DE102005032623A1 - Cylinder selective soot and nitrogen oxide emission method for diesel internal combustion engine involves selecting perimeters and determining emission during combustion process by means of multiple input single output model - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der zylinderselektiven Ruß- und NOx-Emissionen einer Dieselbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie den Einsatz des Verfahrens bei der Motorsteuerung und/oder bei der Steuerung der Abgasreinigung.The The invention relates to a method for determining the cylinder-selective Soot and NOx emissions of a Diesel engine according to the preamble of claim 1 and the use of the method in the engine control and / or in the Control of exhaust gas purification.
Der Anteil der PKW mit verbrauchsarmem DI-Dieselmotor an den Neuzulassungen liegt in Deutschland bei rund 40 % und ist weiter steigend. Um diesen Trend auch unter zukünftigen anspruchsvollen Emissionsstandards beizubehalten oder sogar forcieren zu können, wird intensiv nach Maßnahmen zur Senkung der besonders bedeutsamen Partikel- und NOx-Emissionen geforscht. Insbesondere innermotorische Maßnahmen rücken in den Fokus der Aggregateforschung, da sich eine aktive Abgasnachbehandlung zumeist negativ auf die Herstellungskosten und den Verbrauch auswirkt. Die sich abzeichnende Verfügbarkeit kostengünstiger Zylinderdrucksensoren sowie leistungsstarke Prozessortechnik ermöglichen die Ablösung der kennfeldgeführten Steuerung der Verbrennung durch eine Regelung auf Basis von Brennraumfunktionen, wie beispielsweise des Zylinderdrucks. Vorteile einer solchen zylinderdruckbasierten Motonegelung, bei der jeder Zylinder mit einem Zylinderdrucksensor ausgestattet ist, sind der Ausgleich fertigungs- und alterungsbedingter Störeinflüsse auf die Verbrennung, ein Gleichstellen der Verbrennung in den einzelnen Zylindern sowie ein deutlich verminderter Applikations- und Diagnoseaufwand.Of the Proportion of passenger cars with low-consumption DI diesel engine on new registrations is around 40% in Germany and is still rising. To this Trend also among future ones to maintain or even accelerate demanding emission standards to be able to will be intense after action to reduce the most significant particulate and NOx emissions. In particular internal engine measures move in the focus of aggregate research, as is an active exhaust aftertreatment mostly negative impact on manufacturing costs and consumption. The looming availability cost-effective cylinder pressure sensors as well as powerful processor technology enable the replacement of the map-out Control of combustion by a control based on combustion chamber functions, such as the cylinder pressure. Advantages of such a cylinder pressure-based Motoneregelung, in which each cylinder with a cylinder pressure sensor equipped, the compensation is production and aging Disturbing influences the combustion, an equalization of combustion in the individual Cylinders and a significantly reduced application and diagnostic effort.
Eine weitere interessante Maßnahme zur Senkung der Ruß- und NOx-Emission stellt die Motorregelung auf Basis der Emissionen dar, ein so genannter geschlossener Regelkreis, auch als closed-loop-control bezeichnet. Für eine derartige Regelung ist ein mathematisches Modell erforderlich, welches basierend auf Informationen aus dem Brennraum die Ruß- und NOx-Emissionen in Echtzeit berechnet.A another interesting measure to reduce soot and NOx emission provides engine control based on emissions is a so-called closed loop, also referred to as closed-loop control. For one such regulation requires a mathematical model which Based on information from the combustion chamber, the soot and NOx emissions in real time calculated.
Die Ruß- und NOx-Emissionen hängen von lokalen Parametern wie z.B. dem lokalen Kraftstoff-/Luftverhältnis oder von der maximalen Flammentemperatur ab. Diese Größen sind jedoch nur mit spezieller Messtechnik zu ermitteln und daraus gewonnene Modelle sind nicht zufrieden stellend. Weiterhin ist bekannt, dass einzelne globale Größen keinen Einfluss auf die Emissionen haben. Es ist beispielsweise nicht möglich, allein aufgrund der globalen Gastemperatur eine Aussage über die Höhe der NOx-Emissionen zu treffen.The Soot and Hang NOx emissions of local parameters, e.g. the local fuel / air ratio or from the maximum flame temperature. These sizes are only with special Measuring technology to be determined and derived models are not satisfactory. Furthermore, it is known that individual global No sizes Have an influence on the emissions. It is not possible, for example, solely because of the global gas temperature to make a statement about the level of NOx emissions.
