DE102008008618A1 - Roadmap für variable Brennkraftmaschinen-Abgabeemissionssteuerung - Google Patents

Roadmap für variable Brennkraftmaschinen-Abgabeemissionssteuerung Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine für variable Steuerung der von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx, wobei das Alter des SCR berücksichtigt wird.

Description

  • Hochleistungs-Brennkraftmaschinen sind zahlreichen gesetzlichen Vorgaben unterworfen, um Emissionspegel zu verringern. Eine Vorgehensweise zur Verringerung von Emissionen, insbesondere von NOx-Emissionen, besteht darin, die Brennkraftmaschinensteuerung so durchzuführen, dass selektive Katalysatoren (SCR) in dem Abgassystem vorgesehen sind, um die Menge an NOx zu verringern, die in die Atmosphäre abgegeben wird. Eine Schwierigkeit bei dieser Vorgehensweise besteht darin, dass dann, wenn der SCR altert, dessen Wirkungsgrad abnimmt, und der SCR darüber hinaus durch Gase auf hoher Temperatur in dem Abgas beeinträchtigt wird. Der normale Brennkraftmaschinenbetrieb besteht darin, die von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx-Emissionen auf einen Pegel zu begrenzen, so dass das NOx am Auspuffendrohr die vorgeschriebenen Bedingungen bei einem gealterten SCR erfüllt. Allerdings ist diese Vorgehensweise nicht immer zufrieden stellend, insbesondere dann, wenn der SCR neu ist, da die Kalibrierung der Brennkraftmaschine den erhöhten Wirkungsgrad eines neuen Systems berücksichtigen muss, im Vergleich zu einem älteren System oder einem System, das altert. Weiterhin führt der Betrieb einer Brennkraftmaschine, wenn der SCR bereits gealtert ist, in unnötiger Art und Weise dazu, dass der SCR altert, da er Abgase mit höherer Temperatur als jener ausgesetzt wird, die dazu erforderlich ist, dass ein neuer SCR wirksam arbeitet. Der Kraftstoffverbrauch wird darüber hinaus negativ beeinflusst, wenn die Brennkraftmaschine so kalibriert wird, dass sie so arbeitet, dass ein gealterter SCR angenommen wird. Unter Verwendung eines SCR-Alterungsfaktors zur Bestimmung des SCR-Alters und entsprechende Berücksichtigung als Faktor zur Festlegung des SCR-Wirkungsgrades können Tabellen erzeugt werden, welche dreidimensionale Tabellen sind, bei welchen die Brennkraftmaschinendrehzahl (RPM; Umdrehungen pro Minute) und die Belastung (Drehmoment) mit gewünschten Auspuffendrohr-NOx-Emissionen als Einstellpunkte eingesetzt werden, um das von der Brennkraftmaschine abgegebene NOx zu steuern. Der gewünschte Anteil an NOx, der von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, kann unter Verwendung des momentanen SCR-Wirkungsgrads und des gewünschten Ausmaßes an NOx am Auspuffendrohr bestimmt werden, und es kann Fuzzy-Logik eingesetzt werden, um Brennkraftmaschinensteuereinstellpunkte zu verwalten, beispielsweise EGR- BOI, NOP, usw., um einen Vorwärtskopplungsabschnitt eines Brennkraftmaschinenregelsystems auszubilden. Eine Regelschleifenregelung (beispielsweise eine Rückkopplung für den Brennkraftmaschinen-NOx-Abgabewert) kann dazu verwendet werden, exakt die von der Brennkraftmaschine abgegebene NOx-Menge zu steuern.
  • Diese und weitere Aspekte lassen sich einfach durch Lesen der Beschreibung und Betrachtung der Zeichnungen verstehen.
  • Bei einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die mit einem elektronischen Steuersystem (ECS) versehen ist, und einem Abgassystem, das einen Dieselfeinstofffilter (DPF) und einen selektiven Katalysator (SCR) für NOx-Emissionsverringerung über die gesamte Lebensdauer des SCR aufweist. Die Schritte umfassen, das Alter des SCR mit einem Alterungsfaktor festzustellen; den SCR-Wirkungsgrad unter Verwendung des SCR-Alters als Faktor für den SCR-Wirkungsgrad festzustellen; gewünschte Auspuffendrohr-NOx-Emissionen als Einstellpunkte zum Steuern der Brennkraftmaschinen-Abgabe-NOx-Emissionen festzulegen, die gewünschte NOx-Emission der Brennkraftmaschine unter Verwendung des momentanen SCR-Wirkungsgrades und der gewünschten NOx-Emissionen des Auspuffendrohrs festzulegen; Einsatz von Fuzzy-Logik zur Verwaltung der Brennkraftmaschinensteuereinstellpunkte, welch einen Aufwärtsregelabschnitt des ECS bilden; und Einsatz einer Regelschleifen-Brennkraftmaschinenabgabe-NOx-Sensorrückkopplungsregelung, um exakt die Emissionen der NOx-Brennkraftmaschinenabgabe zu kontrollieren.
  • Die Brennkraftmaschinensteuereinstellpunkte umfassen Beginn der Einspritzung (BOI), Abgasrückführventil (EGR-Ventil) und NOP, und die NOx-Einstellpunkte werden aus einer 3D-Tabelle im Speicher bestimmt, mit der Brennkraftmaschinenbelastung und der Brennkraftmaschinendrehzahl als Eingangsgrößen. Die von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx werden entsprechend dem SCR-Verschlechterungsalter bestimmt, was umfasst, den Wirkungsgrad des SCR und die Menge an von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx-Emissionen zu bestimmen, die in einem vorbestimmten Zeitraum erzeugt werden, das Verringern des Brennkraftmaschinen-Kraftstoffverbrauchs auf Grundlage des SCR-Wirkungsgrades und der abgegebenen NOx, und die DPF-Regenerierung zu maximieren, wobei das aktive Regenerierungsintervall des DPF verlängert wird.
  • Der SCR-Alterungsfaktor wird entsprechend folgender Formel bestimmt AgeSCR = Σ factorage × tstep
  • Hierbei ist t die Zeit.
  • Die gewünschten, von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx werden auf Grundlage des gewünschten NOx-Einstellwertes am Auspuffendrohr und des Verringerungswirkungsgrades von NOx durch den SCR entsprechend folgender Formel festgelegt
    Figure 00040001
    wobei η der SCR-Wirkungsgradfaktor ist.
