AT517399A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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AT517399A1 ATA446/2015A AT4462015A AT517399A1 AT 517399 A1 AT517399 A1 AT 517399A1 AT 4462015 A AT4462015 A AT 4462015A AT 517399 A1 AT517399 A1 AT 517399A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine während eines beliebigen Fahrbetriebs und insbesondere eines definierten gesetzlichen Zyklus, wobei die Brennkraftmaschine zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit verstellbarem Wirkungsgrad (z.B. durch Verändern des Reduktionsmittels) oder eine Abgasrückführeinrichtung oder alternative Stellgrößen für die Veränderung der Motorrehemissionen aufweist, wobei dem aktiven Profil zumindest ein Beobachtungsfenster zugeordnet wird. Um strenge Abgasvorschriften insbesondere im realen Fahrbetrieb einhalten zu können und gleichzeitig einen geringen Kraftstoffverbrauch zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass innerhalb eines Fahrprofiles oder Testzyklus mindestens ein Hauptbeobachtungsfensters des Fahrprofils und ein Teilbeobachtungsfenster (F2) mit einem Start- und einem Endpunkt definiert wird, wobei während des Teilbeobachtungsfensters (F2) noch vor dem Erreichen des Endpunktes eines weiteren Hauptbeobachtungsfensters F3 eine prädiktive und quantitative Abschätzung zumindest einer betrachteten Emission (E) für das Hauptbeobachtungsfenster F3 durchgeführt wird und die abgeschätzte Emissionsmenge mit einer definierten maximalen Emissionsmenge verglichen wird, und wobei beiz u starker Abweichung der maximalen Emissionsmenge zumindest ein Steuerungsparameter der Brennkraftmaschine oder der Abgasnachbehandlung, adaptiv so verändert wird, dass die Menge der betrachteten Emission (E) den vorgegebenen Zielwert möglichst nahe kommt und der Betriebsmittelverbrauch optimiert wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vyährend eines definierten Zyklus, wobei die Motorrohemissionen der Brennkraftmaschine über zumindest einen Emissions-Steuerungsparameter verstellbar sind und wobei dem Zyklus zumindest ein Beobachtungsfenster mit einem Start- und Endpunkt zugeordnet wird. Bei dem Zyklus kann es sich um einen beliebigen Fahrbetriebszyklus Oder definierten gesetziichen Zyklus handeln.
Qblicherweise werden die Motoremissionen für eine Stelle stromabwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung so eingestellt, dass die gesetziichen Emissionen in einem spezifizierten Testzyklus - zum Beispiel WHIG (\NHTC=Wor/d Harmonized Transient Cycle) bei EURO 6 fur Nutzfahrzeuge - eingehalten werden. Die Abgasnorm EURO 6 für Nutzfahrzeuge sfeht vor, dass Fahrzeuge nicht nur im spezifizierten Testzyklus, sondern im gesamten Verwendungszeitraum im reaien Fahrbetrieb auf Einhaltung der gesetziichen Vorsehriften überprüft werden können bzw. diese einhalten. Dabei werden in Verwendung befindiiche Fahrzeuge im sogenannten PEMS-Zyklus (Portable Emission Measurement System) auf standardisierten Routen auf sogenannte RDE (Road Driving Emissions) untersucht. Die Standard-Motorkalibrierung für den gesetziichen Zyklus muss aueh diese Anförderungen für RDE abdecken. Dabei werden üblicherweise ganze Datensätze der Emissions-Kalibrierung zwischen den Extremen für besten Verbrauch mit höheren Emissionen und; höherer Verbrauch mit niedrigsten Emissionen liber mehrere Stufen betriebspunktabhängig umgeschaltet. Ubiicherweise Rndet bei bisherigen Strategien aiso eine reine Umschaftung zwischen Kennfeldern unterschiedlicher Bedatungen statt, die hauptsächl'rch auf dem aktuellen Motorbetriebspunkt und den Temperaturen von Abgasnachbehandlungseinrichtungen basiert.
Nachteilig ist, dass der Betrieb mit niedrigsten Emissionen in vielen Betriebspunkten je nach betrachteter Emission einen höheren KraftstoffVerbrauch mit sich bringen kann. Gute Verbrauchswerte beim Treibstoff und damit niedrige C02-Emissionen ergeben beispielsweise höhere NOx-Werte, da beispielsweise mit reduzierter Abgasrüekführung gefahren wird, wobei sich die Verbrauchswerte erhohen, wenn zur ΝΟχ-Reduzierung die rückgeführte Abgasmenge erhoht wird.