Aus A. Opalinski, M. Willmann, "Zusammenhänge der globalen thermodynamischen Größen mit den Ruß- und NOx-Emissionen beim TDI-Motor", Der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors (9. Tagung), Univ. Prof. Dr. H. Eichlseder, VKM-THD Mitteilungen Heft 83, Graz 2003, S. 135–148, sind zwei 0-dimensionale Modelle bekannt, bei denen die Ruß- und NOx-Emissionen mit Hilfe von sechs charakteristischen Parametern, welche die Brennrate und die Gemischzusammensetzung beschreiben, vorausberechnet werden. Nachteilig ist, dass die bekannten Modelle nur in einem kleinen Betriebsbereich anwendbar und validierbar sind. Zudem ist eine echtzeitfähige Berechnung der Brennrate nach dem heutigen Stand der Technik nicht möglich. Ferner basiert die Brennrate auf Annahmen zum Wandwärmeübergang, die nur schwer und ungenau verifiziert werden können. Fehleinschätzungen der Wandwärmeverluste, die bis zu 15% bis 20% der eingesetzten Energie betragen können, wirken sich in deutlich zu hoch berechneten NOx-Emissionen aus.Out A. Opalinski, M. Willmann, "Relationships of with global thermodynamic sizes the soot and NOx emissions in the TDI engine ", The working process of the internal combustion engine (9th session), Univ. Prof. Dr. H. Eichlseder, VKM-THD Messages Issue 83, Graz 2003, pp. 135-148, Two 0-dimensional models are known in which the soot and NOx emissions with the help of of six characteristic parameters, the burning rate and describe the mixture composition, can be predicted. The disadvantage is that the known models only in a small Operating area are applicable and validatable. In addition, a real-time calculation The burning rate according to the current state of the art not possible. Further based the firing rate on assumptions for wall heat transfer, which is difficult and can be verified inaccurately. misperceptions the wall heat losses, which can be up to 15% to 20% of the energy used, act result in significantly over-calculated NOx emissions.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der zylinderselektiven Ruß- und NOx-Emissionen einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem deutlich größeren Betriebsbereich sowie den Einsatz des Verfahrens bei der Motorsteuerung und/oder bei der Steuerung der Abgasreinigung zu schaffen. Im Besonderen sollen unterschiedliche Einspritzstrategien (ohne/mit Voreinspritzung), verschiedene Einspritzsysteme (Pumpe-Düse, Common-Rail, Amplified-Piston Common Rail), eine Variation der Ladungsbewegung (vollvariabler Ventiltrieb) sowie verschiedene Brennverfahren (homogene, teilhomogene und heterogene Verbrennung) von dem Verfahren einbezogen werden und es soll weiterhin auf verschiedene Motorkonfigurationen (unterschiedliche Hubräume, Anzahl der Zylinder, etc.) anwendbar sein.Of the The invention is therefore based on the object, a method for determining the cylinder-selective soot and NOx emissions of a diesel engine with a significant larger operating range and the use of the method in the engine control and / or to create in the control of the exhaust gas purification. In particular should different injection strategies (without / with pre-injection), various injection systems (pump-nozzle, common rail, amplified piston Common Rail), a variation of the charge motion (fully variable Ventiltrieb) as well as different combustion processes (homogeneous, partially homogeneous and heterogeneous combustion) from the process and it should continue to different engine configurations (different displacements, Number of cylinders, etc.).
