiviert.
-
Das Flußdiagramm der 9 ist nahezu das gleiche wie dasjenige
in 2 in der ersten Ausführungsform.
Das Programm beginnt bei Schritt S400 und rückt zu Schritt S418 in
einer Weise ähnlich
dem Flußdiagramm
der 2 vor, wobei der
Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient KEGRN berechnet wird.
-
10 ist
ein Flußdiagramm,
das die Unterroutine für
die Koeffizientenberechnung zeigt.
-
In der Figur beginnt das Programm
bei Schritt S500, in welchem der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient
KEGRN in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform
berechnet wird. Das Programm rückt
anschließend
zum Schritt S502 vor, in welchem der berechnete Koeffizient
KEGRN in einem im obenerwähnten
Speicher 5c vorbereiteten Ringpuffer gespeichert wird. 11 zeigt die Konfiguration des Ringpuffers.
Wie gezeigt ist, weist der Ringpuffer n Adressen
auf, die mit 1 bis n numeriert und
identifiziert sind.
-
Jedes Mal, wenn die Programme der
Flußdiagramme
der 9 und 10 bei den jeweiligen TDC-Positionen
aktiviert werden und der Kraftstoffeinspritzkorrekturkoeffizient
KEGRN berechnet wird, wird der berechnete Koeffizient KEGRN ausgehend von
oben fortlaufend im Ringpuffer gespeichert.
-
Im Flußdiagramm der 10 rückt
das Programm anschließend
zum Schritt S504 vor, in welchem die Verzögerungszeit τ aus Kennfelddaten
unter Verwendung der Maschinendrehzahl NE und der Maschinenlast,
wie z. B. des Krümmerabsolutdrucks PBA,
als Adreßdaten
wiedergewonnen wird. 12 zeigt
die Eigenschaften der Kennfelddaten. Das heißt, die Verzögerungszeit τ zeigt eine
Totzeit an, während
der das durch das Ventil strömende
Gas in dem Raum vor der Brennkammer verharrt. Da die Totzeit sich
mit den Maschinenbetriebsbedingungen, die die Maschinendrehzahl
und die Maschinenlast umfassen, verändert, wird die Verzögerungszeit
so gesetzt, daß sie
sich mit den Parametern ändert.
Hier wird die Verzögerungszeit τ als Ringpuffernummer gesetzt.
-
Das Programm geht anschließend zu
Schritt S506 über,
in welchem einer der gespeicherten Kraftstoffeinspritzungskorrekturkeoffizienten
KEGRN entsprechend der wiedergewonnenen Verzögerungszeit t (Ringpuffernummer)
ausgelesen wird und im aktuellen Regelzyklus als Korrekturkoeffizient
KEGRN bestimmt wird. Um dies mit Bezug auf 13 zu erläutern, wird dann, wenn der
aktuelle Regelzyklus (oder die Periode) gleich A ist, der 12 Zyklen
früher
berechnete Koeffizient z. B. als der im aktuellen Regelzyklus zu
verwendende Koeffizient ausgewählt.
Die Kraftstoffeinspritzungskorrektur wird ausgeführt, indem die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge
Tim mit dem so ausgewählten
Koeffizienten KEGRN multipliziert wird, wie vorher erläutert worden
ist.
-
Wenn wie in 9 gezeigt der Schritt S406 feststellt,
daß das
Ist-Ventilhubmaß LACT
gleich 0 ist, rückt
das Programm zu Schritt S420 vor, in welchem das Verhältnis gleich
0 gemacht wird, und zum Schritt S414 usw., in welchen die
Netto-EGR-Rate zu 0 berechnet wird und der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient
KEGRN mit 1,0 berechnet wird. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform
muß dann, wenn
der Wert LACT mit 0 festgestellt wird, so daß keine EGR-Operation ausgeführt wird,
da der Korrekturko effizient KEGRN zu diesem Zeitpunkt ein Kandidat
bei der Auswahl in späteren
Regelzyklen ist, dieser berechnet werden. Der Rest des Flußdiagramms ist
der gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
-
Da in der vierten Ausführungsform
die Netto-EGR-Rate fortlaufend auf der Grundlage der Maschinendrehzahl
und des Krümmerabsolutdrucks
geschätzt
wird, wird auf der Grundlage hiervon der Koeffizient fortlaufend
berechnet und bei jedem Regelzyklus gespeichert. Die Verzögerungszeit,
während der
das Abgas durch das Ventil strömt,
jedoch vor der Brennkammer verharrt, wird anhand derselben Parameter
und einem der gespeicherten Koeffizienten, der zu einem entsprechend
der Verzögerungszeit
früheren
Regelzyklus berechnet worden ist und als der Koeffizient des aktuellen
Regelzyklus ausgewählt wird,
ermittelt. Dieses System verringert komplizierte Berechnungen und
reduziert die Berechnungsunsicherheiten deutlich, macht seine Konfiguration
einfacher und kann die Netto-EGR-Rate genau schätzen, und ermöglicht,
die Kreftstoffeinspritzmenge mit hoher Genauigkeit zu korrigieren.
