DE102013202640A1

DE102013202640A1 - Systeme und Verfahren zum Einstellen eines geschätzten Durchflusses von Abgas, das durch ein Abgasrückführungsventil strömt

Info

Publication number: DE102013202640A1
Application number: DE102013202640A
Authority: DE
Inventors: Jon C. Wasberg; Vijay Ramappan; Layne K. Wiggins; Gregory J. York; Martino Casetti
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2013-08-29
Also published as: US20130226435A1; CN103291476A; CN103291476B

Abstract

Ein System gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung weist ein Modul zum Einstellen eines volumetrischen Wirkungsgrads und ein Modul zum Einstellen einer Abgasrückführungs-(AGR-)Strömung auf. Das Modul zum Einstellen eines volumetrischen Wirkungsgrads stellt einen geschätzten volumetrischen Wirkungsgrad eines Motors auf Grundlage eines Massendurchflusses von in den Motor eintretender Luft ein. Das AGR-Strömungseinstellmodul stellt selektiv einen geschätzten Massendurchfluss von durch ein AGR-Ventil strömendem Abgas auf Grundlage einer Größe ein, mit der das Modul zum Einstellen eines volumetrischen Wirkungsgrads den volumetrischen Wirkungsgrad einstellt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Einstellen eines geschätzten Durchflusses von Abgas, das durch ein Abgasrückführungsventil strömt.
HINTERGRUND
Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zulässig.
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern, um Kolben anzutreiben, die Antriebsdrehmoment erzeugen. Eine Luftströmung in den Motor wird über eine Drosselklappe reguliert. Genauer stellt die Drosselklappe den Drosselklappenquerschnitt ein, was die Luftströmung in den Motor erhöht oder verringert. Wenn der Drosselklappenquerschnitt zunimmt, nimmt die Luftströmung in den Motor zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch für die Zylinder vorzusehen und/oder einen gewünschten Drehmomentausgang zu erreichen. Ein Erhöhen des Betrages an Luft und Kraftstoff, der an die Zylinder geliefert wird, erhöht die Drehmomentabgabe des Motors.
In funkengezündeten Motoren löst ein Zündfunken eine Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemisches aus, das an die Zylinder geliefert wird. Bei kompressionsgezündeten Motoren verbrennt eine Kompression in dem Zylindern das Luft/Kraftstoff-Gemisch, das an die Zylinder geliefert wird. Zündzeitpunkt und Luftströmung können die Primärmechanismen zum Einstellen des Drehmomentausgangs von funkengezündeten Motoren sein, während die Kraftstoffströmung einen Primärmechanismus zum Einstellen des Drehmomentausgangs von kompressionsgezündeten Motoren darstellen kann.
Es sind Motorsteuersysteme entwickelt worden, um das Motorausgangsdrehmoment zu steuern, um ein gewünschtes Drehmoment zu erreichen. Herkömmliche Motorsteuersysteme steuern jedoch das Motorausgangsdrehmoment nicht so genau wie gewünscht. Ferner sehen herkömmliche Motorsteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale vor oder koordinieren die Motordrehmomentsteuerung nicht über die verschiedenen Vorrichtungen, die das Motorausgangsdrehmoment beeinflussen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein System gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung weist ein Modul zur Einstellung eines volumetrischen Wirkungsgrades und ein Modul zur Einstellung einer Strömung einer Abgasrückführung (AGR) auf. Das Modul zur Einstellung eines volumetrischen Wirkungsgrades stellt einen geschätzten volumetrischen Wirkungsgrad eines Motors auf Grundlage eines Massendurchflusses von in den Motor eintretender Luft ein. Das AGR-Strömungseinstellmodul stellt selektiv einen geschätzten Massendurchfluss von durch das AGR-Ventil strömendem Abgas auf Grundlage einer Größe ein, um die das Modul zur Einstellung eines volumetrischen Wirkungsgrades den volumetrischen Wirkungsgrad einstellt.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der hier nachstehend bereitgestellten genauen Beschreibung. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Offenbarung zu beschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der genauen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Motorsteuerverfahren gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Motorsteuersystem kann Steuerparameter, wie Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzung, Drosselposition, Ventilzeitpunkt und Abgasrückführung, auf Grundlage des Drehmomentausgangs eines Motors bestimmen. Der Drehmomentausgang eines Motors kann auf Grundlage seines volumetrischen Wirkungsgrads geschätzt werden. Der volumetrische Wirkungsgrad kann ein Verhältnis (oder Prozentsatz) der Menge von Luft, die in einen Zylinder während eines Einlasses eintritt, zu einer Ist-(oder geometrischen)Kapazität des Zylinders unter statischen Bedingungen sein. Der volumetrische Wirkungsgrad kann auf Grundlage eines Druckverhältnisses über den Motor geschätzt werden, und der geschätzte volumetrische Wirkungsgrad kann auf Grundlage eines Massendurchflusses von Luft eingestellt werden, die in den Motor unter bestimmten Bedingungen eintritt. Die Größe, mit der der geschätzte volumetrische Wirkungsgrad eingestellt wird, kann als ein Korrekturfaktor des volumetrischen Wirkungsgrads (VE) bezeichnet werden.