  • Die Einstellpunktverwaltung auf Grundlage von Fuzzy-Logik wird entsprechend folgender Formel bestimmt des Γrate = des Γratefresh_SCR_membership + des Γ_rateaged_SCR × Yaged_SCR_membership
  • Hierbei ist
    Y gleich ????, und
    Γ kann ausgewählt sein unter EGR, BOI und NOP
  • Um die Brennkraftmaschine so zu steuern, dass die von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx im Verlauf der Lebensdauer des SCR variiert werden, werden die Brennkraftmaschinenbelastung, die Brennkraftmaschinendrehzahl und die gewünschte Menge an von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx als Eingangsgrößen definiert, und werden EGR-, BOI- und NOP-Beziehungen bei Bedingungen von minimalem BSFC, einer vorgegebenen Abgastemperatur und einer akzeptablen Rate für Feinstoffe (PM) definiert.
  • Fuzzy-Logik-Mitgliedsfunktion wird entsprechend folgender Formel durchgeführt: a(x3 – x) + b(x2 – x) – x + 1 wobei a und b 3D-Tabellen sind, mit der Brennkraftmaschinendrehzahl und der Brennkraftmaschinenbelastung als Eingangsgrößen,
    a = fa (Drehzahl/Belastung) ist
    b = fb (Drehzahl/Belastung) ist
    und des
    Figure 00050001
    (normalized: normiert; current: momentan; fresh: frisch; aged: gealtert)
  • Wenn a und b gleich Null sind, wird die Fuzzy-Logik zu einer linearen Interpolation. Das Verfahren umfasst weiterhin, frische und gealterte SCR-Brennkraftmaschineneinstellpunkte zu bestimmen, eine Tabelle für EGR, BOI und NOP, bei jedem Arbeitspunkt zwischen 5 und 6 EGR-Raten zwischen frischen und gealterten SCR-EGR-Raten auszuwählen; Durchführung von Brennkraftmaschinenversuchen bei jeder EGR-Rate, wobei BOI und NOP variiert werden; Aufzeichnen von NOx, PM und BSFC bei jeder Kombination von EGR, BOI und NOP; Kombinieren von EGR, BOI und NOP bei vorgegebenen NOx mit minimalem BSFC und akzeptablen PM, und Bestimmung einer Mitgliedschaftsfunktionskonstanten a und b für EGR, BOI und NOP.
  • Das Verfahren kann weiterhin umfassen, eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis einzusetzen, um Änderungen von Brennkraftmaschine zu Brennkraftmaschine zu kompensieren, und die Aufwendungen für das Kalibrieren zu verringern. Eine adaptive Logik kann dazu eingesetzt werden, mit jedem Konflikt zwischen PID-Regelstabilität und Reaktionsvermögen fertig zu werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Steuerung und einem Abgassystem einschließlich eines SCR;
  • 2 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Wirkungsgrad zur Entferung von NOx des SCR und der Alterungszeit bei variabler Brennkraftmaschinen-NOx-Steuerung zeigt;
  • 3 ein Diagramm, das ein SCR-Alterungskonzept und ein SCR-Alterungsmodell repräsentiert;
  • 4 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms, welches die gewünschte Festlegung für die von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms, welches die auf Fuzzy-Logik beruhende Einstellpunktverwaltung zeigt, die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
  • 6 ein Diagramm, das eine Fuzzy-Logik-Mitgliedschaftsfunktion gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 7 eine schematische Darstellung einer Regelung mit geschlossenem Regelkreis für von der Brennkraftmaschine abgegebene NOx gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
  • 8 eine Darstellung eines Steuerlogikflussdiagramms für variable Brennkraftmaschinen-NOx-Emissionen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • 1 zeigt ein Fahrzeug-Triebstrangsystem 10 gemäß einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung. Das System 10 kann Antriebsenergie zum Antrieb jeder Anzahl von Fahrzeugen zur Verfügung stellen, einschließlich Fernverkehrs-LKWs, Baumaschinen, Schiffen, ortsfesten Generatoren, Personenkraftfahrzeugen, LKWs, Sattelzügen, Booten, Wohnmobilen, leichten und schweren Arbeitsfahrzeugen, und dergleichen.
  • Das System 10 kann als von einer Brennkraftmaschine angetriebenes System bezeichnet werden, bei welchem Kraftstoff, beispielsweise Benzin- und Dieselkraftstoffe, in einem Verbrennungsprozess verbrannt werden, um Energie zur Verfügung zu stellen, beispielsweise durch eine Zünd- oder Verdichtungsentflammungs-Brennkraftmaschine 14. Die Brennkraftmaschine 14 kann eine Dieselbrennkraftmaschine sein, die eine Anzahl an Zylindern 18 aufweist, in welche Luft und Kraftstoff zur Zündung eingespritzt werden, wie dies Fachleute wissen. Die Brennkraftmaschine 14 kann eine Mehrzylinder-Verdichtungsentflammungs-Brennkraftmaschine sein, beispielsweise eine Brennkraftmaschine mit 4, 6, 8, 12, 16 oder 24 Zylindern. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Art von Brennkraftmaschine oder Kraftstoff begrenzt ist. Die Brennkraftmaschine steht im Betrieb in Eingriff mit einem Getriebe 11 über ein Schwungrad oder entweder eine Kupplung oder einen Drehmomentwandler, wie dies bei Brennkraftmaschinen und Getrieben üblich ist. Das Getriebe weist eine ECU 13 auf, die in Datenverbindung mit dem Brennkraftmaschinensteuersystem steht, wie dies nachstehend erläutert wird.
  • Abgase, die von der Brennkraftmaschine 14 bei der Verbrennung erzeugt werden, können durch ein Abgassystem 20 abgegeben werden. Das Abgassystem 20 kann jede Anzahl an Merkmalen aufweisen, einschließlich eines Abgaskrümmers und Kanälen zum Zuführen der ausgesandten Abgase zu einer Feinstofffilterbaugruppe 30, die im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen üblicherweise als Dieselfeinstofffilter bezeichnet wird. Wahlweise kann das System 20 einen Turbolader in der Nähe des Abgaskrümmers aufweisen, um Frischluft zu komprimieren und der Brennkraftmaschine 14 zuzuführen. Der Turbolader kann beispielsweise eine Turbine 32 und einen Kompressor 34 aufweisen, beispielsweise einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT), und/oder eine Turboverbundkraftturbine. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Abgassysteme beschränkt, die Turbolader und dergleichen aufweisen.
