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DE102007046563A1 - Verfahren und System zum Betreiben eines Dieselmotors unter Verwendung eines sechsdimensionalen empirischen Echtzeitdieselabgasdruckmodells - Google Patents

Verfahren und System zum Betreiben eines Dieselmotors unter Verwendung eines sechsdimensionalen empirischen Echtzeitdieselabgasdruckmodells Download PDF

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DE102007046563A1
DE102007046563A1 DE102007046563A DE102007046563A DE102007046563A1 DE 102007046563 A1 DE102007046563 A1 DE 102007046563A1 DE 102007046563 A DE102007046563 A DE 102007046563A DE 102007046563 A DE102007046563 A DE 102007046563A DE 102007046563 A1 DE102007046563 A1 DE 102007046563A1
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DE
Germany
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engine
turbocharger
vgt
egr
egr valve
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102007046563A
Other languages
English (en)
Inventor
Marc C. Plymouth Allain
Min Troy Sun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Detroit Diesel Corp
Original Assignee
Detroit Diesel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Detroit Diesel Corp filed Critical Detroit Diesel Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Verfahren zum Schätzen des Echtzeit-Abgasdrucks in einem Verdichtungszündungsmotor mit einem Turbolader mit veränderlicher Geometrie und einer EGR durch Addieren der Turboladerdrehzahl, der Motordrehzahl, der EGR-Ventilposition und des Ansaugkrümmerdrucks zum Bestimmen eines endgültigen Turboladerturbineneinlaßdrucks, um die Stickoxidemissionen zu steuern.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Moderne Straßenverkehrs-Dieselmotoren erfordern die Verwendung von Abgasrezirkulationssystemen (EGR-Systemen). Dies umfaßt, daß gekühlte Abgase von der Abgasanlage (typischerweise dem Turboladerturbineneinlaß) zu dem Ansaugkrümmer (gewöhnlich bezüglich der Strömungsrichtung hinter dem Turboladerverdichter) geführt werden. Eine EGR ermöglicht verminderte Verbrennungstemperaturen durch Verdünnen frischer Ansaugluft, wobei dies die Ansauglademengen-Gesamtsauerstoffkonzentration vermindert und dadurch die Zündungsverzögerung vergrößert. Dies wiederum ermöglicht eine verminderte Bildung von Oxiden des Stickstoffs (NOx), wobei dies ein Ergebnis des Dieselmotor-Verbrennungsverfahrens ist. Ein EGR-Durchfluß ist das Ergebnis der Druckdifferenz zwischen der Abgas- und der Ansauganlage. Ein Ventil (Sitz-, Rückschlag- oder Drosseltyp) ist gewöhnlich in das EGR-Rohr eingeführt. Das Steuern der EGR-Durchflußgeschwindigkeit ist für eine Motoremissionssteuerung entscheidend, und eine EGR-Durchflußsteuerung erfordert eine Echtzeitkenntnis des Abgasdrucks. Die in der vorliegenden Schrift beschriebene Erfindung stellt ein empirisches Verfahren dar, welches entwickelt wurde, um den Abgasdruck unter Verwendung einer Kombination von drei (3) zweidimensionalen Tabellen in Echtzeit zu schätzen. Aufgrund der Natur von Abgasen (hohe Temperatur, hoher Wasserdampf- und Rußgehalt) ist die Verwendung eines physikalischen Drucksensors gewöhnlich unpraktisch, insbesondere im Hinblick auf Schwerlast-Dieselmotor-Haltbarkeitsanforderungen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines Dieselmotors unter Verwendung eines sechsdimensionalen empirischen Echtzeit-Dieselabgasdruckmodells.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schätzen eines Echtzeit-Abgasdrucks in einem Verbrennungsmotor, um die EGR-Durchflußgeschwindigkeit und die Verbrennungsemissionen zu steuern.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und ein System zum geeigneten Betreiben eines Schwerlast-Dieselmotors, um die EGR-Durchflußgeschwindigkeit und die Abgasemissionen zu steuern.
  • 2. Stand der Technik
  • Ramamurthy et al., US-amerikanische Patentanmeldungsveröffentlichung 2006/0288701, betrifft ein Verfahren zum Steuern der Abgas-Partikelemission aus einem Verdichtungszündungsmotor, welcher einen Turbolader mit veränderlicher Geometrie (VGT) aufweist, welches die Schritte eines Bestimmens des Staudrucks an dem Motor und des Luftmassenflusses in den Motor, eines Schließens der Schaufeln des VGT's, um einen Luftmassenanstieg zu liefern, wenn der Staudruck ansteigt, und eines Beendens des Schritts des Schließens der Schaufeln des VGT's, wenn eine Verminderung der Änderungsgeschwindigkeit des Luftmassenflusses bestimmt wird, umfaßt.
  • Wright et al., US-amerikanisches Patent Nr. 6,732,522 offenbart ein System zum Schätzen des Motorabgasdrucks, welches einen Drucksensor, welcher sich in Fluidverbindung mit einem Ansaugkrümmer des Motors befindet, einen Turbolader, welcher eine Turbine aufweist, welche sich in Fluidverbindung mit einem Auspuffkrümmer des Motors befindet, ein Steuerbetä tigungselement, welches auf einen Steuerbefehl zum Steuern einer Aufnahmekapazität oder einer Aufnahmekapazität der Turbine reagiert, und einen Steuercomputer, welcher den Motorabgasdruck als Funktion des Drucksignals und des Steuerbefehls schätzt, umfaßt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel umfaßt das System einen Motoransaugkrümmer und den Auspuffkrümmer und einen EGR-Ventilpositionssensor. Der Steuercomputer ist bei diesem Ausführungsbeispiel dazu geeignet, den Motorabgasdruck als Funktion des Drucksignals, des Steuerbefehls, des Motordrehzahlsignals und des EGR-Ventilpositionssignals zu schätzen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen eines Echtzeit-Abgasdrucks in einem Verbrennungsmotor mit einem Abgasrezirkulationssystem (EGR), einem ECM mit einem Speicher und einem Turbolader mit einem Einlaß, um die EGR-Durchflußgeschwindigkeit und die Verbrennungsemissionen zu steuern. Das Verfahren umfaßt ein Verwenden der Turboladerdrehzahl, der Motordrehzahl, der Motorlast, der EGR-Ventilposition, der Ansaugkrümmertemperatur und der VGT-Schaufelposition als Eingaben für zweidimensionale Tabellen, welche summiert werden, um den Einlaßdruck einer Turboladerturbine 3 zu schätzen.
  • Das Verfahren umfaßt ferner ein Messen der Turboladerdrehzahl, der Motordrehzahl, der Motorlast, der EGR-Ventilposition (wobei die EGR-Ventilposition als Funktion des prozentualen Werts, in welchem das EGR-Ventil offen ist, gemessen werden kann) und der Ansaugkrümmertemperatur. Diese Werte werden als Eingaben in mindestens einer Tabelle in dem Speicher der ECM verwendet; wobei jede der Tabellen gemäß der Formel erzeugt wird: z = c1x2 + c2x + c3y2 + c4y + c5x2y2 + c6xy + c7x2y + c8xy2 + c9 wobei:
    • z
    die Tabellenausgabe ist (Turbineneinlaßdruck);
    x
    die erste Eingabe in die Tabelle ist (beispielsweise die Turboladerdrehzahl);
    y
    die zweite Eingabe in die Tabelle ist (beispielsweise die VGT-Schaufelposition);
    c1; c2; c3; c4; c5; c6; c7; c8; c9
    Koeffizienten des Polynoms sind, welches als zugrundeliegendes Turbineneinlaßdruckmodell verwendet wird.