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch die Verwendung des Verfahrens bei der Motorsteuerung und/oder bei der Steuerung der Abgasreinigung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Verwendung des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is solved by a method having the features of claim 1, and by the use of the method in the engine control and / or at the control of the exhaust gas purification with the features of the claim 11. Preferred embodiments of the method and use of the method are the subject of the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der zylinderselektiven Ruß- und NOx-Emissionen einer Dieselbrennkraftmaschine werden mit Hilfe einer vorgegebenen Anzahl von den Verbrennungsprozess beschreibenden Parametern die Ruß- und NOx-Emissionen der Dieselbrennkraftmaschine berechnet, wobei die Parameter so gewählt werden, dass sie die Heizrate und die Gemischzusammensetzung des Verbrennungsprozesses wiedergeben, und aus den während eines Verbrennungsprozesses bestimmten Parameterwerten die Ruß-Emission und NOx-Emission des Verbrennungsprozesses eines Zylinders mittels jeweils eines MISO-Modells (Multiple Input – Single Output) berechnet werden.In the inventive method for determining the cylinder-selective soot and NOx emis For example, in a diesel engine, the soot and NOx emissions of the diesel engine are calculated using a predetermined number of parameters describing the combustion process, the parameters being selected to reflect the heating rate and mixture composition of the combustion process, and those determined during a combustion process Parameter values the soot emission and NOx emission of the combustion process of a cylinder by means of a MISO model (Multiple Input - Single Output) are calculated.
Vorzugsweise ist die Anzahl der verwendeten Parameter größer oder gleich vier und kleiner oder gleich acht. Insbesondere werden sechs Parameter zur Beschreibung der Heizrate bzw. deren Verlaufs und der Gemischzusammensetzung verwendet.Preferably the number of parameters used is greater than or equal to four and less or eight. In particular, six parameters are used for description the heating rate or its course and the mixture composition used.
Vorzugsweise werden die folgenden, die Heizrate und die Gemischzusammensetzung beschreibenden Parameter zur Berechnung der Ruß- und NOx-Emission eines Zylinders verwendet:
- a) der Zündverzug τzv,
- b) der Anstieg der Heizrate α1
- c) der Abfall der Heizrate α2,
- d) der maximale Verbrennungsdruckanstieg dpmax oder die Schwerpunktlage der Verbrennung Ai50%
- e) der Sauerstoffgehalt im Abgas O2 oder das Luft/Kraftstoffverhältnis λ, und
- f) das Verhältnis der Luftmasse zur gesamten Gasmasse ml/mg,
- a) the ignition delay τ zv ,
- b) the increase of the heating rate α 1
- c) the drop in the heating rate α 2 ,
- d) the maximum combustion pressure increase dp max or the center of gravity of combustion Ai 50%
- e) the oxygen content in the exhaust gas O2 or the air / fuel ratio λ, and
- f) the ratio of the air mass to the total gas mass m l / m g ,
Bei der Auswahl der Parameter muss darauf geachtet werden, dass für alle Parameter sowohl mit den Ruß- als auch mit den NOx-Emissionen ein physikalischer Zusammenhang besteht, so dass für das Ruß- als auch das NOx-Modell die gleichen Parameter verwendet werden können. Mit steigender Anzahl der Parameter werden die Ruß- und NOx-Emissionen einerseits immer besser abgebildet, andererseits nimmt die Komplexität und die Rechenzeit der Modelle zu und es kommt zu einem Overfitting. Die Verwendung von sechs Parametern ergibt den optimalen Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenzeit.at the choice of parameters must be taken to ensure that for all parameters both with the soot as well as with the NOx emissions a physical connection exists, so for the soot as well as the NOx model the same parameters are used can. As the number of parameters increases, soot and NOx emissions become on the one hand always better represented, on the other hand takes the complexity and the Calculation of the models and it comes to an overfitting. The Using six parameters gives the optimal compromise between accuracy and computing time.
Eine genaue Erläuterung bzw. Definition der genannten Parameter oder Kenngrößen erfolgt im Zusammenhang mit den Figuren. Dabei zeichnen sich die Parameter dadurch aus, dass sie im Rahmen zukünftiger Motorkonzepte auch im Fahrzeugbetrieb ermittelt werden können.A exact explanation or definition of said parameters or parameters takes place in connection with the figures. This is where the parameters stand out by assuming that they are within the framework of future engine concepts as well can be determined during vehicle operation.
Insbesondere kann als MISO-Modell ein Polynom oder ein neuronales Netz eingesetzt werden.Especially For example, a polynomial or a neural network can be used as the MISO model become.
