DE102007010557A1

DE102007010557A1 - System für einen virtuellen Taupunktsensor

Info

Publication number: DE102007010557A1
Application number: DE102007010557A
Authority: DE
Inventors: James C. Dunlap Durand
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2007-10-04
Also published as: US20070239344A1; US7292929B2; DE102007010557A8; CN101046179A

Abstract

Ein System für einen virtuellen Taupunktsensor wird offenbart, welches ein Verfahren aufweist, um den virtuellen Taupunktsensor zu betreiben. Das Verfahren weist auf, ein erstes Feuchtigkeitsverhältnis zu bestimmen, welches die Feuchtigkeit anzeigt, die mit einer Umgebungsluft assoziiert ist, und zwar als eine Funktion von mindestens einer relativen Feuchtigkeit, die mit der Umgebungsluft assoziiert ist. Das Verfahren weist auch auf, ein zweites Feuchtigkeitsverhältnis zu bestimmen, welches die Feuchtigkeit anzeigt, die mit einem Abgas assoziiert ist, und zwar als eine Funktion von mindestens einem Motorparameter. Das Verfahren weist auch auf, ein drittes Feuchtigkeitsverhältnis zu bestimmen, welches eine Einlassluft zeigt, die zu einer Einlasssammelleitung eines Motors geleitet wird, und zwar als eine Funktion der ersten und zweiten Feuchtigkeitsverhältnisse. Das Verfahren weist weiter auf, mindestens einen Taupunkt zu bestimmen, der die Einlassluft beschreibt, und zwar als eine Funktion des dritten Feuchtigkeitsverhältnisses und eines Druckes, der die Einlassluft beschreibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System für ein virtuelles Taupunktsensorsystem und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen virtuellen Taupunktsensor.
Hintergrund
Turboaufgeladene und/oder superaufgeladene Motorsysteme weisen typischerweise einen Kompressor und einen Luftkühler stromaufwärts von einer oder mehreren Brennkammern eines Motors auf. Oft weist die Verbrennungsluft eine Mischung aus Umgebungsluft und rückzirkuliertem Abgas auf, und zwar in einem Versuch, unerwünschte Emissionen zu verringern, die während der Verbrennung erzeugt werden. Rückzirkuliertes Abgas weist oft beträchtliche Mengen an Wasserdampf auf, und in relativ kalten Umgebungen kann die Temperatur der Verbrennungsluft unter den Taupunkt der Verbrennungsluft abgesenkt werden, was zur Folge hat, dass sich Kondensat an einer oder mehreren Stellen des Motorsystems entwickelt, beispielsweise innerhalb Komponenten und/oder Leitungen. Kondensat kann sich mit sauren Substanzen in dem rückzirkulierten Abgas kombinieren, beispielsweise Schwefel- oder Stickstoffsubstanzen, um wässrige Säure zu bilden, die typischerweise korrosiver für Motorkomponenten, insbesondere für Metallflächen sind, als gasförmige Säuren. Zusätzlich kann Kondensat Wassertröpfchen bilden, die in der Verbrennungsluft hängen bzw. verteilt sind, die auf eine oder mehrere Oberflächen von Motorkomponenten auftreffen können. Als solches kann die Existenz von Kondensat innerhalb des Motorsystems den Lebensdauerzyklus der Motorsystemkomponenten verringern, kann ein vorzeitiges Versagen von Motorsystemkomponenten bewirken und/oder in nicht wünschenswerter Weise die Motorsystemleistung beeinflussen.
Das US-Patent 6 725 848 („das '848-Patent"), welches an Ramamurthy u.a. ausgegeben wurde, offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasrückzirkulationssystems basierend auf der Feuchtigkeit. Das Verfahren des '848-Patentes weist auf, die Feuchtigkeit von Verbrennungsluft innerhalb einer Einlasssammelleitung, von Verbrennungsluft stromabwärts eines Verbrennungsluftmischers und stromaufwärts einer Einlasssammelleitung oder von Umgebungsluft abzufühlen. Die abgefühlte Feuchtigkeit der Verbrennungsluft stromaufwärts der Einlasssammelleitung oder die Umgebungsluft wird in Beziehung gesetzt mit der Motordrehzahl, der Motorbelastung, der Umgebungstemperatur, dem Einlasssammelleitungsdruck, dem Luft/Brennstoff-Verhältnis und der Flusssrate des rückzirkulierten Abgases, um den Taupunkt der Verbrennungsluft in der Sammelleitung zu bestimmen. Das Verfahren des '848-Patentes weist auf, aufzuhören, Abgas rückzuzirkulieren, wenn die abgefühlte Feuchtigkeit innerhalb der Einlasssammelleitung, wie sie abgefühlt wird, sich 100% nähert, oder wenn eine abgefühlte Temperatur der Verbrennungsluft in der Einlasssammelleitung, so wie sie in Beziehung gesetzt wurde, geringer als ein Taupunkt für die Verbrennungsluft ist.
Obwohl das Verfahren des '848-Patentes als eine Funktion der abgefühlten Feuchtigkeit bestimmen kann, ob wahrscheinlich eine Kondensation in der Einlasssammelleitung auftritt, und rückzirkuliertes Abgas als eine Funktion davon steuern kann, fordert es das Abfühlen einer Feuchtigkeit, die mit dem Abgasrückzirkulationssystem assoziiert ist. Zusätzlich kann die mit dem Verfahren des '848-Patentes assoziierte Vorrichtung einen Feuchtigkeitssensor erfordern, der der Verbrennungsluft ausgesetzt ist, was potentiell die Integrität der Einlasssammelleitung oder irgendeiner anderen Komponente des Abgasrückzirkulationssystems verringern kann. Darüber hinaus bestimmt das Verfahren des '848-Patentes nur die Wahrscheinlichkeit einer Kondensation in der Einlasssammelleitung, was nicht ausreichend eine Kondensation bezüglich zusätzlicher Motorsystemkomponenten überwachen kann.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere der oben dargelegten Nachteile zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Betrieb eines virtuellen Taupunktsensors mit Bezug zu einem Motorsystem gerichtet. Das Verfahren weist auf, ein erstes Feuchtigkeitsverhältnis bzw. einen Feuchtigkeitsanteil zu bestimmen, welches die Feuchtigkeit anzeigt, die mit einer Umgebungsluft assoziiert ist, und zwar als eine Funktion von mindestens einer relativen Feuchtigkeit, die mit der Umgebungsluft assoziiert ist, Das Verfahren weist auch auf, ein zweites Feuchtigkeitsverhältnis zu bestimmen, welches die Feuchtigkeit anzeigt, die mit einem Abgas assoziiert ist, und zwar als eine Funktion von mindestens einem Motorparameter. Das Verfahren weist auch auf, ein drittes Feuchtigkeitsverhältnis zu bestimmen, welches eine (Menge an) Verbrennungsluft anzeigt, die zu einer Einlasssammelleitung eines Motors geleitet wird, und zwar als eine Funktion der ersten und zweiten Feuchtigkeitsverhältnisse. Das Verfahren weist weiter auf, mindestens einen Taupunkt zu bestimmen, der die (Menge der) Verbrennungsluft als eine Funktion des dritten Feuchtigkeitsverhältnisses anzeigt und/oder einen Druck, der die Verbrennungsluft anzeigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen virtuellen Taupunktsensor für ein Motorsystem mit Abgasrückzirkulation gerichtet. Der virtuelle Taupunktsensor weist erste, zweite und dritte Sensoren auf, die jeweils konfiguriert sind, um ein Signal zu erzeugen, welches eine Temperatur, einen Druck und eine Massenflussrate eines Abgases anzeigt, welches zu einem Mischer geleitet wird. Der virtuelle Taupunktsensor weist auch vierte bzw. fünfte Sensoren auf, die konfiguriert sind, um ein Signal einzurichten, welches eine Temperatur und einen Druck von Umgebungsluft anzeigt, die zum Mischer geleitet wird. Der virtuelle Taupunktsensor weist auch mindestens einen sechsten Sensor auf, der konfiguriert ist, um mindestens ein Signal zu erzeugen, welches mindestens einen Motorparameter anzeigt. Der virtuelle Taupunktsensor weist auch siebte und achte Sensoren auf, die jeweils konfiguriert sind, um ein Signal einzurichten bzw. zu erzeugen, welches eine Temperatur und einen Druck einer Verbrennungsluft anzeigt, die zu einer Einlass sammelleitung und zu einer Steuervorrichtung geleitet wird. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um eine erste, eine zweite, eine dritte, eine vierte, eine fünfte, mindestens eine sechste, eine siebte und eine achte Eingangsgröße aufzunehmen, die jeweils die ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, die mögliche Vielzahl von sechsten, siebten und achten Sensorsignale anzeigen. Die Steuervorrichtung ist auch konfiguriert, um ein erstes Feuchtigkeitsverhältnis bzw. einen Feuchtigkeitsanteil zu bestimmen, welches das Feuchtigkeitsverhältnis der Verbrennungsluft als eine Funktion der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, möglichen Vielzahl von sechsten und siebten Signale anzeigt und mindestens einen Taupunkt der Verbrennungsluft als eine Funktion des ersten Feuchtigkeitsverhältnisses und mindestens eines der vierten oder achten Signale zu bestimmen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Steuerung der Abgasrückzirkulation bezüglich eines Motors gerichtet. Das Verfahren weist auf, zu bestimmen ob eine erste Temperatur, die eine Temperatur eines Einlassgases anzeigt, welches zu einer Einlasssammelleitung geleitet wird, kleiner oder gleich einem ersten Taupunkt ist. Die erste Temperatur zeigte eine Temperatur an einer ersten Stelle mit Bezug zur Einlasssammelleitung auf. Das Verfahren weist auch auf, zu bestimmen, ob eine zweite Temperatur, die eine Temperatur eines Einlassgases anzeigt, welches zu einer Einlasssammelleitung geleitet wird, kleiner oder gleich einem zweiten Taupunkt ist. Die zweite Temperatur zeigt eine Temperatur an einer zweiten Stelle mit Bezug zur Einlasssammelleitung, und die zweite Stelle ist eine andere als die erste Stelle. Das Verfahren weist weiter auf, eine Abgasmenge zu verringern, die von einem Punkt stromabwärts eines Motors zu einem Mischer rückzirkuliert wird, wenn entweder die erste oder die zweite Temperatur kleiner oder gleich den ersten bzw. zweiten Taupunkten ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Motorsystems, welches einen virtuellen Taupunktsensor gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist;
2 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Steueralgorithmus, der konfiguriert ist, um von der Steuervorrichtung der 1 ausgeführt zu werden,
3 ist eine schematische Veranschaulichung eines weiteren beispielhaften Motorsystems, welches einen virtuellen Taupunktsensor gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, und
4 ist eine diagrammartige Darstellung eines weiteren beispielhaften Steueralgorithmus, der konfiguriert ist, um von der Steuervorrichtung der 3 ausgeführt zu werden.
Detaillierte Beschreibung
1 veranschaulicht ein beispielhaftes erstes Motorsystem 10. Das erste Motorsystem 10 kann einen Motor 12 mit einer Brennkammer 14 und einer Einlasssammelleitung 16 aufweisen. Der Motor 12 kann konfiguriert sein, um potentielle chemische Energie, beispielsweise Brennstoff, in mechanische Energie, beispielsweise Drehmoment, über einen Verbrennungsprozess umzuwandeln, beispielsweise durch eine Zwei- oder Vier-Takt-Kolben-Zylinder-Verbrennungsanordnung. Abgas kann von der Brennkammer 14 zu einer Umgebung 20 zur Abgabe dorthin geleitet werden. Ein Teil des Abgases kann selektiv zu einem Mischer 24 über ein Ventil 18 geleitet werden. Das Ventil 18 kann ein Elektromagnet betätigtes Ventil mit variabler Ausgabe aufweisen, welches konfiguriert ist, um einen Teil des Abgases, welches innerhalb der Brennkammer 14 erzeugt wurde, zum Mischer 24 abzuleiten. Das erste Motorsystem 10 kann auch einen Luftfilter 26 aufweisen, der konfiguriert ist, um Luft zu filtern, die von einer Umgebung 22 aufgenommen wurde, und die gefilterte Luft zum Mischer 24 zu leiten. Die Umgebungen 20 und 22 können die gleichen oder unterschiedliche Umgebungen sein und können beispielsweise Umgebungsluft in irgendeinem Umgebungszustand aufweisen. Das rückzirkulierte Abgas, welches über das Ventil 18 abgeleitet wird, und die gefilterte Luft, die vom Filter 26 geleitet wird, können in dem Mischer 24 kombiniert bzw. zusammengeleitet werden, um Verbrennungsluft zu bilden, die zur Brennkammer 14 geleitet wird. Die Verbrennungsluft kann über einen Kompressor 28 komprimiert werden, kann durch einen Luftkühler 30 geleitet werden, um die Temperatur zu verringern, kann zur Einlasssammelleitung 16 geleitet werden und darauf folgend zur Brennkammer 14 geleitet werden. Die Verbrennungsluft kann irgendeine Art von Strömungsmittel aufweisen, das konfiguriert ist, um zur Brennkammer 14 geleitet zu werden, wie beispielsweise irgendwelche Mengen oder Anteile von Abgas mit gefilterter Umgebungsluft, ungefilterter Umgebungsluft oder angereicherter Luft, und kann homogen bezüglich irgendeiner Stelle zwischen dem Mischer 24 und der Brennkammer 14 kombiniert werden oder nicht.
Es wird in Betracht gezogen, dass jede der Komponenten des oben beschriebenen ersten Motorsystems 10 irgendeine herkömmliche Bauart einer in der Technik bekannten Komponente verkörpern und/oder aufweisen kann, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor, beispielsweise einen Benzin- oder Dieselmotor, einen Luftfilter, der einen Faserstoffpartikelfilter aufweist, eine Gasmischvorrichtung, beispielsweise eine Rohrzusammenführung, einen Wärmetauscher, beispielsweise einen durch Luft oder Flüssigkeit gekühlten Wärmetauscher, und/oder ein turboaufgeladenes oder supergeladenes Kompressorsystem. Entsprechend werden solche Komponenten nicht genauer beschrieben. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das erste Motorsystem 10 irgendeine Menge von zusätzlichen in der Technik bekannten Komponenten aufweisen kann, wie beispielsweise einen oder mehrere (nicht gezeigte) Ventilatoren, einen (nicht gezeigten) Abgaskühler, einen (nicht gezeigten) Abgaspartikelfilter, einen (nicht gezeigten) Schalldämpfer und/oder einen (nicht gezeigten) katalytischen Wandler.
Das erste Motorsystem 10 kann eine Steuervorrichtung 32 aufweisen, die konfiguriert ist, um virtuell Taupunkte innerhalb des ersten Motorsystems 10 ab zufühlen, und die weiter konfiguriert ist, um das Ventil 18 zu steuern, um selektiv eine Menge von Abgas zu beeinflussen, die zum Mischer 24 abgeleitet wird. Die Steuervorrichtung 32 kann einen oder mehrere Mikroprozessoren, einen Speicher, eine Datenspeichervorrichtung, einen Kommunikationsknoten und/oder andere Komponenten aufweisen, die in der Technik bekannt sind. Es wird in Betracht gezogen, dass die Steuervorrichtung 32 in einem allgemeinen Steuersystem integriert sein kann, welches zusätzliche Funktionen des ersten Motorsystems 10 steuern kann, beispielsweise selektiv den Motor 12 und/oder zusätzliche Systeme steuern kann, die betriebsmäßig mit dem ersten Motorsystem 10 assoziiert sind, wobei sie beispielsweise selektiv ein Getriebesystem steuern kann. Die Steuervorrichtung 32 kann konfiguriert sein, um Eingangssignale von einer Vielzahl von Sensoren 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 aufzunehmen, einen oder mehrere Algorithmen auszuführen, um geeignete Ausgangssignale zu bestimmen, und sie kann die Ausgangssignale zum Ventil 18 liefern. Es wird in Betracht gezogen, dass die Steuervorrichtung 32 Signale über eine oder mehrere (nicht bezeichnete) Kommunikationsleitungen aufnehmen und liefern kann, wie in der Technik bekannt.