-
14 ist
ein Flußdiagramm ähnlich der 10, zeigt jedoch eine fünfte Ausführungsform
der Erfindung.
-
In der fünften Ausführungsform beginnt das Programm
bei Schritt S600, in welchem die Netto-EGR-Rate in einem
Ringpuffer gespeichert wird, ähnlich
demjenigen, der in der vierten Ausführungsform verwendet wird,
und rückt
zum Schritt S602 vor, in welchem die Verzögerungszeit τ in der gleichen Weise
wie in der vierten Ausführungsform
wiedergewonnen wird, und zum Schritt S604, in welchem eine der
gespeicherten Netto-EGR-Raten, die zu einem entsprechend der Verzögerungszeit
früheren
Regelzyklus geschätzt
worden ist, gelesen wird. Die ausgewählte Rate wird im folgenden
als "wahre Netto-EGR-Rate" wie oben erwähnt bezeichnet, wobei auf der
Grundlage der wahren Netto-EGR-Rate der Koeffizient KEGRN berechnet
wird. Das Programm rückt
anschließend
zum Schritt S606 vor, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge
anhand des Koeffizienten KEGRN korrigiert wird.
-
Mit dieser Anordnung weist die fünfte Ausführungsform
die gleichen Vorteile auf wie die vierte Ausführungsform.
-
15 ist
ein Flußdiagramm ähnlich der 10, zeigt jedoch eine sechste
Ausführungsform der
Erfindung.
-
Die sechste Ausführungsform ist eine Modifikation
der vierten Ausführungsform,
wobei das Programm bei Schritt S700 beginnt und über den
Schritt S702 zum Schritt S704 vorrückt, in welchem einer der gespeicherten
Korrekturkoeffizienten unter Verwendung einer vorgegebenen Verzögerungszeit τ ausgewählt wird.
Die Verzögerungszeit τ ist eine
feste Ringpufferadresse, wie z. B. 12, das bedeutet z. B. eine Verzögerungszeit
von 12 PDCs früher.
-
Mit Ausnahme der Tatsache, das die
Verzögerungszeit
ein fester Wert ist, sind der Rest der Konfiguration und die Vorteile
die gleichen wie bei der vierten Ausführungsform. Die Verzögerungszeit
kann durch Experimente ermittelt und festgelegt werden, indem der
Abstand zwischen dem EGR-Regelventil und
der Brennkammer und einige ähnliche
Parameter verändert
werden. Die Verzögerungszeit
variiert somit mit verschiedenen Maschinen.
-
Es ist zu beachten, daß es in
der sechsten Ausführungsform
alternativ möglich
ist, anstelle des Koeffizienten die Netto-EGR-Rate zu speichern.
-
16 ist
ein Flußdiagramm,
das eine siebte Ausführungsform
der Endung zeigt.
-
Das Flußdiagramm in der Figur zeigt
die Ermittlung eines Basis-Zündzeitpunkts θMAP.
-
Das Programm beginnt bei Schritt S800,
in welchem ein Basis-Zündzeitpunkt θMAPO ohne EGR-Operation
ermittelt wird, indem Kennfelddaten ohne EGR-Operation mit der aktuellen
Maschinendrehzahl NE und dem Krümmerabsolutdruck
PBA wiedergewonnen werden. Das Programm rückt anschließend zu
Schritt S802 vor, in welchem ein weiterer Basis-Zündzeitpunkt θMAPT unter
EGR-Operation ermittelt wird, indem andere Kennfelddaten unter EGR-Operation
wiedergewonnen werden.
-
Das Programm geht anschließend zu
Schritt S804 über,
in welchem der Basis-Zündzeitpunkt θMAP unter
Verwendung der dargestellten Gleichung berechnet wird. Da in der
Gleichung der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient KEGRN
gleich 1,0 wird, wenn die EGR nicht ausgeführt wird, wird der Basis-Zündzeitpunkt θMAP gleich
dem Basis-Zündzeitpunkt θMAPO ohne
EGR-Operation. 17 zeigt
die Beziehung zwischen den Kennfelddateneigenschaften und den in
der Gleichung verwendeten Ausdrücken.
-
In einem Zustand, in dem der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient
KEGRN und der stationäre
Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient KEGRMAP den gleichen
Wert annehmen, wird andererseits der Basis-Zündzeitpunkt θMAP unter EGR-Operation
der Basis-Zündzeitpunkt θMAP. Wenn
die Werte KEGRN und KEGRMAP nicht gleich sind, wird der Basis-Zündzeitpunkt θMAP gleich
einem Wert längs
der durchgezogenen Linie, die erhalten wird durch Interpolieren
des ersten Basis-Zündzeitpunkts θMAPO ohne
EGR-Operation und des zweiten Basis-Zündzeitpunkts θMAPT unter EGR-Operation.