  • Das Verfahren kann ferner die Schritte umfassen:
    Voraussetzen eines festen Modells z = a·c
    wobei a der Vektor a = [x2 x y2 y x2y2 xy x2y xy2 1] ist;
    Lösen für die Koeffizienten des Vektors c c = [A'·A]–1·A'·Z
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist beim Vermindern der Abgasemissionen nützlich, insbesondere im Hinblick auf Stickoxide aus einem Verdichtungszündungs-Verbrennungsmotor.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schwerlast-Verdichtungszündungsmotors.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines Verdichtungszündungsmotors und zugeordneter Steuersysteme.
  • 3 ist eine schematische Darstellung des sechsdimensionalen Turbineneinlaßdruck-Algorithmus der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine grafische Darstellung des Vergleichs zwischen einem gemessenen und einem berechneten Turbineneinlaßdruck bei Verwendung des empirischen Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS (DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE)
  • Unter Verweis auf die Figuren werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung nunmehr genau beschrieben. Generell verwirklicht die vorliegende Erfindung ein verbessertes System und ein verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen Steuern von Abgasemissionen, insbesondere von Stickoxiden, aus einem Verdichtungszündungs-Verbrennungsmotor.
  • Die vorliegende Erfindung wird generell in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor (beispielsweise einem Verdichtungszündungs- bzw. Dieselmotor) verwirklicht, welcher ein EGR-System, einen Turbolader, vorzugsweise einen Turbinenturbolader mit veränderlicher Geometrie (VGT), und eine Abgasanlage, welche eine Dieselabgas-Nachbehandlung aufweist, aufweist. Ein EGR-System leitet generell einen abgemessenen Anteil der Motorabgase in den Ansaugkrümmer ein. Das EGR-System verdünnt die einströmende Luft und die Kraftstofflademenge generell mit den Abgasen und senkt die Verbrennungstemperaturen, um die Niveaus von Oxiden des Stickstoffs zu vermindern.
  • Um mindestens einen Modus des Betriebs des Motors (beispielsweise allgemein eines Verbrennungsmotors und insbesondere eines Verdichtungszündungsmotors), des VGT-Betriebs und des EGR-Betriebs, wobei die jeweiligen Betriebstätigkeiten generell durch ein elektronisches Steuermodul (ECM)/Kraftübertragungs-Steuermodul (PCM) bzw. eine Steuerung gesteuert werden, zu steuern bzw. zu optimieren, kann die Motorsteuerung für sämtliche Betriebszustände (das bedeutet, für dauerhafte Zustände und Übergangszustände, Leerlaufszustände, Zustände mit weit offener Drosselklappe, Zustände mit teilweise offener Drosselklappe, Schnellstraßengeschwindigkeitszustände, Stadtverkehrszustände etc.) kontinuierlich und in Echtzeit an eine Vielfalt von Eingangssignalen bzw. -parametern anpaßbar (das bedeutet, diesbezüglich programmierbar, abwandelbar, konfigurierbar etc.) sein.
  • Der Turbineneinlaßdruck kann durch andere Motorkomponenten als durch Emissionssteuervorrichtungen beeinflußt werden. Beispielsweise kann der Turbineneinlaßdruck geeignet gesteuert werden, um einen erwünschten EGR-Durchfluß unter Verwendung eines Turboladers, wie etwa eines Turboladers mit veränderlicher Geometrie (VGT), zu erreichen.
  • Wenn der Turbineneinlaßdruck nicht geeignet gesteuert wird, können die Mängel der Emissionssteuerung auftreten. Insbesondere kann es wünschenswert sein, einen Ausgleich für den Turbineneingangsdruck vorzusehen, wenn eine Abnahme des Luftdurchflusses durch den Motor erfolgt. Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors unter Verwendung eines sechsdimensionalen empirischen Echtzeit-Dieselabgasdruckmodells zum Schätzen des Turbineneinlaßdrucks, um die Echtzeitsteuerung des EGR-Systems zum Vermindern von Stickoxid-Abgasemissionen zu unterstützen.
  • Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassen generell ein Bestimmen des endgültigen Turboladereinlaßdrucks durch Bestimmen der VGT-Schaufelposition und der Drehzahl des Turboladers, der Motordrehzahl, der Motorlast, der EGR-Ventilposition und der Ansaugkrümmertemperatur. Der Turboladereinlaßdruck wird durch die Summierung der drei zweidimensionalen Tabellen berechnet, welche die Turboladerdrehzahl, die VGT-Schaufelposition, die Motordrehzahl, die Motorlast, die EGR-Ventilposition und die Einlaßtemperatur als Eingaben verwenden. Der Turboladereinlaßdruck wird sodann verwendet, um den Betrieb des EGR-Ventils geeignet abzuwandeln, um die Stickoxidemissionen eines Schwerlast-Dieselmotors zu vermindern.
  • Das Verfahren umfaßt ferner ein Messen der Turboladerdrehzahl, der VGT-Schaufelposition, der Motorlast, der EGR-Ventilposition (wobei die EGR-Ventilposition als Funktion des prozentualen Werts, in welchem das EGR-Ventil offen ist, gemessen werden kann) und der Krümmertemperatur. Jede Tabelle wird unter Verwendung einer polynomialen Anpassung gemäß der Formel besetzt: z = c1x2 + c2x + c3y2 + c4y + c5x2y2 + c6xy + c7x2y + c8xy2 + c9 wobei:
    • z
    die Tabellenausgabe ist (Turbineneinlaßdruck);
    x
    die erste Eingabe in die Tabelle ist (beispielsweise die Turboladerdrehzahl);
    y
    die zweite Eingabe in die Tabelle ist (beispielsweise die VGT-Schaufelposition);
    c1; c2; c3; c4; c5; c6; c7; c8; c9
    Koeffizienten des Polynoms sind.
  • Das Verfahren kann ferner die Schritte umfassen:
    Voraussetzen eines festen Modells z = a·c
    wobei a der Vektor a = [x2 x y2 y x2y2 xy x2y xy2 1] ist; Lösen für die Koeffizienten des Vektors c c = [A'·A]–1·A'·Z
  • Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung können ferner ein Umfassen einer Echtzeit-Bestimmung (beispielsweise einer Berechnung) der Stickoxidemissionen und ein Ermöglichen einer kontinuierlichen Turbineneinlaßdrucksteuerung und eines Ausgleichs in Reaktion auf die Echtzeit-Bestimmung der Stickoxidemissionen ermöglichen. Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglichen generell eine geeignete Signalfilterung und eine Abstimmung (wobei dies beispielsweise eine Verzögerung umfaßt), um unerwünschte Übergänge zwischen Betriebsmoden der Turbineneinlaßdrucksteuerung und des Ausgleichs (beispielsweise Übergänge, welche bei Änderungen der Betriebsmoden des Motors, bei welchem das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwirklicht sind, entstehen) zu vermindern bzw. zu beseitigen.