Der Drehmomentausgang eines Motors kann durch einen Massendurchfluss von Abgas beeinflusst sein, der durch ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil rückgeführt wird. Der Massendurchfluss von Abgas, das durch das AGR-Ventil rückgeführt wird, kann auf Grundlage des Druckverhältnisses über den Motor und der Position des AGR-Ventils geschätzt werden. Der geschätzte Massendurchfluss kann beispielsweise aufgrund einer Strömungsbegrenzung in dem AGR-Ventil, deren Größe mit der Zeit zunimmt, und/oder unkorrekter Schätzungen des Druckverhältnisses über den Motor ungenau sein. Seinerseits kann die Menge an rückgeführtem Abgas größer oder kleiner als erwartet sein. Eine Zündfrühverstellung kann auf Grundlage des geschätzten Massendurchflusses bestimmt werden, wenn rückgeführtes Abgas eine Verbrennung in einem Zylinder kühlt und ein Klopfen hemmt. Somit können Ungenauigkeiten in dem geschätzten Massendurchfluss zu einem Klopfen führen.
Ein Motorsteuersystem und -verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung stellt einen geschätzten Massendurchfluss von durch ein AGR-Ventil strömendem Abgas auf Grundlage des VE-Korrekturfaktors ein. Das AGR-Ventil kann geschlossen werden, und ein erster Wert des VE-Korrekturfaktors kann bestimmt werden, wenn eine Verlangsamungskraftstoffabsperrung eingeschaltet ist. Wenn die Verlangsamungskraftstoffabsperrung eingeschaltet bleibt, während das AGR-Ventil geschlossen ist, kann das AGR-Ventil geöffnet werden, und ein zweiter Wert des VE-Korrekturfaktors kann bestimmt werden, nachdem das AGR-Ventil für eine vorbestimmte Periode geöffnet ist. Der geschätzte Massendurchfluss kann eingestellt werden, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert größer als eine erste Schwelle ist. Der (eingestellte) geschätzte Massendurchfluss kann verwendet werden, um eine Regelung (von engl.: ”closed-loop control”) der Öffnungsfläche eines AGR-Ventils innerhalb der Betätigungsgrenzen des AGR-Ventils auszuführen. Zusätzlich kann ein Fehler in dem AGR-Ventil detektiert werden, wenn die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert größer als eine zweite Schwelle ist. Die zweite Schwelle kann größer als die erste Schwelle sein.
Eine Detektion eines Fehlers in einem AGR-Ventil auf Grundlage des VE-Korrekturfaktors kann sicherstellen, dass das AGR-Ventil korrekt gebaut ist, wenn ein Fahrzeug zusammengebaut wird, und kann Strömungsbegrenzungen in dem AGR-Ventil identifizieren, deren Größe mit der Zeit wächst. Ein Einstellen des geschätzten Massendurchflusses von Abgas, das durch das AGR-Ventil gelangt, auf Grundlage des VE-Korrekturfaktors verbessert die Genauigkeit des geschätzten Massendurchflusses.
Seinerseits kann der Zündzeitpunkt aggressiver nach Früh verstellt werden, ohne ein Klopfen zu bewirken. Ein nach Früh verstellter Zündzeitpunkt verbessert allgemein die Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Somit kann ein Verbessern der Genauigkeit des geschätzten Massendurchflusses von durch das AGR-Ventil strömendem Abgas die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern und ein Klopfen unterbinden.
Zusätzlich kann ein Verbessern der Genauigkeit des geschätzten Massendurchflusses die Genauigkeit des geschätzten Drehmomentausgangs eines Motors verbessern. Dies kann insbesondere in einem Hybridsystem nützlich sein, wenn der Drehmomentausgang eines Motors mit dem Drehmomentausgang einer Elektromaschine koordiniert wird.
Mit Bezug nun auf 1 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsmoment für ein Fahrzeug auf Grundlage einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird in den Motor 102 durch einen Ansaugkrümmer 108 gezogen. Nur beispielhaft kann das Ansaugsystem 108 einen Ansaugkrümmer 110 und ein Drosselventil 112 aufweisen. Nur beispielhaft kann das Drosselventil 112 eine Ventilklappe aufweisen, die eine drehbare Klappe aufweist. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselaktuatormodul 116, das ein Öffnen des Drosselventils 112 reguliert, um die in den Ansaugkrümmer 110 gezogene Menge an Luft zu steuern.