Die Sensoren 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 können irgendeinen herkömmlichen Sensor aufweisen, der konfiguriert ist, um ein Signal einzurichten, welches einen physikalischen Parameter anzeigt. Insbesondere kann der Sensor 34 einen Temperatursensor aufweisen, der Sensor 36 kann einen Drucksensor aufweisen, und der Sensor 38 kann einen Massenflussratensensor aufweisen, wobei sie jeweils konfiguriert sind, um ein Signal zu erzeugen, welches eine Temperatur, einen Druck und eine Massenflussrate des Abgases anzeigt, welches von dem Ventil 18 zum Mischer 24 abgeleitet wird. Der Sensor 40 kann einen Temperatursensor aufweisen, und der Sensor 42 kann einen Drucksensor aufweisen, die jeder jeweils konfiguriert sind, um ein Signal einer Temperatur und eines Druckes der Umgebungsluft zu erzeugen, die durch den Luftfilter 26 geleitet wird. Der Sensor 44 kann einen Temperatursensor aufweisen, und der Sensor 46 kann einen Drucksensor aufweisen, die jeweils konfiguriert sind, um ein Signal zu erzeugen, welches eine Temperatur und einen Druck der Verbrennungsluft anzeigt, die zu der Einlasssammellei tung 16 geleitet wird. Der Sensor 48 kann einen oder mehrere Sensoren aufweisen, die jeweils konfiguriert sind, um ein oder mehrere Signale zu erzeugen, die verschiedene Motorparameter anzeigen, wie beispielsweise die Motordrehzahl, die Brennstoffrate bzw. Brennstofflieferrate, die Kühlmitteltemperatur und/oder irgendwelche anderen in der Technik bekannten Parameter. Der Sensor 50 kann einen oder mehrere Sensoren aufweisen, die jeweils konfiguriert sind, um ein oder mehrere Signale zu erzeugen, die verschiedene Parameter des erste Motorsystems 10 anzeigen, wie beispielsweise eine Massenflussrate, beispielsweise der Verbrennungsluft, die zum Luftkühler 30 geleitet wird, eine Temperatur, beispielsweise die Kompressorauslasstemperatur oder die Umgebungslufttemperatur, einen Druck, beispielsweise den Umgebungsluftdruck, und/oder irgendeinen anderen Parameter des ersten Motorsystems 10, wie erwünscht. Es wird in Betracht gezogen, dass, wenn das erste Motorsystem 10 einen Abgaskühler aufweist, die Sensoren 34, 36 stromabwärts davon angeordnet sein können.
2 veranschaulicht einen beispielhaften ersten Steueralgorithmus 100. Der erste Steueralgorithmus 100 kann von der Steuervorrichtung 32 ausgeführt werden, um virtuell erste und zweite Taupunkte, und somit die Wahrscheinlichkeit einer Kondensation in dem ersten Motorsystem 10, abzufühlen. Der erste Steueralgorithmus 100 kann erste und zweite Ausgangsgrößen 148, 154 als eine Funktion der virtuell abgefühlten ersten und zweiten Taupunkte bestimmen, um die Steuerung und/oder den Betrieb des Ventils 18 zu beeinflussen, und entsprechend die Menge des zur Einlasssammelleitung 16 rückzirkulierten Abgases. Der erste Steueralgorithmus 100 kann aufweisen, eine Vielzahl von Eingangsgrößen aufzunehmen, beispielsweise Signale, die von einem oder mehreren Sensoren erzeugt wurden, und kann eine Vielzahl von funktionellen Beziehungen ausführen, beispielsweise Algorithmen, Gleichungen, Unterroutinen, Nachschautabellen bzw. Kennfelder, Tabellen und/oder Vergleichsvorgänge, um den Betrieb des Ventils 18 zu beeinflussen. Es wird in Betracht gezogen, dass der erste Steueralgorithmus 100 konfiguriert sein kann, um erste und zweite Ausgangsgrößen 148, 154 als eine Funktion der Sensoren 34, 36 zu bestimmen, die stromabwärts eines Abgaskühlers angeordnet sind.
Insbesondere kann der erste Steueralgorithmus 100 konfiguriert sein, um ein Feuchtigkeitsverhältnis der Verbrennungsluft zu bestimmen, die vom Mischer 24 zur Einlasssammelleitung 16 geleitet wird, und zwar als eine Funktion einer relativen Feuchtigkeit der Umgebungsluft und einer relativen Feuchtigkeit eines Abgases. Der erste Steueralgorithmus 100 kann aufweisen, funktionell einen oder mehrere abgefühlte Parameter, wie beispielsweise Temperaturen, Drücke und/oder einen oder mehrere Motorparameter in Beziehung zu setzen, um die relative Feuchtigkeit der Umgebungsluft und die relative Feuchtigkeit des Abgases zu bestimmen, welches zum Mischer 24 geleitet wird.
Mit Bezug auf 2 können die Eingangsgrößen 102, 104, ein Signal aufweisen, welches konfiguriert ist, um eine Temperatur und einen Druck der Umgebungsluft stromabwärts eines jeweiligen Luftfilters 26 anzuzeigen, beispielsweise Signale von den Sensoren 40, 42. Die Eingangsgröße 106 kann ein Signal aufweisen, welches Konfiguriert ist, um eine relative Feuchtigkeit der Umgebungsluft in der Umgebung 22 anzuzeigen. Es wird in Betracht gezogen, dass die Eingangsgröße 106 einen Wert aufweisen kann, der vorbestimmt und/oder abgeschätzt ist, um eine tatsächliche relative Feuchtigkeit der Umgebungsluft anzuzeigen. Beispielsweise kann die Eingangsgröße 106 als ein konstanter Wert eingerichtet sein, beispielsweise 100%, 90% oder 80%, anstatt über einen Sensor eingerichtet bzw. bestimmt zu werden, um eine konservative und/oder nicht variierende Umgebungsluftfeuchtigkeit für eine darauf folgende Behandlung in einer oder mehreren funktionellen Beziehungen des ersten Steueralgorithmus 100 vorzusehen. Die Eingangsgröße 108 kann ein Signal aufweisen, welches die Massenflussrate des Abgases anzeigt, die zum Mischer 24 geleitet wird, beispielsweise vom Sensor 36. Die Eingangsgröße 110 kann ein oder mehrere Signale aufweisen, die einen oder mehrere Motorparameter und/oder Motorsystemparameter anzeigen, beispielsweise Signale von den Sensoren 38 und/oder 40.
Die funktionelle Beziehung 112 kann konfiguriert sein, um die Temperatur der Umgebungsluft in der Umgebung 22 zu bestimmen, beispielsweise die Umgebungsluft, die zum Luftfilter 26 und durch diesen hindurch geleitet wird, und zwar als eine Funktion der Filterlufttemperatur, beispielsweise der Eingangsgröße 102. Insbesondere kann die funktionelle Beziehung 112 funktionell die Effekte, beispielsweise eine Aufheizung in Beziehung setzen bzw. berücksichtigen, die der Luftfilter 26 auf die Umgebungsluft haben kann. Beispielsweise kann die funktionelle Beziehung 112 die Eingangsgröße 102 mit einem vorbestimmten Faktor multiplizieren, der einen Effekt anzeigt, den der Luftfilter 26 auf die Temperatur der Umgebungsluft haben kann, die dort hindurch geleitet wird. In ähnlicher Weise kann die funktionelle Beziehung 114 konfiguriert sein, um den Druck der Umgebungsluft in der Umgebung 22 als eine Funktion des Filterluftdruckes zu bestimmen, beispielsweise der Eingangsgröße 104. Insbesondere kann die funktionelle Beziehung 114 funktionell die Effekte, beispielsweise den Druckabfall, die der Luftfilter 26 auf die Umgebungsluft haben kann, in Beziehung setzen bzw. berücksichtigen. Beispielsweise kann die funktionelle Beziehung 114 die Eingangsgröße 104 mit einem vorbestimmten Faktor multiplizieren, der einen Effekt anzeigt, den der Luftfilter 26 auf den Druck der dort hindurch geleiteten Umgebungsluft haben kann.