Vorzugsweise kann das MISO-Modell für die Ruß-Emission auch durch einen Potenzproduktansatz der oben genannten Parameter gebildet werden, wobei jeder Parameter mit einem Exponenten e1 bis e6 versehen ist und der Potenzproduktansatz noch einen konstanten Term K1 aufweist.Preferably can the MISO model for the soot emission also by a potency product approach of the above parameters be formed, each parameter with an exponent e1 to e6 is provided and the potency product approach still a constant Term K1.
Gleiches kann für die NOx-Emission durchgeführt werden, Auch hier wird vorzugsweise das MISO-Modell für die NOx-Emission durch einen Potenzproduktansatz der oben genannten, die Heizrate des Verbrennungsprozess beschreibenden Parameter gebildet, wobei jeder Parameter mit einem Exponenten f1 bis f6 versehen ist und der Potenzproduktansatz noch einen konstanten Term K2 aufweist.The same can for the NOx emission carried out Here, too, preference is given to the MISO model for NOx emission by a potency product approach of the above, the heating rate formed parameters describing the combustion process, wherein each parameter is provided with an exponent f1 to f6 and the power product approach still has a constant term K2.
Es ergeben sich daher die folgenden Formeln zur Berechnung der Ruß- und NOx-Emissionen: wobei hier die Schwerpunktlage der Verbrennung und das Verbrennungsluftverhältnis in den Formeln 1 und 2 angegeben ist. Es kann stattdessen auch das Maximum des Zylinderdruckanstiegs und/oder der Sauerstoffgehalt verwendet werden, was zu den folgenden Formeln führt: Therefore, the following formulas are available for the calculation of soot and NOx emissions: Here, the center of gravity of the combustion and the combustion air ratio is given in the formulas 1 and 2. Instead, the maximum of the cylinder pressure rise and / or the oxygen content may also be used, resulting in the following formulas:
Vorzugsweise werden die Exponenten e1 bis e6 bzw. f1 bis f6 sowie die Konstanten K1 bzw. K2 nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate aus einer vorgegebenen Anzahl von Messungen ermittelt. Zur Bestimmung der Exponenten und der Konstanten können daher Prüfstandsmessungen in verschiedenen Kennfeldpunkten durchgeführt werden. Insbesondere kann die Auswahl der Kennfeldpunkte mit den Methoden der statistischen Versuchsplanung erfolgen.Preferably become the exponents e1 to e6 and f1 to f6 and the constants K1 or K2 according to the least squares method from a predetermined number of measurements determined. To determine the Exponents and the constants can therefore test bench measurements be performed in different map points. In particular, can the selection of the map points with the methods of statistical Experimental design.
Vorzugsweise werden die Exponenten und die Konstante für die Ruß-Emission und die Exponenten und die Konstante für die NOx-Emission für eine mehrzylindrische Dieselbrennkraftmaschine als Mittelwerte der einzelnen Zylinder gebildet, wobei die Werte für verschiedene Dieselbrennkraftmaschinen verschieden sind.Preferably are the exponents and the constant for the soot emission and the exponents and the constant for the NOx emission for a multi-cylinder diesel engine as averages of formed individual cylinder, the values for various diesel internal combustion engines are different.
Das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren findet vorzugsweise Verwendung in einem Motorsteuergerät einer Dieselbrennkraftmaschine zur Echtzeitberechnung der Ruß- und/oder NOx-Emissionen.The method according to the invention described above is preferably used in an engine control unit Diesel engine for real-time calculation of soot and / or NOx emissions.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung einer On-board-Diagnose der Dieselbrennkraftmaschine aufgrund der ermittelten Ruß- und NOx-Emissionen eingesetzt werden.Further can the inventive method to carry out an on-board diagnosis of the diesel engine due to determined soot and NOx emissions are used.
Ferner können die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Ruß- und NOx-Emissionen als Führungsgrößen zur Bestimmung des rückgeführten Abgases bei Abgasrückführsystemen verwendet werden.Further can with the method according to the invention calculated soot and NOx emissions as a guide to Determination of recirculated exhaust gas in exhaust gas recirculation systems be used.