Luft von dem Ansaugkrümmer 110 wird in die Zylinder des Motors 102 gezogen. Während der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Veranschaulichungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Nur beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktuatormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv abzuschalten, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter gewissen Motorbetriebsbedingungen verbessern kann.
Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die vier Takte, die nachfolgend beschrieben sind, sind als Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Auspufftakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) linden zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 statt. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 allen vier der Takte ausgesetzt ist.
Während des Ansaugtakts wird Verbrennungsgas von dem Ansaugkrümmer 110 in den Zylinder 118 durch ein Ansaugventil 122 gezogen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktuatormodul 124, das eine Kraftstoffeinspritzung reguliert, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann in den Ansaugkrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen eingespritzt werden, wie nahe dem Ansaugventil 122 von jedem der Zylinder. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktuatormodul 124 kann die Kraftstoffeinspritzung in Zylinder, die abgeschaltet sind, anhalten.
Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit Verbrennungsgas und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 118. Während des Verdichtungstaktes komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Der Motor 102 kann ein Kompressionszündungsmotor sein, wobei in diesem Fall die Kompression in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Alternativ kann der Motor 102 ein funkengezündeter Motor sein, wobei in diesem Fall ein Zündfunkenaktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 auf Grundlage eines Signals von dem ECM 114 erregt, die das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Der Zündzeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu dem Zeitpunkt festgelegt sein, wenn sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet wird.
Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann durch ein Zündzeitpunktsignal gesteuert werden, das festlegt, wie weit vor oder nach dem OT der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung in Verbindung steht, kann ein Betrieb des Zündfunkenaktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert sein. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 die Bereitstellung von Zündfunken an abgeschaltete Zylinder anhalten.
Die Erzeugung des Zündfunken kann als ein Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann die Fähigkeit haben, den Zündzeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündereignis zu variieren. Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann sogar in der Lage sein, den Zündzeitpunkt für ein nächstes Zündereignis zu variieren, wenn das Zündzeitpunktsignal zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen und das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann den Zündzeitpunkt relativ zum OT für alle Zylinder in dem Motor 102 um dieselbe Größe variieren.
Während des Arbeitstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches den Kolben abwärts, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Arbeitstakt kann als Zeit zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Kolben den OT erreicht, und dem Zeitpunkt definiert sein, zu dem der Kolben zurück zu dem unteren Totpunkt (UT) zurückkehrt.
Während des Auspufftakts beginnt der Kolben, sich von dem UT aufwärts zu bewegen, und stößt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Abgasventil 130 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Abgassystem 134 ausgestoßen.
Das Ansaugventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Abgasventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Ansaugventile (einschließlich dem Ansaugventil 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Ansaugventile (einschließlich dem Ansaugventil 122) mehrerer Bänke von Zylindern (einschließlich dem Zylinder 118) steuern. In ähnlicher Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Abgasventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können Abgasventile (einschließlich dem Abgasventil 130) für mehrere Zylinderbänke (einschließlich dem Zylinder 118) steuern.
Das Zylinderaktuatormodul 120 kann den Zylinder 118 durch Deaktivieren eines Öffnens des Ansaugventils 122 und/oder des Abgasventils 130 abschalten. Bei verschiedenen anderen Implementierungen können das Ansaugventil 122 und/oder das Abgasventil 130 durch Vorrichtungen gesteuert werden, die von Nockenwellen verschieden sind, wie elektromagnetischen Aktuatoren.
Die Zeit, zu der das Ansaugventil 122 geöffnet ist, kann in Bezug auf den Kolben-OT durch einen Einlassnockenphasensteller 148 variiert werden.
Die Zeit, zu der das Abgasventil 130 geöffnet ist, kann in Bezug auf den Kolben-OT durch einen Auslassnockenphasensteller 150 variiert werden. Ein Phasenstelleraktuatormodul 158 kann den Einlassnockenphasensteller 148 und den Auslassnockenphasensteller 150 auf Grundlage von Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn implementiert, kann der variable Ventilhub (nicht gezeigt) auch durch das Phasenstelleraktuatormodul 158 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann eine Ladevorrichtung aufweisen, die druckbeaufschlagtes Verbrennungsgas an den Ansaugkrümmer 110 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader mit einer Heiß-Turbine 160-1, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader weist auch einen Kaltluftkompressor 160-2 auf, der durch die Turbine 160-1 angetrieben wird und Luft komprimiert, die in das Drosselventil 112 führt. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Auflader (nicht gezeigt), der durch die Kurbelwelle angetrieben wird, Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und das komprimierte Verbrennungsgas an den Ansaugkrümmer 110 liefern.