Die funktionelle Beziehung 116 kann konfiguriert sein, um ein Feuchtigkeitsverhältnis der Umgebungsluft zu bestimmen, die von der Umgebung 22 durch den Luftfilter 26 und zum Mischer 24 geleitet wird. Die funktionelle Beziehung 116 kann funktionell die Temperatur, den Druck und die relative Feuchtigkeit der Umgebungsluft in Beziehung setzen, wie in den funktionellen Beziehungen 112, 114 und aus der Eingangsgröße 106 bestimmt, und zwar mit vorbestimmten Feuchtigkeitsverhältnissen, und zwar über eine oder mehrere relationale Nachschautabellen bzw. Kennfelder oder mehrdimensionale Karten. Beispielsweise kann die funktionelle Beziehung 116 eine stöchiometrische Karte (Kennfeld) aufweisen, wobei Temperatur, Druck und Feuchtigkeit für die Luft in Beziehung gesetzt werden.
Die funktionellen Beziehungen 118, 120, 122 können konfiguriert sein, um eine Massenflussrate des Brennstoffes zu bestimmen, die zur Brennkammer 14 übermittelt wird, ein Wasser/Brennstoff-Verhältnis des Abgases, welches in der Brennkammer 14 erzeugt wird, und eine Massenflussrate der Umgebungsluft, die zum Luftfilter 26 geleitet wird. Insbesondere können die funktionellen Beziehungen 118, 120, 122 funktionell einen oder mehrere Parameter des Motors 12 oder des ersten Motorsystems 10, beispielsweise die Eingangsgröße 108, miteinander und/oder mit vorbestimmten Variablen oder Konstanten in einer oder mehreren funktionellen Beziehungen, beispielsweise Nachschautabellen, und/oder mehrdimensionalen Karten bzw. Kennfeldern in Beziehung setzen. Beispielsweise kann die funktionelle Beziehung 118 funktionell Ventilzeitsteuerungsparameter, Drossel- bzw. Gaspedalparameter und/oder zusätzliche Parameter in Beziehung setzen, die funktionelle Beziehung 120 kann funktionell eine Brennstoffart, Verbrennungsprozessdaten und/oder zusätzliche Parameter in Beziehung setzen, und die funktionelle Beziehung 122 kann funktionell die Motordrehzahl, die Verdrängung bzw. den Hubraum, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsluftdruck, die Verbrennungslufttemperatur und/oder zusätzliche Parameter in Beziehung setzen.
Die funktionelle Beziehung 124 kann konfiguriert sein, um ein Feuchtigkeitsverhältnis bzw. einen Feuchtigkeitsanteil des Abgases zu bestimmen, welches zur Brennkammer 14 und zum Mischer 24 geleitet wird. Beispielsweise kann die funktionelle Beziehung 124 funktionell die Massenflussrate des Brennstoffes, das Wasser/Brennstoff-Verhältnis, die Massenflussrate der Umgebungsluft und das Feuchtigkeitsverhältnis der Umgebungsluft mit einer oder mehreren funktionellen Beziehungen, beispielsweise Gleichungen, in Beziehung setzen. Es wird in Betracht gezogen, dass die funktionelle Beziehung 124 eine mathematische Beziehung aufweisen kann, die beispielsweise Folgendes darstellt: H_exh = H_amb + (R_wtf × M_fuel × k₁)/M_amb; wobei H_exh das Feuchtigkeitsverhältnis des Abgases darstellt, wobei H_amb das Feuchtigkeitsverhältnis bzw. einen Feuchtigkeitsanteil der Umgebungsluft darstellt, wobei R_wtf das Wasser/Brennstoff-Verhältnis darstellt, wobei M_fuel die Massenflussrate des Brennstoffes darstellt, wobei k₁ eine Konstante darstellt und wobei M_amb die Massenflussrate der Umgebungsluft darstellt. Es wird in Betracht gezogen, dass die funktionelle Beziehung 114 irgendeine mathematische Beziehung aufweisen kann, beispielsweise linear oder exponentiell, und dass die Konstante k₁ irgendeine geeignete Konstante sein kann, beispielsweise ein empirisch bestimmter Parameter.
Die funktionelle Beziehung 126 kann konfiguriert sein, um die Massenflussrate der Verbrennungsluft zu bestimmen, beispielsweise der Verbrennungsluft, die vom Mischer 24 zur Brennkammer 14 geleitet wird, und zwar als eine Funktion der Massenflussrate des Abgases, welches zum Mischer 24 geleitet wird, beispielsweise der Eingangsgröße 108, und eines oder mehrerer Parameter des Motors 12 und/oder des ersten Motorsystems 10, beispielsweise der Eingangsgröße 110. Insbesondere kann die funktionelle Beziehung 126 funktionell die Massenflussrate der Umgebungsluft, die Massenflussrate des Abgases und einen oder mehrere der Effekte kombinieren, die der Mischer 24 auf die jeweiligen Flussraten haben kann, um die Massenflussrate der Verbrennungsluft zu bestimmen, die stromabwärts des Mischers geleitet wird. Es wird in Betracht gezogen, dass die funktionelle Beziehung 126 eine oder mehrere funktionelle Beziehungen aufweisen kann, beispielsweise Nachschautabellen und/oder mehrdimensionale Karten oder Kennfelder.
Die funktionelle Beziehung 128 kann konfiguriert sein, um ein Feuchtigkeitsverhältnis für die Verbrennungsluft zu bestimmen, die vom Mischer 24 zur Einlasssammelleitung 16 geleitet wird. Insbesondere kann die funktionelle Beziehung 128 funktionell das Feuchtigkeitsverhältnis der Umgebungsluft, das Feuchtigkeitsverhältnis des Abgases, die Massenflussrate der Umgebungsluft und die Massenflussrate des Abgases mit einer oder mehreren funktionellen Beziehungen, beispielsweise Gleichungen, in Beziehung setzen. Es wird in Betracht gezogen, dass die funktionelle Beziehung 128 eine mathematische Beziehung aufweisen kann, die beispielsweise Folgendes darstellt:
H_com = (H_exh × M_exh + H_amb × M_amb)/M_com; wobei H_com das Feuchtigkeitsverhältnis der Verbrennungsluft (combustion) darstellt, wobei H_exh das Feuchtig keitsverhältnis des Abgases (exhaust) darstellt, wobei M_exh die Massenflussrate des Abgases darstellt, wobei H_amb das Feuchtigkeitsverhältnis der Umgebungsluft (ambient) darstellt, wobei M_amb die Massenflussrate der Umgebungsluft darstellt, und wobei M_com die Massenflussrate der Verbrennungsluft darstellt. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die funktionelle Beziehung 128 irgendeine mathematische Beziehung, beispielsweise linear oder exponentiell aufweisen kann und eine oder mehrere Konstanten aufweisen kann.
Der erste Steueralgorithmus 100 kann auch konfiguriert sein, um die ersten und zweiten Taupunkte der Verbrennungsluft als eine Funktion des bestimmten Feuchtigkeitsverhältnisses der Verbrennungsluft und eines oder mehrerer Drücke zu bestimmen. Der erste Steueralgorithmus 100 kann auch konfiguriert sein, um funktionell die ersten und zweiten Taupunkte mit einer oder mehreren Temperaturen in Beziehung zu setzen und zu bestimmen, ob die ersten und zweiten Taupunkte kleiner oder gleich den Temperaturen sind.
Wiederum mit Bezug auf 2 kann die Eingangsgröße 130 konfiguriert sein, um einen Druck des Abgases anzuzeigen, welches zum Mischer 24 geleitet wird, beispielsweise ein Signal vom Sensor 38. Die funktionelle Beziehung 132 kann konfiguriert sein, um den Druck der Verbrennungsluft zu bestimmen, die vom Mischer 24 geleitet wird, und zwar als eine Funktion des Abgasdruckes. Insbesondere kann die funktionelle Beziehung 132 funktionell die Effekte, beispielsweise den Druckabfall des Mischers 24 und/oder den Druckausgleich mit der Umgebungsluft funktionell in Beziehung setzen, die den Druck des Abgases beeinflussen können, um den Druck der Verbrennungsluft zu bestimmen. Beispielsweise kann die funktionelle Beziehung 132 den Verbrennungsluftdruck stromabwärts des Mischers und stromaufwärts des Kompressors bestimmen. Die funktionelle Beziehung 134 kann konfiguriert sein, um den ersten Taupunkt der Verbrennungsluft mit Bezug zum Verbrennungsluftdruck zu bestimmen, der aus der funktionellen Beziehung 132 bestimmt wurde. Insbesondere kann die funktionelle Beziehung 134 den ersten Taupunkt bestimmen, beispielsweise einen Verbrennungslufttaupunkt stromabwärts des Mischers 24 und stromaufwärts des Kompressors 28, und zwar als eine Funk tion eines Verbrennungsluftfeuchtigkeitsverhältnisses, eines Verbrennungsluftdruckes und einer oder mehrerer Nachschautabellen und/oder mehrdimensionaler Karten, beispielsweise einer stöchiometrischen Karte, die Temperaturen, Drücke und Feuchtigkeit für Verbrennungsluft in Beziehung setzt.
