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DE10126580B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Abgasrückführung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Abgasrückführung Download PDF

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DE10126580B4
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DE
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exhaust gas
gas recirculation
egr
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Stephen Mark Geyer
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Original Assignee
Mack Trucks Inc
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Publication date
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Abstract

Das Abgasrückführungsverfahren und die Vorrichtung sind zur Verwendung bei einer Verbrennungskraftmaschine geeignet. Die Vorrichtung umfasst ein Motorbetriebsmodell, das wenigstens einen Motorbetriebskennwert ausgeben kann, einen Regelungsabschnitt für eine negative Rückkopplung, der eine Rückkopplung über Emissionswerte empfängt und ein Regelsignal der negativen Rückkopplung auf der Basis einer Differenz zwischen einem vorherbestimmten Wert der Abgasrückführung und einem Emissionswert der negativen Rückkopplung erzeugt, einem Regelungsabschnitt für eine positive Rückkopplung, der mehrere Motorsensoreingänge empfängt und die Vielzahl von Motorsensoreingängen in Verbindung mit dem Motorbetriebsmodell zur Erzeugung eines Regelsignals der positiven Rückkopplung erzeugt, wobei das Regelsignal der positiven Rückkopplung eine Abgasströmung der Abgasrückführung verändern kann, bevor die Vielzahl der Motorsensoreneingänge eine Abweichung von einem vorherbestimmten Emissionswert zeigen, und einen Regler, der das Regelsignal der negativen Rückkopplung und das Regelsignal der positiven Rückkopplung empfängt und auf das Motorbetriebsmodell zugreift, wobei der Regler die Abgasströmung der Abgasrückführung in Abhängigkeit von dem Regelsignal der negativen Rückkopplung, dem Regelsignal der positiven Rückkopplung und dem Motorbetriebsmodell regelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungssystem für Fahrzeuge.
  • Die größte Herausforderung derzeitiger Motor- und Fahrzeughersteller ist der ansteigende Bedarf verbesserter Fahrzeugemissionen. Dies wird immer kritischer, da die tatsächliche Anzahl von Fahrzeugen immer noch ansteigt. Auch kleine Verbesserungen der Emissionswerte eines Motors sind von großer Wichtigkeit, wenn man sie mit Tausenden oder Millionen von Fahrzeugen multipliziert.
  • Die Abgaserfordernisse und -regelungen sind in letzter Zeit ständig strenger geworden. Dies steht jedoch im Widerspruch zur Leistung. Es ist kein Geheimnis, dass strengere Emissionssteuerungen die Fahreigenschaften ungünstig beeinflussen. Motoren mit geringen Emissionen haben ein schlechteres Beschleunigungsverhalten und reagieren langsamer auf Drosselveränderungen. Was die Fahreigenschaft betrifft, sind daher Motoren mit sauberen Emissionen weniger gewünscht.
  • Ein Weg, die Emissionswerte zu reduzieren, ist die Verwendung einer Abgasrückführung (im folgenden EGR genannt). Bei einem solchen herkömmlichen EGR-System verbindet eine EGR-Leitung einen Auslasskrümmer mit einem Ansaugkrümmer. Ein EGR-Ventil kann geöffnet werden, damit Abgas aus dem Auslasskrümmer in den Ansaugkrümmer gerichtet werden kann, wodurch das Abgas in dem Motor wieder verbrannt wird. Auf diese Weise werden unvollständig verbrannte Komponenten des Abgases wieder verbrannt, wodurch die Emissionswerte verringert werden.
  • Bekannte EGR-Systeme sind relativ einfach. Ein EGR-Ventil oder eine Steuereinrichtung öffnet bei vorherbestimmten Bedingungen, beispielsweise abhängig von dem Motorzündzeitpunkt oder einer Regelung mit Sensoren.
  • Solche bekannten EGR-Systeme sind hinsichtlich der Kosten und der Einfachheit wünschenswert, sie haben jedoch den Nachteil, dass sowohl die Emissionswerte als auch die Fahreigenschaften nachteilig sind. Ein EGR-System, das streng mit einer Sensorregelung arbeitet oder festgelegte vorherbestimmte Ausgaben auf der Basis von Eingaben erzeugt, ist zu unflexibel und kann nicht die komplexen Variablen innerhalb einer Verbrennungskraftmaschine berücksichtigen. Beispielsweise ist es mit einem bekannten EGR-System nicht möglich, die Abgasströmung auf der Basis der Motorlast, der Drosselveränderungsrate, den Umgebungsbetriebszuständen oder mehreren Zuständen des Verbrennungsmotors zu regeln. Zusätzlich werden bei den bekannten EGR-Systemen keine Veränderungen des Motors berücksichtigt, die im Laufe der Zeit aufgrund von Abnutzung, Schmutz, Umgebungsbetriebszuständen oder Änderungen in dem Motor etc. auftreten.
  • Die DE 198 04 361 offenbart ein Verfahren zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Ist-Wert der Abgasrückführrate in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine bestimmt wird, ein Sollwert der Abgasrückführrate vorgegeben wird und ein Stellsignal für ein Stellglied von einem Regler in Abhängigkeit von der Abweichung von Soll- und Ist-Wert ausgegeben wird. Das Stellsignal wird nach Ausgabe aus dem Regler in Abhängigkeit von dem Ist-Wert korrigiert.
  • Die US 4 142 493 A offenbart ein Verfahren, bei dem eine Fehlerdifferenz zwischen einer vorherbestimmten gewünschten Abgasrückführungs-Ventilstellung und einer tatsächlichen Abgasrückführungs-Ventilstellung bestimmt wird. Es wird zur Korrektur der Ventilstellung ein Gewichtungsfaktor erzeugt, der einen vorherbestimmten Prozentanteil der Fehlerdifferenz umfasst. Der Gewichtsfaktor wird dabei sowohl zum Faktor einer positiven als auch einer negativen Rückkopplung addiert und in einem Motormodell gespeichert.
  • In der EP 0 750 103 A2 ist ein Abgasrückführungssystem beschrieben, das einen Abgasrückführungs-Gaskanal aufweist, der den Einlass- und Auslasskanal eines Motors miteinander verbindet. In dem Abgasrückführungs-Gaskanal ist ein Steuerventil angeordnet, das die Abgasrückführungs-Gasströmung in dem Abgasrückführungs-Gaskanal steuert, wobei die Ventilöffnung einer Ausgangsgröße entsprechend gesteuert wird. Die Ausgangsgröße ist die Summe aus einer Grundausgangsgröße, die einer Sollöffnung des Ventils entspricht, einem Korrekturkoeffizienten für eine negative Rückkopplung, und einem Korrekturkoeffizienten für eine positive Rückkopplung. Wenn die Sollöffnung kleiner wird als ein erster Schwellwert, wird der Korrekturkoeffizient für die positive Rückkopplung auf Null gesetzt, wodurch die positive Rückkopplungssteuerung gestoppt wird. Sie wird wieder aufgenommen, wenn die Sollöffnung größer wird als ein zweiter Schwellwert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Abgasrückführung zu schaffen, die gute Fahreigenschaften bei geringen Emissionswerten gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 13.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst, das in den Patentansprüchen 15 bis 23 vorteilhaft weitergebildet ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
  • 1 eine Übersicht eines EGR-Systems;
  • 2 eine Vielzahl möglicher Motorsensoren, die zur Unterstützung einer EGR-Regeleinrichtung verwendet werden können;
  • 3 eine schematische Gesamtansicht einer ersten Ausführungsform des EGR-Systems, wobei die Regeleinrichtung negative Rückkopplungen über NOx und eine Nachbehandlung direkt von den Sensoren empfängt;
  • 4 eine schematische Gesamtansicht einer zweiten Ausführungsform des EGR-Systems;
  • 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Abgasrückführung;
  • 6 einen Regelungsprogrammablauf eines Reglerabschnitts bei Vorhandensein eines Ist-NOx-Sensors;
  • 7 einen Regelungsprogrammablauf einer Ausführungsform des Reglerabschnittes, der die in 6 gezeigte NOx-Sensorregelung ersetzt;
  • 8 eine weitere algorithmische Erläuterung, die darstellt, wie die verschiedenen Eingaben von dem NOx-Modell zur Erzeugung eines vorherbestimmten NOx-Wertes verwendet werden;
  • 9 einen Gesamtprogrammablauf des EGR-Systems, bei dem ein EGR-Modell verwendet wird;
  • 10 ein detailliertes algorithmisches EGR-Diagramm;
  • 11 ein Detail eines Blocks 1801, die gewünschte Abgasrückführung:
  • 12 ein Detail eines EGR-Ein/Aus-Ventilregelungsblocks 1802;
  • 13 ein Detail eines EGR-Strömungsbefehlsblocks 1803;
  • 14 ein weiteres Detail eines EGR-Strömungsmeßblockes 1804 von 13;
  • 15 ein weiteres Detail eines EGR-Befehlsblocks 1805 für positive Rückkopplung von 13;
  • 16 ein Ablaufdiagramm eines adaptiven Lernverfahrens.