  • In 1 ist eine perspektivische Ansicht dargestellt, welche einen Verdichtungszündungs-Verbrennungsmotor 10, welcher verschiedene Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, darstellt. Der Motor 10 kann in einer breiten Vielfalt von Anwendungen verwirklicht werden, wobei dies Straßenverkehrs-Lastkraftwägen, Baugerät, Wasserfahrzeuge, ortsfeste Generatoren, Pumpwerke und ähnliches umfaßt. Der Motor 10 umfaßt generell eine Vielzahl von Zylindern, welche unter einer entsprechenden Verkleidung, generell durch die Bezugsziffer 12 bezeichnet, angeordnet sind.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Motor 10 ein mehrzylindriger Verdichtungszündungs-Verbrennungsmotor, wie etwa ein 3-, 4-, 6-, 8-, 12-, 16- oder 24-Zylinder-Dieselmotor. Der Motor 10 kann jedoch mit einer beliebigen Anzahl von Zylindern 12 verwirklicht werden, wobei die Zylinder ein beliebiges geeignetes Hubvolumen und Verdichtungsverhältnis zum Erfüllen der Gestaltungskriterien einer bestimmten Anwendung aufweisen. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ eines Motors bzw. Kraftstoffs beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit einem beliebigen geeigneten Motor (beispielsweise gemäß dem Otto-, dem Clausius-Rankine- oder dem Miller-Prozeß) unter Verwendung eines geeigneten Kraftstoffs zum Erfüllen der Gestaltungskriterien einer bestimmten Anwendung verwirklicht werden.
  • Ein EGR-Ventil 13 ist, wie in 2 zu sehen, generell zwischen einem Auspuffkrümmer 14 und einem Ansaugkrümmer 15 angeschlossen. Das EGR-Ventil 13 liefert generell eine Rezirkulation eines Anteils des Abgases in Reaktion auf mindestens eine vorbestimmte Betriebsbedingung des Motors 10 (beispielsweise eine Zeit einer EGR, eine Last, welche an den Motor angelegt wird, eine Position der Turboladerturbinenschaufeln, eine Änderung der Position, das bedeutet, ein Öffnen und Schließen der Turbinenschaufeln, etc.). Das EGR-Ventil 13 wird generell als Vorrichtung für einen veränderlichen Durchfluß verwirklicht. Das EGR-Ventil 13 umfaßt generell ein Betätigungselement, welches das EGR-Ventil in einem Ausmaß (das bedeutet, bis zu einem Niveau, einer Position etc.) öffnet und schließt, welches einem Steuersignal (beispielsweise ACT) entspricht (das bedeutet, in Reaktion darauf), und einen Sensor, welcher ein Positionssignal (beispielsweise POSIT) erzeugt, welches dem Ausmaß des Öffnens (bzw. Schließens) des EGR-Ventils entspricht (das bedeutet, in Reaktion darauf).
  • Ein Turbolader 17 kann in dem Abgasstrom des Motors 10 installiert werden und kann komprimierte Luft für den Ansaugkrümmer 15 liefern. Der Turbolader 17 kann als Vorrichtung mit veränderlicher Geometrie (VGT, auch als Turbolader mit veränderlichem Durchlaß bezeichnet und ferner als veränderliche Turbinengeometrie (VTG) bezeichnet) verwirklicht werden. Der VGT-Turbolader 17 weist generell bewegliche Turbinenschaufeln auf, welche geschwenkt werden, um den Ladedruck in Reaktion auf die Motordrehzahl und -last einzustellen. Querschnittsänderungen erfolgen durch Umstellen der Turbinenschaufeln (beispielsweise kleinere Kontaktfläche bei niedrigen Drehzahlen, kleinere Kontaktfläche bei hohen Drehzahlen). VTG-Turbolader, wie etwa der VGT 17, können bei Teillast besonders wirksam sein und vermindern bzw. beseitigen generell eine „Turboverzögerung". VTG-Turbolader können die Nutzleistung erhöhen, die Drosselklappenreaktion verstärken und können ferner eine günstige Wirkung auf Partikelemissionen haben. Der VGT 17 umfaßt generell ein Betätigungselement, welches die VGT-Turbinenschaufeln in einem Ausmaß (das bedeutet, bis zu einem Niveau, einer Position etc.) öffnet und schließt, welches einem Steuersignal (beispielsweise ADJ) entspricht (das bedeutet, in Reaktion darauf), und einen Sensor, welcher ein Positionssignal (beispielsweise VAPOS) erzeugt, welches dem Ausmaß des Öffnens der VGT-Turbinenschaufeln entspricht (das bedeutet, in Reaktion darauf).
  • Der Motor 10 umfaßt generell ein Motorsteuermodul (ECM), ein Kraftübertragungs-Steuermodul (PCM) oder eine andere geeignete Steuerung 32 (in Verbindung mit 2 genau dargestellt und beschrieben). Das ECM 32 kommuniziert generell über eine zugeordnete Verbindungsverkabelung (das bedeutet, Kabel, Drähte, Verbinder etc.) mit verschiedenen Motorsensoren und Betätigungselementen 18, um den Motor 10 und mindestens ein Element der Gruppe des EGR-Ventils 13 und des VGT's 17 zu steuern. Ferner kommuniziert das ECM 32 generell unter Verwendung zugeordneter Lampen, Schalter, Anzeigevorrichtungen und ähnlichem (nicht dargestellt) mit einem Motorbediener bzw. -verwender (nicht dargestellt).
  • Gemäß einem Beispiel kann der Motor 10 in einem Fahrzeug (nicht dargestellt) angebracht (das bedeutet, installiert, verwirklicht, positioniert, angeordnet) werden. Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Motor 10 in einer ortsfesten Umgebung installiert werden. Der Motor 10 kann über ein Schwungrad 16 mit einem Getriebe verbunden sein. Viele Getriebe umfassen eine Zapfwellenanordnung (PTO-Anordnung), wobei eine Hilfswelle (nicht dargestellt) mit zugeordnetem Hilfsgerät (nicht dargestellt) verbunden sein kann. Die vorliegende Erfindung ist jedoch im Hinblick auf die Anwendungen, bei welchen der Motor 10 in einem Fahrzeug verwendet wird, welches einen PTO-Modus aufweist, von dem speziellen Betriebsmodus des Motors 10 bzw. davon, ob das Fahrzeug unbeweglich ist oder sich bewegt, unabhängig. Die Lasten, welche bei einer ortsfesten Anordnung an dem Motor 10/dem Getriebe anliegen, können relativ konstant sein oder können sich ändern.
