AT504982B1 - Verfahren zur abschätzung der emissionen einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT504 982B1 2010-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung der Emissionen einer mehr-zylindrigen Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von zumindest einem Motorparameter.

[0002] Zur Reduktion der schädlichen Emissionen (wie beispielsweise Stickoxide, Partikel, Kohlenwasserstoffe, etc.) einer Brennkraftmaschine werden vielfach aktive Abgasnachbehandlungssysteme wie etwa Partikelfilter, SCR-Katalysatoren, NOx-Speicherkatalysatoren oder ähnliches eingesetzt. Zum Betrieb solcher aktiven Abgasnachbehandlungssysteme ist meist die Kenntnis der Emissionen, die in das System eintreten, erforderlich. Hierzu können geeignete Sensoren oder auch Schätzverfahren eingesetzt werden.

[0003] Aus der US 6,817,171 B2 ist ein Verfahren bekannt, mit welchem schädliche Emissionen mit einem Satz von Kennfeldern vorhergesagt werden können. Die Kennfelder berücksichtigen verschiedene Motorparameter wie Massenströme von Frischluft, Motordrehzahl und Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis.

[0004] Die EP 1 693 558 A1 offenbart ein Verfahren zur Herleitung einer mathematischen Beziehung zwischen Betriebsparametern einer Anlage zur Verbrennung fossiler Brennstoffe und einem Emissionswert eines beim Betrieb der Anlage ausgestoßenen Schadstoffes. Die Beziehung wird dabei mit einem Polynom anhand historischer Messdaten der Betriebsparameter und den zugehörigen Emissionswerten hergeleitet.

[0005] Aus der US 6,697,729 B2 ist ein System zur Abschätzung des NOx-Gehaltes im Abgas einer Brennkraftmaschine bekannt, welches ein Modell verwendet, das abhängig von der EGR-Rate, der Frischluftmasse, der Kraftstoffmasse, der Abgastemperatur und einem Emissionsindex die ΝΟχ-Emissionen der Brennkraftmaschine vorhersagt.

[0006] Allen diesen bekannten Verfahren ist es gemeinsam, dass ein erheblicher Aufwand darin besteht, diese Modelle oder Kennfelder so zu bedaten, dass für eine gegebene Brennkraftmaschine die Emissionen korrekt geschätzt werden können. Insbesondere fällt dieser Aufwand mehrfach an, wenn die Emissionen für ähnliche Motoren geschätzt werden sollen, die eine unterschiedliche Anzahl bauartgleicher Zylinder enthalten.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine Abschätzung der Emissionen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine zu ermöglichen.

[0008] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass nur für einen einzelnen Zylinder die Emissionen abgeschätzt werden und dass die Gesamtemissionen durch Multiplikation der Emissionen des einzelnen Zylinders mit der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine bestimmt werden, wobei vorzugsweise die Abschätzung der Emissionen des einzelnen Zylinders durch Kennfelder, Modelle oder Polynome erfolgt.

[0009] Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zu Nutze, dass bauartgleiche Zylinder bei gleichen Betriebsbedingungen sehr ähnliche Emissionen ausstoßen und in einer Brennkraftmaschine im Allgemeinen die Betriebsbedingungen für alle Zylinder sehr ähnlich sind.

[0010] Statt die Emissionen für den gesamten Motor nach bekannten Verfahren durch Kennfel-der, Modelle oder Polynome zu schätzen, werden die Emissionen für einen Zylinder nach bekannten Verfahren abgeschätzt und mit der Anzahl der Zylinder des Motors multipliziert. So können mit erheblich geringerem Aufwand die Emissionen für eine ganze Familie von Motoren mit einer unterschiedlichen Anzahl von bauartgleichen Zylindern geschätzt werden. Das Verfahren eignet sich gleichermaßen für Diesel- und für Otto-Brennkraftmaschinen.