  • 1 zeigt eine Übersicht eines EGR-Systems 100. Das EGR-System 100 weist eine EGR-Regeleinrichtung 103 mit einem Regelabschnitt 106 für eine negative Rückkopplung, einen Regelabschnitt 108 für eine positive Rückkopplung, ein Motormodell 112 und ein EGR-Ventil 120 auf.
  • Das EGR-Ventil 120 ist in einer EGR-Leitung 122 angeordnet, die sich zwischen dem Ansaugkrümmer 125 und dem Auslasskrümmer 126 befindet. Die EGR-Regeleinrichtung 103 regelt die Öffnung des EGR-Ventils 120, um Abgas aus dem Auslasskrümmer 126 wieder in den Ansaugkrümmer 125 einzuführen. Die Regeleinrichtung 103 kann von einer geeigneten Hardware und Software gebildet werden und vorzugsweise in eine ECU (Motorregeleinheit) integriert sein.
  • 2 zeigt eine Vielzahl möglicher Motorsensoren, die zur Unterstützung der EGR-Regeleinrichtung 103 verwendet werden. Die Sensoren können einen Sensor für eine prozentuale EGR-Strömung, einen Sensor für die Drosselstellung (eine Eingangsgröße des Fahrers), einen Sensor für die Motordrehzahl (UpM), einen Sensor für die prozentuale Motorlast (ein Verhältnis zwischen der maximalen Last bei einer Motordrehzahl und der tatsächlichen Last bei einer Motordrehzahl), einen Sensor für den UpM-Veränderungsgrad (eine Differenz zwischen der Motordrehzahlhistorie und der aktuellen Motordrehzahl), einen Sensor für den Drosselstellungsveränderungsgrad (eine Differenz zwischen der Drosselstellungshistorie und der aktuellen Drosselstellung), einen Sensor für die Sauerstoffmenge im Abgas, einen Sensor für die NOx-Menge im Abgas, einen Sensor für das Ansaug-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, einen Sensor für die Motorkühlmitteltemperatur, einen Sensor für die Umgebungstemperatur, einen Sensor für die Feuchtigkeit, einen Sensor für die Ansaugkrümmertemperatur, einen Sensor für den Ansaugkrümmerdruck, einen Sensor für die Motorsteuerzeiten, und einen Sensor für den Nachbehandlungszustand umfassen. Der Nachbehandlungszustand bezieht sich auf nach dem Auslaß vorgesehene Emissionsvorrichtungen, in die das Abgas eintritt und in denen es weiterbehandelt wird, um zusätzliche Schadstoffe zu entfernen. Beispiele hierfür sind Nassabscheider oder Katalysatoren.
  • Wie es in 2 zu erkennen ist, ist eine negative Rückkopplung für die Stellung des EGR-Ventils zwischen dem EGR-Ventil 120 und der Regeleinrichtung 103 vorgesehen. Diese negative Rückkopplung für die Stellung des EGR-Ventils teilt der Regeleinrichtung 103 die Position des EGR-Ventils 120 mit. Diese wird als Eingangsgröße des Prozent-EGR-Sensors vorgegeben, die den Prozentanteil des wiedereingeführten Abgases in die Ansaugluftströmung darstellt.
  • Der Regeleinrichtungsabschnitt 106 der Regeleinrichtung 103 für die negative Rückkopplung kann als Eingangsgrößen die Drosselstellung, die UpM, die prozentuale Last, den NOx-Grad (und optional andere Emissionswerte) empfangen. Der Regelungsabschnitt 106 für die negative Rückkopplung verwendet diese direkte negative Rückkopplung, die am Motor gemessen wurde, zur Erzeugung eines negativen Rückkopplungsregelungssignals, das bei der Regelung des EGR-Ventils 120 verwendet wird. Beispielsweise kann die Regeleinrichtung den NOx-Wert erhalten und ihn zur Bestimmung verwenden, wann das EGR-Ventil 120 zu öffnen oder zu schließen ist.
  • Der Regelungsabschnitt 108 für die positive Rückkopplung kann als Eingänge einige oder alle der möglichen Motorsensoren empfangen. Der Regelungsabschnitt 108 für die positive Rückkopplung verwendet vorherbestimmte Sensoreingangsgrößen, um Zugriff auf Regeln zu haben, die zukünftige EGR-Aktionen vorhersagen (wie es nachstehend beschrieben werden wird). Beispielsweise kann der Eingang des Drosselstellungs-Veränderungsgrades zum Öffnen oder Schließen des EGR-Ventils 120 verwendet werden, auch wenn eine negative Rückkopplung des aktuellen NOx-Wertes anzeigt, daß der NOx-Emissionswert auf einer geeigneten Höhe für den aktuellen Motorbetriebszustand liegt.
  • Die Regeln für eine positive Rückkopplung können die Form von Kurven oder Tabellen haben, wobei eine Regel für einen bestimmten Sensoreingang einen Ausgangsfaktor erzeugt, der mit anderen Ausgangsfaktoren kombiniert werden kann, um eine Gesamtentscheidung für die EGR-Ventilregelung zu treffen.
  • 3 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer ersten Ausführungsform des EGR-Systems 100, wobei die Regeleinrichtung 103 eine positive Rückkopplung über den NOx-Wert und die Nachbehandlung direkt von Sensoren erhält. Diese Anordnung ist ideal, da die Regeleinrichtung 103 genau weiß, was in dem Motor vor sich geht und deswegen die EGR-Strömung in einem sehr feinen Ausmaß regeln kann.
  • 4 zeigt eine Gesamtansicht einer zweiten Ausführungsform des EGR-Systems 100. Bei dieser Ausführungsform weist die Regeleinrichtung 103 ein Motormodell 112 auf. Das Motormodell wirkt als virtueller Sensor oder als virtuelle Sensoren, die Sensoren ersetzen oder schaffen. Beispielsweise kann der NOx-Sensor durch eine viel wirtschaftlichere NOx-Tabelle ersetzt werden, wobei die NOx-Tabelle Motorsensoreingangsgrößen zur Generierung einer erwarteten NOx-Ausgangsgröße verwendet, die so verwendet wird, als ob es einen gemessenen NOx-Wert von einem Ist-NOx-Sensor gäbe.