Die Eingangsgröße 136 kann konfiguriert sein, um einen Druck der Verbrennungsluft anzuzeigen, die zur Brennkammer 14 geleitet wird, beispielsweise ein Signal vom Sensor 46. Ähnlich, wie die funktionelle Beziehung 134 kann die funktionelle Beziehung 138 konfiguriert sein, um den zweiten Taupunkt der Verbrennungsluft bezüglich des Verbrennungsluftdruckes zu bestimmen, der von der Eingangsgröße 136 eingerichtet oder aus dieser bestimmt wurde. Beispielsweise kann die funktionelle Beziehung 138 den zweiten Taupunkt, beispielsweise den Verbrennungslufttaupunkt, stromaufwärts der Brennkammer 14 bestimmen, und zwar als eine Funktion eines Verbrennungsluftfeuchtigkeitsverhältnisses, eines Verbrennungsluftdruckes und einer oder mehrerer Nachschautabellen und/oder mehrdimensionaler Karten, beispielsweise einer stöchiometrischen Karte, die sich auf Temperaturen, Drücke und die Feuchtigkeit für die Verbrennungsluft beziehen. Es wird in Betracht gezogen, dass die funktionelle Beziehung 138 den zweiten Taupunkt bestimmen kann, der einen Taupunkt der Verbrennungsluft in der Brennkammer 14 anzeigt, und zwar als eine Funktion dessen, dass die Eingangsgröße 136 einen Druck der Verbrennungsluft innerhalb der Brennkammer 14 anzeigt und/oder der Steueralgorithmus 100 kann eine zusätzliche (nicht gezeigte) funktionelle Beziehung aufweisen, die konfiguriert ist, um den Druck der Verbrennungsluft in der Brennkammer 14 als eine Funktion des Druckes der Brennkammer zu bestimmen, der zur Einlasssammelleitung 16 geleitet wird.
Die Eingangsgrößen 140, 142 können konfiguriert sein, um jeweilige Temperaturen des Abgases und der Umgebungsluft anzuzeigen, die zum Mischer 24 geleitet werden, beispielsweise jeweilige Signale von den Sensoren 34, 40. Die funktionelle Beziehung 144 kann konfiguriert sein, um funktionell die Abgas- und Umgebungslufttemperaturen in Beziehung zu setzen, um eine erste Temperatur zu bestimmen, die die Verbrennungsluft stromabwärts des Mi schers 24 anzeigt, beispielsweise eine Temperatur der Verbrennungsluft, die dem Verbrennungsluftdruck entspricht, der in der funktionellen Beziehung 132 bestimmt wurde. In ähnlicher Weise kann die Eingangsgröße 150 konfiguriert sein, um eine zweite Temperatur anzuzeigen, die eine Temperatur der Verbrennungsluft stromabwärts des Luftkühlers 30 und stromaufwärts der Sammelleitung 16 anzeigt, beispielsweise eine Temperatur der Verbrennungsluft, die dem Verbrennungsluftdruck entspricht, der aus der Eingangsgröße 136 bestimmt wurde. Es wird in Betracht gezogen, dass die Temperatur, die die Verbrennungsluft (Temperatur) stromabwärts des Mischers 24 anzeigt, alternativ durch einen (nicht gezeigten) geeignet angeordneten Temperatursensor bestimmt werden kann, ähnlich der Eingangsgröße 150.
Die funktionellen Beziehungen 146, 152 können jeweils konfiguriert sein, um einen jeweiligen Taupunkt der ersten und zweiten Taupunkte zu vergleichen, um erste und zweite Ausgangsgrößen 148, 154 als eine Funktion davon einzurichten. Insbesondere kann die funktionelle Beziehung 146 den ersten Taupunkt, wie er in der funktionelle Beziehung 134 bestimmt wurde, mit der ersten Verbrennungslufttemperatur vergleichen, wie sie innerhalb der funktionelle Beziehung 144 bestimmt wurde, um zu bestimmen, ob der erste Taupunkt größer als die erste Verbrennungslufttemperatur ist. In ähnlicher Weise kann die funktionelle Beziehung 152 den zweiten Taupunkt, wie er innerhalb der funktionellen Beziehung 138 bestimmt wurde, mit der zweiten Verbrennungslufttemperatur vergleichen, wie sie aus der Eingangsgröße 150 bestimmt wurde, um zu bestimmen, ob der zweite Taupunkt größer als die zweite Verbrennungslufttemperatur ist. Wenn beispielsweise die erste Einlasssammelleitungstemperatur kleiner oder gleich dem ersten Taupunkt ist, kann die Ausgangsgröße 148 über die Steuervorrichtung 32 konfiguriert werden, um die Abgasrückzirkulation zu begrenzen oder zu stoppen, indem sie beispielsweise das Ventil 18 beeinflusst, zu schließen. Wenn die erste Einlasssammelleitungstemperatur größer als der erste Taupunkt ist, kann auch die erste Ausgangsgröße bzw. der erste Ausgang 148 konfiguriert sein, um über die Steuervorrichtung 32 nicht die Abgasrückzirkulation zu begrenzen oder zu stoppen. Die zweite Ausgangsgröße 154 kann in ähnlicher Weise bestimmt wer den wie die erste Ausgangsgröße 148. Es wird in Betracht gezogen, dass die ersten und zweiten Ausgangsgrößen 148, 154 als ein Flag-Kriterium konfiguriert sein können, und als solches konfiguriert sein können, um nur die Abgasrückzirkulation zu begrenzen oder zu stoppen, wenn die Verbrennungslufttemperatur kleiner oder gleich einem bestimmten Taupunkt ist. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die funktionellen Beziehungen 146, 152 einen Fehierfaktorrahmen aufweisen können oder nicht, beispielsweise eine Steigerung um einen Prozentsatz oder einen festen Wert, um mathematische Rundungsabweichungen und/oder andere Berechnungsungenauigkeiten zu kompensieren, wie in der Technik bekannt. Als solches können die Steuervorrichtung 32, die Sensoren 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, und 50, und insbesondere die erste Steuerlogik 100 virtuell Taupunkte mit Bezug zum ersten Motorsystem 10 und/oder Komponenten davon abfühlen und die Steuerung des ersten Motorsystems 10 beeinflussen, um die Rückzirkulation des Abgases zu begrenzen oder zu unterbrechen, wenn wahrscheinlich eine Kondensation darin auftritt. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass, wenn die funktionelle Beziehung 138 konfiguriert ist, um einen Taupunkt der Verbrennungsluft in der Brennkammer 14 zu bestimmen, die Eingangsgröße 150 eine Temperatur der Verbrennungsluft in der Brennkammer 14 anzeigen kann, und die funktionelle Beziehung 152 konfiguriert sein kann, um die zweite Verbrennungslufttemperatur mit dem zweiten Taupunkt zu vergleichen, um zu bestimmen, ob der zweite Taupunkt größer als die zweite Verbrennungslufttemperatur ist. Als solches kann der Steueralgorithmus 100 alternativ konfiguriert sein, um die zweite Ausgangsgröße 154 als eine Funktion eines Taupunktes und einer entsprechenden Temperatur der Verbrennungsluft in der Brennkammer 14 zu bestimmen.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes zweites Motorsystem 10'. Das zweite Motorsystem 10' ist im Wesentlichen ähnlich wie das erste Motorsystem 10, und als solches werden unten nur die Unterschiede beschrieben.