Aufgabe der Erfindung 1st es, die Elnhaltung von strengen Abgasgesetzen im realen Fahrbetrieb bei gleichzeitig geringem Kraftstoff- bzw. Betriebsmittelverbrauch zu ermoglichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass innerhalb eines ersten Beobachtungsfensters des Zyklus mit einem ersten Starpunkt und einem ersten Endpunkt zum Zeitpunkt des ersten Endpunkts zumindest ein Teilbeobachtungsfenster mit einem vor dem ersten Endpunkt liegenden Teilfensterstartpunkt und mit dem ersten Endpunkt zusammenfallenden Teilfensterendpunkt definiert wil'd, wobei anhand einer Emissionsmenge des Teilbeobachtungsfensters noeh vor dem Erreiehen des zweiten Endpunktes eines zweiten Beobachtungsfensters, dessen zweiter Startpunkt vor dem ersten Endpunkt liegt, eine prädiktive und quantitative Abschätzung zumindest einer betrachteten Emissionsmenge fiir das zweite Beobachtungsfenster durchgeführt wird und die abgeschätzte Emissionsmenge für das zweite Beobachtungsfenster mit einer definierten maximaien Emissionsmenge verglichen wird, und wobei bei Erreiehen oder llberschreiten der maximaien Emissionsmenge zumindest ein Emissions-Steuerungsparameter der Brennkraftmaschine adaptiv so verändert wird, dass die Menge der betrachteten Emission (E) gesenkt wird.
Damit können abgeschätzte Emissionsmengen mit z.B. gesetzlich definierten maximaien Emissionsmenge verglichen werden, wobei bei Unterschreiten oder Llberschreiten der maximaien Emissionsmenge zumindest ein Steuerungsparameter und/oder eine Kalibriergröße bzw. ein Emissions-Steuerungsparameter der Brennkraftmaschine oder des Abgasnachbehandiungssystems adaptiv so verändert wird, dass der Kraftstoff- bzw. Betriebsmittelverbrauch moglichst.niedrig gehaiten wird unter der Randbedingung, dass die Menge der betrachteten Emission im Zielbereich liegt.
Die in Betracht gezogenen Emissionen können beispielsweise NOx-Emissionen sein. Die Beobachtungs- und Teilbeobachtungsfenster sind als Zeitraum mit Start- und Endzeitpunkten definiert. Die Endzeitpunkte hängen vom Erreiehen der vorgegebenen Fensterwerte, z.B. fcumulierter Leistung, ab. Ein Fenster beginnt also z.B. mit einem Wert Null für die Gesamtleistung und der Endpunkt 1st als Wert fiir die kumulierte Gesamtleistung definiert, Auch andere Werte, z.B. zuruckgelegte
Kilometer, TreibstoffVerbrauch o.ä. können als Bestimmungswerte für die Größe der Teilbeobachtungsfenster herangezogen werden,
Bei dem Zykfus kann es sieh beispielsweise um einen Testzyklus für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften handeln, aber auch andere für den allgemeinen Betrieb relevante Zyklen wie Betriebsdauer- Oder Zündzahlzyklen können fiir das erfindungsgemäße Verfahren herangezogen werden.
Die Erfindung erlaubt, noch vor Abschluss eines zweiten Beobachtungsfensters basierend auf dem Ergebnis des Teilbeobaehtungsfensters eine Abschätzung vorzunehmen, ob geforderte Emissionswerte erreicht werden, und die Abgasrückführrate oder Dosiermenge soyvie anderen Einflussgrößen nachzustellen sind. Das lässt auch während des Normbetriebs und insbesondere im dynamischen Betrieb einen innerhalb der geltenden Grenzen optimierten Betrieb zu. Emissions-Steuerungsparameter im Sinne der Erfindung sind also z.B. Abgasrudcführrate eines (Internen Oder externen) Abgasrückführungssystems, Dosiermenge eines Abgasnachbehandlungssystems („Engine Aftertreatment System", EAS), Drosselklappenstellung oder andere.
