DE102008039774B4

DE102008039774B4 - Steuerung zum Wechseln eines Dieselverbrennungsmodus beruhend auf Kohlendioxid(C02)-Konzentration am Einlass

Info

Publication number: DE102008039774B4
Application number: DE102008039774.1A
Authority: DE
Inventors: Qian Chen; Tim Chang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: DE102008039774A1

Abstract

Verfahren umfassend:Ermitteln einer Kohlendioxidkonzentration in einem Ansaugkrümmer einer Dieselbrennkraftmaschine;Betreiben der Dieselbrennkraftmaschine in einem ersten Verbrennungsmodus; undBetreiben der Dieselbrennkraftmaschine in einem zweiten Verbrennungsmodus, wenn die ermittelte Kohlendioxidkonzentration größer als ein vorbestimmter Kohlendioxidkonzentrationswert ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und Steuermodul zum Wechseln eines Dieselverbrennungsmodus beruhend auf Kohlendioxid (CO2)-Konzentration am Einlass.
HINTERGRUND
Dieselbrennkraftmaschinen können in einem herkömmlichen Verbrennungsmodus und einem Verbrennungsmodus mit Vorgemisch-Kompressionszündung (PCI, kurz vom engl. Premixed Compression Ignition) betrieben werden. PCI ist eine innovative Dieselverbrennungstechnik, die Dieselbrennkraftmaschinenemissionen reduzieren kann. Bei PCI wird Kraftstoff viel früher im Verdichtungstakt in den Brennraum des Zylinders eingespritzt, als dies bei herkömmlicher Dieselverbrennung geschehen würde. Die Sollkraftstoffmenge wird im Wesentlichen zugeführt, bevor der Kolben den oberen Totpunkt (OT) der Verdichtung erreicht. Der früh eingespritzte Kraftstoff wird ausreichend mit Luft gemischt, bevor der Kolben den Verdichtungs-OT erreicht. Somit sieht die Verfahrensweise vor Zündung einen mageren und gut gemischten Zustand eines Kraftstoff/LuftGemisches vor.
Eine Dieselbrennkraftmaschine kann während Betriebsbedingungen niedriger Last von einem herkömmlichen Verbrennungsmodus zu einem PCI-Verbrennungsmodus gewechselt bzw. geschaltet werden. Daher können Lastbedingungen der Brennkraftmaschine überwacht werden, um sicherzustellen, dass der Verbrennungsmodus bei Bedingungen niedriger Last zu dem PCI-Verbrennungsmodus gewechselt wird. Das Wechseln zum PCI-Verbrennungsmodus kann jedoch selbst bei Bedingungen niedriger Brennkraftmaschinenlast ohne geeignete Verbrennungsgasbedingungen zu hohen NOx-Emissionen führen, weshalb in der JP 2007 - 211 612 A vorgeschlagen wird, nur dann unter niedriger Last in den PCI-Modus zu wechseln, wenn die O₂-Konzentration im Ansaugkrümmer gering ist.
Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei auf die DE 10 2005 013 977 A1 verwiesen, aus der bekannt ist, dass sich der Inertgasmassenanteil, der durch rückgeführtes Abgas eingestellt wird, aus einem Stickstoff- und einem Kohlendioxidanteil zusammensetzt, was bedeutet, dass keine klare Aussage darüber getroffen werden kann, ob eine etwaige Absenkung der O₂-Konzentration im Ausgangskrümmer durch einen Anstieg der Kohlendioxid- oder der Stickstoffkonzentration in Folge der Abgasrückführung bewirkt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dafür Sorge zu tragen, dass im PCI-Modus hohe NOx-Emissionen zuverlässig vermieden werden können.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Demgemäß kann ein Verfahren zum Wechseln eines Verbrennungsmodus einer Dieselbrennkraftmaschine umfassen: das Ermitteln einer Kohlendioxidkonzentration in einem Ansaugkrümmer einer Dieselbrennkraftmaschine, das Betreiben der Dieselbrennkraftmaschine in einem ersten Verbrennungsmodus und das Betreiben der Dieselbrennkraftmaschine in einem zweiten Verbrennungsmodus, wenn die ermittelte Kohlendioxidkonzentration größer als ein vorbestimmter Kohlendioxidkonzentrationswert ist.