  • Die Feinstofffilterbaugruppe 30 kann so ausgebildet sein, dass sie Feinstoffe oder Feststoffe abfängt, die bei dem Verbrennungsprozess auftreten. Im Einzelnen kann die Feinstofffilterbaugruppe 30 einen Kanister 36 mit einem Oxidationskatalysator (OC) aufweisen, der einen OC 38 enthält, und einen Feinstofffilterkanister 42, der ein Feinstofffilter 44 enthält. Die Kanister 36, 42 können getrennte Bauteile sein, die miteinander über eine Klemme oder ein anderes Merkmal verbunden sind, so dass die Kanister 36, 42 zur Wartung und für andere Zwecke getrennt werden können. Selbstverständlich soll die vorliegende Erfindung nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform der Feinstofffilterbaugruppe 30 beschränkt sein. Stattdessen umfasst die vorliegende Erfindung eine Feinstofffilterbaugruppe, die mehr oder weniger dieser Bauelemente und Merkmale aufweist. Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung die Feinstofffilterbaugruppe 30, die nur den Feinstofffilter 44 enthält, und nicht notwendigerweise den OC-Kanister 36 oder das Substrat 38, oder umfasst, dass der Feinstofffilter in anderen Abschnitten des Abgassystems 20 angeordnet ist, beispielsweise stromaufwärts der Turbine 32.
  • Der OC 38, der für Diesel-Brennkraftmaschinen üblicherweise als ein Dieseloxidationskatalysator bezeichnet wird, kann Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid oxidieren, die im Abgas enthalten sind, um die Temperatur am Feinstofffilter 44 zu erhöhen. Das Feinstofffilter 44 kann Feststoffe festhalten, die im Abgas enthalten sind, beispielsweise Kohlenstoff, Ölteilchen, Asche, und dergleichen, und die festgehaltenen Feststoffe regenerieren, wenn die zugehörigen Temperaturen ausreichend hoch sind. Gemäß einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht ein Ziel der Feinstofffilterbaugruppe 30 darin, schädliche kohlenstoffhaltige Teilchen abzufangen, die in dem Abgas enthalten sind, und diese Verunreinigungen festzuhalten, bis die Temperaturen am Feinstofffilter 44 die Oxidation der festgehaltenen Feinstoffe zu einem Gas ermöglichen, das in die Atmosphäre abgegeben werden kann.
  • Die OC- und Feinstofffilterkanister 36, 42 können Einlässe und Auslässe aufweisen, die festgelegte Querschnittsflächen haben, mit sich erweiternden Abschnitten dazwischen, um den OC 38 bzw. das Feinstofffilter 44 dort anzubringen. Allerdings umfasst die vorliegende Erfindung, dass die Kanister 36, 42 und die Vorrichtungen darin jede Anzahl an Konfigurationen und Anordnungen zum Oxidieren von Emissionen und zum Festhalten von Feststoffen umfassen. Als solche soll die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Ausbildung der Feinstofffilterbaugruppe 30 beschränkt sein.
  • Um das Oxidieren der eingefangenen Feststoffe zu erleichtern, kann eine Dosiervorrichtung 50 vorgesehen sein, um Kraftstoff den Abgasen zuzuführen, so dass der Kraftstoff mit dem OC 38 reagiert und verbrennt, um die Temperatur an dem Feinstofffilter 44 zu erhöhen, und so die Regenerierung zu erleichtern. So umfasst beispielsweise ein nicht-einschränkender Aspekt der vorliegenden Erfindung das Steuern der Menge an Kraftstoff, die von der Dosiervorrichtung eingespritzt wird, in Abhängigkeit von der Temperatur am Feinstofffilter 44 und von anderen Systemparametern, beispielsweise Luftmassenfluss, EGR-Temperatur und dergleichen, um so die Regenerierung zu steuern. Allerdings umfasst die vorliegende Erfindung ebenfalls, dass Kraftstoff im Abgas durch andere Maßnahmen vorgesehen werden kann, beispielsweise durch derartige Steuerung der Brennkraftmaschine 14, dass sie Kraftstoff zusammen mit dem Abgas abgibt.
  • Ein Lufteinlasssystem 52 kann vorgesehen sein, um Frischluft von einem Frischlufteinlass 54 über einen Luftkanal einem Einlasskrümmer zum Eingeben in die Brennkraftmaschine 14 zuzuführen. Weiterhin kann das System 52 einen Luftkühler oder Ladeluftkühler 56 aufweisen, um die Frischluft zu kühlen, nachdem sie durch den Kompressor 34 komprimiert wurde. Wahlweise kann ein Drosseleinlassventil 38 vorgesehen sein, um den Fluss von Frischluft zur Brennkraftmaschine 14 zu steuern. Wahlweise kann das Drosseleinlassventil 38 auch zu dem Zweck vorgesehen sein, den Fluss von EGR-Gasen zur Brennkraftmaschine 14 zu steuern, oder sowohl Frischluft als auch EGR-Gase 64 zu steuern, die der Brennkraftmaschine 14 zugeführt werden. Das Drosselventil 58 kann ein von Hand oder elektrisch betätigtes Ventil sein, beispielsweise eines, welches auf eine Pedalposition eines Drosselpedals reagiert, das von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird. Es sind zahlreiche Abänderungen möglich bei einem derartigen Lufteinlasssystem, und die vorliegende Erfindung soll nicht auf irgendeine spezielle Anordnung beschränkt sein. Stattdessen umfasst die vorliegende Erfindung jede Anzahl an Merkmalen und Vorrichtungen zur Bereitstellung von Frischluft zum Einlasskrümmer und den Zylindern, einschließlich von mehr oder weniger als den voranstehenden Merkmalen.
  • Ein System 64 zur Abgasrückführung (EGR) kann wahlweise vorgesehen sein, um Abgas zur Brennkraftmaschine 14 zurückzuführen, zur Mischung mit der Frischluft. Das EGR-System 64 kann selektiv eine abgemessene Menge der Abgase in die Brennkraftmaschine 14 eingeben. Das EGR-System 64 kann beispielsweise die ankommende Luftmenge verdünnen, und Verbrennungsspitzenwerttemperaturen absenken, um die Menge an Stickoxiden zu verringern, die während der Verbrennung erzeugt werden. Die Menge an Abgas, die rückgeführt werden soll, kann durch Steuern eines EGR-Ventils 66 und/oder in Kombination mit anderen Merkmalen gesteuert werden, beispielsweise dem Turbolader. Das EGR-Ventil 66 kann ein Ventil mit variabler Flussrate sein, das elektronisch gesteuert wird. Es gibt zahlreiche mögliche Konfigurationen für das steuerbare EGR-Ventil 66, und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht irgendeine spezielle Struktur für das EGR-Ventil 66 beschränkt.