  • Die oben beschriebene Ausgangsgröße der NOx-Tabelle kann bei einer dritten Ausführungsform weiter verfeinert werden. Bei der dritten Ausführungsform kann das Motormodell 112 von tatsächlichen gemessenen Werten anstatt von Durchschnittwerten gebildet werden. Die Daten werden während eines ”Grüntest”-Modus gesammelt. Bei dem Grüntest wird der Motor mit einem Leistungsprüfstand und einer Emissionsmessausrüstung verbunden. Hierdurch können die Betriebseigenschaften des Motors getestet, gemessen und aufgezeichnet werden. Beispielsweise kann das Motordrehmoment über den gesamten Motordrehzahlbetriebsbereich gemessen werden, und auch andere Messungen, wie zum Beispiel der NOx-Emissionswerte oder der Werte anderer Verunreinigungen durchgeführt werden. Die gemessenen Ist-Werte werden zur Schaffung der Tabelle oder von Tabellen in dem Motormodell 112 verwendet und verbessern die Genauigkeit des EGR-Systems 100. Das EGR-System 100 kann deshalb auf der Basis von Istwerten arbeiten und nicht nur auf der Basis von Durchschnittswerten. Die Istwerte werden während eines Lernmodus erhalten (das heißt in der Fabrik). Diese aufgezeichneten Daten würden natürlich nicht so genau sein, wie es bei der Verwendung von Drehmoment und NOx-Sensoren während der gesamten Zeit wäre, sie sind jedoch immer noch genauer als Tabellen von Durchschnittswerten.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm 500 des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 503 wird ein EGR-Motormodellfaktor erzeugt. Der EGR-Motormodellfaktor empfängt Eingangsgrößen von Motorsensoren und gibt Motorbetriebseigenschaften wie zum Beispiel Emissionswerte, NOx-Werte, Motordrehmoment, etc. von dem Motormodell 112 aus.
  • In Schritt 507 erzeugt das Verfahren einen EGR-Faktor für negative Rückkopplung. Der EGR-Faktor für negative Rückkopplung empfängt Eingangsgrößen von Motorsensoren und erzeugt ein Fehlersignal der negativen Rückkopplung das versucht, die EGR-Ventilstellung dem EGR-Ventilbefehl entsprechend zu halten.
  • In Schritt 512 wird ein EGR-Faktor für positive Rückkopplung erzeugt. Der EGR-Faktor für positive Rückkopplung antizipiert zukünftige EGR-Aktionen.
  • In Schritt 515 werden das Motormodell und die EGR-Faktoren für negative und positive Rückkopplung zur Regelung des EGR-Ventils kombiniert.
  • 6 zeigt einen Regelungsprogrammablauf des Regeleinrichtungsabschnitts 106 für negative Rückkopplung bei Vorhandensein eines Ist-NOx-Sensors. Die negative Rückkopplung von NOx ist ein Teil des Regeleinrichtungsabschnitts 106 für die negative Rückkopplung von 1. Sie ist vorzugsweise in einer Software implementiert, obwohl sie natürlich auch alternativ in einer Hardware implementiert sein kann. Die Eingangsgrößen für die UpM und die prozentuale Last werden einer NOx-Sollwertetabelle 606 zugeführt, in der ein Soll-NOx-Wert aufgeführt ist. Die NOx-Sollwertetabelle 606 gibt einen Soll-NOx-Wert vor, der von dem Motor erzeugt werden soll. Es ist zu bemerken, dass die Prozesse der Regeleinrichtung, die in dieser und darauffolgenden Figuren gezeigt sind, in einer dafür vorgesehenen Einheit implementiert werden können, oder in eine bestehende Motorregeleinheit (ECU) integriert werden können.
  • Die Eingangsgrößen für UpM und die prozentuale Last werden der NOx-Sollwerttabelle 606 zugeführt, in der der Soll-NOx-Wert aufgelistet ist. Die NOx-Sollwerttabelle 606 gibt einen Soll-NOx-Wert vor, der durch den Motor bei einer bestimmten Motordrehzahl und Prozentlast erzeugt werden soll. Die Regeleinrichtung verwendet also die Eingangsgrößen für UpM und die Prozentlast zur Erzeugung des zu erwartenden NOx-Wertes.
  • Der NOx-Sollwert und der gemessene NOx-Wert von dem NOx-Sensor werden zur Erzeugung eines Fehlersignals kombiniert, das einem PID Proportionalintegraldifferential 611 zur Erzeugung eines proportionalen Zeitsteuerungsregelungsfaktors zugeführt wird. Dieser proportionale Zeitsteuerungsregelfaktor wird dann hinsichtlich seines Bereiches überprüft, um sicherzustellen, dass er sich in einem akzeptierbaren Bereich befindet. Der Ausgang rechts in der Figur ist der Ausgang des Kurbelwinkels bei der proportionalen Zeitsteuerungsregelung.
  • 7 zeigt einen Regelprogrammablauf einer Ausführungsform der Regeleinrichtung 106 für negative Rückkopplung, die den NOx-Sensor für die negative Rückkopplung ersetzt, der in 6 gezeigt ist. Bei dieser alternativen Ausführungsform ist der NOx-Sensor durch ein NOx-Modell 702 ersetzt oder ergänzt. Das NOx-Modell 702 kann als Ersatz für einen Istwertsensor verwendet werden, oder als Unterstützung eines Istsensors verwendet werden (eine Unterstützung kann zur Überprüfung der Genauigkeit oder Zuverlässigkeit des Sensors verwendet werden).
  • Das NOx-Modell 702 kann mehrere Eingänge haben und auf der Basis dieser Eingänge einen NOx-Wert vorhersagen. Das NOx-Modell 702 kann beispielsweise von mehreren Datentabellen gebildet werden, wobei jeder Eingangswert zu einer zugeordneten Tabelle geht und zur Erzeugung eines Ausgangsfaktors verwendet wird. Die Ausgangsfaktoren können zur Bildung einer Gesamtvorhersage von NOx-Emissionswerten bei den einzelnen Eingängen von den Motorsensoren kombiniert werden. Die Details des NOx-Modells 702 werden nachstehend anhand von 8 näher erläutert.
  • Der NOx-Sollwert und der von dem NOx-Modell 702 vorhergesagte NOx-Wert werden zur Erzeugung des Fehlersignals kombiniert, das einer PID NOx-Regeleinrichtung 711 zur Erzeugung eines proportionalen Zeitsteuerungsregelungsfaktors zugeführt wird. Dieser proportionale Zeitsteuerungsregelungsfaktor wird dann auf einen Fehler überprüft, um sicherzustellen, dass er sich in einem akzeptierbaren Bereich befindet.
  • Wie es in 7 zu erkennen ist, empfängt das NOx-Modell als Eingang die Motorkühlmitteltemperatur und die Umgebungstemperatur, die Feuchtigkeit, die Ansaugkrümmertemperatur, den Ansaugkrümmerdruck, UpM, die prozentuale Last, die Motorzeitsteuerung, die prozentuale Motor-EGR und Eingänge des Nachbehandlungsszustands. Das NOx-Modell 702 wird so ein virtueller Sensor, der einen ziemlich genauen NOx-Wert bestimmt, ohne dass ein teurer NOx-Sensor erforderlich ist. Diese Ausführungsform bildet daher eine zuverlässige, wirtschaftliche und praktische Alternative zu einem Ist-NOx-Sensor im Abgassystem des Motors.
  • 8 zeigt in einer weiteren algorithmischen Erläuterung, wie die verschiedenen Eingänge von dem NOx-Modell 702 zur Bestimmung eines vorhergesagten NOx-Wertes verwendet werden.
  • In Block 802 werden die prozentuale Last, die prozentuale EGR, UpM (RPM) und die Motorzeitsteuerungswerte an eine Verweistabelle von NOx Partikeln weitergegeben, die in Teilchen pro Million (PPM) gemessen werden. Der Ausgang von Block 802 ist ein Eingang von Block 805.
  • Block 805 weist als Eingänge außerdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AF Ratio), die Umgebungstemperatur (Ambient Temp) und die Feuchtigkeit (humidity) auf. AA = 1 + ((0,044/AF Ratio) – 0,0038) * (comb_air_humidity_grains – 75) (1) BB = ((–0,116/AF Ratio) + 0,0053) * (ambientTemp(F) – 85) (2) NOx(PPM)corr = NOx(PPM)/(AA + BB) (3)
  • Block 805 bestimmt ein feuchtigkeitskorrigiertes Nox, das an Block 809 eingegeben wird.