Ein Steuermodul zum Wechseln eines Verbrennungsmodus einer Dieselbrennkraftmaschine kann ein Kohlendioxidkonzentrationsermittlungsmodul und ein Verbrennungsmoduswechselmodul umfassen. Das Kohlendioxidkonzentrationsermittlungsmodul kann so ausgelegt sein, dass es eine Konzentration von Kohlendioxid in einem Ansaugkrümmer der Dieselbrennkraftmaschine ermittelt. Das Verbrennungsmoduswechselmodul kann mit dem Kohlendioxidkonzentrationsermittlungsmodul in Verbindung stehen und kann dafür ausgelegt sein, den Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine beruhend auf der von dem Kohlendioxidkonzentrationsermittlungsmodul ermittelten Konzentration an Kohlendioxid zwischen dem ersten und zweiten Verbrennungsmodus zu wechseln.
Weitere Gebiete der Anwendbarkeit gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die eingehende Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich dem Zweck der Veranschaulichung dienen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke.

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs nach der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Steuerblockdiagramm des in 1 gezeigten Steuermoduls;
3 ist ein Flussdiagramm, das Schritte zum Ermitteln von Wechseln von einem herkömmlichen Dieselverbrennungsmodus zu einem PCI-Verbrennungsmodus gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
4 ist ein Flussdiagramm, das Schritte zum Ermitteln von Wechseln von einem PCI-Verbrennungsmodus zu einem herkömmlichen Dieselverbrennungsmodus gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente verwendet. Wie hierin verwendet bezieht sich der Begriff Modul auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Unter Bezug nun auf 1 wird ein beispielhaftes Fahrzeug 10 schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 10 kann eine Dieselbrennkraftmaschine 12, die mit einem Einlasssystem 14, einem Auslasssystem 16, einer Kraftstoffanlage 18 und einer Abgasrückführungsanlage (AGR) 20 in Verbindung steht, umfassen. Das Einlasssystem 14 kann einen Ansaugkrümmer 22 und eine Drossel 24 umfassen. Die Drossel 24 kann einen Luftstrom in die Brennkraftmaschine 12 steuern, und die Kraftstoffanlage 18 kann einen Kraftstoffstrom in die Brennkraftmaschine 12 steuern. Durch die Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches erzeugtes Abgas kann durch die Abgasanlage 16 aus der Brennkraftmaschine 12 austreten. Die Abgasanlage 16 kann einen Abgaskrümmer 26, der mit einem Katalysator 28 und einem Dieselpartikelfilter (DPF) 30 in Verbindung steht, umfassen.
Die AGR-Anlage 20 kann zwischen dem Einlasssystem 14 und dem Auslasssystem 16 eine selektive Verbindung vorsehen. Die AGR-Anlage 20 kann ein AGR-Ventil 32 und eine AGR-Leitung 34 umfassen. Das AGR-Ventil 32 kann an dem Ansaugkrümmer 22 angebracht sein, und die AGR-Leitung 34 kann sich von dem Abgaskrümmer 26 zu dem AGR-Ventil 32 erstrecken, wobei sie eine Verbindung zwischen dem Abgaskrümmer 26 und dem AGR-Ventil 32 vorsieht. Zudem kann die Brennkraftmaschine 12 einen (nicht dargestellten) Turbolader umfassen. Der Turbolader kann sowohl mit dem Auslasssystem 16 als auch mit dem Einlasssystem 14 in Verbindung stehen. Der Turbolader kann durch die Abgasanlage 16 angetrieben werden und kann dem Einlasssystem 14 einen erhöhten Luftdurchfluss bieten.
Das Fahrzeug 10 kann weiterhin ein Steuermodul 36 umfassen, das mit der Kraftstoffanlage 18, der Drossel 24 und dem AGR-Ventil 32 in Verbindung steht. Das Steuermodul 36 kann zusätzlich mit einem Luftmengenmesser (MAF) 38, einem Ansaugkrümmerdrucksensor 40 und einem Abgaskrümmerdrucksensor 42 in Verbindung stehen.