  • Das EGR-System 64 bei einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann einen EGR-Kühlerkanal 70 aufweisen, welcher einen EGR-Kühler 72 und einen EGR-Kühler- Bypass 74 umfasst. Das EGR-Ventil 66 kann am Auslasskrümmer vorgesehen sein, um Abgas durch den EGR-Kühlerkanal 70 und/oder den Bypass 74 abzumessen. Selbstverständlich umfasst die vorliegende Erfindung, dass das EGR-System 64 mehr oder weniger dieser Merkmale aufweist, und andere Merkmale, zum Rückführen von Abgas. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf irgendein bestimmtes EGR-System beschränkt sein, und umfasst den Einsatz anderer derartiger Systeme, einschließlich von mehr oder weniger dieser Merkmale, beispielsweise ein EGR-System, das nur entweder den EGR-Kühlerkanal oder den Bypass aufweist.
  • Ein Kühlsystem 80 kann für die Brennkraftmaschine 14 vorgesehen sein, um dort ein Kühlmittel durchlaufen zu lassen. Das Kühlmittel kann dazu ausreichend sein, durch Fluid Wärme abzuleiten, die von der Brennkraftmaschine 14 erzeugt wird, beispielsweise durch einen Kühler. Der Kühler kann eine Anzahl an Rippen aufweisen, durch welche das Kühlmittel fließt, um durch einen Luftfluss durch ein Brennkraftmaschinengehäuse und/oder einen solchen gekühlt zu werden, der von einem zugehörigen Kühlergebläse erzeugt wird, wie dies Fachleute wissen. Allerdings lässt sich überlegen, dass die vorliegende Erfindung mehr oder weniger dieser Merkmale in dem Kühlsystem 80 aufweisen kann, und es soll die vorliegende Erfindung nicht auf das voranstehend geschilderte, beispielhafte Kühlsystem beschränkt sein.
  • Das Kühlsystem 80 kann in Zusammenarbeit mit einem Heizungssystem 84 arbeiten. Das Heizungssystem 84 kann einen Heizungskern, ein Heizungsgebläse, und ein Heizventil aufweisen. Der Heizungskern kann erwärmtes Kühlmittelfluid von der Brennkraftmaschine 14 durch das Heizventil 14 empfangen, so dass das Heizungsgebläse, das durch Insassen in einem Passagierbereich oder Kabine eines Fahrzeugs elektronisch gesteuert werden kann, durch den Heizungskern erwärmte Luft zu den Insassen blasen kann. Beispielsweise kann das Heizungsgebläse mit verschiedenen Geschwindigkeiten steuerbar sein, um die Menge an erwärmter Luft zu steuern, die an dem Heizungskern vorbeistreicht, wodurch die erwärmte Luft dann über ein Belüftungssystem den Insassen zugeführt werden kann. Wahlweise können Sensoren und Schalter 86 in dem Passagierbereich vorgesehen sein, um die Anforderungen der Insassen an die Heizung zu steuern. Die Schalter und Sensoren können Skalenschalter oder digitale Schalter zum Anfordern von Heizung und Sensoren zur Bestimmung umfassen, ob die angeforderte Heizungsleistung erfüllt wurde. Die vorliegende Erfindung umfasst, dass mehr oder weniger dieser Merkmale in dem Heizungssystem vorhanden sind, und soll nicht auf das voranstehend beschrieben, beispielhafte Heizungssystem beschränkt sein.
  • Eine Steuerung 92, beispielsweise ein elektronisches Steuermodul oder ein Brennkraftmaschinensteuermodul, kann in dem System 10 vorhanden sein, um verschiedene Operationen der Brennkraftmaschine 14 und andere System oder Untersysteme, die ihr zugeordnet sind, zu steuern, beispielsweise die Sensoren in dem Abgassystem, dem EGR-System und dem Einlasssystem. Verschiedene Sensoren können in elektrischer Verbindung mit der Steuerung über Eingabe/Ausgabeports 94 stehen. Die Steuerung 92 kann eine Mikroprozessoreinheit (ECU) 98 in Kommunikationsverbindung mit verschiedenen Computer-lesbaren Speichermedien über einen Daten- und Steuerbus 100 aufweisen. Die Computer-lesbaren Speichermedien können jede unter einer Anzahl bekannter Vorrichtungen umfassen, die als Nur-Lese-Speicher 102, Speicher 104 mit wahlfreiem Zugriff, und nicht-flüchtiger Speicher mit wahlfreiem Zugriff 106 arbeiten. Eine Daten-, Diagnose- und Programmier-Eingabe- und Ausgabevorrichtung 108 kann ebenfalls selektiv an die Steuerung über einen Stecker angeschlossen sein, um verschiedene Informationen auszutauschen. Die Vorrichtung 108 kann dazu verwendet werden, Werte innerhalb der Computer-lesbaren Speichermedien zu ändern, beispielsweise Konfigurationseinstellungen, Kalibriervariablen, Befehle für die EGR-, Einlass- und Abgassystemsteuerung usw.
  • Das System 10 kann einen Einspritzmechanismus 114 zum Steuern des Einspritzens von Kraftstoff und/oder Luft für die Zylinder 18 aufweisen. Der Einspritzmechanismus 114 kann durch die Steuerung 92 oder eine andere Steuerung gesteuert werden, und jede Anzahl an Merkmalen aufweisen, einschließlich Merkmalen zum Einspritzen von Kraftstoff und/oder Luft in einen Common-Rail-Zylindereinlass und eine Einheit, die Kraftstoff und/oder Luft individuell in jeden Zylinder einspritzt. Beispielsweise kann der Einspritzmechanismus 114 getrennt und unabhängig den Kraftstoff und/oder die Luft steuern, die in jeden Zylinder eingespritzt werden, so dass jeder Zylinder getrennt und unabhängig so gesteuert werden kann, dass er verschiedene Mengen an Kraftstoff und/oder Luft empfängt, oder überhaupt keinen Kraftstoff und/oder keine Luft. Selbstverständlich umfasst die vorliegende Erfindung, dass der Einspritzmechanismus 114 mehr oder weniger dieser Merkmale aufweist, und soll die Erfindung nicht auf die voranstehend geschilderten Merkmale beschränkt sein.