  • Block 809 weist darüber hinaus Eingänge für die Umgebungstemperatur (Ambient Temp) und die Motorkühlmitteltemperatur (Coolant Temp) auf. %effAMB = f(Ambient Temp, UpM) (4) %effCOOL = f(Coolant Temp, UpM) (5) NoxTempcorr = NOxHumcorr * %effAMB * %effCOOL (6)
  • Der Ausgang von Block 809 ist ein korrigierter NOx-Wert, der in den Block 818 eingegeben wird.
  • Block 814 hat als Eingänge die prozentuale Last, UpM, die Motorkühlmitteltemperatur und die Umgebungstemperatur. Block 814 bestimmt einen Ausgang des Prozentanteils der Nachbehandlungswirksamkeit. Die Nachbehandlung kann irgendeine stromabwärtige Abgasverunreinigungsbehandlung sein, wie z. B. Nassabscheider oder Katalysatoren. Der prozentuale Nachbehandlungsfaktor gibt dem Motor eine Angabe über die Betriebsfähigkeit einer Nachbehandlungsvorrichtung. Wenn die Nachbehandlung beispielsweise schmutzig oder überlastet ist, wird die prozentuale Nachbehandlungswirksamkeit entsprechend gering sein. Die prozentuale Nachbehandlung wird zusammen mit dem korrigierten NOx-Wert von Block 809 in den Block 818 eingegeben.
  • Block 818 kombiniert die Temperaturkorrektur (NoxTempcorr) und die prozentuale Nachbehandlung (%Aftreared), um einen vorhergesagten NOx-Wert zu bestimmen, der auf der Feuchtigkeit, der Temperatur und der Nachbehandlungswirksamkeit basiert. NoxAftreatcorr = NOxTempcorr – NOxTempcorr * %Aftreatred (7) Falls keine Nachbehandlung dann %Aftreatred = 0 (8) Falls zu kalt %Aftreatred = 0 (9) wobei %Aftreatred die prozentuale Nachbehandlungswirksamkeit ist.
  • 9 zeigt einen Gesamtprogrammablauf des EGR-Systems, bei dem das EGR-Modell verwendet wird. Die Eingangssensoren sind ein Sauerstoffsensor (wie z. B. ein universeller Abgas-Sauerstoffsensor (UEGO)), ein Sensor für die Umgebungstemperatur, ein UpM-Sensor, ein Sensor für die prozentuale Last, ein UpM-Veränderungssensor (dargestellt durch ein UpM-Differenzial), ein Sensor für den Veränderungsgrad des Gaspedals, ein Motorkühlmitteltemperatursensor, ein Ansaugkrümmertemperatursensor (IMT), ein Ansaugkrümmerdrucksensor (IMP), ein Feuchtigkeitssensor, ein Sensor für den Deltadruck des IGR-Strömungsmessers und ein Sensor für den Zustand der Nachbehandlung. Diese verschiedenen Eingänge werden verwendet, um eine Massenströmung der EGR und eine Sollmassenströmung der EGR zu bilden, die zur Bildung eines Massenströmungsdifferenzfaktors kombiniert werden. Der Massenströmungsdifferenzfaktor wird durch einen PID (Proportional Integral Differenzial) Regeleinrichtungsblock 911 geführt und hinsichtlich seiner Grenze geprüft, um eine EGR-Ventilstellung zu bilden. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist dies eine modulierte EGR-Ventilposition (d. h. das EGR-Ventil 120 kann zu irgend einer Position zwischen geöffnet und geschlossen moduliert werden). Die modulierte EGR-Ventilposition wird mit einer negativen Rückkopplung von dem tatsächlichen Wert des EGR-Ventils 120 kombiniert, um ein EGR-Ventildifferenzsignal zu bilden, das durch einen zweiten PID-Regeleinrichtungsblock 922 geführt wird und hinsichtlich einer zweiten Grenze überprüft wird, bevor die Position des EGR-Ventils 120 tatsächlich moduliert wird.
  • 10 ist ein EGR-Diagramm mit einem detallierten Algorithmus. Die zwei Hardwarekomponenten dieser Figur sind das modulierte EGR-Ventil 120 und die modulierten Turboflügel 1015. Die modulierten Turboflügel 1015 sind in dem Diagramm enthalten, um zu zeigen, wie das EGR-System mit dem Turbolader zusammenwirkt. Der Turbolader erzeugt einen Rückdruck in dem Auslasskrümmer 126, der die Umleitung der EGR unterstützt. Die Steigung der Flügel kann moduliert werden, um den Rückdruck in dem Auslasskrümmer 126 zu erhöhen oder zu verringern.
  • Die gewünschte EGR-Massenströmungsrate (in g/s) wird in Block 1801 abgeleitet, der nachstehend anhand von 11 diskutiert wird. Dies ist der Regeleinrichtungsabschnitt 108 für die positive Rückkopplung, der bestimmt, wie viel EGR bei bestimmten Motorbetriebsbedingungen stattfinden soll.
  • Block 1802 ist der EGR-Ein/Ausventillogikablauf. Er empfängt Eingänge und erzeugt einen EGR-Ein/Ausbefehl (aufgrund des Blocks 1802 kann das System auch ein Ein(Aus-EGR-Ventil anstatt des modulerten EGR-Ventils verwenden). Dies wird nachstehend anhand von 12 näher erläutert.
  • Der gewünschte Ausgang des EGR-Blocks 1801 und der Ausgang des EGR-Ein/Aus-Ventilregeleinrichtungsblocks 1802 werden einem EGR-Strömungs-Befehlsblock 1803 zugeführt. Der EGR-Strömungs-Befehlsblock 1803 ist hauptsächlich für die Öffnung und Schließung des EGR-Ventils 120 verantwortlich. Der EGR-Strömungs-Befehlsblock 1803 wird anhand von 13 erläutert.
  • Der Ausgang des EGR-Strömungs-Befehlsblockes 1803 ist der EGR-Ventilstellungsbefehl, der die Stellung des modulierten EGR-Ventils 120 regelt. Das modulierte EGR-Ventil 120 kann vollständig geschlossen oder vollständig offen sein, oder sich in dazwischen liegenden Stellungen befinden. Der Ausgang des EGR-Ventilstellungsbefehls wird zu einer Regeleinrichtung für das modulierte EGR-Ventil geführt, die ein aktuelles Betriebszyklussignal erzeugt, das das EGR-Ventil 120 öffnet oder schließt. Das EGR-Ventil 120 weist eine Positionsrückkopplung auf, die zurückgeführt und von dem EGR-Ventilstellungsbefehl abgezogen wird, um den EGR-Wert 120 in der befohlenen Stellung zu halten.
  • Zusätzlich wird der Ausgang des EGR-Strömungs-Befehlsblockes 1803 dem Turboflügelpositionsalgorithmus als Teil zur Modulierung der Turboflügel zugeführt, um einen Rückdruck in Verbindung mit dem Betrieb des EGR-Ventils 120 zu erzeugen.
  • 11 zeigt anhand eines Details von Block 1801 die gewünschte EGR. Der Ausgang von Block 1801 ist die gewünschte EGR-Massenströmungsrate (mEGRDes) in g/s (Gramm pro Sekunde). in der oberen linken Ecke werden UpM und die Last zur Ausgabe eines minimalen, mittleren und maximalen Luft/Kraftstoffverhältnisses aus jeweiligen Tabellen verwendet. Der der_percent-Eingang ist ein Wert von Null, eins oder zwei oder ein Wert zwischen Null und zwei. In einem dauerhaften Zustand, wie z. B. beim Fahren auf einer Autobahn, bei dem die Motordrehzahl im wesentlichen konstant ist, ist der der_percent-Wert Null. Bei einer leichten Beschleunigung nimmt der der-percent-Wert einen Wert zwischen Null und eins an, während er bei einer starken Beschleunigung zwischen eins und zwei liegt. Die Eingangsvariable der_percent spiegelt daher die Veränderungsrate der Drosselstellung und der Motordrehzahl dar.