Der MAF-Sensor 38 liefert dem Steuermodul 36 ein Signal, das den Luftdurchfluss in den Ansaugkrümmer 22 anzeigt. Der Ansaugkrümmerdrucksensor 40 liefert dem Steuermodul 36 ein Signal, das den Luftdruck in dem Ansaugkrümmer 22 anzeigt, und der Abgaskrümmerdrucksensor 42 liefert dem Steuermodul 36 ein Signal, das den Luftdruck in dem Abgaskrümmer 26 anzeigt
2 zeigt, dass das Steuermodul 36 ein Lastermittlungsmodul 44, ein Kohlendioxid(CO₂)-Konzentrationsermittlungsmodul 46, ein Verbrennungsmoduswechselmodul 48, ein Luftsteuermodul 50, ein Kraftstoffsteuermodul 52 und ein AGR-Modul 54 umfassen kann. Das Lastermittlungsmodul 44 kann mit dem Verbrennungsmoduswechselmodul 48 in Verbindung stehen und kann Informationen bezüglich einer Last an der Brennkraftmaschine 12 liefern, wie nachstehend erläutert wird. Das CO₂-Konzentrationsermittlungsmodul 46 kann mit dem Verbrennungsmoduswechselmodul 48 in Verbindung stehen und kann Informationen bezüglich einer CO₂-Konzentration in dem Ansaugkrümmer 22 liefern, wie nachstehend erläutert wird. Das Verbrennungsmoduswechselmodul 48 kann mit den Luft- und Kraftstoffsteuermodulen 50, 52 und dem AGR-Modul 54 in Verbindung stehen und kann Informationen bezüglich des erwünschten Verbrennungsmodus für den Betrieb der Brennkraftmaschine 12 liefern, wie nachstehend erläutert wird. Die Luft- und Kraftstoffsteuermodule 50, 52 können beruhend auf dem herrschenden Verbrennungsmodus der Brennkraftmaschine 12 den Luftmassenstrom und die Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine 12 steuern. Das AGR-Modul 54 kann beruhend auf dem herrschenden Verbrennungsmodus der Brennkraftmaschine 12 eine Abgasstrommenge steuern, die dem Ansaugkrümmer 22 geliefert wird.
3 zeigt eine Steuerlogik 100 zum Wechseln bzw. Schalten von einem herkömmlichen Dieselverbrennungsmodus zu einem PCI-Verbrennungsmodus. Die Steuerlogik 100 kann bei Ermittlungsblock 102 beginnen, wo eine Brennkraftmaschinenlast durch das Lastermittlungsmodul 44 ermittelt wird. Die Brennkraftmaschinenlast kann im Allgemeinen auf einer Brennkraftmaschinendrehzahl und einer in die Brennkraftmaschine 12 eingespritzten Kraftstoffmenge beruhen. Sobald die Brennkraftmaschinenlast ermittelt ist, kann die Steuerlogik 100 zu Entscheidungsblock 104 vorrücken. Entscheidungsblock 104 beurteilt unter Verwendung des Verbrennungsmoduswechselmoduls 48, ob die ermittelte Brennkraftmaschinenlast unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt. Ist die ermittelte Brennkraftmaschinenlast kleiner als der vorbestimmte Grenzwert, rückt die Steuerlogik 100 zu Ermittlungsblock 106 vor. Wenn aber die Last nicht unter dem vorbestimmten Grenzwert liegt, kann die Brennkraftmaschine 12 nicht zu dem PCI-Verbrennungsmodus wechseln, und die Steuerlogik 100 kehrt zu Ermittlungsblock 102 zurück.
Der Ermittlungsblock 106 ermittelt unter Verwendung des CO₂-Konzentrationsermittlungsmoduls 46 die CO₂-Konzentration in dem Ansaugkrümmer 22. Die CO₂-Konzentration kann auf unterschiedliche Weise ermittelt werden, darunter das Verwenden eines CO₂-Sensors und das Berechnen eines CO₂-Konzentrationswerts. Eine berechnete CO₂-Konzentration kann auf einer CO₂-Konzentration in der in den Ansaugkrümmer 22 eindringenden Luft, einer CO₂-Konzentration in dem Brennkraftmaschinenabgas, einem AGR-Prozentsatz und einer der Kraftstoffanlage 18 gelieferten Kraftstoffmenge beruhen. Der AGR-Prozentsatz kann durch das AGR-Modul 54 gesteuert werden und kann auf dem herrschenden Verbrennungsmodus der Brennkraftmaschine 12 beruhen. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 12 in dem PCI-Verbrennungsmoduls kann zum Beispiel einen höheren AGR-Prozentsatz als der Betrieb in dem herkömmlichen Verbrennungsmodus umfassen. Der AGR-Prozentsatz kann allgemein als der Prozentsatz des gesamten Massenstroms in die Brennkraftmaschine 12, den AGR berücksichtigt, definiert werden. Bei Arbeiten im PCI-Verbrennungsmodus kann der AGR-Prozentsatz bis zu siebzig Prozent ausmachen. Sobald die CO₂-Konzentration ermittelt ist, rückt die Steuerlogik 100 zu Entscheidungsblock 108 vor.