  • Das System 10 kann einen Ventilmechanismus 116 zum Steuern des Ventilbetätigungszeitpunkts der Zylinder 18 aufweisen, beispielsweise zum Steuern des Luftflusses in die Zylinder 18 und des Abgasflusses aus diesen heraus. Der Ventilmechanismus 116 kann durch die Steuerung 92 oder eine andere Steuerung gesteuert werden, und kann jede Anzahl an Merkmalen umfassen, einschließlich Merkmalen zum selektiven und unabhängigen Öffnen und Schließen von Zylindereinlass- und/oder Auslassventilen. Beispielsweise kann der Ventilmechanismus 116 unabhängig den Auslassventilbetätigungszeitpunkt jedes Zylinders so steuern, dass die Auslass- und/oder Einlassventile unabhängig in steuerbaren Abständen geöffnet und geschlossen werden, beispielsweise mit einer Motorbremse. Selbstverständlich umfasst die vorliegende Erfindung, dass der Ventilmechanismus mehr oder weniger dieser Merkmale aufweist, und soll nicht auf die voranstehend beschriebenen Merkmale beschränkt sein.
  • Im Betrieb empfängt die Steuerung 92 Signale von verschiedenen Brennkraftmaschinen/Fahrzeugsensoren, und führt Steuerlogik aus, die in Hardware und/oder Software vorhanden ist, um das System 10 zu steuern. Die Computer-lesbaren Speichermedien können beispielsweise darin gespeicherte Befehle aufweisen, die von der Steuerung 92 ausführbar sind, um Verfahren zum Steuern aller Merkmale und Untersysteme in dem System 10 durchzuführen. Die Programmbefehle können durch die Steuerung in der ECU 98 ausgeführt werden, um die verschiedenen Systeme und Untersysteme der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs durch die Eingabe/Ausgabeports 94 zu steuern. Allgemein erläutern die in 1 dargestellten, gestrichelten Linien die wahlweise Abtast- und Steuerkommunikation zwischen der Steuerung und den verschiedenen Bestandteilen in dem Triebstrangsystem. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass jede Anzahl an Sensoren und Merkmalen jedem Merkmal in dem System zugeordnet sein kann, zur Überwachung und Steuerung von dessen Betrieb.
  • Bei einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung 92 die DDEC-Steuerung sein, die von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Mich. erhältlich ist. Verschiedene andere Merkmale dieser Steuerung sind im Einzelnen in einer Anzahl von US-Patenten beschrieben, welche der Detroit Diesel Corporation übertragen wurden. Weiterhin kann die Steuerung jede Anzahl an Programmier- und Verarbeitungstechniken oder derartigen Strategien enthalten, um jedes Merkmal in dem System 10 zu steuern. Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung, dass das System mehr als eine Steuerung aufweist, beispielsweise getrennte Steuerung zum Steuern von Systemen oder Untersystemen, einschließlich einer Abgassystemsteuerung zum Steuern von Abgastemperaturen, Massenflussraten, und anderer, zugehöriger Merkmale. Weiterhin können diese Steuerungen andere Steuerungen neben der voranstehend geschilderten DDEC-Steuerung aufweisen.
  • Gemäß einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung 92 oder ein anderes Merkmal so ausgelegt sein, dass sie permanent mit Emissionen zusammenhängende Fehlercodes im Speicher speichert, auf den nicht durch nicht autorisierte Wartungswerkzeuge zugegriffen werden kann. Autorisierte Wartungswerkzeuge können Zugriff durch ein Passwort erlangen, und wenn ein Zugang gewährt wird, wird ein Logbucheintrag des Ereignisses vorgenommen, sowie in Bezug darauf, ob irgendwelche Änderungen versucht wurden, bei den gespeicherten Fehlercodes. Es wird darauf hingewiesen, dass jede Anzahl an Fehlern in dem permanenten Speicher oder überschreibbaren Speicher gespeichert sein kann, und dass vorzugsweise derartige Fehler in einem überschreibbaren Speicher gespeichert werden.
  • Ein selektiver Katalysator (SCR) 118 ist weiterhin in dem Abgassystem vorgesehen, um die Menge an NOx in dem Abgas am Auspuffendrohr so zu verringern, dass sie den gesetzlichen Anforderungen entspricht. Der SCR-Wirkungsgrad kann sich infolge von Alterung verschlechtern, und durch das Einwirken von Abgasen auf hoher Temperatur. Normalerweise ist die Brennkraftmaschinensteuerung 92 so programmiert, dass sie die Brennkraftmaschine so betreibt, als wäre der SCR bereits gealtert, wodurch sichergestellt wird, dass die NOx-Emissionen aus dem Auspuffendrohr gesetzlichen Anforderungen entsprechen, was jedoch Nachteile für die Bedienungsperson der Brennkraftmaschine in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch mit sich bringen kann, da der Kraftstoffverbrauch negativ durch diese Betriebsart beeinflusst werden kann. Darüber hinaus kann ein neuer SCR vorzeitig dadurch gealtert werden, dass die Brennkraftmaschine so betrieben wird, als wäre der SCR eine gealterte Einheit, in dem man den SCR Abgasen auf hoher Temperatur aussetzt, die vorzeitig die Einheit altern können. Dies verkürzt die Lebensdauer des SCR, und beeinflusst zusätzlich den Wirkungsgrad des SCR. Daher besteht ein Bedürfnis nach einem Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine, welches das Alter des SCR berücksichtigt, um gesetzliche Vorgaben in Bezug auf NOx-Emissionen zu erfüllen.