Um trotz Einhaltung der gesetzlichen Emissionsgrenzwerte den Kraftstoffverbrauch gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die gewählten Emissions-Steuerungsparameter der Brennkraftmaschine (z.B. also auch des EAS) adaptiv so verändert werden, dass am Endpunkt des betrachteten zweiten Beobachtungsfensters ein kumulierter Wert für die Menge der betrachteten Emission unterhalb eines definierten Grenzwertes liegt. In einer Variante der Erfindung handeit es sich bei dem Steuerungsparameter beispielsweise um die Abgasrückführrate eines internen oder externen Abgasrückführsystems oder die Dosiermenge des vorhandenen Abgasnachbehandlungssystems.
In einer Variante der Erfindung handeit es sich bei dem Emissions-Steuerungsparameter um zumindest einen der folgenden Gruppe:
Abgasrückführrate eines internen oder externen Abgasrückführsystems,
Dosiermenge von Reduktionsmittel oder Treibstoff, Einspritzmenge von Reduktionsmittel oder Treibstoff; Luftmasse, Einspritztiming, Raiidruck eines Einspritzsystems, Dosierung für ein vprhandenes Abgasnachbehandlungssystem.
Vorzugsweise erfolgt die Abschätzung der Menge der betrachteten Emission in Abhängiglceit zumindest eines aktuellen Betriebsparameters der Brennkraftmaschine aus der Gruppe Motorleistung, Motordrehzahl, Drehmoment, Motorlast, Abgasmassenstrom und Konzentration des betrachteten Emissionswertes im Endrohr der Abgasieitung und der Abgastemperatur.
Um eine rasche und mögliehst genaue Abschätzung der Menge der betrachteten Emissionen zu ermöglichen 1st im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass -basierend auf den aktuellen Betriebsparametern - nach Erreichen zumindest einer definierten minimalen Temperatur der Brennkraftmaschine Oder der Abgasnachbehandlungseinrichtung Oder nach Ablauf eines definierten Zeitfensters zumindest eln erstes Beobachtungsfenster, vorzugsweise in definierten Zeitabständen mehrere Beobachtungsfenster und/oder Teilbeobachtungsfenster, und jeweils die zugehörige Menge der betrachteten kumulierten speziftschen Emissionen innerhalb der Beobachtungsfenster berechnet werden.
Parallel dazu kann gemäß einer Variante der Erfindung - basierend auf dem aktuellen Betrlebsparameter - nach Erreichen zumindest einer definierten minimalen Temperatur der Brennkraftmaschine oder der
Abgasnachbehandlungseinrichtung oder nach Ablauf eines definierten Zeitfensters zumindest eln TeilbeQbachtungsfenster innerhalb des Beobachtungsfensters und jeweils die zugehörige Menge der betrachteten kumulierenden spezifischen Emissionen innerhalb des Teilbeobachtungsfensters berechnet werden, wobei das Teilbeobachtungsfensters kleiner als das erste Beobachtungsfenster ist. Vorzugsweise entspricht der Beginn des Teilbeobachtungsfensters dem Beginn des zweiten Beobachtungsfensters und gleichzeltig das Ende des Teilbeobachtungsfensters dem Ende des ersten Beobachtungsfensters. In einer Variante entspricht der Teilfensterendpunkt des Teilbeobachtungsfensters dem ersten Endpunkt des ersten Beobachtungsfensters. Die Höhe Am des Teilbeobachtungsfensters ist frei kalkulierbar und beträgt beispielsweise 50 Prozent der Hphe Am des ersten Beobaehtungsfensters.
In Abhängigkeit des Ergebnisses der Abschätzung der Emissionen am Ende des Teilbeobachtungsfensters wird - wenn notwendig - zumindest ein Emissions-Steuerungsparameter so verändert, dass am Ende des zukünftigen Hauptbeobachtungsfënsters bzw. zweiten Beobachtungsfensters ein Wert fur die kumulierten Emissionen erreicht werden kann, welche unterhalb der gesetzlichen Vorgaben liegt.
Bevor eine Änderung der Steuerungsparameter tatsächlich durchgefiihrt wird, wird günstigerweise kontinuierlich die GOItigkeit der Beobachtungsfenster durch Kontrolle eines oder mehrerer der Werte Lelstungsniveau, Fensterlänge, Fensterarbeit, Menge an spezifischen Emissionen, durchschnittliche: Fensterieistung geprüft Im Falle einer Anomalitat wird die Gültigkeit dieses Fensters negiert und die Berechnungen für neue Beobachtungsfenster und/oder Teilbeobachtungsfenster weitergeführt. Gültige sowle nicht gültfge Fenster werden hierbei statistisch erfasst. Mit anderen Worten werden gtinstigerweise die Zahl der anormalen (also der negierten) und nicht anormalen (also der nicht-negierten) Beobachtungsfenster statistisch erfasst.