Ein Ladedruckregelventil 162 kann eine Umgehung der Turbine 160-1 durch Abgas zulassen, wodurch die Aufladung (der Betrag an Ansaugluftkompression) des Turboladers reduziert wird. Das ECM 114 kann den Turbolader über ein Ladeaktuatormodul 164 steuern. Das Ladeaktuatormodul 164 kann die Aufladung des Turboladers durch Steuern der Position des Ladedruckregelventils 162 modulieren. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Turbolader durch das Ladeaktuatormodul 164 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Ladeaktuatormodul 164 gesteuert werden kann.
Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme, die in der komprimierten Verbrennungsgasladung enthalten ist, dissipieren, die erzeugt wird, wenn das Verbrennungsgas komprimiert wird. Die komprimierte Verbrennungsgasladung kann auch absorbierte Wärme von Komponenten des Abgassystems 134 aufweisen. Obwohl sie zu Zwecken der Veranschaulichung getrennt gezeigt sind, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 aneinander befestigt sein, wodurch Ansaugluft in nächste Nähe zu heißem Abgas gebracht wird.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück an den Ansaugkrümmer 110 lenkt. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 eines Turboladers positioniert sein. Bei verschiedenen Implementierungen kann das AGR-Ventil 170 stromabwärts der Turbine 160-1 angeordnet sein und das durch das AGR-Ventil 170 rückgeführte Abgas kann stromaufwärts von dem Kompressor 160-2 eingeführt werden. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktuatormodul 172 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (U/min) unter Verwendung eines U/min-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmitteltemperatur-(ECT)-Sensors 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert wird, wie einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Ansaugkrümmer 110 kann unter Verwendung eines Sensors 184 für Krümmerabsolutdruck (MAP von engl.: ”manifold absolute pressure”) gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorunterdruck, der die Differenz zwischen Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Ansaugkrümmer 110 ist, gemessen werden. Der Massendurchfluss von Luft, die in den Ansaugkrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Sensors 186 für Luftmassenstrom (MAF von engl.: ”mass air flow”) gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 aufweist.
Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils unter Verwendung einer oder mehrerer Drosselpositionssensoren 190 (TPS von engl.: ”throttle position sensor”) überwachen. Die Umgebungstemperatur von Luft, die in den Motor 102 gezogen wird, kann unter Verwendung eines Sensors 192 für Ansauglufttemperatur (IAT von engl.: ”intake air temperature”) gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um ein Schalten von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Beispielsweise kann das ECM 114 ein Motordrehmoment während eines Gangschaltens reduzieren. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um einen Betrieb des Motors 102 und einer Elektromaschine 198 zu koordinieren.
Die Elektromaschine 198 kann auch als ein Generator dienen und kann dazu verwendet werden, elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert sein.
Jedes System, das einen Motorparameter variiert, kann als ein Aktuator bezeichnet werden, der einen Aktuatorwert empfängt. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 116 als ein Aktuator bezeichnet werden und die Drosselöffnungsfläche kann als der Aktuatorwert bezeichnet werden. Bei dem Beispiel von 1 erreicht das Drosselaktuatormodul 116 die Drosselöffnungsfläche durch Einstellen eines Winkels der Klappe des Drosselventils 112.
In ähnlicher Weise kann das Zündaktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während der entsprechende Aktuatorwert die Größe an Zündfrühverstellung relativ zu dem Zylinder-OT sein kann. Andere Aktuatoren könne das Zylinderaktuatormodul 120, das Kraftstoffaktuatormodul 124, das Phasenstelleraktuatormodul 158, das Ladeaktuatormodul 164 und das AGR-Aktuatormodul 172 aufweisen. Für diese Aktuatoren können die Aktuatorwerte einer Anzahl aktivierter Zylinder, der Kraftstofflieferrate, den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkeln, dem Ladedruck bzw. der AGR-Ventilöffnungsfläche entsprechen. Das ECM 114 kann Aktuatorwerte steuern, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein gewünschtes Motorausgangsdrehmoment erzeugt.
Das ECM 114 kann Aktuatorwerte, wie Zündfrühverstellung, Kraftstoffbelieferungsrate und/oder Drosselfläche, auf Grundlage des Drehmomentausgangs des Motors 102 bestimmen. Das ECM 114 kann einen Drehmomentausgang des Motors 102 auf Grundlage des volumetrischen Wirkungsgrads des Motors 102 schätzen. Das ECM 114 kann den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors 102 auf Grundlage eines Druckverhältnisses über den Motor schätzen. Das Druckverhältnis über den Motor 102 ist ein Verhältnis eines Drucks stromaufwärts von dem Motor 102, wie dem Druck in dem Ansaugkrümmer 110, zu einem Druck stromabwärts von dem Motor 102. Das ECM 114 kann den geschätzten volumetrischen Wirkungsgrad auf Grundlage des gemessenen Massendurchflusses von in den Motor 102 eintretender Luft einstellen. Die Größe, mit der der geschätzte volumetrische Wirkungsgrad eingestellt wird, kann als ein Korrekturfaktor des volumetrischen Wirkungsgrads (VE) bezeichnet werden.