Insbesondere können die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten NOx-Emissionen als Führungsgrößen für die Dosieranlagen von SCR-Katalysatoren verwendet werden.Especially can with the method according to the invention calculated NOx emissions as reference variables for the dosing systems used by SCR catalysts.
Ein weiteres bevorzugtes Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung der berechneten Ruß-Emissionen als Führungsgrößen zur Bestimmung des Regenerationszeitpunktes bei Dieselpartikelfiltern.One Another preferred application of the method according to the invention is the use of the calculated soot emissions as a guide to Determination of the regeneration time for diesel particulate filters.
Durch die Verwendung als "virtuelle Sensoren" können die oben erläuterten Modelle reale Ruß- und NOx-Sensoren ersetzen und so erheblich zu einer Reduzierung der Herstellungskosten eines Fahrzeugs beitragen.By the use as a "virtual Sensors "can the explained above Models real soot and NOx sensors replace and so significantly reduce the cost of production contribute to a vehicle.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgende anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigtA preferred embodiment The invention is explained below with reference to the drawings. there shows
Die
folgenden Ausführungen
dienen zur Erläuterung
und Definition der in
- α1: Die Größe α1 beschreibt den Winkel zwischen dem Brennbeginn BG und der maximalen Heizrate dQHmax. Für den Brennbeginn können verschiedene Definitionen verwendet werden, beispielsweise: a) Kurbelwinkel, bei dem der integrale Heizverlauf sein globales Minimum aufweist (QHmin), b) Kurbelwinkel, bei dem 5 % der Spanne zwischen globalem Minimum und globalem Maximum des integralen Heizverlaufsüberschritten werden (Ai 5% Wert), c) Kurbelwinkel, bei dem 85 % des Minimums im negativen Abschnitt des integralen Heizverlaufs überschritten werden, oder d) Kurbelwinkel, bei dem die Zylinderdruckdifferenz zwischen dem Zylinderdruck bei gefeuertem und geschlepptem Motor größer als 2 bar ist
- α1: The variable α1 describes the angle between the start of combustion BG and the maximum heating rate dQHmax. Different definitions can be used for the start of combustion, for example: a) crank angle at which the integral heating curve has its global minimum (QHmin), b) crank angle at which 5% of the span between global minimum and global integral heating maximum is exceeded (Ai 5% value), c) crank angle exceeding 85% of the minimum in the negative portion of the integral heating history, or d) crank angle where the cylinder pressure difference between the cylinder pressure with the engine fired and towed is greater than 2 bar
Der Winkel α1 berechnet sich wie folgt: mit:
- dQHmax [J/°KW]:
- maximale Heizrate
- AdQHmax [°KW]:
- Kurbelwinkel bei der maximalen Heizrate
- Ai5% [°KW]:
- Kurbelwinkel bei Brennbeginn,
- α2: Der Parameter α2 beschreibt den Winkel zwischen der maximalen Heizrate dQHmax und dem Brennende: Für das Brennende können ebenfalls verschiedene Definitionen verwendet werden, beispielsweise: e) Kurbelwinkel, bei dem der integrale Heizverlauf sein globales Maximum aufweist, oder f) Kurbelwinkel, bei dem 95 % der Spanne zwischen globalem Minimum und globalem Maximum des integralen Heizverlaufsüberschritten werden (Ai 95% Wert).
- dQHmax [Y / ° CA]:
- maximum heating rate
- AdQHmax [° CA]:
- Crank angle at the maximum heating rate
- Ai5% [° CA]:
- Crank angle at the start of burning,
- α2: The parameter α2 describes the angle between the maximum heating rate dQHmax and the end of combustion: Different definitions can also be used for the end of combustion, for example: e) crank angle, where the integral heating curve has its global maximum, or f) crank angle, at which 95% of the span between the global minimum and the global integral heating maximum is exceeded (Ai 95% value).