Das zweite Motorsystem 10' kann Sensoren 34', 36', 50' aufweisen, die jeweils konfiguriert sind, um ein Signal einzurichten, welches einen physikali schen Parameter anzeigt. Insbesondere kann der Sensor 34' einen Temperatursensor aufweisen und der Sensor 36' kann einen Drucksensor aufweisen, die jeder jeweils konfiguriert sind, um ein Signal zu erzeugen, welches eine Temperatur und einen Druck des Abgases anzeigt, welches von dem Ventil 18 zum Mischer 24 abgeleitet wird. Der Sensor 50' kann einen oder mehrere Sensoren aufweisen, die jeweils konfiguriert sind, um ein oder mehrere Signale zu erzeugen, welche verschiedenen Parameter des zweiten Motorsystems 10' anzeigen, und zwar als solches beispielsweise irgendeinen der Parameter, die vom Sensor 50 bezüglich des ersten Motorsystems 10 abgefühlt wurden, beispielsweise die Einlasskühlmitteltemperatur, eine Einlasswassertemperatur eines Wasser gekühlten Abgaskühlers, eine Motordrehzahl, beispielsweise die Umdrehungen pro Minute, eine Motorbelastung und/oder irgendeinen anderen Parameter, falls erwünscht. Es wird in Betracht gezogen, dass, wenn das zweite Motorsystem 10' einen Abgaskühler aufweist, die Sensoren 34', 36' stromaufwärts davon angeordnet sein können. Es wird auch in Betracht gezogen, dass, wenn das zweite Motorsystem 10' einen Abgaskühler aufweist, der Sensor 38 stromabwärts davon angeordnet sein kann oder nicht.
4 veranschaulicht einen beispielhaften zweiten Steueralgorithmus 200. Der zweite Steueralgorithmus 200 kann von der Steuervorrichtung 32 ausgeführt werden, um virtuell erste und zweite Taupunkte und somit die Wahrscheinlichkeit einer Kondensation in dem zweiten Motorsystem 10' abzufühlen. Der zweite Steueralgorithmus 200 kann im Wesentlichen ähnlich wie der erste Steueralgorithmus 100 sein und als solches werden nur die Unterschiede im Folgenden beschrieben. Der zweite Steueralgorithmus 200 kann erste und zweite Ausgangsgrößen 148', 154 bestimmen, und zwar als eine Funktion der virtuell abgefühlten ersten und zweiten Taupunkte, um die Steuerung und/oder den Betrieb des Ventils 18 zu beeinflussen, und entsprechend die Mängel des zur Einlasssammelleitung 16 rückzirkulierten Abgases. Der zweite Steueralgorithmus 200 kann aufweisen, einen Vielzahl von Eingangsgrößen aufzunehmen, beispielsweise Signale, die von einem oder mehreren Sensoren erzeugt werden, um eine Vielzahl von Funktionsbeziehungen auszuführen, beispielsweise Algorithmen, Gleichungen, Unterroutinen, Nachschaukar ten bzw. Kennfelder, Tabellen und/oder Vergleiche, und um eine oder mehrere Ausgangsgrößen einzurichten bzw. zu bestimmen, um den Betrieb des Ventils 18 zu beeinflussen. Es wird in Betracht gezogen, dass der zweite Steueralgorithmus 200 konfiguriert sein kann, um die ersten und zweiten Ausgangsgrößen 148', 154 als eine Funktion von Sensoren 34', 36' zu bestimmen, die stromaufwärts eines Abgaskühlers angeordnet sind.
Mit Bezug auf 4 können die Eingangsgrößen 202, 204, 206 konfiguriert sein, um jeweils eine Temperatur des Abgases anzuzeigen, welches zum Mischer 24 geleitet wird, beispielsweise ein Signal vom Sensor 34', weiter eine Motordrehzahl, beispielsweise Umdrehungen pro Minute einer Motorantriebswelle, und eine Temperatur eines Kühlmittels für einen Abgaskühler, beispielsweise eine Einlasswassertemperatur für einen Wasser gekühlten Abgaskühler. In ähnlicher Weise wie bei dem ersten Steueralgorithmus 100 kann die funktionelle Beziehung 144' konfiguriert sein, um funktionell die Abgastemperatur, die Motordrehzahl, die Kühlmitteltemperatur und die Umgebungslufttemperatur in Beziehung zu setzen, um eine erste Temperatur zu bestimmen, die die Verbrennungsluft (Temperatur) stromabwärts des Mischers 24 anzeigt, beispielsweise eine Temperatur der Verbrennungsluft, die dem Verbrennungsluftdruck entspricht, der in der funktionellen Beziehung 132 bestimmt wurde. Es wird in Betracht gezogen, dass die funktionellen Beziehung 144' konfiguriert sein kann, um funktionell die Effekte zu bestimmen, die ein Abgaskühler auf die Temperatur des Abgases haben kann, und das solche Effekte als eine Funktion der Motorparameter variieren können, beispielsweise kann eine Temperatur eines Kühlmittels als eine Funktion von gesteigerten Motorbelastungen zunehmen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Kühlmitteltemperatur ein Signal von einem der Sensoren 50' sein kann und/oder eine funktionelle Beziehung aufweisen kann, die die Kühlmitteltemperatur beispielsweise als eine Funktion einer Temperatur des Kühlwassers bestimmt, welches mit dem Motor 12 assoziiert ist.
Die funktionelle Beziehung 146' kann konfiguriert sein, um den ersten Taupunkt zu vergleichen, um eine erste Ausgangsgröße 148' als eine Funktion davon einzurichten. Ähnlich wie die funktionelle Beziehung 146 kann die funktionelle Beziehung 146' den ersten Taupunkt, wie dieser innerhalb der funktionellen Beziehung 134 bestimmt wurde, mit der ersten Verbrennungslufttemperatur vergleichen, wie diese innerhalb der funktionellen Beziehung 144' bestimmt wurde, um zu bestimmen, ob der erste Taupunkt größer als die erste Verbrennungslufttemperatur ist. Wenn beispielsweise die erste Verbrennungslufttemperatur kleiner oder gleich dem ersten Taupunkt ist, kann die Ausgangsgröße 148' konfiguriert sein, um über die Steuervorrichtung 32 die Abgasrückzirkulation zu begrenzen oder zu stoppen, wobei beispielsweise das Ventil 18 beeinflusst wird, zu schließen. Wenn die erste Verbrennungslufttemperatur größer als der erste Taupunkt ist, kann zusätzlich die erste Ausgangsgröße 148' konfiguriert sein, um über die Steuervorrichtung 32 nicht die Abgasrückzirkulation zu begrenzen oder zu stoppen. Es wird in Betracht gezogen, dass die erste Ausgangsgröße 148' als ein Flag-Kriterium konfiguriert sein kann, und als solches konfiguriert sein kann, um nicht nur die Abgasrückzirkulation zu begrenzen oder zu stoppen, wenn eine Verbrennungslufttemperatur kleiner oder gleich einem vorbestimmten Taupunkt ist. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die funktionelle Beziehung 146' einen Fehlerfaktorrahmen aufweisen kann oder nicht, beispielsweise eine Steigerung um einen Prozentsatz oder einen festen Wert, um mathematische Rundungsabweichungen und/oder andere Berechnungsungenauigkeiten zu berücksichtigen, wie dies in der Technik bekannt ist. Als solches können die Steuervorrichtung 32, die Sensoren 34', 36', 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50' und insbesondere die zweite Steuerlogik 200 virtuell Taupunkte bezüglich des zweiten Motorsystems 10' und/oder dessen Komponenten abfühlen und die Steuerung des zweiten Motorsystems 10' beeinflussen, um die Rückzirkulation von Abgas zu begrenzen oder zu stoppen, wenn wahrscheinlich eine Kondensation darin auftritt.