Das ECM 114 schätzt einen Massendurchfluss von durch das AGR-Ventil 170 strömendem Abgas auf Grundlage des Druckverhältnisses über den Motor 102 und stellt den geschätzten Massendurchfluss auf Grundlage des VE-Korrekturfaktors ein. Das ECM 114 kann das AGR-Ventil 170 schließen und einen ersten Wert des VE-Korrekturfaktors bestimmen, wenn eine Verlangsamungskraftstoffabsperrung eingeschaltet ist. Das ECM 114 kann eine Verlangsamungskraftstoffabsperrung aktivieren, wenn das Getriebe in einen Gang geschaltet ist, ein Gaspedal (nicht gezeigt) nicht gedrückt ist und die Drehzahl des Motors 102 größer als die Leerlaufdrehzahl ist. Das ECM 114 kann das AGR-Ventil 170 öffnen und einen zweiten Wert des VE-Korrekturfaktors bestimmen, nachdem das AGR-Ventil 170 für eine vorbestimmte Periode geöffnet ist. Das ECM 114 kann den geschätzten Massendurchfluss einstellen, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert größer als eine Schwelle ist.
Nun Bezug nehmend auf 2 kann das ECM 114 ein Schätzmodul 202 des volumetrischen Wirkungsgrads (VE) und ein Einstellmodul 204 des volumetrischen Wirkungsgrads (VE) aufweisen. Das VE-Schätzmodul 202 schätzt den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors 102. Das VE-Schätzmodul 202 kann einen Massendurchfluss von durch den Motor 102 strömender Luft auf Grundlage des volumetrischen Wirkungsgrads schätzen. Das VE-Schätzmodul 202 kann den volumetrischen Wirkungsgrad auf Grundlage eines Verhältnisses eines ersten Drucks stromaufwärts von dem Motor 102, wie dem Druck in dem Ansaugkrümmer 110, zu einem zweiten Druck stromabwärts von dem Motor 102 schätzen. Das VE-Schätzmodul 202 kann den ersten Druck von dem MAP-Sensor 184 empfangen. Das VE-Schätzmodul 202 kann den zweiten Druck auf Grundlage des ersten Drucks und/oder anderer Betriebsbedingungen schätzen. Das VE-Schätzmodul 202 kann den geschätzten volumetrischen Wirkungsgrad und den geschätzten Massendurchfluss von durch den Motor 102 strömender Luft ausgeben.
Das VE-Einstellmodul 204 stellt den geschätzten volumetrischen Wirkungsgrad auf Grundlage des von dem MAF-Sensor 186 gemessenen Massendurchflusses ein. Das VE-Einstellmodul 204 kann den geschätzten volumetrischen Wirkungsgrad um eine Größe einstellen, die proportional zu einer Differenz zwischen dem Massendurchfluss, der durch das VE-Schätzmodul 202 geschätzt ist, und dem Massendurchfluss, der durch den MAF-Sensor 186 gemessen ist, ist. Die Größe, um die der volumetrische Wirkungsgrad eingestellt wird, kann als ein Korrekturfaktor des volumetrischen Wirkungsgrads (VE) bezeichnet werden. Das VE-Einstellmodul 204 gibt den (eingestellten) geschätzten volumetrischen Wirkungsgrad und den VE-Korrekturfaktor aus.
Ein AGR-Strömungsschätzmodul 206 schätzt einen Massendurchfluss von durch das AGR-Ventil 170 rückgeführtem Abgas. Das AGR-Strömungsschätzmodul 206 kann den Massendurchfluss vom Abgas auf Grundlage der AGR-Ventilöffnungsfläche, eines ersten Drucks stromaufwärts von dem AGR-Ventil 170 und eines zweiten Drucks stromabwärts von dem AGR-Ventil 170 schätzen. Das AGR-Strömungsschätzmodul 206 kann den zweiten Druck von dem MAP-Sensor 184 empfangen. Das AGR-Strömungsschätzmodul 206 kann den ersten Druck auf Grundlage des zweiten Drucks und/oder anderer Betriebsbedingungen schätzen.