  • In Block 1106 wird der der_percent zur Bildung des auto-EGR-Luft/Kraftstoffverhältnisses (autoEGRAF). Verwendet. Wenn der der_percent-Wert zwischen Null und eins liegt, dann gilt autoEGRAF = MaxEGRAF + (MidEGRAF – MaxEGRAF) * der_percent (10) sonst autoEGRAF = MidEGRAF + (MinEGRAF – MidEGRAF) * der_percent – 1) (11) wobei
    MaxEGRAF = maximales EGR-Luft/Kraftstoffverhältnis
    MidEGRAF = mittleres EGR-Luft/Kraftstoffverhältnis
    MinEGRAF = minimales EGR-Luft/Kraftstoffverhältnis
  • Zusätzlich werden der minimale, der mittlere und der maximale EGR-Tabellenwert den Selektoren 1108 und 1109 zugeführt. Der Selektor 1108 wird durch die Opmode-Variable geregelt, die das autoEGRAF-Luft/Kraftstoffverhältnis von Block 1106 oder ein minimales, mittleres oder maximales Luft/Kraftstoffverhältnis wählen kann. Der Opmode kann während des Motorkalibrierungsprozesses auf einen Wert von eins, zwei oder drei gesetzt werden, um die Entwicklung einer Kennlinie zu erleichtern. Bei Wahl des Wertes eins werden alle minimalen EGR-Strömungskennlinien gewählt, bei Wahl des Wertes zwei alle mittleren EGR-Strömungskennlinien und bei Wahl des Wertes drei alle maximalen EGR-Strömungskennlinien. Bei einem normalen Motorbetrieb ist der Opmode auf Null gesetzt und der autoEGRAF-Ausgang, der aus dem der_percent oder unter Verwendung dessen errechnet wurde, wird gewählt und dem Schalter 1111 zugeführt.
  • Der Selektor 1109 stellt einen anderen Eingang an den Schalter 1111 bereit. Wenn eine einzelne Kennlinie als ausreichend für die EGR-Strömungsregelung gefunden wird, wählt die Variable OneMapEGRModeinput entweder einen minimalen, einen mittleren oder einen maximalen EGR-Modusausgang aus den vorher diskutierten Tabellen. Opmode ist ein allgemeiner Schalter, der bei allen Anwendungen der Regelung verwendet werden kann, wohingegen die einzelne Tabellenselektion nur auf die Regelungen in Block 1801 wirkt.
  • Der Schalter 1111 wird durch einen DesEGRFlowOneOrThreeMapSel Eingang geregelt (wählt eine Strategie mit einer einzelnen Kennlinie oder drei Kennlinien), wobei der gewählte Ausgang mit dem stochiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis (stoich-AF) durch folgende Formel kombiniert wird 0,232 * (afDes-stoichAF)/(1 + afDes) (12) dann wirkt er mit einem Eingang einer gewünschten Masse an Kraftstoff pro Zylinder pro Zyklus (mFuelDesPCC), einem Eingang für die Gasmasse, die pro Zylinder pro Zyklus in den Einlass strömt (mGasAtJPCC) und einer Sauerstoffkonzentration in der Mischkammer (chiAtH) kombiniert. Diese Kombination wird durch folgende Formel bestimmt (mGasAtJPCC * (0,232 – chiAtABarDes) – mFuelDesPCC * (chiAtABarDes + 0,232 * stoichAF))/(0,232 – chiAtH) (13)
  • Die Kombination wird darüber hinaus mit UpM und der Anzahl der Zylinder (numCyl * RMP/120) multipliziert und dann mit einem Motorkühlmittelverringerungsfaktor multipliziert. Es ist eine geringere EGR-Strömung erforderlich, wenn die Motorkühlmitteltemperatur unterhalb der normalen Betriebstemperatur (ganz heiße Temperatur) liegt. Der sich ergebende Ausgang ist die gewünschte EGR-Massenströmungsrate (mEGRDes), die der Gesamtausgang des Blockes 1801 für die gewünschte EGR in 10 ist. Es ist anzumerken, daß der Schalter 1111 und alle folgende Schalter als physikalische Schalter gezeigt sind, sie sind jedoch vorzugsweise in einer Software implementiert und ihre Entscheidungen werden durch zugeordnete Flags (Merker) oder Eingangsvariablen geregelt.
  • 12 zeit ein Detail des Blocks 1802 der EGR-Ein/Aus-Ventilregeleinrichtung. Der Block 1802 empfängt verschiedene Motorbetriebsparameter und verwendet diese, um eine EGR-Ventilposition abzuleiten. Der Block 1802 führt zuerst eine Reihe von Vergleichen durch. Die Kraftstoffströmung (fqsc_q_w) wird an einen logischen UND-Block 1201 ausgegeben, wenn sie größer als ein vorher bestimmter Schwellwert (fqsc_q_thres_w) ist. Auf die gleiche Weise werden UpM, die Umgebungstemperatur, die Motorkühlmitteltemperatur, die EGR-Temperatur, der_percent und die prozentuale Last mit vorher bestimmten Schwellen verglichen (die Variable EGR_strt_thres ist eine minimale UpM-Schwelle unterhalb der die EGR nicht durchgeführt wird, damit der Motor ohne EGR starten kann). Außerdem wird die gewünschte EGR-Massenströmungsrate (mEGRDes) zu einer Massengasströmung am Ansaugkrümmer addiert und dann mit einem minimalen (bezüglich der gesamten Ansauggasströmung) EGR-Verhältnis (minEGRRatio) vergleichen, unterhalb dessen das EGR-Absperrventil geschlossen wird. Alle diese Vergleichsergebnisse werden logisch durch UND miteinander verknüpft, um einen Auto-EGR-Absperrbefehl (AutoegrShutOffCom) zu erzeugen. Der Befehl öffnet das EGR-Ventil 120 wenn alle Eingangsbedingungen erfüllt sind. Der Befehl wird dem Schalter 1203 eingegeben. Der Schalter 1203 empfängt außerdem einen Eingang eines entfernten EGR Ein/Aus-Wertes.
  • Der Schalter 1203 wird durch die fernen Flags rmtc_d_sw_sepo-U1 und RMTC-D-xxxx_DUL betrieben, die logisch durch UND mit einander verknüpft sind. Wenn beide wahr sind, wählt der Schalter 1203 den Auto-EGR-Absperrbefehl (AutoegrShutOffCom). Alternativ kann der Schalter 1203 den Fern-EGR-Ein/Aus-Wert zu Diagnosezwecken wählen. Der Fern-EGR-Ein/Aus-Wert und die rmtc-Merker können zu diagnostischen und Testzwecken verwendet werden, so dass der Motor auf spezielle EGR-Diagnostikwerte gesetzt werden kann.
  • 13 zeigt ein Detail des EGR-Strömungsbefehlsblockes 1803. Block 1803 verwendet Eingänge von Motorsensoren in Verbindung mit der gewünschten EGR-Massenströmungsrate (mEGRDes) und dem EGR-Absperrbefehl, um einen EGR-Ventilstellungs-Befehl (EGRValvePosCom) zu bestimmen.
  • In Block 1804 werden der gemessene Druckabfall über dem EGR-Strömungsmesser (egrflowmeterDeltaP), der Auslasskrümmerdruck (EMP), die Auslaßkrümmertemperatur (EMT), die Ansaugmassenluftströmung (MAF) und die in den Motor eintretende Gasmassenströmung (mDotAtK) kombiniert, um einen Ausgang einer gemessenen EGR-Massenströmungsrate (mEGROut) zu erzeugen. Ein zusätzliches Detail von Block 1804 wird nachstehend anhand von 14 erläutert.