Der
Winkel α2
berechnet sich aus
- dQHmax [J/°KW]:
- maximale Heizrate
- AdQHmax [°KW]:
- Kurbelwinkel bei der maximalen Heizrate
- Ai95% [°KW]:
- Kurbelwinkel bei Brennende
- dQHmax [Y / ° CA]:
- maximum heating rate
- AdQHmax [° CA]:
- Crank angle at the maximum heating rate
- Ai95% [° CA]:
- Crank angle at the end of combustion
Dabei ist in Formel (4) das Brennende nach Definition f) verwendet worden. Bei der Verwendung anderer Definitionen ist die Formel (4) entsprechend zu ändern.there in formula (4) the burning end according to definition f) has been used. When using other definitions, formula (4) is appropriate to change.
Ai50%:
Die in
τzv:
Der Zündverzug τzv beschreibt
die Zeitspanne zwischen dem Einspritzbeginn SB und dem Brennbeginn
BG. Verschiedene Definitionen für
den Brennbeginn wurden oben genannt. Der Einspritzbeginn ist der Zeitpunkt,
bei dem die ersten Kraftstofftröpfchen
aus dem Injektor in den Brennraum eintreten. Da dieser Zeitpunkt
ohne Messtechnik nur schwer mit hinreichender Genauigkeit zu bestimmen
ist, wird als Ersatzgröße der elektrische
Förderbeginn
genommen.
- Ai 5% [KW]:
- Kurbelwinkel bei Brennbeginn
- SB [°KW]:
- Kurbelwinkel bei Spritzbeginn oder elektrischer Förderbeginn
- Ai 5% [KW]:
- Crank angle at the start of combustion
- SB [° CA]:
- Crank angle at start of injection or electrical start of delivery
λ: Das Verbrennungsluftverhältnis λ kann mit Hilfe einer im Abgasstrang angebrachten Lambdasonde ermittelt werden.λ: The combustion air ratio λ can with Help a mounted in the exhaust system lambda probe can be determined.
ml/mg: Das Verhältnis der Luftmasse zur gesamten Gasmasse ml/mg beschreibt ebenfalls die Gaszusammensetzung. Es ist eine Ersatzgröße für die AGR-Rate, da es keine seriennahe Lösung zu deren Ermittlung im Fahrzeugbetrieb gibt. Modelle zur Berechnung der AGR-Rate, die teilweise auch die interne AGR berücksichtigen, unterliegen einer deutlich aufwendigeren Rechenvorschrift.ml / mg: The relationship the air mass to the total gas mass ml / mg also describes the Gas composition. It is a substitute for the EGR rate since there is no close-to-production solution for their determination in vehicle operation. Models for calculation the EGR rate, which partly also takes into account the internal EGR, are subject to a much more complex calculation rule.
Die Luftmasse ml kann mit Hilfe eines Heißfilmluftmassenmessers (HFM) ermittelt werden.The Air mass ml can be measured with the aid of a hot film air flow meter (HFM) be determined.
Die Gesamtmasse mg lässt sich zum Beispiel näherungsweise mit der idealen Gasgleichung berechnen: mit:
- psaug [bar]:
- Saugrohrdruck
- VHub [m3]:
- Hubvolumen
- RL [J/(kgK)]:
- Spezifische Gaskonstante
- TSaug [K]:
- Saugrohrtemperatur
- psaug [bar]:
- Intake manifold pressure
- VHub [m3]:
- displacement
- RL [J / (kgK)]:
- Specific gas constant
- TSaug [K]:
- Intake manifold
Massenströme lassen sich dabei über die folgende Beziehung in Massen pro Arbeitsspiel und Zylinder umrechnen: mit:
- m [kg]:
- Masse pro Arbeitsspiel und Zylinder
- ṁ [kg/h]:
- Gesamtmassenstrom
- n [U/min]:
- Drehzahl
- a [–]:
- Kurbelwellenumdrehungen je Arbeitsspiel
- z [–]:
- Zylinderzahl
- m [kg]:
- Mass per working cycle and cylinder
- ṁ [kg / h]:
- Total mass flow
- n [rpm]:
- rotation speed
- a [-]:
- Crankshaft revolutions per working cycle
- z [-]:
- number of cylinders
In der Formel zur Berechnung von Ruß und NOx muss sowohl λ wie auch ml/mg enthalten sein, da das selbe Lambda entweder durch eine Änderung der Kraftstoffmenge oder der Menge an rückgeführtem Abgas erreicht werden kann, was unterschiedliche Auswirkungen auf die Emissionen hat.In The formula for calculating soot and NOx needs both λ and ml / mg, since the same lambda either by a change the amount of fuel or the amount of recirculated exhaust gas can be achieved can, which has different effects on emissions.