Das AGR-Strömungsschätzmodul 206 kann den Massendurchfluss von durch das AGR-Ventil 170 rückgeführtem Abgas unter Verwendung der folgenden Gleichung schätzen:
wobei der Massendurchfluss (ṁ) eine Funktion der AGR-Ventilöffnungsfläche (A_r), des ersten Drucks (P₀) stromaufwärts von dem AGR-Ventil 170, einer Temperatur (T₀), des zweiten Drucks (P_r) stromabwärts von dem AGR-Ventil 170 und verschiedener Konstanten (C_D, R, γ) ist. Diese Beziehung kann durch eine Gleichung modelliert und/oder als eine Nachschlagetabelle gespeichert sein. Beispielsweise kann eine Nachschlagetabelle, die die Konstante (C_D) mit verschiedenen Betriebsbedingungen in Verbindung bringt, durch Motorkalibrierung entwickelt werden. Das AGR-Strömungsschätzmodul 206 gib den geschätzten Massendurchfluss von rückgeführtem Abgas aus.
Das AGR-Strömungseinstellmodul 208 stellt den geschätzten Massendurchfluss von durch das AGR-Ventil 170 rückgeführtem Abgas auf Grundlage des VE-Korrekturfaktors ein. Das AGR-Strömungseinstellmodul 208 kann den geschätzten Massendurchfluss von Abgas auf Grundlage einer Änderung des VE-Korrekturfaktors einstellen, wenn das AGR-Ventil 170 von Geschlossen nach Offen geschaltet wird. Der VE-Korrekturfaktor kann einen ersten Wert, wenn das AGR-Ventil 170 geschlossen ist, und einen zweiten Wert besitzen, wenn das AGR-Ventil 170 offen ist. Das AGR-Strömungseinstellmodul 208 kann den geschätzten Massendurchfluss einstellen, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert größer als eine erste Schwelle ist. Das AGR-Strömungseinstellmodul 208 gibt den (eingestellten) geschätzten Massendurchfluss von durch das AGR-Ventil 170 rückgeführtem Abgas aus.
Ein Drehmomentschätzmodul 210 schätzt den Drehmomentausgang des Motors 102. Das Drehmomentschätzmodul 210 kann den Drehmomentausgang des Motors 102 auf Grundlage von Motoraktuatorwerten schätzen. Beispielsweise kann der Drehmomentausgang des Motors 102 auf Grundlage der folgenden Beziehung geschätzt werden: T = f(MAF, S, I, E, AF, #, AGR) (2) wobei das Drehmoment (T) eine Funktion des Massendurchflusses (MAF), der Zündfrühverstellung (S), der Einlassnockenphasenstellerposition (I), der Auslassnockenphasenstellerposition (E), des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (AF), der Anzahl aktivierter Zylinder (#) und des geschätzten Massendurchflusses von Abgas durch das AGR-Ventil 170 (AGR) ist. Diese Beziehung kann durch eine Gleichung modelliert und/oder als eine Nachschlagetabelle gespeichert sein. Das Drehmomentschätzmodul 210 gibt das geschätzte Drehmoment aus. Das geschätzte Drehmoment kann dazu verwendet werden, eine Regelung (von engl.: ”closed-loop control”) von Aktuatorwerten auszuführen, wie Drosselfläche, Kraftstoffbelieferungsrate, Zündfrühverstellung, Phasenstellerpositionen und AGR-Ventilöffnungsquerschnitt. Eine Regelung der AGR-Ventilöffnungsfläche kann auf einem Soll-Massendurchfluss von rückgeführtem Abgas und/oder einem Soll-Massenanteil von rückgeführtem Abgas basieren.
Ein Kraftstoffsteuermodul 212 steuert eine Kraftstoffströmung an einen oder mehrere Zylinder des Motors 102. Das Kraftstoffsteuermodul 212 kann eine Kraftstofflieferung an einen oder mehrere Zylinder des Motors 102 absperren, wenn eine Verlangsamungskraftstoffabsperrung eingeschaltet ist. Das Kraftstoffsteuermodul 212 kann eine Verlangsamungskraftstoffabsperrung aktivieren, wenn das Getriebe in einen Gang geschaltet ist, das Gaspedal nicht gedrückt ist und die Drehzahl des Motors 102 größer als die Leerlaufdrehzahl ist.
In Normalbetrieb eines funkengezündeten Motors kann das Kraftstoffsteuermodul 212 in einem Luftführungsmodus arbeiten, bei dem das Kraftstoffsteuermodul 212 versucht, durch Steuerung einer Kraftstoffströmung auf Grundlage einer Luftströmung ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis beizubehalten. Das Kraftstoffsteuermodul 212 kann eine Kraftstoffmasse bestimmen, die eine stöchiometrische Verbrennung in Kombination mit der gegenwärtigen Menge von Luft pro Zylinder erzielt. Das Kraftstoffsteuermodul 212 kann das Kraftstoffaktuatormodul 124 über die Kraftstoffbelieferungsrate anweisen, um diese Kraftstoffmasse für jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen. Bei kompressionsgezündeten Systemen kann das Kraftstoffsteuermodul 212 in einem Kraftstoffführungsmodus arbeiten, bei dem das Kraftstoffsteuermodul 212 eine Kraftstoffmasse für jeden Zylinder bestimmt, die eine Drehmomentanforderung erfüllt, während Emissionen, Geräusch und Kraftstoffverbrauch minimiert sind. In dem Kraftstoffführungsmodus wird die Luftströmung auf Grundlage einer Kraftstoffströmung gesteuert und kann gesteuert werden, um ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen. Zusätzlich kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einem vorbestimmten Niveau beibehalten werden, das bei dynamischen Motorbetriebsbedingungen eine Produktion von schwarzem Rauch verhindern kann.