  • In 2 sind der Verbrennungsmotor 10 und ein zugeordnetes Steuersystem (bzw. eine Steuerung) 32 und Untersysteme dargestellt. Verschiedene Sensoren und Schalter (nicht dargestellt) befinden sich generell über Eingabekanäle 24 in elektrischer Verbindung mit (das bedeutet, daß diese damit verbunden bzw. daran angeschlossen sind) der Steuerung 32. Die Sensoren können verschiedene Positionssensoren umfassen, wie etwa einen Gas- oder Bremspedalpositionssensor. Ebenso können die Sensoren einen Kühlmitteltemperatursensor, welcher generell eine Anzeige der Temperatur eines Motorblocks liefert, und einen Ansaugkrümmer-Lufttemperatursensor, welcher generell eine Anzeige der Temperatur der Motoransaugluft an dem Einlaß bzw. in dem Ansaugkrümmer 15 liefert, umfassen. Ferner können die Sensoren einen Motordrehzahlsensor umfassen, welcher generell eine Anzeige der Kurbelwellendrehzahl liefert. Ferner können die Sensoren einen Turboladerdrehzahlsensor umfassen, welcher generell eine Anzeige der Turboladerwellendrehzahl liefert.
  • Ebenso kann ein Öldrucksensor verwendet werden, um die Betriebszustände des Motors 10 durch Liefern eines geeigneten Signals für die Steuerung 32 zu überwachen. Weitere Sensoren können mindestens einen Sensor, welcher eine Betätigung (das bedeutet, eine Position, einen Prozentwert der Öffnung etc.) des EGR-Steuerventils 13 anzeigt (beispielsweise durch das Signal POSIT), mindestens einen Sensor, welcher eine Betätigung des VGT's 17 anzeigt (beispielsweise durch das Signal VAPOS), mindestens einen Sensor, welcher eine Betätigung mindestens eines Kühlgebläses anzeigt, und mindestens einen Sensor, welcher die Drehzahl des mindestens einen Kühlgebläses anzeigt, umfassen.
  • Der Motor 10 weist generell einen Abgasausgang auf, welcher einen Anteil des Abgases 58 (beispielsweise einen Anteil 60) zu dem VGT 17 und den Rest des Abgases durch eine Abgasanlage leitet, welche einen Diesel-Partikelfilter (DPF) 20 umfaßt.
  • Gemäß einem Beispiel kann ein Luftdurchflußmassensensor (bzw. ein Massenluftdurchflußsensor) 70 verwirklicht werden, um eine Anzeige des Luftdurchflusses durch den Motor 10 zu liefern (beispielsweise durch ein Signal AF). Der Sensor 70 ist generell in dem in den Motor 10 einströmenden Luftstrom angeordnet. Der Luftdurchflußsensor 70 liefert generell ein Signal (beispielsweise durch das Signal AF), welches den Luftmassendurchfluß anzeigt, für einen jeweiligen Eingabekanal 24.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Signal AF (das bedeutet, daß das Signal dem Luftmassendurchfluß in den Motor 10 entspricht) unter Verwendung eines virtuellen Sensors erzeugt werden. Die Steuerung 32 kann einen geeigneten Wert (das bedeutet, einen Signalwert des virtuellen Sensors) für das Signal AF in Echtzeit in Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen gemäß Bestimmung unter Verwendung von Signalen, welche durch die Sensoren erzeugt werden, welche mit den Eingabekanälen 24 verbunden sind, wie in der vorliegenden Schrift beschrieben, dynamisch bestimmen. Insbesondere kann der Motor-Ansaugmassen-Luftdurchfluß direkt proportional zu der Motordrehzahl und dem Ansaugkrümmerdruck und indirekt proportional zu der Ansaugkrümmertemperatur sein. Daher können Sensorsignale, welche der Motordrehzahl, dem Ansaugkrümmerdruck und der Ansaugkrümmertemperatur entsprechen, verwendet werden, um das Signal AF des virtuellen Sensors zu erzeugen (beispielsweise zu berechnen, bestimmen etc.). Ein geeignetes Signal des virtuellen Sensors kann jedoch unter Verwendung beliebiger geeigneter Parameter zum Erfüllen der Gestaltungskriterien einer bestimmten Anwendung bestimmt werden. Ferner wird der Luftdruck an dem Turbineneinlaß berechnet, nicht gemessen.
  • Weitere Sensoren können bei einigen Anwendungen Drehungssensoren zum Erfassen der Drehzahl des Motors 10 umfassen, wie etwa einen Drehzahlsensor und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (VSS). Der VSS liefert generell eine Anzeige der Drehzahl der Abtriebswelle bzw. Ausgangswelle (nicht dargestellt) des Getriebes. Die Drehzahl der Welle, welche durch den VSS überwacht wird, kann verwendet werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu berechnen. Der VSS kann ferner einen oder mehrere Radgeschwindigkeitssensoren repräsentieren, welche bei Blockierschutz-Bremssystem-Anwendungen (ABS-Anwendungen), Fahrzeugstabilitäts-Steuersystemen und ähnlichem verwendet werden können.
  • Die Steuerung 32 umfaßt vorzugsweise einen programmierbaren Mikroprozessor 36, welcher sich über mindestens eine Daten- und Steuerungssammelleitung 40 in Verbindung mit (das bedeutet, daß dieser damit verbunden ist) verschiedenen computerlesbaren Speichermedien 38 befindet. Die computerlesbaren Speichermedien 38 können beliebige Vorrichtungen einer Anzahl davon umfassen, wie etwa einen Festspeicher (ROM) 42, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 44 und einen nichtflüchtigen (datenerhaltenden) Direktzugriffsspeicher (NVRAM) 46.
  • Die verschiedenen Typen computerlesbarer Speichermedien 38 liefern generell eine kurzfristige und eine langfristige Speicherung von Daten (beispielsweise mindestens einer Nachschlagetabelle LUT, mindestens eines Betriebssteuerungs-Unterprogramms, mindestens eines mathematischen Modells für die EGR-Steuerung etc.), welche durch die Steuerung 32 zum Steuern des Motors 10 und des EGR-Ventils 13 verwendet werden. Die computerlesbaren Speichermedien 38 können durch beliebige bekannte physikalische Vorrichtungen einer Anzahl davon verwirklicht werden, welche in der Lage sind, Daten zu speichern, welche Anweisungen repräsentieren, welche durch den Mikroprozessor 36 ausführbar sind. Derartige Vorrichtungen können einen PROM, einen EPROM, einen EEPROM, einen Flash-Speicher und ähnliches zusätzlich zu verschiedenen magnetischen, optischen und kombinierten Medien, welche zu einer zeitweiligen und einer dauerhaften Datenspeicherung in der Lage sind, umfassen.