(Selbst wenn der Ist-Basis-Zündzeitpunkt
irgendein Wert längs
der gestrichelten Linie ist, ist die Differenz zwischen der durchgezogenen
Linie und der gestrichelten Linie gering, was kaum Probleme hervorruft.)
-
Da in der siebten Ausführungsform
der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient KEGRN, der in bezug
auf die Verzögerungszeit
ermittelt worden ist, verwendet wird, um den Basis-Zündzeitpunkt
zu ermitteln, wird es möglich,
den Zundzeitpunkt genau auf einen Sollwert zu regeln, wenn die EGR-Operation ausgeführt wird.
-
Es ist zu beachten, daß der Basis-Zündzeitpunkt,
der so in der siebten Ausführungsform
ermittelt wird, ferner einer Motorkühlmitteltemperatur-Korrektur oder einer
Einlaßlufttemperatur-Korrektur
unterworfen wird und der korrigierte Zündzeitpunkt anschließend an
das Zündsystem
ausgegeben wird.
-
Ferner ist zu beachten, daß, obwohl
der Basis-Zündzeitpunkt
unter Verwendung des Koeffizienten KEGRN und dergleichen ermittelt
wird, es alternativ möglich
ist, einen Basis-Zündzeitpunkt
zu ermitteln und anschließend
diesen mit dem Koeffizienten KEGRN und dergleichen zu korrigieren.
-
Ferner ist zu beachten, daß der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient
KEGRN, der in der siebten Ausführungsform
verwendet wird, irgendein Koeffizient ist, der in den vorangehenden
vierten bis sechsten Ausführungsformen
unter Verwendung des Konzepts der Verzögerungszeit ermittelt worden
ist. Wenn derjenige verwendet wird, der in der fünften Ausführungsform ermittelt worden
ist, ist es alternativ möglich,
statt dessen (1 – KEGRN),
die Netto-EGR-Rate, zu speichern.
-
Ferner ist zu beachten, daß der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient
in einem stationären Zustand
KEGRMAP vorzugsweise in einem Ringpuffer zum gleichen Zeitpunkt
gespeichert werden sollte, zu dem in den vorangehenden vierten bis
sechsten Ausführungsformen
der Kraftstoffeinspritzungskoeffizient KEGRN oder die Netto-EGR-Rate
im Ringpuffer gespeichert wird. Vorzugsweise wird ein Wert (1 – KEGRN)/(1 – KEGRMAP)
im voraus berechnet und in einem Ringpuffer gespeichert, in derselben
Weise wie der Koeffizient KEGRN. Wenn ferner der Wert (1 – KEGRN)/(1 – KEGRMAP)
1,0 überschreitet,
muß der
Wert auf 1,0 beschränkt
werden, so daß der
Basis-Zündzeitpunkt θMAP nicht
den Basis-Zündzeitpunkt θMAPT unter
EGR-Operation in Richtung der Frühzündung überschreitet.
-
In den vierten bis sechsten Ausführungsformen
ist zu beachten, daß,
obwohl der Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizient oder die
Netto-EGR-Rate gespeichert und anhand der Verzögerungszeit ausgewählt werden,
es alternativ möglich ist,
die Parameter einschließlich
der Maschinendrehzahl, die zur Berechnung der Netto-EGR-Rate oder des
Kraftstoffeinspritzungskorrekturkeffizienten erforderlich sind,
zu speichern, die Parameter unter Verwendung der Verzögerungszeit
als Adreßdatum wiederzugewinnen,
und die Netto-EGR-Rate oder den Kraftstoffeinspritzungskorrekturkoeffizienten
unter Verwendung der wiedergewonnenen Parameter zu berechnen.
-
In den vorangehenden ersten bis siebten Ausführungsformen
ist zu beachten, daß,
obwohl in den vorangehenden Ausführungsformen
der atmosphärische
Druck verwendet wird, es alternativ möglich ist, den Abgaskrümmerdruck
zu verwenden.
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Ferner ist zu beachten, daß, obwohl
die Werte LCMD, KEGRMAP, QCMD, QACT als im voraus gespeicherte Kennfelddaten
vorbereitet worden sind, es alternativ möglich ist, dieselben durch
entsprechende Berechnungen zu erhalten.
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Ferner ist zu beachten, daß, obwohl
in den vorangehenden Ausführungsformen
des vakuumbetätigte
EGR-Regelventil verwendet wird, es alternativ möglich ist, ein motorbetätigtes EGR-Regelventil
zu verwenden.
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Ferner ist zu beachten, daß, obwohl
der Krümmerabsolutdruck
als der die Maschinenlast anzeigende Parameter verwendet wird, es
alternativ möglich
ist, andere Parameter zu verwenden, wie z. B. die Einlaßluftmenge,
die Drosselklappenposition und dergleichen.