Ein Ventilsteuermodul 214 steuert die Öffnungsfläche des AGR-Ventils 170. Das Ventilsteuermodul 214 kann das AGR-Aktuatormodul 272 anweisen, das AGR-Ventil 170 auf eine gewünschte Öffnungsfläche einzustellen. Das Ventilsteuermodul 214 kann die gewünschte Öffnungsfläche innerhalb der Betätigungsgrenzen des AGR-Ventils 170 auf Grundlage des geschätzten Massendurchflusses von rückgeführtem Abgas einstellen. Das Ventilsteuermodul 214 kann das AGR-Ventil 170 schließen, wenn eine Verlangsamungskraftstoffabsperrung eingeschaltet ist. Das Ventilsteuermodul 214 kann auf Grundlage eines von dem Kraftstoffsteuermodul 212 empfangenen Eingangs bestimmen, warm eine Verlangsamungskraftstoffabsperrung eingeschaltet ist. Das Ventilsteuermodul 214 kann das AGR-Ventil 170 in eine vorbestimmte Position öffnen, nachdem das AGR-Ventil 170 für eine vorbestimmte Periode geschlossen ist, während eine Verlangsamungskraftstoffabsperrung eingeschaltet bleibt.
Ein Fehlerdetektionsmodul 216 detektiert einen Fehler in einem AGR-System auf Grundlage des VE-Korrekturfaktors. Das AGR-System weist das AGR-Ventil 170 auf und kann andere Ausstattungskomponenten aufweisen, wie einen AGR-Gaskühler. Das Fehlerdetektionsmodul 216 kann einen Fehler in dem AGR-System detektieren, wenn die Differenz zwischen dem ersten Wert des VE-Korrekturfaktors und dem zweiten Wert des VE-Korrekturfaktors größer als eine zweite Schwelle ist. Die zweite Schwelle kann größer als die erste Schwelle sein.
Nun Bezug nehmend auf 3 beginnt ein Verfahren zum Einstellen eines geschätzten Massendurchflusses von durch ein Abgasrückführungs-(AGR-)Ventil strömenden Abgases bei 302. Bei 304 schätzt das Verfahren einen Massendurchfluss von durch ein AGR-Ventil strömendem Abgas. Das Verfahren kann den Massendurchfluss auf Grundlage eines Verhältnisses eines ersten Drucks stromaufwärts von dem AGR-Ventil zu einem zweiten Druck stromabwärts von dem AGR-Ventil schätzen. Der erste Druck kann geschätzt werden, und der zweite Druck kann gemessen werden. Das Verfahren kann den Massendurchfluss unter Verwendung von Beziehung (1), wie oben beschrieben ist, schätzen.
Bei 306 bestimmt das Verfahren, ob eine Verlangsamungskraftstoffabsperrung eingeschaltet ist. Die Verlangsamungskraftstoffabsperrung kann eingeschaltet sein, wenn sich ein Getriebe in einem Gang befindet, ein Gaspedal nicht gedrückt ist und die Drehzahl des Motors größer als die Leerlaufdrehzahl ist. Das Verfahren kann auch bestimmen, ob andere Einschaltbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann das Verfahren sicherstellen, dass die Änderungsrate(n) von Krümmerdruck und/oder Motordrehzahl kleiner als eine vorbestimmte Rate ist/sind. Falls die Verlangsamungskraftstoffabsperrung eingeschaltet ist, fährt das Verfahren mit 308 fort. Ansonsten fährt das Verfahren mit 310 fort.
Bei 310 steuert das Verfahren das AGR-Ventil auf Grundlage eines vorbestimmten Plans. Beispielsweise kann das Verfahren das AGR-Ventil auf eine Sollöffnungsfläche einstellen, die aus einer Nachschlagetabelle entnommen wird. Die Nachschlagetabelle kann die Sollöffnungsfläche mit Motorbetriebsbedingungen, wie einen Druck in einem Ansaugkrümmer, in Verbindung bringen.