  • Die computerlesbaren Speichermedien 38 können Daten umfassen, welche Programmanweisungen (beispielsweise Software), Einmessungen, Unterprogramme, Schritte, Verfahren, Blöcke, Betriebsvorgänge, Betriebsvariablen und ähnliches repräsentieren, welche in Verbindung mit einer zugeordneten Hardware verwendet werden, um die verschiedenen Systeme und Untersysteme des Motors 10, des EGR-Ventils 13, des VGT's 17 und des Fahrzeugs zu steuern. Die Motor-/Fahrzeug-/EGR-System-Steuerlogik wird generell durch die Steuerung 32 auf Basis der Daten, welche in den computerlesbaren Speichermedien 38 gespeichert sind, zusätzlich zu verschiedenen weiteren elektrischen und elektronischen Schaltungen (das bedeutet, Hardware, Firmware etc.) verwirklicht. Die computerlesbaren Speichermedien 38 weisen generell Anweisungen auf, welche darauf gespeichert sind, welche durch die Steuerung 32 ausführbar sein können, um den Verbrennungsmotor 10 zu steuern, wobei dies das EGR-Ventil 13 und eine Vorrichtung mit veränderlicher Geometrie (beispielsweise Turbinenschaufeln) an dem Turbolader 17 umfaßt, und das Niveau des Signals AF des virtuellen Sensors zu bestimmen. Die Programmanweisungen können die Steuerung 32 anleiten, die verschiedenen Systeme und Untersysteme des Fahrzeugs, worin der Motor 10 verwirklicht ist, zu steuern, wobei die Anweisungen durch den Mikroprozessor 36 ausgeführt werden und optional Anweisungen ferner durch eine beliebige Anzahl von Logikeinheiten 50 ausgeführt werden können. Die Eingabekanäle 24 können Signale von den verschiedenen Sensoren und Schaltern empfangen, und die Steuerung 32 kann Signale (beispielsweise die Signale ACT und ADJ) an den Ausgabekanälen 48 erzeugen. Die Ausgangssignale werden generell zu den verschiedenen Fahrzeugkomponenten (beispielsweise dem Betätigungselement des EGR-Ventils 13, dem Betätigungselement des VGT's 17, anderen Betätigungselementen, Anzeigen und ähnlichem) geleitet (bzw. übertragen).
  • Die Betätigungselemente können verschiedene Motorkomponenten umfassen, welche durch zugeordnete Steuersignale von der Steuerung 32 betrieben werden. Die verschiedenen Betätigungselemente können ferner eine Signalrückführung zu der Steuerung 32 bezüglich des Betätigungselements-Betriebszustands (beispielsweise durch einen entsprechenden Sensor) liefern, zusätzlich zu Rückführungs-Positionssignalen oder anderen Signalen, welche verwendet werden, um die Betäti gungselemente zu steuern. Die Betätigungselemente umfassen vorzugsweise eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen, welche durch zugeordnete (bzw. entsprechende) Magnetspulen gesteuert werden, um Kraftstoff zu den entsprechenden Zylindern 12 zu leiten. Die Betätigungselemente können mindestens ein Betätigungselement, welches verwirklicht werden kann, um das EGR-Ventil 13 in Reaktion auf das Signal ACT zu steuern, und mindestens ein Betätigungselement zum Steuern der Turbinenschaufeln (das bedeutet, zum Ändern der Geometrie) des VGT's 17 in Reaktion auf das Signal ADJ umfassen.
  • Eine Daten-, Diagnose- und Programmierschnittstelle 54 kann gleichfalls durch eine Sammelleitung und einen Verbinder 56 selektiv mit der Steuerung 32 verbunden sein, um verschiedene Informationen dazwischen auszutauschen. Die Schnittstelle 54 kann verwendet werden, um Werte in den computerlesbaren Speichermedien 38, wie etwa Konfigurationseinstellungen, Einmeßvariablen, Anweisungen zur EGR- und Motorsteuerung, mindestens eine Konstante, welche der Geometrie des EGR-Ventils 13 entspricht, mindestens eine Konstante, welche dem VGT 17 entspricht, und ähnliches zu ändern.
  • Gemäß der Verwendung in der gesamten Beschreibung der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine auswählbare (das bedeutet, programmierbare, vorbestimmte, abwandelbare etc.) Konstante, ein Grenzwert, eine Gruppe von Einmeßanweisungen, Einmeßwerte (das bedeutet, ein Schwellenwert, ein Niveau, ein Intervall, ein Wert, eine Menge, eine Dauer etc.) bzw. ein Bereich von Werten durch beliebige Individuen einer Anzahl davon (das bedeutet, Verwender, Bediener, Besitzer, Fahrer etc.) über eine Programmiervorrichtung, wie etwa die Vorrichtung 54, welche durch einen geeigneten Stecker bzw. Verbinder 56 selektiv mit der Steuerung 32 verbunden ist, ausgewählt werden.
  • Anstatt hauptsächlich durch Software gesteuert zu werden, können die Werte der auswählbaren Konstanten und des Grenzwerts (bzw. Bereichswerte) ferner durch eine geeignete Hardwareschaltung geliefert werden, welche verschiedene Schalter, Gleitschaltelemente und ähnliches aufweist. Alternativ können der auswählbare Grenzwert und der Bereich ferner unter Verwendung einer Kombination von Software und Hardware geändert werden, ohne von dem Prinzip der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der mindestens eine auswählbare Wert bzw. Bereich kann jedoch durch eine beliebige geeignete Vorrichtung und ein beliebiges geeignetes Verfahren vorbestimmt und/oder abgewandelt werden, um die Gestaltungskriterien einer bestimmten Anwendung zu erfüllen. Eine beliebige Anzahl und ein beliebiger Typ von Sensoren, Anzeigen, Betätigungselementen etc. kann geeignet verwirklicht werden, um die Gestaltungskriterien einer bestimmten Anwendung zu erfüllen.
  • In mindestens einem Betriebsmodus kann die Steuerung 32 Signale von den verschiedenen Fahrzeugsensoren und -schaltern empfangen und eine Steuerlogik, welche in Hardware und Software integriert ist, zum Steuern des Motors 10, des EGR-Ventils 13, des VGT's 17 und ähnlichem ausführen. Einer oder mehrere der Sensoren (beispielsweise der Motoreinlaß-Luftmassendurchflußsensor 70) können virtuelle Sensoren sein, welche eine Steuerlogik verwenden, welche in Hardware und Software integriert ist. Gemäß einem Beispiel wird die Steuerung 32 als mindestens eine Verwirklichung einer DDEC-Steuerung, welche von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan, erhältlich ist, verwirklicht. Verschiedene weitere Merkmale der DDEC-Steuerung sind in einer Anzahl verschiedener US-amerikanischer Patente, welche der Detroit Diesel Corporation übertragen sind, genau beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in Verbindung mit einer beliebigen geeigneten Steuerung zum Erfüllen der Gestaltungskriterien einer bestimmten Anwendung verwirklicht werden.
  • Die Steuerlogik kann in Hardware, Firmware, Software oder Kombinationen davon verwirklicht werden. Ferner kann die Steuerlogik zusätzlich zu jedem und durch jedes der verschiedenen Systeme und Untersysteme des Fahrzeugs oder einer anderen Installation, wo die Steuerung 32 verwirklicht ist, durch die Steuerung 32 ausgeführt werden. Ferner können, obgleich die Steuerung 32 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel den Mikroprozessor 36 umfaßt, beliebige Elemente einer Anzahl von Programmierungs- und Verarbeitungstechniken, Algorithmen, Schritten, Blöcken, Prozessoren, Unterprogrammen, Strategien und ähnlichem zum Steuern des Motors 10, des EGR-Ventils 13, des VGT's 17 und zum Simulieren des virtuellen Sensors 70 gemäß der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden. Ferner kann die Motorsteuerung 32 Informationen in einer Vielzahl von Weisen empfangen. Beispielsweise können Informationen über Systeme des Motors 10 über eine Datenverbindung, an einem Digitaleingang oder an einem Sensoreingang der Motorsteuerung 32 empfangen werden.