Gemäß einer Variante der Erfindung werden innerhalb eines Beobachtungsfensters die Daten solange ausgelesen, bis eine gewünschte kumulierte Arbeit erreicht ist. Die Resultate des Auslesevorganges sind: Fenster Gültlgkeit, Fenster Emissionen, Fensterlänge, kumulierte Arbeit und kumulierte Emissionen.
Die Regelung der Brennkraftmaschine und der Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Einhaltung gesetzlichen Vorschriften in Bezug auf die RDE (Real Driving Emissions) erfolgt dauerhaft und in Echtzeit auf der Basis einer Berechnung des aktuelien Emissionslevels z.B, in g/kWh, ohne dass - wie bei einem herkömmlichen Emissions-Integrator - die gesamte Emissionshistorie betrachtet werden muss.
Dlese Berechnung erfolgt mittels Fensterauswertung, wobei Länge, Gtiltigkeit, und Zeitpunkt variieren. Somit ist eine wesentlich exaktere Regelung als bisher möglich und der erlaubte Emissionsbereich kann besser ausgenützt werden. Zusätzlich wird bereits während derjestfahrt eine Zyklusauswertung durchgefiihrt und werden sämtliche emissionsrelevanten Werte bestimmt, sowie wird eine statistische Auswertung der berechneten Fenster durchgefiihrt (siehe z.B. Fig. 3). Dadurch kann die bisher übliche nachträgliche und langwierige Berechnung der Zyklusergebnisse entfallen, da diese am Ende des Testlaufs bereits zur Verfügung stehen.
Basierend auf der aktuelien Motordrehzahl, dem Drehmoment, der NOx -Konzentration im Abgasendrohr (stromabwärts der
Abgasnachbehandlungseinrichtung) und der Abgastemperatur werden nach Berücksichtigung des Sensorverzugs und einer Mittelung der zeitlich höher aufgelöst(zum Beispiel mlt einer zeitlicben Auflösung von 10ms) gemessenen Eingangswerte die kumulierte NOx-Masse (in [g]) sowie die kumulierte Leistung bzw. Energie (in [kWs]) sekündlich errechnet und in einem Zwischenspeicher abgelegt Basierend auf diesen Daten werden nach Erreichen einer gewissen Motor-bzw, Abgastemperatur oder nach Ablauf eines Zeitfensters, sekundlich Haupt- und Teilbeobachtungsfenster und die zugehörigen kumulierten NOx-Massenemissionen berechnet, wodurch man ais Ergebnis die spezlfischen NOx in (in [g/kWh]) für das jeweilige Fenster erhält. Im Gegensatz zu Emissionen bei Personenkraftfahrzeugen werden bei Nutzfahrzeugen die Emissionen nicht in g/km, sondern in g/kWh angegeben. Sowohl die Fensterlänge, als auch der Startzeitpunkt dieser Fenster ändert sich dynamisch, da immer eine konstante integrale Fensterieistung, Kilometeranzahl, Arbeit oder dgf. In Abhängigkeit der varfablen Motorleistung, basierend auf Drehzahl und Lastverlauf in Echtzeit berechnet wird. Parallel wird dieselbe Berechnung fur einen frei parametrierbaren (z.B. 50%) Bruchteil dieser Fensterlänge zusatzlich durchgeführt, um berefts yor Ablauf der gesamten Fensterlaufzeit das Ergebnis mit hoher Wahrscheinlichkeit vorausberechnen zu können und nötlgenfalls den Betriebsmodus zu wechseln. Dadureh werden die in dem Fenster kumulierten Emissionen unter der vorgegeben Grenzwert gehalten, wobei In den meisten Fällen sowohl Reaktionsmittel (Harnstoff) für einen SCR-Katalysator als auch Kraftstoff gespart werden können. Diese Fensterergebnisse gehen sekundlich als Fiihrungsgröße fiir die Emissionsreserve in die Emissionsregeiung ein, welche dann den jeweilig benotigten Betriebsmodus fiir Motor und Abgasnachbehandlung aktiviert.