[0011] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Emissionen für den einzelnen Zylinder abgeschätzt werden, indem - abhängig von zumindest einem Motorparameter - die Emissionen einer mehrzylindrigen Vergleichsbrennkraftmaschine bestimmt und durch die Zylinderanzahl der Vergleichbrennkraftmaschine geteilt werden. Für eine Bauart einer Brennkraftmaschine muss somit nur einmal für verschiedene Betriebsparameter eine Emissionsmessung durchgeführt 1/4 österreichisches Patentamt AT504 982 B1 2010-01-15 werden. Danach werden aus der Gesamtemissionsmessung die Emissionen eines einzelnen Zylinders bestimmt. Diese Emissionen eines einzelnen Zylinders können innerhalb der gleichen Bauart für eine Brennkraftmaschine mit beliebiger Zylinderanzahl hochgerechnet werden. Als Motorbetriebsparameter können dabei etwa die Motordrehzahl, die eingespritzte Kraftstoffmasse, die EGR-Rate, die Frischluftmasse, die Abgastemperatur, die Ansauglufttemperatur, die Kühlmitteltemperatur und/oder die Öltemperatur berücksichtigt werden.

[0012] Falls es durch unterschiedliche Betriebsbedingungen der einzelnen Zylinder für eine Motorbaureihe zu Abweichungen zwischen den einzelnen Zylindern kommt, so können diese in Weiterführung der Erfindung durch eine Formzahl berücksichtigt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Gesamtemissionen mit einer Formzahl multipliziert oder addiert werden.

[0013] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0014] Es zeigen schematisch [0015] Fig. 1 eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, [0016] Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Ausführungsvariante und [0017] Fig. 3 das erfindungsgemäße Verfahren in einer zweiten Ausführungsvariante.

[0018] Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren bauartgleichen Zylindern 2, einem Abgasstrang 3, einem aktiven Abgasnachbehandlungssystem 4 (beispielsweise einem Partikelfilter, einem SCR-Katalysator, einem NOx-Speicherkatalysator oder ähnliches), einem Aktor 5 zur Beeinflussung des aktiven Abgasnachbehandlungssystems und einem Steuergerät 6. Der Aktor 5 kann beispielsweise ein Injektor für ein Reduktionsmittel im Abgasstrang 3 (z.B. Harnstofflösung), ein Injektor für Kraftstoff im Abgasstrang 3 oder auch einer der Kraftstoff-Injektoren der Brennkraftmaschinen 1 sein. Das Steuergerät 6 enthält ein Steuerungsprogramm, welches das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Es kann sowohl das Motorsteuergerät, als auch ein separates Steuergerät für die Abgasnachbehandlung sein.

[0019] Fig. 2 zeigt den schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß einer ersten einfachen Ausführungsvariante werden im Rechenblock 7 die Emissionen Ez eines einzelnen Zylinders 2 abgeschätzt. Beispielhaft ist hier ein Verfahren skizziert, welches auf Basis eines Kennfeldes 8, abhängig von zumindest einem Motorparameter MP wie beispielsweise der Motordrehzahl und der in den Zylinder 2 eingespritzten Kraftstoffmasse, die Emissionen Ez eines Zylinders 2 schätzt. Die Bedatung solcher Kennfelder 8 kann etwa so erfolgen, dass die Emissionen einer gesamten Vergleichsbrennkraftmaschine der gleichen Bauart abhängig von der Motordrehzahl und der eingespritzten Kraftstoffmasse ermittelt werden und dann diese Emissionen durch die Anzahl der Zylinder 2 der eingesetzten Vergleichsbrennkraftmaschine geteilt werden.

[0020] Auf ähnliche Weise kann auch der Einfluss der EGR-Rate, der Frischluftmasse, der Temperaturen im Abgas, im Ansaugrohr, im Kühlwasser oder der Öltemperatur, sowie weitere Motorbetriebsparameter berücksichtigt werden. Dieser Einfluss kann gegebenenfalls durch weitere Kennfelder, Kennlinien, Parameter oder Modelle geschätzt werden.

[0021] Ebenso ist es möglich, statt der in den Zylinder 2 eingespritzten Kraftstoffmasse eine ähnliche Größe, wie etwa dem Mitteldruck dieses Zylinders 2 oder das Drehmoment dieses Zylinders 2 zu verwenden.

[0022] Gemäß dem beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die für einen einzelnen Zylinder 2 geschätzten Emissionen Ez mit der Anzahl Z der Zylinder 2 der gesamten Brennkraftmaschine multipliziert. Hierbei wird ausgenutzt, dass die einzelnen Zylinder 2 einer Brennkraftmaschine 1 in der Regel bauartgleich sind und insbesondere die gleiche Zylinderbohrung und den gleichen Zylinderhub aufweisen.