  • Die Steuerung 32 liefert durch Steuern des EGR-Ventils 13 mit veränderlichem Durchfluß und des VGT's 17 generell eine verbesserte Motorleistungsfähigkeit. Die Menge des Abgases, welches rezirkuliert werden soll, wird generell durch das EGR-Ventil 13 gesteuert. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das EGR-Ventil 13 ein Ventil mit veränderlichem Durchfluß, welches durch die Steuerung 32 elektronisch gesteuert wird. Es kann viele mögliche Anordnungen für ein steuerbares EGR-Ventil geben, und die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nicht auf eine bestimmte Struktur für das EGR-Ventil 13 beschränkt. Ferner können verschiedene Sensoren, welche an dem EGR-Ventil 13, an dem Motor 10 und in Verbindung mit entsprechenden Systemen, Untersystemen und Komponenten angeordnet sind, die Temperatur und die Druckdifferenz erfassen, um eine Bestimmung der Abgas-Massendurchflußgeschwindigkeit durch das EGR-Ventil 13 durch die Steuerung 32 zu ermöglichen.
  • Ferner können verschiedene Sensoranordnungen in verschiedenen Abschnitten der Abgasflußstrecken des Motors 10 verwirklicht werden, um die Steuerung 32 mit geeigneten Signalen zum Bestimmen der verschiedenen jeweiligen Massendurchflußgeschwindigkeiten durch die gesamte Abgasanlage (beispielsweise den Abgasdurchfluß 58 aus dem Auspuffkrümmer 14) zu bestimmen, wobei dies den Durchfluß durch das EGR-System (beispielsweise den Durchfluß 64) und den Durchfluß durch den Verdichter des Turboladers 17 (beispielsweise den Durchfluß 60) und jegliche anderen Durchflüsse umfaßt, welche geeignet sind, die Gestaltungskriterien einer bestimmten Anwendung zu erfüllen.
  • Insbesondere werden generell Sensoren zum Liefern von Signalen für jeweilige Eingabekanäle 24, welche dem EGR-Ventil 13 und der Betätigungselementsposition, dem Luftdruck des Ansaugkrümmers 15, der Ansaugkrümmertemperatur, dem Abgasdruck des Ausfpuffkrümmers 14, der Lufttemperatur des Verdichtereinlasses des Turboladers 17, dem Luftdruck des Verdichtereinlasses des Turboladers 17, einem physikalischen oder virtuellen Sensor 70, welcher ein Signal (beispielsweise das Signal AF) liefert, welches dem Luftmassendurchfluß durch den Motor 10 entspricht, und dem Sensor 74, welcher ein Signal (beispielsweise das Signal PD) liefert, welches dem Druck an dem DPF 20 entspricht, entsprechen (bzw. diese betreffen), verwirklicht.
  • Gemäß mindestens einem Beispiel kann ein Kühler 62 zum Kühlen der Lademengenluft (das bedeutet, komprimierter Luft), welche von dem Turbolader 17 kommt, verwirklicht werden. Ähnlich kann gemäß mindestens einem Beispiel ein Kühler 68 verwirklicht werden, um den Abgasdurchfluß von dem EGR- Ventil 13 zu dem Ansaugkrümmer 15 durch das EGR-System vor einer Wiedereinleitung in den Motor 10 zu kühlen.
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen eine Steuerlogik, welche verschiedene Eingangssignale verarbeitet, welche verschiedene Zustände des Motors (bzw. einer Komponente, eines Systems, eines Untersystems etc.) repräsentieren, und wiederum mindestens ein EGR-Befehlssignal (bzw. Steuersignal) (beispielsweise ACT) und mindestens ein VGT-Steuersignal (beispielsweise ADJ) liefert. Das EGR-Befehlssignal (bzw. Steuersignal) ACT steuert generell eine Position des EGR-Ventils 13 mit veränderlichem Durchfluß, um den Gasdurchfluß durch die Abgasflußstrecke 64 der EGR zu steuern. Der EGR-Positionssensor liefert generell ein Signal (beispielsweise POSIT) für mindestens einen der Eingabekanäle 24. Das Positionssignal POSIT entspricht (das bedeutet, betrifft diese) generell der Position (beispielsweise einem Prozentwert des Öffnens bzw. Schließens) des EGR-Ventils 13. Das VGT-Steuersignal ADJ steuert generell eine Position der Turbinenschaufeln des Turbinenladers 17 mit veränderlichen Schaufeln, um den Durchfluß durch die Abgasflußstrecke 60 des VGT's zu steuern. Der VGT-Positionssensor liefert generell ein Signal (beispielsweise VAPOS) für mindestens einen der Eingabekanäle 24. Das Positionssignal VAPOS entspricht generell der Position der Turbinenschaufeln des VGT's 17.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel steuert die Steuerung 32 verschiedene Komponenten, wie etwa eine Kraftstoffpumpe, um Kraftstoff von einer Quelle zu einer gemeinsamen Kraftstoff-Druckleitung bzw. einem Kraftstoffverteiler überzuleiten. Gemäß einem weiteren Beispiel kann die vorliegende Erfindung jedoch in Verbindung mit einem Direkteinspritzungsmotor verwirklicht werden. Eine Betätigung von Magnetspulen steuert generell die Zuleitungsmenge der Taktung und Dauer der Kraftstoffeinspritzung (das bedeutet, eine Menge, eine Taktung und eine Dauer der Kraftstoffversorgung). Obgleich der repräsentative Motor und das repräsentative Steuersystem 10 eine beispielhafte Anwendungsumgebung der vorliegenden Erfindung darstellen, ist die vorliegende Erfindung, wie zuvor bemerkt, nicht auf einen bestimmten Typ eines Kraftstoffs bzw. Kraftstoffsystems beschränkt und kann somit in einem beliebigen geeigneten Motor und/oder Motorsystem, welche geeignet sind, die Gestaltungskriterien einer bestimmten Anwendung zu erfüllen, verwirklicht werden.
  • Die Sensoren, Schalter und Betätigungselemente können geeignet verwirklicht werden, um Status- und Steuerinformationen über ein Schaltpult (nicht dargestellt) zu dem Motorbediener zu übermitteln. Das Schaltpult kann verschiedene Schalter zusätzlich zu Anzeigen aufweisen. Das Schaltpult ist vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zu dem Motorbediener angeordnet, wie etwa in einem Führerhaus (das bedeutet, in einem Fahrgastabteil, einer Kabine etc.) des Fahrzeugs (bzw. der Umgebung), worin das System 10 verwirklicht ist. Die Anzeigen können beliebige Anzeigen einer Anzahl von akustischen und optischen Anzeigen umfassen, wie etwa Lampen, Anzeigevorrichtungen, Summer, Alarmgeber und ähnliches. Vorzugsweise können ein oder mehrere Schalter verwendet werden, um mindestens einen bestimmten Betriebsmodus anzufordern, wie beispielsweise eine Klimatisierungssteuerung (beispielsweise eine Luftklimatisierung), Fahrtsteuerung oder einen PTO-Modus.