Der Entscheidungsblock 108 beurteilt unter Verwenden des Verbrennungsmoduswechselmoduls 48, ob die CO₂-Konzentration größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist. Ist die CO₂-Konzentration größer als der vorbestimmte Grenzwert, rückt die Steuerlogik 100 zu Steuerblock 110 vor. Wenn aber die CO₂-Konzentration nicht über dem vorbestimmten Grenzwert liegt, kehrt die Steuerung zu Ermittlungsblock 102 zurück. Der Steuerblock 110 lässt die Brennkraftmaschine 12 unter Verwenden des Verbrennungsmoduswechselmoduls 48 vom herkömmlichen Dieselverbrennungsmodus zu einem PCI-Verbrennungsmodus wechseln. Die Steuerlogik 100 kann dann enden und zu Steuerlogik 200 vorrücken, wie nachstehend erläutert wird.
4 zeigt eine Steuerlogik 200 zum Wechseln von einem PCI-Verbrennungsmodus zu einem herkömmlichen Verbrennungsmodus. Die Steuerlogik 200 kann bei Ermittlungsblock 202 beginnen, wo eine Brennkraftmaschinenlast durch das Lastermittlungsmodul 44 ermittelt wird. Die Steuerlogik 200 kann dann zu Entscheidungsblock 204 vorrücken, wo die ermittelte Brennkraftmaschinenlast unter Verwenden des Verbrennungsmoduswechselmoduls 48 beurteilt wird. Wenn die ermittelte Brennkraftmaschinenlast kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert ist, kann die Steuerlogik 200 zu Ermittlungsblock 206 vorrücken Wenn aber die ermittelte Brennkraftmaschinenlast nicht unter dem vorbestimmten Grenzwert liegt, kann die Steuerlogik 200 zu Steuerblock 210 vorrücken, wie nachstehend erläutert wird.
Der Ermittlungsblock 206 kann unter Verwenden des CO₂-Konzentrationsdermittlungsmoduls 46 die CO₂-Konzentration in dem Ansaugkrümmer 22 ermitteln, wie vorstehend erläutert wurde. Die Steuerlogik 200 kann dann zu Entscheidungsblock 208 vorrücken. Der Entscheidungsblock 208 ermittelt unter Verwenden des Verbrennungsmoduswechselmoduls 48, ob die CO₂-Konzentration größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist. Ist die CO₂-Konzentration größer als der vorbestimmte Grenzwert, kehrt die Steuerlogik 200 zu dem Ermittlungsblock 202 zurück. Wenn aber die CO₂-Konzentration nicht größer als der vorbestimmte Grenzwert ist, rückt die Steuerlogik 200 zu Steuerblock 210 vor. Der Steuerblock 210 wechselt mit Hilfe des Verbrennungsmoduswechselmoduls 48 von dem PCI-Verbrennungsmodus zu dem herkömmlichen Verbrennungsmodus. Dann kann die Steuerlogik 200 enden und zu Steuerlogik 100 vorrücken, wie vorstehend erläutert wurde.