  • In Block 1304 (eine Standard PI-Regelfunktion) wird der Ausgang der gemessenen EGR-Massenströmungsrate (mEGROut) mit einer gewünschten Massenströmungsrate (mEGRDes) verglichen, um einen Regelterm der gewünschten EGR-Ventilposition zu erzeugen (egrValvePosCL). Der Regelterm ist ein Fehlersignal für eine negative Rückkopplung zwischen der gemessenen und der gewünschten EGR-Massenströmungsrate und kann dazu verwendet werden, die gemessene EGR-Massenströmungsrate in Einklang mit der gewünschten EGR-Massenströmungsrate zu bringen.
  • Der EGR-Befehlsblock 1805 für eine positive Rückkopplung kann in Verbindung mit Block 1304 die Möglichkeit einer positiven Rückkopplung implementieren. Der EGR-Befehlslock 1805 für eine positive Rückkopplung wird in Verbindung mit 15 näher erläutert.
  • Der EGR-Befehlsblock 1805 für die positive Rückkopplung erzeugt den Steuerterm (Term für positive Rückkopplung) der gewünschten EGR-Ventilstellung (EgrValvePosOL), der mit einer Turbodrehzahlvariablen und dem Regelterm der gewünschten EGR-Ventilposition (egrValvePosCL) summiert wird, um die gewünschte EGR-Ventilposition (egrValvePosDes) zu erzeugen, die an den Schalter 1314 weitergegeben wird. Der Schalter 1314 wählt die gewünschte EGR-Ventilposition (egrValvePosDes) oder kann eine EGR-Ventilposition von null Prozent (geschlossen) wählen (das heißt, einen Vorgabewert). Die Vorgabestellung schaltet die EGR bei falschen Bedingungen, bei Bedingungen, wo kein EGR-Ventil vorhanden ist, oder bei Bedingungen, in denen ein Außerbetriebsetzen erwünscht ist, ab. Der Schalter 1314 wählt die gewünschte EGR-Ventilposition (egrValvePosDes), wenn entweder der Ein/Aus-Ventileingang oder der EGR-Absperrbefehl logisch falsche Werte sind. Der installierte Ein/Aus-Ventileingang wird ein logisch falscher Wert, wenn das EGR-Ventil 120 ein Ein/Aus-Ventil im Gegensatz zu einem modulierten EGR-Ventil 120 ist (des heißt, dass es sich nicht in einem Bereich bewegen kann). Der EGR-Absperrbefehl ist der Ausgang von 12.
  • Der Ausgang des Schalters 1314 wird einem Sekundärschalter 1317 zugeführt. Der Schalter 1317 kann den Eingang der Fern-EGR-Ventilstellung oder den Ausgang des Schalters 1314 wählen, wenn der Eingang für eine Fern-EGR-Ventilstellungsfreigabe null ist. Die Fern-EGR-Ventilstellungsfreigabe ist eine weitere diagnostische Eigenschaft, die es ermöglicht, die EGR-Ventilstellung extern zu setzen, wie es in einem Diagnostikmodus der Fall ist. Der Ausgang des Schalters 1317 ist der EGR-Ventilstellungs-Befehl von 10.
  • 14 zeigt ein weiteres Detail des Blockes 1804 in 13 für die EGR-Strömungsmessung. In Block 1402 wird der gemessene Druckabfall über den EGR-Strömungsmesser (egrFlowmeterDeltaP) zur Erhaltung eines Werts für die volumetrische EGR-Strömung aus einer eindimensionalen Kalibrierungstabelle für die volumetrische.Strömung verwendet.
  • In Block 1405 werden die volumetrische EGR-Strömung der Auslasskrümmerdruck (EMP) und die Auslaßkrümmertemperatur (EMT) folgender Gleichung entsprechend kombiniert VEGROut * 28.7 * EMP/R * EMT) (14) um den Ausgangswert für die gemessene EGR-Massenströmungsrate zu erzeugen. R ist hier die universelle Gaskonstante. Die gemessene EGR-Massenströmungsrate ist der Ausgang zu dem Schalter 1416.
  • In dem Block 1408 wird die gemessene EGR-Massenströmungsrate (mEGROut) durch Subtraktion der Massenluftströmung (MAF) von der in den Motor eintretenden Gasmassenströmung (mDotAtK) erzeugt. Die gemessene EGR-Massenströmungsrate (mEGROut) wird außerdem an den Schalter 1416 ausgegeben.
  • Der Schalter 1416 kann eine gemessene EGR-Massenströmungsrate (mEGROut) wählen, die entweder durch das Deltadruckverfahren von Block 1405 oder durch das Massenluftströmungsverfahren von Block 1408 erzeugt wurde. Der Sensorwahleingang wird als Softwarewahlparameter oder aus der Fehlererfassung des EGR-Strömungsmessers Delta P erhalten.
  • 15 zeigt ein weiteres Detail des EGR-Befehlsblockes 1805 von 13 für die positive Rückkopplung. Block 1502 kombiniert die gewünschte EGR-Massenströmungsrate (mEGRDes), den Auslasskrümmerdruck (EMP) und die Auslaßkrümmertemperatur (EMT) entsprechend der Formel MEGRDes * R * EMT/(28.7 * EMP) um die gewünschte volumetrische EGR-Strömung (vEGRDes) zu erzeugen. R ist hier die universale Gaskonstante.
  • In Block 1507 wird die gewünschte volumetrische EGR-Strömung (vEGRDes) in Verbindung mit der Differenz des Auslasskrümmerdrucks und des Einlasskrümmerdrucks (EMP – MAP) dazu verwendet, einen Steuerterm der gewünschten EGR-Ventilposition (egrValvePosOL) aus einer zweidimensionalen Verweistabelle abzuleiten. Dies ist der Ausgang für die positive Rückkopplung von Block 1805 in 13.
  • Block 1507 kann optional eine adaptive Aktualisierung empfangen, wobei die adaptive Aktualisierung auch als Teil der Verweistabelle in Block 1507 verwendet werden kann. Block 1513 erzeugt die adaptive Aktualisierung.
  • In Block 1513 werden der Regelterm der gewünschten EGR-Ventilstellung (der Term egrValvePosCL für eine negative Rückkopplung), die Differenz zwischen den Drücken am Einlasskrümmer und am Auslasskrümmer (EMP – MAP) und die gewünsche volumetrische EGR-Strömung (vEGRDes) kombiniert, um die adaptive Aktualisierung zu bilden.
  • Der Zweck des adaptiven Lernens ist es, zu erkennen, dass die aktuelle Position des EGR-Ventils 120 nicht die gewünschte EGR ergibt. Die Komponente des adaptiven Lernens des EGR-Systems kann deshalb diesen Fehler erlernen und eine Korrektur in die Erzeugung des EGR-Ventilstellungsbefehls faktorisieren. Der adaptive Lernkorrekturfaktor kann zur Verstärkung des EGR-Ventilstellungsbefehls verwendet werden, damit der EGR-Wert näher an einen gewünschten Wert gebracht werden kann.
  • 16 zeigt ein Ablaufdiagramm 1600 des adaptiven Lernprozesses der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt 1603 wird eine Fehlerdifferenz aus der Differenz zwischen dem EGR-Ventilstellungsbefehl und der tatsächlichen EGR-Ventilstellung bestimmt.
  • In Schritt 1607 überprüft der adaptive Lernalgorithmus, ob die Fehlerdifferenz innerhalb einer vorherbestimmten Toleranzschwelle liegt. Kleine Fehlerdifferenzen können erlaubt werden.