  • Gemäß einem Beispiel umfaßt die Steuerung 32 eine Steuerung zum Steuern mindestens eines Betriebsmodus des Motors 10 und mindestens eines Betriebsmodus des Systems des EGR-Ventils 13 und des Betätigungselements sowie des Systems des VGT's 17 und des Betätigungselements. Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 32 als EGR-Steuerung verwirklicht werden, und die Motorsteuerung kann durch eine weitere Steuerung (nicht dargestellt) durchgeführt werden. Betriebsmoden des Motors 10, welche gesteuert werden können, umfassen einen Motorleerlauf, einen PTO-Betrieb, ein Ausschalten des Motors, eine maximale zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit, eine maximale zulässige Motorgeschwindigkeit (das bedeutet, eine maximale Motordrehzahl), eine Funktion im Hinblick darauf, ob der Motor 10 gestartet werden kann (das bedeutet, eine Freigabe/Sperrung eines Motorstarts), Motorbetriebsparameter, welche die Motoremissionen beeinflussen (beispielsweise Taktung, Menge und Dauer der Kraftstoffeinspritzung, EGR-Steuerung, VGT-Steuerung, Abgasluftpumpenbetrieb etc.), Fahrtsteuerungs-Freigabe/-Sperrung, saisonale Stillegungen, Einmessungsabwandlungen und ähnliches.
  • Das Signal POSIT liefert generell eine Echtzeit-Positionsangabe des EGR-Ventils 13, welche mit der Dynamik des EGR-Durchflusses und dem Betrieb des VGT's 17 zusammengefaßt (beispielsweise kombiniert, verarbeitet etc.) werden kann. Das Signal AF liefert generell eine Echtzeit-Luftmassendurchflußangabe des Motors 10, welche mit der Dynamik das EGR-Durchflusses und dem Betrieb des VGT's 17 zusammengefaßt (beispielsweise kombiniert, verarbeitet etc.) werden kann. Das Signal VAPOS liefert generell eine Echtzeit-Turbinenschaufel-Positionsangabe des VGT's 17, welche mit der Dynamik das EGR-Durchflusses und dem Betrieb des VGT's 17 zusammengefaßt (beispielsweise kombiniert, verarbeitet etc.) werden kann.
  • Die Steuerung 32 (beispielsweise der Mikroprozessor 46 und der Speicher 38) kann mit mindestens einem mathematischen Modell programmiert werden, welches die Dynamik des EGR-Durchflusses, die Schaufelposition des VGT's 17 und den Druckabfall an dem DPF 20 (über eine Anzahl von Eingangssignalen, welche durch Sensoren zu den jeweiligen Eingabekanälen 24 geleitet werden) kontinuierlich erfassen (das bedeutet, überwachen) können. Die Steuerung 32 kann das Echtzeit-Steuersignal ACT des EGR-Ventils 13 und das Steuersignal ADJ des VGT's 17 kontinuierlich erzeugen, um die Position (bzw. Öffnung) des EGR-Ventils 13 und die Turbinenschaufelposition des VGT's 17 (das bedeutet, die VGT-Geometrie) jeweils in Echtzeit einzustellen.
  • Das bedeutet, daß eine erwünschte Änderung eines Ausflußkoeffizenten des EGR-Ventils zu dem Ausflußkoeffizienten, welcher als Prognose einer Wertaufnahmezeit berechnet wird, addiert wird, um ein Steuersignal der Position des EGR-Betätigungselements (beispielsweise das Signal ACT) kontinuierlich zu erzeugen. Der Wert (das bedeutet, die Menge, das Niveau etc.), welcher für das Signal ACT bestimmt (das bedeutet, berechnet, festgelegt etc.) wird, faßt (beispielsweise kombiniert, verarbeitet etc.) generell die Rückführung der Position des EGR-Ventils 13, die Verzögerung des Betätigungselements des EGR-Ventils, die Dynamik (das bedeutet, Verzögerungen) des Durchflusses der Ansaugluft und des Abgases in Verbindung mit Beziehungen der Ausflußkoeffizienten des EGR-Ventils gemäß Bestimmung in Reaktion auf die Position des EGR-Ventils 13 (das bedeutet, das Signal POSIT) zusammen.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht generell ein Steuern des Abgases, wie etwa von Stickoxidemissionen, aus einem Verdichtungszündungs-Verbrennungsmotor (beispielsweise dem Motor 10), welcher einen Turbolader mit veränderlicher Geometrie (beispielsweise den VGT 17) aufweist, durch Bestimmen des Turbineneinlaßdrucks und des Luftmassendurchflusses in den Motor und einer Schaufelposition des VGT's, um eine Luftmassendurchflußerhöhung in Reaktion auf Turbineneinlaßdruck-Lademengen zu liefern.
  • Die Steuerung 32 steuert das Positionieren der Schaufeln des VGT's 17 generell derart, daß der Luftmassendurchfluß durch den Motor 10 linear erhöht wird und eine Verminderung des EGR-Durchflusses proportional zu der Luftmassendurchflußerhöhung gesteuert wird.
  • Die Steuerung 32 liefert generell Einmeßgrenzwerte für die Größe der Luftmassendurchflußerhöhung und die Größe der EGR-Durchflußverminderung, um während eines dauerhaften Zustands und während Übergangsmoden des Betriebs des Motors 10 im wesentlichen die gleichen Abgasemissionen zu liefern.
  • Die Steuerung 32 bestimmt generell die Änderungsgeschwindigkeit des Luftmassendurchflusses und verhindert ein übermäßiges Schließen der Schaufeln des VGT's 17 durch Anhalten des Schließens der Schaufeln des VGT's 17, wenn eine positive Änderungsgeschwindigkeit des Luftmassendurchflusses auftritt.
  • Die Steuerung 32 bestimmt generell die Stickoxidemissionen und steuert die Position der Schaufeln des VGT's 17 in Reaktion auf die Stickoxidemissionen des Motors. Die Steuerung 32 bestimmt generell die Einspritztaktung des Motors 10 und steuert die Position der Schaufeln des VGT's 17 in Reaktion auf die Motoreinspritztaktung.
  • Die Steuerung 32 kann eine Verzögerung (das bedeutet, das Zurückbleiben bzw. Nachlaufen einer Wirkung hinter deren Ursache) liefern, um die Position des VGT's 17 geeignet zu steuern, um Öffnungs- und Schließübergänge der Schaufeln des VGT's 17 zu minimieren. Die Verzögerung kann mindestens einen der Schritte des Vorsehens einer vorbestimmten Betriebszeit für jeden Modus vor dem Übergang zu einem anderen Modus und des Bestimmens einer Änderung des Niveaus eines der Signale AF, BP (berechneter Turbineneinlaßdruck) und PD durch jeweilige vorbestimmte Größen vor dem Liefern des Signals ADJ umfassen.