Gleichzeitig werden die Gültigkeit der Fenster, das Leistungsniveau, d|e Fensterlänge, die Fensterarbeit, die spezifischen ΝΟχ-Emissionen und die durchschnittliche Fensterlerstung permanent zur Validierung mit geforderten parametrierbaren Grenzen und Bedingungen verglichen. Nur wenn sämtliche dieser Grenzen und Bedingungen eingehalten bzw. erfiillt sind, ist auch das berechnete Emissionsfenster göltig und wird zur Überprüfung herangezogen. Dabei darfdie Gesamtzahl der nicht konformen Testfenster einen vorgegebenen Anteil an den Gesamtfenstern nicht überschreiten, um ein Bestehen des Tests zu gewahrleisten.
Parallel zur Berechnung der Haupt- und Teilfenster, werden die Fensterergebnisse als Beurteilungsgrundlage und zusätzliche Führungsgröße in Echtzeit statistisch ausgewertet.
Die spezifischen NOx der gültigen Fenster werden daraufhin normalisiert und ein einstellbarer (z.B. 90%) - Emissionswert bestimmt. Das Resultat dieser statistischen Auswertung sirid ein ISC Conformity Faktor (ISC= In Service Confirmity), die maximalen BS NO* („break specific"* NQx-Emissionen in g NOx pro kWh), die 90% BS NOx, die Fensteranzahl, die maximale Fensterfeistung, sowie eine Fenster-Häufigkeitsverteflung auf die dlversen Emissionsbereiche. In der entsprechenden Regeleinrichtung gehen diese Informationen, primär aber die spezifischen NO*, als Führungsgröße ein. Hierbei kann zwischen Hauptfenster, Teilfenster Oder einer gewichteten Mitteiung zwischen dfesen beiden Berechnungsresuitaten gewählt werden. Danach schaltet die Regelung basierend auf einer Hysterese die Betriebsmodi zwischen den Emissions- unci betriebsmitteloptimierten Kalibrierungen urn, um ein moglichst gutes Verbrauchsergebnis zu erzielen und dennoch sämtliche Emissionsgrenzwerte einzuhalten, Durch die Nutzung dieser Ergebnisse als Führungsgröße kann die Regelung den Betriebsmittelverbrauch reduzieren und gleichzeitig die erlaubten Emissionen einhalten. Da diese Regelung gemäß einer Variante einen NO*-Sensor im Abgasendrohr stromabwärts der Abgasnachbehandiungseinrichtung verwendet, kann auch die Alterung der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch vermehrte Verwendung der Motorbetriebsmodi mit nledrigeren Emissionen kompensiert und somit die mögliche Einsatzdauer des Gesamtsystems verlängert werden.
Gemäß einer Variante der Erfindung wird in Abhängigkeit der kumulierten spezifischen Emissionen innerhalb des zweiten Téilbeobachtungsfensters zumindest ein Betriebsparameter und/oder Betrrebsmodus der Brennkraftmaschine und/oder des Abgasnachbehandlungseinrichtung so verändert, dass am Ende des zweiten Beobachtungsfensters die betrachteten kumulierten Emissionen unterhalb eines definierten Grenzwertes für die spezifischen Emissionen liegen.
In einer weiteren Variante der Erfindung werden die Ergebnisse der Berechnung der Beobachtungsfenster und/oder der Teilbeobachtungsfenster und der berechneten kumulierten spezifischen Emissionen einer statistischen Auswertung zugeführt. Günstigerweise wird in Abhängigkeit der kumulierten spezifischen Emissionen der Beobachtungs- und/oder Teilbeobachtungsfenster eine Gewichtung dieser Emissionswerte vorgenommen, diese warden statistisch erfasst und der jeweiligen Regelgröße als zusätzliche Führungsgröße zugeführt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestelit ist, näher erläutert. In diesen zeigen
Fign. 1 und 2 beispielhaft Leistungs- und Emissionsyerläufe eines Nutzfahrzeuges während eines Testzyklus unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 3 kumulierte Messwerte in einem Histogramm.
Der Testzyklus stellt dabei eines von mehreren möglichen Ausführungsbeispielen hinsichtlich anwendbarer Zyklen dar. Das Verfahren ist für NFZ sowfe PKW gleichermaßen anwendbar.
Dabei 1st jeweils eine QuantitätY einer betrachteten Emission E, beispielsweise NO*, der Brennkraftmaschine des Nutzfahrzeugs kumulativ über der Zeit t während eines Testzyklus aufgetragen.
Wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt ist, wird Innerhalb des zwischen dem Beginn und dem Ende des gesamten Testzyklus oder anderem Fahrbetriebs zumindest ein entlang der Zeitachse bewegtes erstes Beobachtungsfenster FI definiert, wobei jedes erste Beobachtungsfenster FI eine spezifische Breite Ati und Höhe AW1 aufweist, wobei die Breite An der Dauer des Fahrprofilteiles (Start- bis Endpunkt) innerhalb des ersten Beobachtungsfensters entspricht. Das erste Beobachtungsienster Ft hat einen ersten Startpunkt A1 und einen ersten Endpunkt Bl. Die Höhe Awi entspricht im Wesentlichen der kumulierten Arbeit und Am dem kumulierten EmissiQnszuwachs innerhalb der Dauer des Fahrprofilteiles.
Basierend auf und in Abhängigkeit von zumindest einer extern bereehneten Größe werden die Breite Ati und/oder Höhe Awi jedes ersten Beobachtungsfensters FI variabel bestimmtbzw. ergeben sich variabel. Diese Fenstercharakteristika Ati, Awi sind mitteis Kalibrierung einstell- bzw. vorgebbar und können atternativ auch dynamiscb verändert werden. Die extern berechneten Größen können beispielsweise eine kumulierte Leistung, kumulierte Emissionen und/oder ein kumulierter Kraftstoff- und/oder Betriebsmittelverbrauclr sein. Wird die Breite Δα variiert, so variiert in Abhängigkeit dazu ebenfalls die Höhe Awi des ersten Beobachtungsfensters. W.ird umgekehrt die die Hohe Awi variiert, so ändert sich auch die zeitliehe BreiteAti des ersten Beobachtungsfensters.
Innerhalb des ersten Beobachtungsfensters FI wird weiters - zeitnah zum Zeitpunkt t*ct mit dem Beobachtungsfenster FI - ein Teilbeobachtungsfenster F2 (mit Teilfensterstartpunkt A2 und Teilfensterendpunkt B2) bestimmt, wobei das erste Beobachtungsfenster FI und das Teilbeobachtungsfenster F2 den gleiehen Endzeitpunkt und die gleiche Höhe Am aufweisen können(100%). Die Hohe Am und somit die Dauer des TeUbeobachtungsfenster F2 ist alierdfngs ublicherweise wesentlich geringer gewählt und beträgt kalibrierbar etwa 0% bis 50 % - hier etwa 33% - des ersten Beobachtungsfensters FI (Fig. 2). In nicht dargesteiiten Varianten kommen parallel laufende, kurz hintereinander initiierte Beobachtungs-und Teilbeobachtungsfenster zum Einsatz. Für die Höhe âw3 eines zweiten, folgenden Beobachtungsfensters F3 (mit zweitem Startpunk A3 und zweitem Endpunkt B3) werden basierend auf dem Teilbeobachtungsfenster F2 die kumulativen Emissionen abgeschätzt und mit einem zulässigen Grenzwert verglichen. Stellt sich heraus, dass der Zuwachs an Emissionen (predicted At«) größer oder zu weit unterhalb dieses Grenzwertes ist, so wird über einen Emissions-Steuerungsparameter in die Regelung der Brennkraftmaschine, beispielsweise der Dosiermenge eingegriffen und die Emissions-Steuerungsparameter so geändert, dass die Menge der betrachteten Emissionen - beispielsweise NOx-Emissionen - gesenkt bzw. angehoben werden (controlled Δμ), Dadurch kann ein Einhalten der gesetzlichen Grenzwerte für das Beobachtungsfenster gewährleistet (Fig. 2) und der Betnebsmittelverbrauch optimiert werden, Somit wird basierend auf dem Zwlschenergebnis der Abschätzung der kumulativen Emissionen fiir das Teilbeobachtungsfenster F2 frühzeitig und vorab geregelt, um in Folge daraus im zweiten Beobachtungsfenster F3 die vorgegebenen Zielwerte in jedem Fall nicht zu überschreiten und den Betrlebsmittelverbrauch minimal zu halten. Die hierfiir vorgesehene Regelungseinrichtung schaltet hierzu die entsprechenden Betriebsmodi (z.B. emissionsoptimiert oder verbrauchsoptimiert) und/oder der
Abgasnachbehandlungseinrichtung naeh Bedarf um. In Abhängigkeit der kumulierten spezifischen Emissionen E innerhalb des TeHbeobachtungsfensters F2 wird also zumrndest ein Betriebsparameter und/oder Betriebsmodus der Brennkraftmasehine und/oder der Abgasnachbehandlungseinrichtung so verändert, dass am Ende des zweiten Zeitfensters die betrachteten kumulierten Emissionen unterhalb eines definierten Grenzwertes für die spezifischen Emissionen liegen.
