DE102006015970A1

DE102006015970A1 - Verfahren zur Reduzierung von Ruß-Emissionen bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102006015970A1
Application number: DE102006015970A
Authority: DE
Inventors: Hong Dr. Zhang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-04-06
Also published as: EP2004972A1; DE102006015970B4; WO2007113014A1; CN101466931A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Ruß-Emission bei Brennkraftmaschinen, wobei die Feuchtigkeit und die Temperatur einer Ansaugluft ermittelt werden und hieraus der Anteil des Wassers in der Ansaugluft berechnet wird, wobei eine Basis-Abgasrückführungsrate des Abgases in den Ansaugstrang vorhanden ist und wobei für eine Referenzfeuchtigkeit und eine Referenzansauglufttemperatur eine Abgasrückführungsrate für jeden Betrieb (Drehzahl und Kraftstoffmasse) vorgesehen wird, wobei für Abweichungen des Wassergehalts in der Ansaugluft gegenüber dem Referenzwert Änderungen der Abgasrückführungsrate in Kennlinien abgelegt sind, wobei bei sich erhöhendem Wasseranteil in der Ansaugluft gegenüber dem Referenzwert die Abgasrückführungsrate anhand der Kennlinien reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Ruß-Emission bei Brennkraftmaschinen.
Aus der DE 19750496 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luft und ein Sensor für eine Brennkraftmaschine bekannt. Das dort dargestellte Verfahren bildet herkömmliche Verfahren weiter, bei denen die von einer Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse mittels eines Luftmassenmessers verfasst wird. Bei diesem herkömmlichen Verfahren wird die erfasste Luftmasse in einer Motorsteuerung zusammen mit anderen für den Verbrennungsvorgang relevanten Daten, wie beispielsweise der Temperatur oder der Saugrohrdruck zur Berechnung von Einspritzzeiten und dergleichen verarbeitet.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass bei der Bestimmung der Luftmassengröße verändernde Größen, welche die Luftmasse beeinflussen, nicht mit erfasst werden. Eine derartige die Luftmasse verändernde Größe ist beispielsweise die Luftfeuchtigkeit. Bei einer sehr feuchten Umgebungsluft wird aufgrund der Luftfeuchtigkeit der von dem Luftmassenmesser erfasste Luftmassenstrom dadurch verfälscht, dass neben der in der Brennkraftmaschine verbrennbaren Luft auch gleichzeitig Wasserdampf erfasst wird, der nicht verbrannt werden kann und daher zu sehr nachteiligen Änderungen der Emissionswerte führt.
Die DE 19750496 A1 schlägt hierzu vor, die zusätzliche Erfassung und Auswertung der Luftfeuchtigkeit der angesaugten Luft durchzuführen, wobei ein Luftfeuchtesensor eingesetzt wird. Hierdurch wird der angesaugte Massenstrom gasförmigen Wassers von dem in der Brennkraftmaschine verbrennbaren Luftmassenstrom unterschieden. Dies hat zur Folge, dass der Steuer schaltung der Brennkraftmaschine präzisere Ausgangsdaten zur Verfügung gestellt werden, sowie wesentlich präzisere Lastsignale und weitere den Verbrennungsvorgang bestimmende Signale berechnet und ausgegeben werden.
Aus der US 6,697,972 B2 ist eine Vorrichtung zur Zustandsbestimmung eines Abgasrückführungssystems zur genauen Ermittlung des Zustandes eines Abgasrückführungssystems umfassend einen Abgasrückführungsdurchlass vorgesehen. Die Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes umfasst einen Feuchtigkeitssensor, der im Abgasrückführungsdurchlass angeordnet ist, zum Ermitteln einer Feuchtigkeit innerhalb des Abgasrückführungsdurchlasses. Mit der Vorrichtung wird der Feuchtegehalt des rückgeführten Abgases ermittelt, wobei anhand der ermittelten Feuchtigkeit der Zustand des Abgasrückführungssystems umfassend den Abgasrückführungsdurchlass dargestellt wird. Über den Feuchtesensor werden mittelbar Ausfälle im Abgasrückführungssystem ermittelt, beispielsweise ein Leck und ähnliches im Abgasrückführungsdurchlass. Mit einer solchen Feuchtigkeitsermittlung wird eine bessere Zuverlässigkeit erreicht als mit Temperatursensoren, die ebenfalls eingesetzt werden, um beispielsweise Lecks aufzuspüren. Insbesondere ist diese Vorrichtung mit Vorteil dort einsetzbar, wo aufgrund einer besonders langen Abgasrückführungsleitung aufgrund von Hydrationen Risse möglich sind, insbesondere bei Abgasrückführungssystemen, in denen die Kohlenwasserstoffabsauger eingebaut sind.