  • 3 ist eine Darstellung eines sechsdimensionalen Turbineneinlaßdruck-Algorithmus, welcher bei der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
  • Speziell beruht der Algorithmus 22, welcher zum Berechnen des Drucks (bzw. des Turbineneinlaßdrucks TPI) verwendet wird, auf einer Gruppe von drei (3) zweidimensionalen Tabellen. Die Haupttabelle ist die Basis-TPI-Tabelle 26. Die Tabelle 26 verwendet als Eingabe TS die Turboladerdrehzahl 25 und die Schaufelposition 27 des Turboladers mit veränderlicher Geometrie (VGT).
  • Die zweite und die dritte Tabelle (28 bzw. 30) stellen Regelabweichungskomponenten dar. Die Tabelle 28 verwendet die Motordrehzahl 21 und die Motorlast 23 als Eingaben, und die Tabelle 30 verwendet die EGR-Ventilposition 29 und die Ansaugkrümmertemperatur 31 als Eingaben.
  • Der Algorithmus verwendet diese Eingangssignale von erprobten, zuverlässigen Sensoren (Motordrehzahl, Ansaugkrümmertemperatur etc.). Dies umfaßt auch die ECM-Steuersignale (VGT-Schaufelposition, EGR-Ventilposition, Motorlast). Im Hinblick auf den VGT und das EGR-Ventil ist eine Erfassung der Position des Betätigungselements nicht erforderlich, da das Steuersignal (typischerweise ein impulsbreitenmoduliertes Steuerausgangssignal (PWM) von 0 bis 5 Volt) genau mit einer physikalischen Betätigungselementsposition korreliert werden kann.
  • Das Erzeugen der Tabellen ist mit einem Sammeln vorhandener Motordaten für die oben aufgelisteten Signale und einem Verwenden einer typischen Auflistungstechnik zweiter Ordnung verbunden. Das zugrundeliegende Auflistungsmodell ist folgendermaßen aufgebaut: z = c1x2 + c2x + c3y2 + c4y + c5x2y2 + c6xy + c7x2y + c8xy2 + c9 wobei:
    • z
    die Tabellenausgabe ist;
    x
    die erste Eingabe in die Tabelle ist (Zeileneingabe);
    y
    die zweite Eingabe in die Tabelle ist (Spalteneingabe);
    c1 ... c9
    Koeffizienten des Polynoms sind.
  • Die Auflistung setzt ein festes Modell des Typs voraus: z = a·cwobei a der folgende Vektor ist: a = [x2 x y2 y x2y2 xy x2y xy2 1];und liefert eine Lösung für die Koeffizienten des Vektors c: c = [a'·a]–1·a'·z
  • Die Werte aus den Tabellen 1, 2 und 3 werden zueinander addiert, um den endgültigen Turbineneinlaßdruck 34 zu bestimmen.
  • 4 ist eine grafische Darstellung eines Vergleichs zwischen einem gemessenen und einem berechneten Turbineneinlaßdruck bei Verwendung des empirischen Verfahrens, welches unter Verweis auf 3 oben beschrieben wurde.
  • Speziell ist das Kurvendiagramm 52 mit einer x-Achse 18 des gemessenen Turbineneinlaßdrucks in Einheiten von kPa dargestellt. Die Y-Achse 66 stellt den Turbineneinlaßdruck auf Basis des im Fahrzeug vorhandenen Modells dar. Datenpunkte 76 zeigen deutlich, daß das im Fahrzeug vorhandene Modell mit dem gemessenen Turbineneinlaßdruck korreliert ist.
  • Für Fachkundige ist zu ersehen, daß die in der vorliegenden Schrift verwendeten Ausdrücke lediglich beschreibende und keine beschränkenden Ausdrücke sind. Viele Änderungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind möglich, ohne von Schutzumfang und Prinzip der Erfindung gemäß Darlegung in den beigefügten Ansprüchen abzuweichen.
  • Der geschätzte Turbineneinlaßdruck wird in der EGR- und VGT-Steuerlogik aufgenommen, um die Luft- und EGR-Durchflußgeschwindigkeit während eines Motorbetriebs eines dauerhaften Zustands und eines Übergangs zu modulieren. Der Turbineneinlaßdruck wird verwendet, um ferner die Turbolader-Durchflußgeschwindigkeit und die EGR-Durchflußgeschwindigkeit zu schätzen, wodurch genaue Positionen des EGR-Ventils und der VGT-Schaufeln in dem gesamten Motorbetriebsbereich ermöglicht werden.
  • Die in der vorliegenden Schrift verwendeten Ausdrücke sind beschreibende und keine beschränkenden Ausdrücke. Für Fachkundige ist zu ersehen, daß viele Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne von Schutzumfang und Prinzip der Erfindung gemäß Darlegung in den beigefügten Ansprüchen abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6732522 [0006]

Claims (6)

  1. Verfahren zum Schätzen eines Echtzeit-Abgasdrucks in einem Verbrennungsmotor mit einem Abgasrezirkulationssystem (EGR), einem ECM mit einem Speicher und einem Turbolader mit einem Einlaß, um die EGR-Durchflußgeschwindigkeit und die Verbrennungsemissionen zu steuern, umfassend: Bestimmen der Turboladerdrehzahl; Bestimmen der Motordrehzahl; Bestimmen der Motorlast; Bestimmen der EGR-Ventilposition; Bestimmen der Ansaugkrümmertemperatur; Bestimmen der Turboladerdrehzahl unter Verwendung der sechs Variablen als Eingaben für drei zweidimensionale Tabellen, welche summiert werden, um einen endgültigen Turboladereinlaßdruck zu schätzen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Turbolader ein Turbolader mit veränderlicher Geometrie (VGT) mit Turbinenschaufeln ist, wobei das Verfahren ferner ein Bestimmen der VGT-Schaufelposition umfaßt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei sich die Turboladerdrehzahl, die Motordrehzahl, die VGT-Schaufelposition, die Motorlast, die EGR-Ventilposition und die Ansaugkrümmertemperatur in mindestens einer Tabelle des Speichers des MCM's befinden; wobei die Tabelle gemäß der Formel erzeugt wird: z = c1x2 + c2x + c3y2 + c4y + c5x2y2 + c6xy + c7x2y + c8xy2 + c9 wobei: z die Tabellenausgabe ist (Turbineneinlaßdruck); x die erste Eingabe in die Tabelle ist (beispielsweise die Turboladerdrehzahl); y die zweite Eingabe in die Tabelle ist (beispielsweise die VGT-Schaufelposition); c1; c2; c3; c4; c5; c6; c7; c8; c9 Koeffizienten des Polynoms sind, welches als zugrundeliegendes Turbineneinlaßdruckmodell verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend die Schritte: Voraussetzen eines festen Modells z = a·c wobei a der Vektor a = [x2 x y2 y x2y2 xy x2y xy2 1] ist; Lösen für die Koeffizienten des Vektors c c = [A'·A]–1·A'·Z
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Emissionen Stickoxide sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die EGR-Ventilposition als Funktion des prozentualen Werts, in welchem das EGR-Ventil offen ist, gemessen wird.
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