[0023] Auf diese Weise können für ein Mitglied einer Motorbaureihe mit zum Beispiel acht Zylindern die Emissionen bestimmt und so die Kennfelder, Kennlinien und Parameter des Rechenblockes 7 bedatet werden. Anschließend können durch einfache Multiplikation mit der 2/4

Claims (5)

1. österreichisches Patentamt AT504 982 B1 2010-01-15 Anzahl Z der Zylinder 2 auch die Emissionen für andere Mitglieder dieser Motorbaureihe mit etwa sechs, zehn oder zwölf baugleichen Zylindern bedatet werden. [0024] Das erfindungsgemäße Verfahren kann hierbei für alle relevanten Emissionen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Stickoxide, Partikel oder Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden. [0025] In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel erfolgt die Abschätzung der Emissionen für den einzelnen Zylinder 2 für einen Motorbetriebspunkt anhand eines Kennfeldes oder anhand von Kennlinien. Es ist aber auch möglich, andere Verfahren zur Schätzung der Emissionen eines einzelnen Zylinders 2 einzusetzen. In diesem Fall wird der Rechenblock 7 durch einen ähnlichen Rechenblock ersetzt, der die Zylinderemissionen auf Basis eines Modells oder eines Polynoms abschätzt. [0026] Eine vorteilhafte Weiterentwicklung ist in Fig. 3 skizziert. Falls es durch unterschiedliche Betriebsbedingungen der einzelnen Zylinder 2 für eine Motorbaureihe bei einem eigentlich gleichen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 zu Abweichungen zwischen den einzelnen Zylindern 2 (z.B. durch unterschiedliche Temperaturen, Ungleichverteilungen in der zugeführten Masse an Frischluft oder Abgas oder ähnlichem) kommt, ist es vorteilhaft, solche Abweichungen durch eine Formzahl F zu berücksichtigen. Diese Formzahl F kann ein einfacher Parameter sein, oder über eine Kennlinie, die zum Beispiel von der Motordrehzahl oder der eingespritzten Kraftstoffmasse abhängt oder auch über ein Kennfeld, das zum Beispiel von der Motordrehzahl und der eingespritzten Kraftstoffmasse abhängt, bestimmt werden. Die Gesamtemissionen EGf der Brennkraftmaschine 1 werden dabei mit der Formzahl F multipliziert oder addiert. Auf diese Weise lässt sich mit vergleichsweise geringem Mehraufwand im Vergleich zu Fig. 2, jedoch mit bedeutend geringem Aufwand als bei bekannten Verfahren, die Genauigkeit der Emissionsabschätzungen für die gesamte Brennkraftmaschine 1 wesentlich steigern. Patentansprüche 1. Verfahren zur Abschätzung der Emissionen (EG, EGF) einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von zumindest einem Motorparameter (MP), dadurch gekennzeichnet, dass für einen einzelnen Zylinder (2) die Emissionen (Ez) abgeschätzt werden und dass die Gesamtemissionen (EG) durch Multiplikation der Emissionen (Ez) des einzelnen Zylinders (2) mit der Anzahl (Z) der Zylinder (2) der Brennkraftmaschine (1) bestimmt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschätzung der Emissionen (Ez) des einzelnen Zylinders (2) durch Kennfelder (8), Modelle oder Polynome erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtemissionen (EG) mit einer Formzahl (F) multipliziert oder addiert werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionen (EG) für den einzelnen Zylinder (2) abgeschätzt werden, indem - abhängig von zumindest einem Motorparameter (MP) - die Emissionen einer mehrzylindrigen Vergleichsbrennkraftmaschine bestimmt und durch die Zylinderanzahl der Vergleichbrennkraftmaschine geteilt werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Motorparameter (MP) Motordrehzahl, eingespritzte Kraftstoffmasse, EGR-Rate, Frischluftmasse, Abgastemperatur, Ansauglufttemperatur, Kühlmitteltemperatur und/oder Öltemperatur berücksichtigtwerden. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 3/4