Beide Beobachtungs- FI bzw. Teilbeobachtungsfenster F2 bewegen sich ständig entlang der Zeitachse t in diskreten Zeitschritten weiter, wie durch den Pfeil tAct angedeutet ist* wobei die Schrittweite Ats variabel kalibrierbar ist. Beispielsweise kann die Schrittweite At* eine Sekunde betragen. Dabei können sich sowohl die Breiten Δα, Ät2, als auch die Höhen Awi, Δνι, Aw2, Δν2, Aw3, Δν3 der Fenster FI, F2, F3 ständig ändern. In Fig. 2 sind beispielsweise zwei hintereinander berechnete Beobachtungs- FI und Teilbeobachtungsfenster F2 dargestellt, wobei die Endzeitpunkte zweier aufeinanderfolgender Beobachtungsfenster FI um die Schrittweite Ats versetzt sind,
Fortlaufend wird die Güttigkeit der Fensters FI, F2, F3 durch Kontrolle des Leistungsniveaus, der Fensterbreiten - bzw. höhen Am, Aw2, Am, AUi Δβ, At3 der Fensterarbeit (-abgegebene Arbeit innerhalb eines Teilbeobachtungsfensters), der Menge an spezifischen Emissionen und/oder der dürchschnittlichen Fensterieistung (Mittelwert der Leistung innerhalb eines Teilbeobachtungsfensters) gepriift. Im Falle einer AnomaRtät wird die Gültigkeit dieses Fensters negiert und die Berechnungen für neue Beobachtungs- FI, F3 und Teiibeobachtungsfenster F2 weitergeführt. Gültige sowie nicht gültige Fenster werden hierbei statlstisch erfasst bzw. summiert. Fig. 3 zeigt beispielhaft ein Histogramm mit aufsummierten gültigen bzw. ungultigen Fenstern in verschiedenen Emissionsbereichen. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt ein Bewegen während des Zyklus bzw. Fahrens innerhalb der optimalen bzw. gesetzlich vorgeschriebenen Grenzen im Gptimalbereich X.

Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine während eines [beliebigen Fahrbetriebs und insbesondere eines] definierten [gesetzlichen] Zyklus, wobei die Motorrohemissionen der Brennkraftmaschine über zumindest einen Emissions-Steuerungsparameter [Abgasnachbehandlungseinrichtung mit verstellbarem Wirkungsgrad (z.B. durch Verändern des Reduktionsmittels) oder eine Abgasrückführeinrichtung] verstellbar und wobei dem Zyklus zumindest ein Beobachtungsfensters (FI, F2, F3) mit einem Start- (Al, A2, A3) und Endpunkt (Bl, B2, B3) zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines ersten Beobachtungsfensters (FI) des Zyklus mit etnem ersten Startpunkt (Al) und einem ersten Endpunkt (Bl) zum Zeitpunkt des ersten Endpunkts (Bl) zumindest ein Teilbeobachtungsfenster (F2) mit einem vor dem ersten Endpunkt (Bl) liegenden Teilfensterstartpunkt (A2) und mit dem ersten Endpunkt (A2) zusammenfallenden Teilfensterendpunkt (B2) definiert wird, wobei anhand einer Emissionsmenge (E) des Teilbeobachtungsfensters (F2) noch vor dem Erreichen des zweiten Endpunktes (B3) eines zweiten Beobachtungsfensters (F3), dessen zweiter Startpunkt (A3) vor dem ersten Endpunkt (Bl) liegt, eine prädiktive und quantitative Abschätzung zumindest einer betrachteten Emissionsmenge (E) fur das zweite Beobachtungsfenster (F3) durchgeführtwird und die abgeschätzte Emissionsmenge für das zweite Beobachtungsfenster (F3) mit einer definierten maximalen Emissionsmenge vergllchen wird, und wobei bei Erreichen oder Llberschreiten der maximalen Emissionsmenge zumindest ein Emissions-Steuerungsparameter der Brennkraftmaschine adaptiv so verändert wird, dass die Menge der betrachteten Emission (E) gesenkt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Emissions-Steuerungsparameter der Brennkraftmaschine adaptiv so verändert wird, dass am Endpunkt des betrachteten zweiten Beobachtungsfensters (F3) ein kumulierter Wert (Y) für die Menge der betrachteten Emission (E) unterhalb eines definierten Grenzwertes liegt,