  • In Schritt 1610 kann der Algorithmus bestimmen, ob eine Veränderung tatsächlich durchgeführt wird. Wenn beispielsweise das EGR-Ventil 120 übermäßig verschmutzt oder blockiert ist, hat eine Verstärkung des EGR-Ventistellungsbefehls keine positive Auswirkung. Dies kann dadurch bestimmt werden, dass geprüft wird, ob vorhergehende adaptive Lernveränderungen wirksam waren. Wenn nicht, kann der adaptive Lernalgorithmus einfach ausfallen.
  • Wenn die oben beschriebenen zwei Tests bestanden werden, kann in Schritt 1613 ein Gewichtungsfaktor aus der Fehlerdifferenz berechnet werden. Der Gewichtungsfaktor kann vorzugsweise nicht für die gesamte Fehlerdifferenz Rechnung tragen. Anstatt dessen kann der Gewichtungsfaktor nur ein Teil oder ein geringes Stück der Fehlerdifferenz sein, wobei der adaptive Lernalgorithmus anstatt dessen viele kleine Stücke nimmt, um die Fehlerdifferenz iterativ zu entfernen.
  • Nachdem der Gewichtungsfaktor errechnet wurde, wird er in Schritt 1616 der EGR-Ventilstellung der positiven Rückkopplung hinzugefügt, das heißt, der Steuer-EGR-Ventilposition (egrValvePosOL).
  • In Schritt 1621 wird der Gewichtungsfaktor von der EGR-Ventilposition der negativen Rückkopplung abgezogen, das heißt von dem Regelterm (egrValvePOsCL).
  • In Schritt 1616 wird nach Berechnung des Gewichtungsfaktors dieser der EGR-Ventilposition der positiven Rückkopplung hinzugefügt, das heißt der Steuer-EGR-Ventilposition (egrValvePosOL).
  • In Schritt 1621 wird der Gewichtungsfaktor von der EGR-Ventilposition subtrahiert, das heißt von dem Regelterm (egrValvePosCL).
  • In Schritt 1625 wird er in einer Tabelle gespeichert, so dass der Gewichtungsfaktor nicht noch einmal errechnet und angewendet werden muß.
  • Es kann viele mathematische Ausführungsformen des adaptiven Lernalgorithmus geben. Daher wird der adaptive Lernalgorithmus eine Reihe von Gleichungen und Tabellen haben, die die folgenden Elemente enthalten:
    Das erste Element führt die Mathematik durch und vervollständigt die inverse Tabelle, die die gewünschte EGR-Ventilposition bei einer gewünschten volumetrischen EGR-Strömung ergibt. Das Ergebnis aus der zweidimensionalen Tabelle inverser Werte wird zur Bestimmung der Toleranzschwelle für die Fehlerverwaltung verwendet. Der Vergleich der Toleranz mit der aktuellen Fehlerdifferenz wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Fehlerdifferenz korrigiert werden kann.
  • Das zweite Element umfasst die Interpolation der Gewichtungsfaktoren. Die zweidimensionale Tabelle inverser Werte wird zusammen mit dem tatsächlichen Fehler zur Errechnung der Gewichtungsfaktoren verwendet. Die Gewichtungsfaktoren werden zur Berechnung der Regressionsvektoren benötigt.
  • Das dritte Element umfaßt die Berechnung der Regressionsvektoren aus den Gewichtungsfaktoren. Zusätzlich wird der Quadratwert der Regressionsvektorlänge als Summe der Quadrate der Elemente des Regressionsvektors errechnet.
  • Das vierte Elemente aktualisiert die zweidimensionale inverse Tabelle. Bei bevorzugten Ausführungsformen soll die Anzahl der Aktualisierungen unter einer maximal möglichen Anzahl liegen, (das heißt, einer maximalen Anzahl pro Schritt), und die Werte aller Elemente der inversen Tabelle sollten unterhalb absoluter Maximalwerte liegen.
  • Das fünfte Element stellt eine Korrektur des Regelungsterms (des Terms für die negative Rückkopplung) bereit, bevor die Adaptionstabelle aktualisiert wird. Dies hält eine beständige Positionierung aufrecht, während die Adaption durchgeführt wird. In darauffolgenden Zyklen sollte der Regelteil der Regelungen immer weniger betragen, als die positive Rückkopplung mit der Adaption mit immer geringeren Fehlern.
  • Obwohl die Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die speziellen beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Es ist offensichtlich, dass der Fachmann in der Lage ist, zahlreiche Verwendungen und Modifikationen und Abweichungen von den speziellen beschriebenen Ausführungsformen zu machen, ohne von den erfinderischen Konzepten abzuweichen.

Claims (23)

  1. Abgasrückführungsvorrichtung, die bei einer Verbrennungskraftmaschine verwendet werden kann, mit – einem Regelungsabschnitt für eine negative Rückkopplung, der eine negative Rückkopplung über Emissionswerte empfängt und eine Regelsignal der negativen Rückkopplung auf der Basis einer Differenz zwischen einem vorher bestimmten Wert der Abgasrückführung und der negativen Rückkopplung über die Emissionswerte erzeugt; – einem Regelungsabschnitt für eine positive Rückkopplung, der eine Vielzahl von Motorsensoreingängen empfängt und diese Vielzahl an Motorsensoreingängen in Verbindung mit einem Motorbetriebsmodell verwendet, das wenigstens eine Motorbetriebseigenschaft ausgeben kann, um ein Regelsignal der positiven Rückkopplung zu erzeugen, das eine Abgasströmung der Abgasrückführung verändern kann, bevor die Vielzahl an Motorsensoreingängen eine Abweichung von einem vorher bestimmten Emissionswert zeigt, wobei eine Fehlerdifferenz zwischen einer vorherbestimmten gewünschten Abgasrückführungs-Ventilstellung und einer tatsächlichen Abgasrückführungs-Ventilstellung erzeugt wird und die Fehlerdifferenz mit einer vorherbestimmten Toleranzschwelle verglichen wird, und – einer Regeleinrichtung, die das Regelsignal der negativen Rückkopplung und das Regelsignal der positiven Rückkopplung empfängt und Zugriff auf das Motorbetriebsmodell hat, wobei die Regeleinrichtung die Abgasströmung der Abgasrückführung abhängig von dem Regelsignal der negativen Rückkopplung, dem Regelsignal der positiven Rückkopplung und dem Motorbetriebsmodell regelt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens ein Abgasrückführungsventil.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Teil einer Motorregeleinheit ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell aus durchschnittlichen Motorbetriebskenndaten aufgebaut ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell aus gemessenen Motorbetriebskenndaten aufgebaut ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell eine Vielzahl von Datentabellen umfasst, wobei eine der Vielzahl von Datentabellen einen Motorbetriebswert abhängig von einem Eingang von wenigstens einem Motorsensor ausgibt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell eine Vielzahl von Datentabellen umfasst, wobei eine Datentabelle der Vielzahl von Datentabellen wenigstens einen Motorbetriebskennwert abhängig von einem Eingang von wenigstens einem Motorsensor ausgibt, wobei der wenigstens eine ausgegebene Motorbetriebskennwert aus einer Gruppe ausgewählt wird, die einen Motordrehmomentkennwert, einen Emissionskennwert, einen NOx-Emissionskennwert und Kombinationen daraus umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell eine Vielzahl von Datentabellen umfasst, wobei eine Datentabelle der Vielzahl von Datentabellen einen Motorbetriebskennwert in Abhängigkeit eines Eingangs von wenigstens einem Motorsensor ausgibt, wobei der wenigstens eine Motorsensor aus einer Gruppe gewählt ist, die aus einem Eingang der Drosselstellung, einem Eingang der Drosselstellungsveränderung, einem Eingang der Drehzahl, einem Eingang der Veränderung der Drehzahl, einem Eingang des Abgas-Sauerstoffwertes, einem Eingang des NOx-Wertes, einem Eingang von Emissionswerten, einem Eingang der Motorkühlmitteltemperatur, einem Eingang der Umgebungstemperatur, einem Eingang der Feuchtigkeit, einem Eingang der Ansaugkrümmertemperatur, einem Eingang des Ansaugkrümmerdrucks, einem Eingang der prozentualen Last, einem Eingang der Motorzeitsteuerung, einem Eingang der prozentualen Abgasrückführung, einem Eingang des Luft/Kraftstoffverhältnisses, einem Eingang des Nachbehandlungszustandes und Kombinationen daraus besteht.