Es wird in Betracht gezogen, dass irgendwelche Eingangsgrößen der ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 irgendein Signal verkörpern können, beispielsweise einen Impuls, einen Spannungspegel, ein Magnetfeld, eine Schall- oder Lichtwelle und/oder ein anderes in der Technik bekanntes Signal format. Es wird auch in Betracht gezogen, dass irgendwelche funktionellen Beziehungen der ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 irgendeine Nachschautabelle, eine mehrdimensionale Karte bzw. ein Kennfeld, eine Gleichung, eine Formel, eine Unterroutine, einen Algorithmus oder irgendeine andere in der Technik bekannte funktionelle Beziehung und/oder Kombinationen davon aufweisen können.
Industrielle Anwendbarkeit
Der offenbarte virtuelle Taupunktsensor kann anwendbar sein, um die Bildung von Kondensat bezüglich irgendeines Motorsystems vorherzusagen, welches eine Abgasrückzirkulation aufweist. Der offenbarte virtuelle Taupunktsensor kann vorhersagen, wann wahrscheinlich die Bildung von Kondensat stromaufwärts eines Kompressors und stromabwärts eines Verbrennungsluftkühlers auftritt, und kann einer Steuervorrichtung als eine Funktion davon gestatten, eine Abgasmenge, die in die Verbrennungsluft rückzirkuliert wird, zu begrenzen oder zu stoppen. Der Betrieb der ersten und zweiten Motorsysteme 10, 10', und insbesondere die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 werden unten erklärt.
Die ersten und zweiten Motorsysteme 10, 10' können jeweils mit einer mobilen Maschine, einem Seefahrzeug und/oder einem Generator assoziiert sein und konfiguriert sein, um Leistung an diese zu liefern. Als solches können die ersten und zweiten Motorsysteme 10, 10' in variierenden und unterschiedlichen Umgebungen arbeiten, was beispielsweise relativ kaltes Klima mit einschließt, beispielsweise Klimata mit relativ niedriger Temperatur der Umgebungsluft. Es sei bemerkt, dass die Umgebungsluft in kalten Klimata wegen der Einflüsse des Taupunktes kleine Mengen an Wasserdampf aufweist, wie dies in der Technik bekannt ist, jedoch ein Abgas, welches als Nebenprodukt eines Verbrennungsprozesses erzeugt wird, beträchtliche Mengen an Wasserdampf aufweisen kann. Es sei auch bemerkt, dass falls eine Temperatur eines Gases, welches darin gelösten Wasserdampf aufweist, unter einen Taupunkt absinkt, der mit dem Gas assoziiert ist, eine Kondensation auftreten kann. Eine Kondensation kann Wassertröpfchen bilden, die in dem Gas gelöst bzw. suspendiert sind, und wenn das Gas saure Substanzen enthält, beispielsweise Abgas, welches gasförmige Schwefel- und Stickstoffsäuren enthalten kann, können die sauren Substanzen sich mit dem Kondensat verbinden, um wässrige saure Substanzen zu bilden.
Mit Bezug auf die 1 und 3 kann Verbrennungsluft, die zur Sammelleitung 16 geleitet wird, beträchtliche Mengen an Wasserdampf aufweisen, und abhängig von der Temperatur der Verbrennungsluft, wie sie beispielsweise vom Luftkühler 30, der Umgebungslufttemperatur und/oder der Abgastemperatur beeinflusst wird, kann sich Kondensat bilden. Die Verringerung der Bildung von Wassertröpfchen in der Verbrennungsluft kann beispielsweise erwünscht sein, um Wassertröpfchen zu verringern, die auf eine oder mehrere Motorkomponenten auftreffen und diese möglicherweise schädigen, beispielsweise auf eine oder mehrere Schaufeln des Kompressors 28. Als solches kann es wünschenswert sein, zu bestimmen, ob eine Kondensation wahrscheinlich stromaufwärts des Kompressors 28 auftritt, und falls dies so ist, die Rückzirkulation des Abgases zu steuern, um die Möglichkeit einer Kondensation zu verringern. Die Verringerung der Bildung von wässrigen Säuren in der Verbrennungsluft kann wünschenswert sein, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass korrosive Substanzen eine oder mehrere der Motorkomponenten korrodieren und möglicherweise beschädigen, beispielsweise die Einlasssammelleitung 16 und/oder ein oder mehrere Lufteinlassventile die mit der Brennkammer 14 assoziiert sind.
Entsprechend kann die Steuervorrichtung 32 eine Vielzahl von Eingangsgrößen von einem oder mehreren Sensoren aufnehmen, beispielsweise von den Sensoren 34, 34', 36, 36', 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 und/oder 50', sie kann einen oder mehrere Algorithmen ausführen, beispielsweise den ersten Steueralgorithmus 100, den zweiten Steueralgorithmus 200 und/oder zusätzliche Algorithmen und kann ein Steuersignal an das Ventil 18 ausgeben. Es wird in Betracht gezogen, dass die zusätzlichen Algorithmen konfiguriert sein können, um Betriebsausgangssignale zu bestimmen, um das Ventil 18 zu steuern, um beispielsweise die Öffnungsgradzahl und/oder den Zeitpunkt des Öffnens und/oder Schließens des Ventils 18 als eine Funktion von einem oder mehreren Parametern des Motors 12, der ersten und zweiten Motorsysteme 10, 10' und/oder vorbestimmter oder erwünschter Beziehungen zu beeinflussen. Als solches können die ersten und/oder zweiten Steueralgorithmen 100, 200 integriert sein, beispielsweise als eine Eingangsgröße oder eine Unterroutine, und zwar in einem oder mehreren der zusätzlichen Algorithmen, sie können unabhängig von den zusätzlichen Algorithmen ausgeführt werden und/oder konfiguriert sein, um die Abgasrückzirkulation durch Manipulation, beispielsweise über Steuerung eines Betriebssteuersignals für das Ventil, 18 zu begrenzen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 eine Abgasrückzirkulation verhindern können, indem sie verhindern, dass das Ventil 18 sich öffnet, wobei sie beispielsweise verhindern, dass die Steuervorrichtung 32 ein Ausgangssignal an das Ventil 18 übermittelt, um das Ventil 18 aus einer geschlossenen Position in eine offene Position zu bewegen, und sie können die Abgasrückzirkulation unterbrechen, indem sie das Ventil 18 zu einer geschlossenen Position hin bewegen, wobei sie beispielsweise die Steuervorrichtung 32 beeinflussen, um ein Ausgangssignal an das Ventil 18 zu übermitteln, um das Ventil 18 von einer offenen Position zu einer geschlossenen Position zu bewegen. Es wird in Betracht gezogen, dass die zusätzlichen Algorithmen, die konfiguriert sind, um die Bewegung des Ventils 18 zu beeinflussen, ein Ausgangssignal als eine Funktion von irgendeinem erwünschten Parameter bestimmen können, beispielsweise von einem Parameter des Motors 12, der ersten und zweiten Motorsysteme 10, 10' und/oder einer vorbestimmten Beziehung.
Mit Bezug auf die 2 und 4 können die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 ein Feuchtigkeitsverhältnis bzw. einen Feuchtigkeitsanteil für die Verbrennungsluft bestimmen, die zur Einlasssammelleitung 16 geleitet wird (1 und 3), und zwar als eine Funktion eines bestimmten Feuchtigkeitsverhältnisses einer Umgebungsluft und eines bestimmten Feuchtigkeitsverhältnisses eines Abgases. Erste und zweite Taupunkte der Verbrennungsluft können als eine Funktion des Verbrennungsluftfeuchtigkeitsverhältnisses und eines oder mehrerer Drücke bestimmt werden, die Drücke der Verbrennungsluft bezüglich spezieller Stellen in den ersten und zweiten Motorsystemen 10, 10' anzeigen, beispielsweise stromaufwärts des Kompressors 28 oder stromabwärts des Luftkühlers 30. Die ersten und zweiten Taupunkte können funktionell in Beziehung mit Temperaturen der Verbrennungsluft sein, die den speziellen Stellen in den ersten und zweiten Motorsystemen 10, 10' entsprechen, die mit dem einen Druck oder der Vielzahl von Drücken assoziiert sind. die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 können geeignete Ausgangsgrößen 148, 148', 154 als eine Funktion eines Vergleiches zwischen jeweiligen Verbrennungslufttemperaturen und den ersten und zweiten Taupunkten bestimmen, um die Menge des rückzirkulierten Abgases zu steuern, was die Bildung von Kondensat in den ersten und zweiten Motorsystemen 10, 10' verringern kann.