  • 2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Entstickungswirkungsgrad des SCR und der Alterungszeit bei variabler Brennkraftmaschinen-NOx-Steuerung zeigt. Im Einzelnen ist die X-Achse die Alterungszykluszeit in Stunden, und ist die Y-Achse die Entstickungsleistung des SCR in Wirkungsgradprozent. Die Abgastemperatur beträgt etwa 700°C, und wurde aufrechterhalten, um das Altern des SCR zu simulieren. Linie 120 betrifft ein Abgassystem A ohne einen Dieseloxidationskatalysator (DOC). Linie 122 betrifft ein identisches Abgassystem, das mit einem DOC (ADOC) versehen ist. Linie 124 betrifft ein unterschiedliches Abgassystem B ohne einen DOC, und Linie 126 betrifft dasselbe Abgassystem wie jenes von Linie 124, jedoch ausgerüstet mit einem DOC (BDOC). Aus dem Diagramm wird deutlich, dass der SCR-Entstickungswirkungsgrad bei allen Systemen ohne einen DOC zwischen 70% und 80% Wirkungsgrad bei 0 Stunden lag. Allerdings wies das Abgassystem A gemäß Linie 120 einen Wirkungsgrad von etwa 65% bei 200 Stunden Betrieb bei 700°C auf, wogegen das System B ohne den DOC einen Wirkungsgrad von etwa 40% bei 200 Stunden Betrieb bei 700°C aufwies. Der Unterschied des Wirkungsgrades zwischen den beiden Systemen nach einem Betrieb über 200 Stunden bei 700°C betrug daher etwa 20%. Weiterhin war, wenn das System A mit einem DOC versehen war, der Wirkungsgrad etwa ebenso wie bei einem System ohne einen DOC. Wenn das System B mit einem DOC ausgerüstet war, wies es jedoch einen Wirkungsgrad von etwa 55% nach Betrieb über 200 Stunden bei 700°C auf. Die Differenz zwischen den beiden Systemen, die mit einem DOC ausgerüstet waren, nach Betrieb über 200 Stunden bei 700°C betrug daher etwa 10%. Zum Steuern des von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx-Pegels infolge von Verschlechterung sind die folgenden Beispiele dienlich. 90% SCR-Wirkungsgrad + 2/g/hp – hr) Brennkraftmaschinenabgabe-NOx → 0,2(g/hp – hr) Auspuffendrohr-NOx 80% SCR-Wirkungsgrad + 1/g/hp – hr) Brennkraftmaschinenabgabe-NOx → 0,2(g/hp – hr) Auspuffendrohr-NOx(hp: Hoursepower; hr: Stunde)
  • Daraus lässt sich ersehen, dass unterschiedliche Mengen an NOx von dem SCR mit unterschiedlichen Wirksamkeitsraten katalysiert werden können. Wenn der SCR jünger ist, weist er eine höhere Wirkungsgradsrate auf als dann, wenn der SCR älter oder gealtert ist. Bei einem Wirkungsgrad von 90% des SCR kann er 2g/hp – hr an NOx verarbeiten, verglichen mit 1g/hp – hr an NOx, die katalysiert werden können, wenn der SCR bei einem Wirkungsgrad von 80% arbeitet. Durch Verständnis des Entstickungswirkungsgrades des SCR im Verlauf des Alterns des SCR wird ermöglicht, den Kraftstoffverbrauch zu verringern, und die DPF-Passivregenerierung zu maximieren, wodurch das aktive Regenerierungsintervall des DPF verlängert wird, und die Nachbehandlungssystem-Alterungsrate und der DPF-Kraftstoffverbrauch verringert werden.
  • 3 ist ein Diagramm, welches das SCR-Alterungskonzept und das SCR-Alterungsmodell repräsentiert. Die Y-Achse 126 ist der SCR-Alterungsfaktor, und die X-Achse 128 ist die SCR-Temperatur in Celsius. Ein SCR-Alterungsfaktor kann auf Grundlage der SCR-Alterungstestergebnisse erzeugt werden. Zum Zwecke dieser Darstellung wurde angenommen, dass der Alterungsfaktor bei etwa 700°C lag. Mit dem Modell wurde versucht, eine Korrelation zwischen dem SCR-Alter und dem NOx-Verringerungswirkungsgrad aufzufinden. Linie 130 zeigt den Alterungsfaktor in Bezug auf zunehmende Temperatur. Man sieht, dass der SCR nicht wesentlich zu altern beginnt, bis der SCR etwa 600 bis 650°C erreicht, wobei dann ein deutliches Altern des SCR beginnt. Wenn der SCR 700°C erreicht, hat sich der Alterungsfaktor von etwa 0,2 bei 650°C auf etwa 1,0 bei etwa 700°C geändert. Das SCR-Alterungskonzept lässt sich aus folgender Beziehung verstehen AgeSCR = Σ factorage × tstep (Age: Alter; t: Zeit)
  • 4 ist ein Flussdiagramm der Bestimmung 130 für die gewünschten, von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Im Einzelnen werden eine Brennkraftmaschinenbelastung 132 und eine Brennkraftmaschinendrehzahl 134 als Eingangswerte in einer 3D-Tabelle 316 eingesetzt, um gewünschte NOx am Auspuffendrohr zu bestimmen, und auch als Eingangsgrößen zu einer 3D-Tabelle 42 zur Bestimmung des Wirkungsgrades des gealterten SCR. Zusätzlich wird die Abgasmassenrate 138 als Eingangsgröße einer 3D-Tabelle 140 zugeführt, um den Wirkungsgrad eines frischen SCR zu bestimmen, sowie als Eingangsgröße zu einer 3D-Tabelle 142 zur Bestimmung des Wirkungsgrades des gealterten SCR. Entsprechend wird die SCR-Einlasstemperatur in die Tabelle 140 und die 3D-Tabelle 142 eingegeben. Zusätzlich wird die SCR-Einlasstemperatur als eine Eingangsgröße in einer 3D-Tabelle 144 verwendet, um einen Alterungsfaktor zu bestimmen.
  • Ein Zeitschritt wird mit dem Alterungsfaktor multipliziert, und einer Filterung bei 146 unterworfen, und durch einen Integrator 148 geschickt. Das sich ergebende SCR-Alter 150, der Wirkungsgrad 152 des frischen SCR und der Wirkungsgrad 154 des gealterten SCR erfahren eine Interpolation, und der sich ergebende SCR-Wirkungsgrad 156 wird von 1 subtrahiert, und der sich ergebende Wert (Summe) zu einem Filter addiert. Die gewünschten Auspuffendrohr-NOx werden durch 1- dem Wirkungsgradfaktor des SCR dividiert, und durch ein Tiefpassfilter geleitet, um die gewünschten NOx 158 zu bestimmen, die von der Brennkraftmaschine ausgegeben werden. Die gewünschten NOx, die von der Brennkraftmaschine ausgegeben werden, auf Grundlage des gewünschten Auspuffendrohr-NOx-Einstellwertes und des SCR-NOx-Verringerungswirkungsgrades können durch folgende Formel repräsentiert werden
    Figure 00200001
    Figure 00210001
  • Hierbei ist η der Wirkungsgradfaktor des SCR.
  • Die gewünschten, von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx auf Grundlage des gewünschten Auspuffendrohr-NOx-Einstellwertes und der SCR-NOx-Verringerung können als sich mit wachsendem Alter linear verschlechternd angenommen werden, und es lässt sich überlegen, eine SCR-Alterungsfaktorfunktion in die Steuerung einzubauen, um diese Anwendung sicherzustellen.