Die Emissionswerte moderner Kraftfahrzeuge werden aufgrund behördlicher Anforderungen immer weiter abgesenkt. Hierfür werden Abgasnormen herausgegeben, die von Neufahrzeugen einzuhalten sind. Hiervon sind nicht nur Emissionen in gasförmiger Form betroffen, sondern auch Emissionen von Rußpartikeln, welche einen gewissen Anteil an der Gesamtfeinstaubbelastung bilden.
Die Ruß-Emissionen hängen jedoch ganz erheblich auch von den Umweltbedingungen ab. Bei der Anwendung werden daher Reserven im Gesamtsystem eingebaut, damit das System gegenüber Änderungen dieser Umweltbedingungen robust bleibt. So wird zum Beispiel bei EU4-Anwendungen bzw. -Systemen die Abgasrückführ-Rate (EGR-Rate) zur Reduzierung von Stickoxiden nicht so hoch aufgebracht, damit sich bei einer Erhöhung von Feuchtigkeit der Ansaugluft im Feld die Ruß-Emission nicht dramatisch erhöht. Bei der zu erwartenden Verschärfung der Anforderung an die Emissionen von Kraftfahrzeugen, insbesondere der EU5 Abgasnormen ist es aber notwendig, diese bislang ausreichende Reserve abzubauen. Um Stickoxidemissionen zu reduzieren, wird es daher notwendig werden, die Abgasrückführungsrate an eine Grenze zu bringen und dennoch die Partikel-Emission nicht dramatisch ansteigen zu lassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Ruß-Emissions-Niveau eines Fahrzeuges unabhängig von den Umweltbedingungen im Feld einzuhalten, um bei Systemen ohne Partikelfilter den Grenzwert nicht zu überschreiten.
Eine weitere Aufgabe ist es, die Filterregenerationshäufigkeit bei Systemen mit Ruß-Partikel-Filtern zu reduzieren, um letztlich auch den Verbrauch zu reduzieren.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Feuchtigkeit und die Ansauglufttemperatur und/oder die Umgebungstemperatur ermittelt werden und bei der Regelung der Abgasrückführung berücksichtigt werden.
Die Information über die Feuchtigkeit kann von einem Sensor (zum Beispiel in der Klimaanlage, dem Kombiinstrument oder dem Navigationssystem oder anderen Sensoren) kommen. Aus dem ermittelten oder berechneten Feuchtegehalt und der Ansaug lufttemperatur wird der Anteil des Wassers in der Ansaugluft berechnet. Abhängig vom Anteil des Wassers in der Ansaugluft wird die Basis-Abgasrückführungsrate korrigiert, damit unter Beibehaltung des Stickoxidemissionswerts die Partikel-Emission bei Änderungen der Feuchtigkeit nicht ansteigt. Bei der Anwendung wird bei jedem Betriebspunkt (Drehzahl und Kraftstoffmasse) und bei einem Referenzwasseranteil (Referenzfeuchtigkeit und Referenzansauglufttemperatur) eine Abgasrückführungsrate ausgegeben und angewendet. Wenn der Wasseranteil durch Feuchtigkeit sich gegenüber dem Referenzwert erhöht, wird die Abgasrückführungsrate anhand von Berechnungsmodellen, die in Kennlinien abgelegt sind, reduziert. Wenn der Wasseranteil sich durch Feuchtigkeit gegenüber dem Referenzwert reduziert, wird die Abgasrückführungsrate anhand eines Kennlinienmodells erhöht.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird, wenn im System ein Lambdasensor vorhanden ist, bei hoher Last und niedrigen Lambdawert der Wert von Lamda zur Adaption der gemessenen Luftmasse und/oder des Abgasrückführungsstromes und/oder der Kraftstoffmasse verwendet. Bei dieser Korrektur wird der Wasseranteil über die Informationen bezüglich der Feuchtigkeit und der Ansauglufttemperatur berücksichtigt. Bei der Anpassung wird der gemessene Lambdawert lam_real mit dem gerechneten Lambdawert lam_cal verglichen und das Verhältnis der beiden bzw. die Differenz als Eingang für die Anpassung verwendet.
Der Lambdawert kann hierbei wie folgt berechnet werden: Lam_cal = MAF/(Lst·MFF)Mit