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl an Motorsensoreingängen ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus einem Eingang für die Drehzahl, einem Eingang für die prozentuale Last, einem Eingang für die Veränderung der Drehzahl, einem Eingang für die Drosselstellungsveränderung, einem Eingang für den Abgas-Sauerstoffwert, einem Eingang für den NOx-Wert, einem Eingang für das Luft/Kraftstoffverhältnis, einem Eingang für die Kühlmitteltemperatur, einem Eingang für die Umgebungstemperatur, einem Eingang für die Feuchtigkeit, einem Eingang für die Ansaugkrümmertemperatur, einem Eingang für den Ansaugkrümmerdruck, einem Eingang für die Motorzeitsteuerung, einem Eingang für den Nachbehandlungszustand und Kombinationen daraus besteht.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsignal der negativen Rückkopplung von Motorsensoren gebildet wird, die aus einer Gruppe gewählt sind, die aus einem Eingang für den NOX Wert, einem Eingang der Drehzahl, einem Eingang der prozentualen Last, einem Eingang der Drosselstellung und Kombinationen daraus besteht.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsignal der positiven Rückkopplung von Motorsensoren gebildet wird, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die einen Eingang der Drosselstellung, einen Eingang der Drosselstellungsveränderung, einen Eingang der Drehzahl, einen Eingang der Drehzahlveränderung, einen Eingang des Abgassauerstoffwertes, einen Eingang des NOX Wertes, einen Eingang von Emissionswerten, einen Eingang der Motorkühlmitteltemperatur, einen Eingang der Umgebungstemperatur, einen Eingang der Feuchtigkeit, einen Eingang der Ansaugkrümmertemperatur, einen Eingang des Ansaugkrümmerdrucks, einen Eingang der prozentualen Last, einen Eingang der Motorzeitsteuerung, einen Eingang der prozentualen Abgasrückführung, einen Eingang des Luft/Kraftstoffverhältnisses, einen Eingang des Nachbehandlungszustands und Kombinationen daraus umfasst.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reglerabschnitt der positiven Rückkopplung ein adaptives Lernen umfasst.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein EGR Ventil in einer Leitung zwischen einem Auslass und einem Einlass des Motors angeordnet ist.
  14. Verfahren zur Verwendung einer Abgasrückführungsvorrichtung, die bei einer Verbrennungskraftmaschine verwendet werden kann, nach Anspruch 1, mit folgenden Schritten – Erzeugen eines Abgasrückführungsfaktors der negativen Rückkopplung von einer Vielzahl von Motorsensoreingängen, – Erzeugen eines Abgasrückführungsfaktors der positiven Rückkopplung aus einer Vielzahl von Motorsensoreingängen und einem Motormodellfaktor für die Abgasrückführung, der aus einem Motormodell erzeugt wird, das aus Motorbetriebskenndaten aufgebaut ist, wobei eine Fehlerdifferenz zwischen einer vorherbestimmten gewünschten Abgasrückführungs-Ventilstellung und einer tatsächlichen Abgasrückführungs-Ventilstellung erzeugt wird und die Fehlerdifferenz mit einer vorherbestimmten Toleranzschwelle verglichen wird, und – Regelung der Abgasströmung der Abgasrückführung auf der Basis des Motormodellfaktors der Abgasrückführung, des Abgasrückführungsfaktors der negativen Rückkopplung und des Abgasrückführungsfaktors der positiven Rückkopplung.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell aus durchschnittlichen Motorbetriebskenndaten aufgebaut ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell aus gemessenen Motorbetriebskenndaten aufgebaut ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell eine Vielzahl von Datentabellen umfasst, wobei eine der Vielzahl von Datentabellen einen Motorbetriebswert abhängig von einem Eingang von wenigstens einem Motorsensor ausgibt.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell eine Vielzahl von Datentabellen umfasst, wobei eine Datentabelle der Vielzahl von Datentabellen wenigstens einen Motorbetriebskennwert abhängig von einem Eingang von wenigstens einem von Motorsensor ausgibt, wobei der wenigstens eine ausgegebene Motorbetriebskennwert aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Motordrehmomentkennwert, einem Emissionskennwert, einem NOx-Emissionskennwert und Kombinationen daraus besteht.
  19. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorbetriebsmodell eine Vielzahl von Datentabellen umfasst, wobei eine Datentabelle der Vielzahl von Datentabellen einen Motorbetriebskennwert in Abhängigkeit eines Eingangs von wenigstens einem Motorsensor ausgibt, wobei der wenigstens eine Motorsensor aus einer Gruppe gewählt ist, die aus einem Eingang der Drosselstellung, einem Eingang der Drosselstellungsveränderung, einem Eingang der Drehzahl, einem Eingang der Veränderung der Drehzahl, einem Eingang des Abgas-Sauerstoffwertes, einem Eingang des NOx-Wertes, einem Eingang von Emissionswerten, einem Eingang der Motorkühlmitteltemperatur, einem Eingang der Umgebungstemperatur, einem Eingang der Feuchtigkeit, einem Eingang der Ansaugkrümmertemperatur, einem Eingang des Ansaugkrümmerdrucks, einem Eingang der prozentualen Last, einem Eingang der Motorzeitsteuerung, einem Eingang der prozentualen Abgasrückführung, einem Eingang des Luft/Kraftstoffverhältnisses, einem Eingang des Nachbehandlungszustandes und Kombinationen daraus besteht.
  20. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsignal der negativen Rückkopplung von Motorsensoren gebildet wird, die aus einer Gruppe gewählt sind, die aus einem Eingang für den NOX Wert, einem Eingang der Drehzahl, einem Eingang der prozentualen Last, einem Eingang der Drosselstellung und Kombinationen daraus besteht.
  21. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsignal der positiven Rückkopplung von Motorsensoren gebildet wird, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die einen Eingang der Drosselstellung, einen Eingang der Drosselstellungsveränderung, einen Eingang der Drehzahl, einen Eingang der Drehzahlveränderung, einen Eingang des Abgassauerstoffwertes, einen Eingang des NOX Wertes, einen Eingang von Emissionswerten, einen Eingang der Motorkühlmitteltemperatur, einen Eingang der Umgebungstemperatur, einen Eingang der Feuchtigkeit, einen Eingang der Ansaugkrümmertemperatur, einen Eingang des Ansaugkrümmerdrucks, einen Eingang der prozentualen Last, einen Eingang der Motorzeitsteuerung, einen Eingang der prozentualen Abgasrückführung, einen Eingang des Luft/Kraftstoffverhäftnisses, einen Eingang des Nachbehandlungszustands und Kombinationen umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reglerabschnitt der positiven Rückkopplung ein adaptives Lernen umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reglerabschnitt für die positive Rückkopplung außerdem folgende Schritte aufweist – Bestimmen, ob die tatsächliche Abgasrückführungs-Ventilstellung korrigiert werden kann, – Erzeugen eines Gewichtungsfaktors, der einen vorherbestimmten Prozentanteil der Fehlerdifferenz umfasst, wenn die Federdifferenz größer als die vorherbestimmte Toleranzschwelle ist und wenn die tatsächliche Abgasrückführungs-Ventilstellung korrigiert werden kann, – Addieren des Gewichtungsfaktors zu dem Faktor der positiven Rückkopplung, – Subtrahieren des Gewichtungsfaktors von dem Faktor der negativen Rückkopplung, und – Speichern des Gewichtungsfaktors in dem Motormodell.
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