  • 5 ist eine Darstellung der Einstellpunktverwaltung 160 auf Grundlage von Fuzzy-Logik gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Es wird EGR erläutert, aber es kann jeder Brennkraftmaschinenbetriebsparameter die EGR ersetzen, beispielsweise, ohne Einschränkung, Einstellpunkte für den Beginn der Einspritzung (BOI) und NOP. Im Einzelnen werden die Brennkraftmaschinenbelastung 162 und die Brennkraftmaschinendrehzahl 164 in eine 3D-Tabelle 166 eingegeben, um den Brennkraftmaschinen-EGR-Einstellpunkt mit einem frischen SCR 168 zu bestimmen. Weiterhin werden die Brennkraftmaschinenbelastung und -drehzahl, sowie gewünschte Brennkraftmaschinen-NOx 170 in Mitgliedschaftsfunktionen 172 eingegeben, um einen Mitgliedschaftswert 174 für einen frischen SCR und einen Mitgliedschaftswert 176 für einen gealterten SCR zu bestimmen. Zusätzlich werden die Brennkraftmaschinenbelastung und die Brennkraftmaschinendrehzahl in eine 3D-Tabelle 178 eingegeben, um einen Brennkraftmaschinen-EGR-Einstellpunkt bei einem gealterten SCR zu bestimmen. Der Brennkraftmaschinen-EGR-Einstellpunkt bei einem frischen EGR 180 und der Mitgliedschaftswert für einen frischen SCR werden multipliziert, ebenso wie der Wert für den gealterten SCR und der Brennkraftmaschinen-EGR-Einstellpunkt bei gealtertem EGR 182. Die sich ergebenden Produkte werden miteinander addiert, damit man die gewünschte EGR-Rate erhält, auf Grundlage des SCR-Alterungsmitgliedschaftswertes und gewünschter EGR-Raten bei Bedingungen mit einem frischen bzw. gealterten SCR. Diese Fuzzy-Logik kann durch die folgende Formel repräsentiert werden des Γrate = des Γratefresh_SCR × Yfresh_SCR_membership + des Γ_rateaged_SCR × Yaged_SCR_membership wobei
    Y gleich ????, und
    Γ ein Brennkraftmaschinenbetriebsparameter (beispielsweise die EGR) ist
  • 6 ist eine Darstellung einer graphischen Beziehung, welche die Fuzzy-Logik-Mitgliedschaftsfunktion erläutert. Das Diagramm 184 hat eine X-Achse 186, welche die normierten, gewünschten NOx bezeichnet, und die Y-Achse 188 ist der Mitgliedschaftswert. Die Kurve 190 ist die Beziehung zwischen dem Mitgliedschaftswert und den normierten, gewünschten NOx, und wird durch folgende Formel repräsentiert a(x3 – x) + b(x2 – x) –x + 1wobei a und b 3D-Tabellen mit Brennkraftmaschinendrehzahl und -belastung als Eingangsgrößen sind,
    a = fa (Drehzahl/Belastung) ist
    b = fb (Drehzahl/Belastung) ist und des
    Figure 00220001
    (normalized: normiert; current: momentan; fresh: frisch; aged: gealtert)
  • Man erkennt, dass dann, wenn sowohl a als auch b gleich Null sind, die Fuzzy-Logik eine lineare Interpolation wird.
  • Um Brennkraftmaschineneinstellpunkttabellen für frische und gealterte SCR zu bestimmen, werden EGR, BOI und NOP und jede anderen Brennkraftmaschinenparameter in eine 3D-Tabelle eingegeben. An jedem Betriebseinstellpunkt können 5 bis 6 EGR-, BOI oder NOP-, oder andere Brennkraftmaschinenbetriebsparameterraten zwischen Raten für frische und gealterte SCRs verwendet werden, beispielsweise EGR-Raten. In Bezug auf EGR wird die Brennkraftmaschine bei jeder EGR-Rate getestet, wobei die anderen Brennkraftmaschinenbetriebsparameter wie beispielsweise BOI oder NOP variiert werden. Die NOx, Feststoffteilchen (PM) und BSFS bei jeder Kombination von EGR, BOI und NOP werden aufgezeichnet. Bei vorgegebenem Wert für NOx mit einem Minimum für BSFC und akzeptablem PM wird die Kombination aus EGR, BOI und NOP bestimmt. Die Mitgliedschaftsfunktionskonstanten a und b für EGR, BOI und NOP werden dann bestimmt. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Mitgliedschaftsfunktion keine Einheiten hat, und beibehalten werden kann, wenn sich die Brennkraftmaschinen-Hardware geringfügig ändert.
  • 7 stellt die Regelschleifenregelung 192 für von der Brennkraftmaschine abgegebene NOx gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Im Einzelnen werden Eingangsgrößen 194 in eine auf Fuzzy-Logik beruhende Einstellpunktverwaltung 196 eingegeben. Im Schritt 198 subtrahieren die normierten, gewünschten NOx 200 die normierten, momentanen NOx am Filter 202, um Delta-NOx zu bestimmen. Delta-NOx wird durch eine Filterkonstante 204 geleitet. Die gefilterten Delta-NOx und die normierten NOx werden in eine adaptive Logik eingegeben, wo sie gefiltert werden. Die normierten, gewünschten NOx werden ebenfalls durch die gleiche adaptive Logik gefiltert, und der sich ergebende, gefilterte Wert wird von dem Delta-NOx bei 102 subtrahiert, und der sich ergebende Wert wird von den normierten, gewünschten NOx bei 208 subtrahiert, und in die Einstellpunktverwaltung auf Grundlage von Fuzzy-Logik eingegeben. Die Schritte 202 bis 208 treten sämtlich innerhalb einer Korrektur mit geschlossener Schleife in einem Regelschleifenregelungsabschnitt 210 auf. Die Einstellpunktverwaltung auf Grundlage von Fuzzy-Logik bestimmt dann die momentane, gewünschte EGR 212, die momentanen, gewünschten BOI 214, und den momentanen, gewünschten NOP 216.
  • 8 ist eine schematische Darstellung eines Steuerlogik-Flussdiagramms 218 für variable Brennkraftmaschinen-NOx-Emission gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Einzelnen werden Brennkraftmaschinendrehzahl und -belastung eingegeben, um die gewünschten NOx am Auspuffendrohr zu bestimmen.