Es wird in Betracht gezogen, dass die funktionellen Beziehungen der ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 in irgendeiner Reihenfolge ausgeführt werden können, und hier in einer speziellen Reihenfolge nur zu Beispielszwecken beschrieben werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 kontinuierlich, periodisch, mit oder ohne eine gleichförmige Frequenz und/oder einzeln ausgeführt werden können. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 jeweils einen (nicht gezeigten) Entscheidungsschritt aufweisen können, der konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 ausgeführt werden sollten, wobei beispielsweise bestimmt wird, ob die Umgebungstemperatur unter einer vorbestimmten Temperatur ist, von der angenommen wird, dass sie eine Schwelle anzeigt, über der eine Kondensation wahrscheinlich nicht auftritt. Beispielsweise kann ein solcher Entscheidungsschritt entscheiden, dass die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 nicht ausgeführt werden müssen, weil die Umgebungslufttemperatur beträchtlich über einem Taupunkt ist, beispielsweise weil das Motorsystem 10 nicht in einem relativ kalten Klima betrieben wird.
Weil die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 virtuell einen Taupunkt bezüglich vorbestimmter Stellen bestimmen, die mit einem Motorsystem assoziiert sind, kann die Integrität von einer oder mehreren der Motorsystemkomponenten bewahrt werden. Zusätzlich können die ersten und zweiten Steueralgorithmen 100, 200 durch Steuerung der Rückzirkulation des Abgases als eine Funktion der virtuell bestimmten Taupunkte die Bildung von Wassertröpfchen und/oder wässrigen Säuren verringern und können somit nachteilige Effekte von Aufschlagerosion und/oder Korrosion in den ersten und zweiten Motorsystemen 10, 10' und/oder in einer oder mehreren Komponenten davon reduzieren.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten System für einen virtuellen Taupunktsensor vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung des offenbarten Verfahrens und der offenbarten Vorrichtung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims

Verfahren (100, 200) zum Betrieb eines virtuellen Taupunktsensors mit Bezug zu einem Motorsystem, welches Folgendes aufweist: Bestimmen eines ersten Feuchtigkeitsverhältnisses (116), welches die Feuchtigkeit anzeigt, die mit einer Umgebungsluft assoziiert ist, und zwar als eine Funktion von mindestens einer relativen Feuchtigkeit, die mit der Umgebungsluft assoziiert ist; Bestimmung eines zweiten Feuchtigkeitsverhältnisses (124), welches die Feuchtigkeit anzeigt, die mit einem Abgas assoziiert ist, und zwar als eine Funktion von mindestens einem Motorparameter (108); Bestimmung eines dritten Feuchtigkeitsverhältnisses (128), welches eine Einlassluft anzeigt bzw. charakterisiert, die zur Einlasssammelleitung (16) eines Motors (12) geleitet wird, und zwar als eine Funktion der ersten und zweiten Feuchtigkeitsverhältnisse; und Bestimmung von mindestens einem Taupunkt (134, 138), der die Einlassluft anzeigt bzw. charakterisiert, und zwar als eine Funktion des dritten Feuchtigkeitsverhältnisses und eines Drucks (132, 136), der die Einlassluft anzeigt bzw. charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck, der die Einlassluft anzeigt bzw. charakterisiert, ein Druck ist, der die Einlassluft stromabwärts eines Einlassluftkühlers (30) und stromaufwärts einer Einlassluftsammelleitung (16) charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck, der die Einlassluft charakterisiert, ein Druck ist, der die Einlassluft stromabwärts eines Mischers (24) und stromaufwärts eines Einlassluftkompressors (28) charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung des zweiten Feuchtigkeitsverhältnisses aufweist, funktionell eine Massenflussrate des Brennstoffes, die zu einer Brennkammer des Motors geleitet wird, und/oder eine Massenflussrate der Umgebungsluft, die zu einem Mischer geleitet wird, und/oder eine Massenflussrate des Abgases, die zum Mischer geleitet wird, und/oder einen vorbestimmten Parameter in Beziehung zu setzen, der ein Wasser/Brennstoff-Verhältnis des Abgases anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung des dritten Feuchtigkeitsverhältnisses weiter aufweist, funktionell eine Massenflussrate der Einlassluft, die zur Einlasssammelleitung geleitet wird und/oder eine Massenflussrate der Umgebungsluft, die zur Einlasssammelleitung geleitet wird, in Beziehung zu setzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die relative Feuchtigkeit, die mit der Umgebungsluft assoziiert ist, ein vorbestimmter Wert ist, der eine abgeschätzte relative Feuchtigkeit der Umgebungsluft anzeigt.
Virtueller Taupunktsensor für ein Motorsystem mit Abgasrückzirkulation, welcher Folgendes aufweist: erste, zweite und dritte Sensoren (34, 36, 36', 38, 38'), die jeweils konfiguriert sind, um ein Signal einzurichten, welches eine Temperatur, einen Druck und eine Massenflussrate eines Abgases anzeigt, welches zu einem Mischer geleitet wird; vierte und fünfte Sensoren (40, 42), die jeweils konfiguriert sind, um ein Signal einzurichten bzw. zu erzeugen, welches eine Temperatur und einen Druck der Umgebungsluft anzeigt, die zum Mischer geleitet wird; mindestens einen sechsten Sensor (48), der konfiguriert ist, um mindestens ein Signal zu erzeugen, welches mindestens einen Motorparameter anzeigt; siebte und achte Sensoren (44, 46), die jeweils konfiguriert sind, um ein Signal zu erzeugen, welches eine Temperatur und einen Druck einer Einlassluft anzeigt, die zu einer Einlasssammelleitung geleitet wird; und eine Steuervorrichtung (32), die konfiguriert ist, um eine erste, eine zweite, eine dritte, eine vierte, eine fünfte, mindestens eine sechste, eine siebte und eine achte Eingangsgröße aufzunehmen, die jeweils die ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, die mögliche Vielzahl von sechsten, das siebte und das achte Sensorsignal anzeigen, weiter ein erstes Feuchtigkeitsverhältnis (116) zu bestimmen, welches das Feuchtigkeitsverhältnis der Einlassluft anzeigt, und zwar als eine Funktion der ersten, zweiten, dritten, vierten, und mindestens eines der sechsten und siebten Signale; und mindestens einen Taupunkt (134, 138) der Einlassluft als eine Funktion des ersten Feuchtigkeitsverhältnisses und mindestens eines der vierten oder achten Signale zu bestimmen.
Virtueller Taupunktsensor nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Taupunkt, erste und zweite Taupunkte aufweist, wobei der erste Taupunkt einen Taupunkt der Einlassluft stromaufwärts eines Kompressors anzeigt, und wobei der zweite Taupunkt einen Taupunkt der Einlassluft stromaufwärts einer Brennkammer anzeigt; und wobei die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist, um den ersten Taupunkt mit einer Temperatur zu vergleichen (146), die die Einlassluft stromaufwärts des Kompressors beschreibt, und den zweiten Taupunkt mit einer Temperatur zu vergleichen (152), die die Einlassluft stromaufwärts der Brennkammer beschreibt.
Virtueller Taupunktsensor nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine sechste Sensor eine Vielzahl von sechsten Sensoren aufweist; wobei jeder der Vielzahl von sechsten Sensoren konfiguriert ist, um ein Signal zu erzeugen, welches einen Motorparameter anzeigt; und wobei die Vielzahl von sechsten Sensoren konfiguriert ist, um Signale zu erzeugen, die eine Motordrehzahl und/oder ein Luft/Brennstoff-Verhältnis und/oder eine Ventilzeitsteuerung anzeigen.
Verfahren (100) zur Steuerung der Abgasrückzirkulation mit Bezug zu einem Motor (12), welches Folgendes aufweist: Betreiben eines virtuellen Taupunktsensors gemäß einem der Ansprüche 1-6; und Verringern einer Menge des Abgases, die von einem Punkt stromabwärts eines Motors zu einem Mischer rückzirkuliert wird, wenn eine erste Temperatur anzeigt, dass eine Temperatur der Einlassluft kleiner oder gleich dem mindestens einen Taupunkt ist.