Bei 308 schließt das Verfahren das AGR-Ventil. Bei 312 bestimmt das Verfahren einen ersten Wert eines Korrekturfaktors eines volumetrischen Wirkungsgrads (VE). Das Verfahren kann den ersten Wert auf Grundlage eines Durchschnitts des VE-Korrekturfaktors über eine erste Periode bestimmen, während der das AGR-Ventil geschlossen ist.
Bei 314 öffnet das Verfahren das AGR-Ventil. Das Verfahren kann das AGR-Ventil in eine vorbestimmte Position öffnen, nachdem das AGR-Ventil für eine vorbestimmte Periode geschlossen ist. Bei 316 bestimmt das Verfahren einen zweiten Wert des VE-Korrekturfaktors. Das Verfahren kann den zweiten Wert auf Grundlage eines Durchschnitts des VE-Korrekturfaktors über eine zweite Periode, während der das AGR-Ventil offen ist, bestimmen.
Bei 318 bestimmt das Verfahren, ob eine Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert größer als eine erste Schwelle ist. Wenn die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert größer als die erste Schwelle ist, fährt das Verfahren mit 320 fort. Ansonsten fährt das Verfahren mit 322 fort. Bei 322 stellt das Verfahren nicht den geschätzten Massendurchfluss von durch das AGR-Ventil strömendem Abgas ein.
Bei 320 stellt das Verfahren den geschätzten Massendurchfluss von Abgas, der durch das AGR-Ventil strömt, auf Grundlage des VE-Korrekturfaktors ein. Das Verfahren kann den geschätzten Massendurchfluss um eine Größe einstellen, die auf der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Wert des VE-Korrekturfaktors und/oder auf einem Verhältnis des ersten und zweiten Werts des VE-Korrekturfaktors basiert.
Die vorhergehende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obwohl diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll daher der tatsächliche Schutzumfang der Offenbarung nicht darauf beschränkt sein, da dem Fachmann bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche andere Abwandlungen offensichtlich werden. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Bei der Verwendung hierin soll die Formulierung zumindest eines aus A, B und C so ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder bedeutet. Es sei zu verstehen, dass ein oder mehrere Schritte in einem Verfahren in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Der hier verwendete Begriff ”Modul” kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein Field Programmable Gate Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder alle der obigen, wie in einem System-on-Chip betreffen, Teil davon sein oder umfassen. Der Begriff Modul kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) umfassen, der einen Code speichert, der vom Prozessor ausgeführt wird.
Der Begriff ”Code” kann, so wie er vorstehend verwendet wird, Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff ”gemeinsam genutzt”, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zudem kann ein Teil oder der gesamte Code von mehreren Modulen von einem einzigen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff ”Gruppe” bedeutet, so wie er vorstehend verwendet wird, dass ein Teil oder der gesamte Code von einem einzigen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Zudem kann ein Teil oder der gesamte Code von einem einzigen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Die Vorrichtungen und Verfahren, die hier beschrieben sind, können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme enthalten von einem Prozessor ausführbare Anweisungen, die in einem nicht flüchtigen, konkreten, von einem Computer lesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten aufweisen. Nicht beschränkende Beispiele des nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicher, Magnetspeicher und optische Speicher.

Claims

Verfahren, umfassend: Einstellen eines ge schätzten volumetrischen Wirkungsgrads eines Motors auf Grundlage eines Massendurchflusses von in den Motor eintretender Luft; und selektives Einstellen eines geschätzten Massendurchflusses von durch ein Abgasrückführungs-(AGR-)Ventil strömendem Abgas auf Grundlage einer Größe, um die der volumetrische Wirkungsgrad eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Massendurchfluss von Luft gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Steuern des AGR-Ventils.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit einem Steuern des AGR-Ventils auf Grundlage des geschätzten Massendurchflusses.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit einem Schließen des AGR-Ventils, wenn der Motor verlangsamt und Kraftstoff zu dem Motor abgesperrt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit einem Öffnen des AGR-Ventils, nachdem das AGR-Ventil für eine vorbestimmte Periode geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Einstellen des geschätzten volumetrischen Wirkungsgrads durch eine erste Größe, wenn das AGR-Ventil geschlossen ist, und Einstellen des geschätzten volumetrischen Wirkungsgrads durch eine zweite Größe, wenn das AGR-Ventil offen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit einem Einstellen des geschätzten Massendurchflusses, wenn eine Differenz zwischen der ersten Größe und der zweiten Größe größer als eine Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit einem Einstellen des geschätzten Massendurchflusses durch eine dritte Größe, die auf zumindest einem aus: (i) einer Differenz zwischen der ersten Größe und der zweiten Größe; und (ii) einem Verhältnis der ersten Größe und der zweiten Größe basiert.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit einem Detektieren eines Fehlers in dem AGR-Ventil, wenn eine Differenz zwischen der ersten Größe und der zweiten Größe größer als eine Schwelle ist.