Claims

Verfahren umfassend: Ermitteln einer Kohlendioxidkonzentration in einem Ansaugkrümmer einer Dieselbrennkraftmaschine; Betreiben der Dieselbrennkraftmaschine in einem ersten Verbrennungsmodus; und Betreiben der Dieselbrennkraftmaschine in einem zweiten Verbrennungsmodus, wenn die ermittelte Kohlendioxidkonzentration größer als ein vorbestimmter Kohlendioxidkonzentrationswert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben der Dieselbrennkraftmaschine in dem ersten Verbrennungsmodus das Betreiben der Dieselbrennkraftmaschine in einem herkömmlichen Verbrennungsmodus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben der Dieselbrennkraftmaschine in dem zweiten Verbrennungsmodus das Betreiben der Brennkraftmaschine in einem Vorgemisch-Kompressionszündungsmodus (PCI) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Ermitteln einer Brennkraftmaschinenlast und Betreiben der Dieselbrennkraftmaschine in dem zweiten Verbrennungsmodus, wenn die ermittelte Brennkraftmaschinenlast kleiner als ein vorbestimmter Lastwert ist und die vorbestimmte Kohlendioxidkonzentration größer als der vorbestimmte Kohlendioxidkonzentrationswert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei nach dem Vergleichen der ermittelten Brennkraftmaschinenlast mit dem vorbestimmten Lastwert die ermittelte Kohlendioxidkonzentration mit dem vorbestimmten Kohlendioxidkonzentrationswert verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Steuern eines Luftmassendurchflusses zu der Brennkraftmaschine beruhend auf dem Betriebsmodus.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine beruhend auf dem Betriebsmodus.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Vorsehen eines Abgasstroms zu dem Ansaugkrümmer, wobei das Ermitteln einer Kohlendioxidkonzentration in dem Ansaugkrümmer das Ermitteln einer Kohlendioxidkonzentration in dem Abgas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ermitteln einer Kohlendioxidkonzentration in dem Ansaugkrümmer das Ermitteln einer Abgasstrommenge zu dem Ansaugkrümmer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Vorsehen des Abgasstroms zu dem Ansaugkrümmer das Steuern des Abgasstroms zu dem Ansaugkrümmer beruhend auf dem Verbrennungsmodus umfasst.
Steuermodul umfassend: ein Konzentrationsermittlungsmodul, das eine Konzentration von Kohlendioxid in einem Ansaugkrümmer einer Dieselbrennkraftmaschine ermittelt; und ein Wechselmodul, das den Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine beruhend auf der ermittelten Konzentration von Kohlendioxid zwischen einem ersten und einem zweiten Verbrennungsmodus wechseln lässt
Steuermodul nach Anspruch 11, wobei das Wechselmodul die Dieselbrennkraftmaschine in einem herkömmlichen Verbrennungsmodus betreibt, wenn die ermittelte Konzentration von Kohlendioxid kleiner oder gleich einem vorbestimmten Kohlendioxidkonzentrationswert ist.
Steuermodul nach Anspruch 11, wobei das Verbrennungsmoduswechselmodul die Dieselbrennkraftmaschine in einem Vorgemisch-Kompressionszündungsmodus (PCI) betreibt, wenn die ermittelte Konzentration an Kohlendioxid größer als ein vorbestimmter Kohlendioxidkonzentrationswert ist.
Steuermodul nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: ein Lastermittlungsmodul, das eine Arbeitslast der Dieselbrennkraftmaschine ermittelt, wobei das Wechselmodul den Betrieb der Brennkraftmaschine beruhend auf der ermittelten Arbeitslast zwischen dem ersten und dem zweiten Verbrennungsmodus wechseln lässt.
Steuermodul nach Anspruch 14, wobei das Wechselmodul den Betrieb der Brennkraftmaschine zwischen dem ersten und dem zweiten Verbrennungsmodus wechseln lässt, wenn die ermittelte Arbeitslast kleiner als ein vorbestimmter Arbeitslastwert der Brennkraftmaschine ist und die ermittelte Konzentration an Kohlendioxid größer als ein vorbestimmter Kohlendioxidkonzentrationswert ist.
Steuermodul nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: ein Luftsteuermodul, das beruhend auf dem Verbrennungsmodus der Brennkraftmaschine einen Luftmassendurchfluss steuert.
Steuermodul nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: ein Kraftstoffsteuermodul, das beruhend auf dem Verbrennungsmodus der Brennkraftmaschine eine Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine steuert.
Steuermodul nach Anspruch 11, wobei das Konzentrationsermittlungsmodul eine Konzentration von Kohlendioxid in einem dem Ansaugkrümmer gelieferten Abgas ermittelt.
Steuermodul nach Anspruch 18, wobei das Konzentrationsermittlungsmodul eine dem Ansaugkrümmer gelieferte Abgasstrommenge ermittelt.
Steuermodul nach Anspruch 19, weiterhin umfassend: ein Abgasrückführungs(AGR)-Modul, das die dem Ansaugkrümmer gelieferte Abgasstrommenge beruhend auf dem Verbrennungsmodus steuert.