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich be! dem Emissions-Steuerungsparameter um zumindest einen der folgenden Gruppe handelt: Abgasrückführrate eines internen oder externen Abgasrückführsystems, Dosiermenge von Reduktionsmittel oder Treibstoff, Einspritzmenge von Reduktionsmittel oder Treibstoff, Luftmasse, Einspritztiming, Raildruck eines Einspritzsystems, Dosierung fur ein vorbandenes Abgasnachbehandlungssystem handelt,
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschätzung der Menge der betrachteten Emission (E) in Abhängigkeit zumindest eines aktuellen Betriebsparameters der Brennkraftmaschlne aus der Gruppe Motorleistung, Motordrehzahl, Drebmoment, Motorlast, Abgasmassenstrom und Konzentration des betrachteten Emissionswertes im Endrohr der Abgasleitung und der Abgastemperatur erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem aktuellen Betriebsparameter nach Erreichen zumindest einer definierten minlmalen Temperatur der Brennkraftmaschine oder einer Abgasnachbehandlungseinrichtung oder nach Ablauf eines definierten Zeitfensters zumindest ein erstes Beobachtungsfenster (FI), vorzugsweise in definierten Zeitabständen mehrere Beobachtungsfenster (FI, F3) und/oder Teiibeobachtungsfenster (F2), und jeweils die zugehörige Menge der betrachteten kumulierten spezifischen E.misslonen (E.) innerhalb der Beobachtungsfenster (FI, F3) bereehnet werden.
  6. 6.. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem aktuellen Betriebsparameter nach Erreichen zumindest einer definierten mimmalen Temperatur der Brennkraftmaschine oder der Abgasnachbehandlungseinriehtung oder nach Ablauf eines definierten Zeitfensters zumindest ein Teiibeobachtungsfenster (F2) innerhalb des ersten Beobachtungsfensters (FI) und jeweils die zugehorige Menge der betrachteten kumulierenden spezifischen Emissionen (E) innerhalb des Teilbeobachtungsfensters (F2) bereehnet wird, wobei das Tellbeobachtungsfensters (F2) kleiner ist als das erste Beobachtungsfenster (FI) und wobei vorzugsweise der Tëilfensterendpunkt (B2) des Teilbeobachtungsfensters (F2) dem ersten Endpunkt (Bl) des ersten Beobachtungsfensters (FI) entspricht.
  7. 7, Verfahren nach einem der Anspriiche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich die Gültigkeit der Beobachtungsfenster (FI, F3) durch Kontrolle eines Oder mehrerer der Werte Leistungsniveau, Fensterbreite (Δη), Fensterarbeit, Menge an spezifischen Emissionen (E), durchschnittliche Fensterleistung geprüft wird und jm FaJle elner Anomalität die Gültigkeit dieses Fensters negiert und die Berechnungen für neue Beobachtungsfenster und/oder Teilbeobachtungsfenster vyeitergeführt wird,
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der anormalen und nicht anprmalen Beobaehtungsfenster statistisch erfasst wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhangigkeit der kumulierten spezifischen Emissionen (E) innerhalb des Teilbeobachtungsfensters (F2) zumindest ein Betriebsparameter und/oder Betriebsmodus der Brennkraftmaschine und/oder des Abgasnaehbehandlungseinrichtung so yerlndert wird, dass am Ende des zweiten Beobachtungsfensters (F3) die betrachteten kumulierten Emissionen unterhalb eines definierten Grenzwertes für die spezifischen Emissionen liegen.
  10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Berechnung der Beobachtungsfenster (FI, F3) und/oder der Teilbeobachtungsfenster (F2) und der berechneten kumulierten spezifischen Emissionen (E) einer statistischen Auswertung zugefBhrt werden.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhangigkeit der kumulierten spezifischen Emissionen (E) der Beobachtungs- (FI, F3) und/oder Teilbeobachtungsfenster (F2) eine Gewichtung dieser Emissionswerte vorgenommen wird, diese statistisch erfasst und der jeweiligen Regelgröße als zusätzliche Führungsgröße zugefiihrt werden.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Emissionen NO*-Emissionen in Betracht gezogen werden.
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