Wie im Vorangegangenen bereits erwähnt, kann anstelle der Schwerpunktlage der Verbrennung Ai50% auch das Maximum des Zylinderdruckanstieges dpmax und anstelle von von Lambda λ kann auch der Sauerstoffgehalt 02 im Abgas verwendet werden.As already mentioned above, instead of the center of gravity of the combustion Ai50%, the maximum of the cylinder pressure increase dp max and instead of lambda λ, the oxygen content 02 in the exhaust gas can also be used.
Um aus den oben genannten sechs Parametern die Emissionen zu berechnen, sind mehrere MISO-Modelle (Multiple Input – Single Output), wie z.B. Polynome oder Künstliche Neuronale Netze, vorstellbar. Vorteilhaft bei klassischen Polynomen ist neben ihrer großen Robustheit auch die gute Interpretierbarkeit, nachteilig ist allerdings die begrenzte Fähigkeit starke Nichtlinearitäten abzubilden. Neuronale Netze hingegen können gut solche Nichtlinearitäten abbilden, sind allerdings schwieriger zu interpretieren und neigen leichter zum Overfitting. Aus Gründen der geringen Komplexität, der kurzen Rechenzeit und der guten Interpretierbarkeit wurde hier ein Potenzproduktansatz gewählt, wobei die sechs Parameter mit Exponenten e1 bis e6 bzw. f1 bis f6 versehen wurden, die ein Indikator für die Richtung und die Stärke des Einflusses des Parameters darstellen. Die Exponenten werden nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt. Jede Formel enthält noch eine Konstante K, die dazu dient, die unterschiedlichen Dimensionen anzugleichen.In order to calculate the emissions from the above six parameters, several MISO models (multiple input - single output), such as polynomials or artificial neural networks, are conceivable. In addition to its great robustness, the good interpretability of classical polynomials is advantageous. However, the limited ability to map strong nonlinearities is disadvantageous. Neural networks, on the other hand, are good at mapping such nonlinearities, but are more difficult to interpret and more likely to overfill. Because of the low complexity, the short computation time and the good interpretability, a power product approach was chosen here, whereby the six parameters were given exponents e1 to e6 and f1 to f6, which represent an indicator for the direction and magnitude of the influence of the parameter , The exponents are determined by the method of least squares. Each formula also contains a constant K, which serves to align the different dimensions.
Dies führt dann zu den oben bereits angegebenen Formeln 1 und 2 bzw. 1' und 2'.This then leads to the formulas 1 and 2 or 1 'and 2' already given above.
Zur Bestimmung der Exponenten und der Konstanten wurden an einem 1-Zylinder-Dieselmotor 200 Arbeitspunkte mit heterogener Verbrennung und weitem Spritzbeginn und AGR-Variation vermessen. Die Ergebnisse sind motorspezifisch und die Exponenten und Konstanten müssen für jeden Motor einmal ermittelt werden. Die Auswahl geeigneter Arbeitspunkte erfolgt vorteilhaft mit den Methoden der statistischen Versuchsplanung.to Determination of the exponents and the constants were made on a 1-cylinder diesel engine 200 operating points with heterogeneous combustion and a long start of injection and measure AGR variation. The results are engine-specific and the exponents and constants must be determined once for each motor. The selection of suitable operating points is advantageously carried out with the Methods of statistical experimental design.
- dQHdQh
- Heizrateheating rate
- dQHmaxdQHmax
- maximale Heizratemaximum heating rate
- Heizverlaufheat curve
- ZVZV
- Zündverzugignition delay
- KWKW
- Kurbelwinkelcrank angle
- BGBG
- Brennbeginncombustion start
- Ee
- EinspritzdauerInjection duration
- BEBE
- Brennendeburning
- UU
- 50% Umsatzpunkt50% sales point
- II
- Graph der Heizrategraph the heating rate
- IIII
- Graph des Heizverlaufsgraph the heating process
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