  • Gleichzeitig werden SCR-Einlasstemperatur und ein Zeitschritt dazu verwendet, den SCR-Alterungsfaktor und das SCR-Alter zu bestimmen. Bei dem SCR-Alter kann eine lineare Interpolation durchgeführt werden, zusammen mit Eingangsgrößen von der Abgasflussrate und der SCR-Einlasstemperatur, um den Wirkungsgrad eines frischen SCR zu bestimmen, und die Abgasflussrate und die SCR-Einlasstemperatur zur Bestimmung des Wirkungsgrades eines gealterten SCR. Die lineare Interpolation dieser Faktoren wird durch die gewünschten Auspuffendrohr-NOx dividiert, um die normierten, gewünschten NOx zu bestimmen. Die gemessenen, von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx werden dazu verwendet, die normierten, momentanen NOx zu bestimmen, und die normierten, momentanen NOx werden von den normierten, gewünschten NOx subtrahiert. Das Ergebnis wird einer adaptiven Logik hinzuaddiert, zusammen mit den normierten, momentanen NOx und den normierten, gewünschten NOx in einer Logik mit geschlossener Schleife. Die sich ergebende Summe wird zusammen mit der gewünschten EGR für einen frischen SCR verwendet, um die EGR-Mitgliedschaft zu bestimmen, welche wiederum die momentane, gewünschte EGR ergibt. Entsprechend bestimmen der BOI für einen frischen SCR und die sich ergebende Summe der Operation mit geschlossener Schleife die BOI-Ermittlung, welche den momentanen, gewünschten BOI ergibt, und der frische SCR und der gewünschte NOP werden mit der sich ergebenden Summe der Operation mit geschlossener Schleife eingegeben, um die NOP-Mitgliedschaft zu bestimmen, damit man den momentanen, gewünschten NOP erhält.
  • Die in der Beschreibung verwendenden Begriffe sind als beschreibend und nicht als einschränkend zu verstehen. Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass zahlreiche Variationen und Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang und Wesen der Erfindung abzuweichen, die sich aus der Gesamtheit der Anmeldeunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfasst sein sollen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die mit einem elektronischen Steuersystem (ECS) versehen ist, das einen Speicher aufweist, und mit einem Abgassystem, das einen Diesel-Feinstofffilter (DPF) und einen selektiven Katalysator (SCR) zur Verringerung der NOx-Emission über das gesamte Alter des SCR aufweist, wobei vorgesehen sind: Bestimmung des Alters des SCR mit einem Alterungsfaktor; Bestimmung des SCR-Wirkungsgrades unter Verwendung des SCR-Alters als einen Faktor für den SCR-Wirkungsgrad; Bestimmung gewünschter NOx-Emissionen am Auspuffendrohr zum Steuern der von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx-Emissionen; Bestimmung der gewünschten, von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx-Emissionen unter Verwendung des momentanen SCR-Wirkungsgrades und gewünschter NOx-Emissionen am Auspuffendrohr; Einsatz von Fuzzy-Logik zur Verwaltung von Brennkraftmaschinensteuereinstellpunkten, welche einen Vorwärtssteuerabschnitt des ECS bildet; und Verwendung einer Sensorrückkopplungssteuerung für von der Brennkraftmaschine abgegebene NOx mit geschlossener Schleife, um exakt von der Brennkraftmaschine abgegebene NOx-Emissionen zu steuern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschinensteuereinstellpunkte den Beginn der Einspritzung (BOI) umfassen, ein Abgasrückführungsventil (EGR-Ventil), und NOP.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Einstellpunkte aus einer 3D-Tabelle im Speicher bestimmt werden, mit der Brennkraftmaschinenbelastung und der Brennkraftmaschinendrehzahl als Eingangsgrößen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern der von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx in Abhängigkeit von dem SCR-Beeinträchtigungsalter umfasst, den Wirkungsgrad des SCR zu bestimmen, und die Menge der von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx-Emissionen, die in einem vorbestimmten Zeitraum erzeugt werden, eine Verringerung des Brennkraftmaschinenkraftstoffverbrauchs auf Grundlage des SCR-Wirkungsgrades und der von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx, und die Maximierung der DPF-Regenerierung, wobei das aktive Regenerierungsintervall für den DPF verlängert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der SCR-Alterungsfaktor gemäß folgender Formel bestimmt wird AgeSCR = Σ factorage × tstep wobei t die Zeit bezeichnet.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschten, von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx auf Grundlage eines gewünschten Auspuffendrohr-NOx-Einstellwertes und des SCR-NOx-Verringerungswirkungsgrades gemäß folgender Formel bestimmt werden
    Figure 00280001
    wobei η ein Wirkungsgradfaktor des SCR ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellpunktverwaltung auf Grundlage von Fuzzy-Logik entsprechend folgender Formel bestimmt wird des Γrate = des Γratefresh_SCR × Yfresh_SCR_membership + des Γ_rateaged_SCR × Yaged_SCR_membership wobei Y gleich ????, und Γ ein Brennkraftmaschinenbetriebsparameter ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Brennkraftmaschinenbelastung, der Brennkraftmaschinendrehzahl und dem gewünschten, von der Brennkraftmaschine abgegebenen NOx als Eingangsgrößen EGR-, BOI- und NOP-Beziehungen bei Bedingungen mit einem Minimalwert für BSFC, einer vorgegebenen Abgastemperatur und einer akzeptablen Rate für Feinstoffe (PM) definiert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fuzzy-Logik-Mitgliedschaftsfunktion entsprechend folgender Formel durchgeführt wird: a(x3 – x) + b(x2 – x) – x + 1wobei a und b 3D-Tabellen mit Brennkraftmaschinendrehzahl und -belastung als Eingangsgrößen sind, a = fa (Drehzahl/Belastung) ist b = fb (Drehzahl/Belastung) ist und des
    Figure 00290001
    (normalized: normiert; current: momentan; fresh: frisch; aged: gealtert)
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn a und b gleich Null sind, die Fuzzy-Logik eine lineare Interpolation wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung von Brennkraftmaschineneinstellpunkten für frische und gealterte SCRs und einer Tabelle für EGR, BOI und NOP für jeden Betriebspunkt zwischen 5 und 6 EGR-Raten zwischen EGR-Raten für frische und gealterte SCRs ausgewählt wird; Brennkraftmaschinentests bei jeder EGR-Rate durchgeführt werden, bei denen BOI und NOP variiert werden; NOx, PM und BSFC bei jeder Kombination von EGR, BOI und NOP aufgezeichnet werden; EGR, BOI und NOP bei einem vorgegebenen Wert für NOx mit einem Minimalwert für BSFC und einem akzeptablen Wert für PM kombiniert werden, und eine Mitgliedschaftsfunktionskonstante a und b für EGR, BOI und NOP bestimmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelschleifenregelung zum Ausgleich von Änderungen von Brennkraftmaschine zu Brennkraftmaschine und zur Verringerung der Aufwendungen für das Kalibrieren eingesetzt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine adaptive Logik vorgesehen ist, um mit jedem Konflikt zwischen PID-Regelstabilität und Reaktionsvermögen umzugehen.
DE102008008618A 2007-12-20 2008-02-12 Roadmap für variable Brennkraftmaschinen-Abgabeemissionssteuerung Withdrawn DE102008008618A1 (de)

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US11/961,175 2007-12-20
US11/961,175 US8156729B2 (en) 2007-12-20 2007-12-20 Variable engine out emission control roadmap

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