MAF: = gemessene Luftmasse im Zylinder
Lst: = Faktor für stöchiometrisches Verhältnis
MFF: = eingespritzte Kraftstoffmasse

Wenn die Feuchtigkeit variiert, kann lam_cal wie folgt berechnet werden: Lam_cal = MAF/(LST·K_hum·MFF)Mit

K_hum: = Faktor abhängig vom Wasseranteil (damit abhängig von Feuchtigkeit und Ansauglufttemperatur)

Mit steigender Feuchtigkeit wird K_hum größer und mit sinkender Feuchtigkeit wird K_hum kleiner.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass die Emissionsrobustheit und die Genauigkeit der Anpassung über die Lufteinspritzphase durch Einbeziehung der Informationen bezüglich der Luftfeuchtigkeit erheblich verbessert wird. Hierdurch werden die Stickoxidemission bei gleichzeitig niedrigen Partikel-Emissionen eingehalten und der Verbrauch von Kraftstoff zur Filterregeneration reduziert.
Die entsprechenden Feuchtesensoren können sowohl entfernt von der Brennkraftmaschine als auch im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine vor oder im Ansaugtrakt angeordnet sein.

Claims

Verfahren zur Reduzierung von Ruß-Emission bei Brennkraftmaschinen, wobei die Feuchtigkeit und die Temperatur einer Ansaugluft ermittelt werden und hieraus der Anteil des Wassers in der Ansaugluft berechnet wird, wobei eine Basis-Abgasrückführungsrate des Abgases in den Ansaugstrang vorhanden ist und wobei für eine Referenzfeuchtigkeit und eine Referenzansauglufttemperatur eine Abgasrückführungsrate für jeden Betrieb (Drehzahl und Kraftstoffmasse) vorgegeben wird, wobei für Abweichungen des Wassergehalts in der Ansaugluft gegenüber dem Referenzwert Änderungen der Abgasrückführungsrate in Kennlinien abgelegt sind, wobei bei sich erhöhendem Wasseranteil in der Ansaugluft gegenüber dem Referenzwert die Abgasrückführungsrate anhand der Kennlinien reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsrate anhand der Kennlinien erhöht wird, wenn der Wasseranteil gegenüber dem Referenzwert niedriger ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorhandensein eines Lambdasensors bei hoher Last und niedrigerem Lambdawert der Wert von Lambda zur Adaption der gemessenen Luftmasse und/oder des Abgasrückführungsstromes und/oder der Kraftstoffmasse verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anpassung der gemessene Lambdawert mit dem gerechneten Lamb dawert verglichen und das Verhältnis der beiden bzw. die Differenz als Eingang für eine Anpassung verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdawert wie folgt berechnet wird: Lam_cal = MAF/(Lst·MFF)Mit MAF = gemessene Luftmasse im Zylinder Lst = Faktor für stöchiometrisches Verhältnis MFF = eingespritzte Kraftstoffmasse
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei sich variierender Feuchtigkeit der gerechnete Lambdawert wie folgt berechnet wird: Lam_cal = MAF/(LST·K_hum·MFF)Mit K_hum = Faktor abhängig vom Wasseranteil (damit abhängig von Feuchtigkeit und Ansauglufttemperatur)
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit entsprechenden Feuchtesensoren entfernt von der Brennkraftmaschine oder im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine vor oder im Ansaugtrakt gemessen wird.