DE102009051475B4

DE102009051475B4 - Abgassteuersystem

Info

Publication number: DE102009051475B4
Application number: DE102009051475.9A
Authority: DE
Inventors: Wajdi B. Hamama; Jaehak Jung; Jon C. Miller; Gregory J. York; David N. Belton; J. Michael Ellenberger; Louis A. Avallone; Wenbo Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2029-10-31
Also published as: DE102009051475A1; US8855894B2; US20100107630A1; CN101737188A; CN101737188B

Abstract

Abgassteuersystem für ein Fahrzeug, welches umfasst: ein Abgassystem-Modellierungsmodul (304), das eine Eintrittsgastemperatur für eine Abgassystemkomponente, eine Austrittsgastemperatur für die Abgassystemkomponente und eine Massentemperatur für die Abgassystemkomponente eines Abgassystems (200) abschätzt, welches in dem Fahrzeug implementiert ist, wobei ein Abgas durch die Abgassystemkomponente strömt; und ein Aktuatorsteuermodul (170), welches selektiv einen Motorbetriebsparameter auf der Basis der Eintrittsgastemperatur und/oder der Austrittsgastemperatur anpasst; dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) auch einen Druck für die Abgassystemkomponente abschätzt und das Aktuatorsteuermodul (170) den Motorbetriebsparameter zusätzlich auf der Basis der Massentemperatur und des Druckes anpasst; wobei das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) eine stationäre Temperatur für die Abgassystemkomponente auf Basis der Umgebungstemperatur, der Eintrittsgastemperatur in die Abgassystemkomponente und der Abgasströmungsrate durch die Abgassystemkomponente abschätzt und die Massentemperatur auf der Basis der stationären Temperatur und eines für die Abgassystemkomponente bestimmten Massenkoeffizienten abschätzt, der von der Abgasströmungsrate durch die Abgassystemkomponente abhängt; wobei das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) die Austrittsgastemperatur auf der Basis der Eintrittsgastemperatur, der Massentemperatur und eines für die Abgassystemkomponente bestimmten Austrittskoeffizienten abschätzt; und wobei die Abgassystemkomponente ein Turbolader (210, 212) ist, wobei der Austrittskoeffizient ferner auf der Basis der Einschaltdauer eines Ladedruckregelventils (206, 208) bestimmt ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgassteuersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der EP 1 698 776 A1 , der DE 10 2004 009 646 A1 oder der DE 195 02 011 C2 bekannt geworden ist.
Ferner ist es beispielweise aus der DE 10 2004 043 365 A1 bekannt, den Abgasgegendruck im einem Abgasstrang unter anderem unter Berücksichtigung des Umgebungsluftdrucks zu bestimmen.
Des Weiteren beschreibt die DE 199 64 013 A1 ein Verfahren zur Steuerung von Betriebsabläufen in einem Fahrzeug mittels einer Steuereinheit mit einem nicht flüchtigen Speichermittel, wobei die Steuerung abhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante des Fahrzeugs durchgeführt wird und bei einer Funktionsauswahl durch Vorgabe einer Kennung die jeweiligen Funktionen entsprechend der eingesetzten Ausführungsvariante ausgewählt werden. Den ausgewählten Funktionen entspricht dabei wenigstens ein vorgebbarer Datensatz oder Programmcode im Speichermittel und der Datensatz oder Programmcode wird aus einer Mehrzahl von Datensätzen oder Programmcodes ausgewählt. Die Mehrzahl der Datensätze oder Programmcodes wird bei einer Variantenauswahl erstellt und in der Kennung sind Konfigurationsparameter enthalten, welche dazu dienen, den Datensatz oder den Programmcode zu bestimmen, wobei die Konfigurationsparameter bei der Variantenauswahl und bei der Funktionsauswahl eingesetzt werden.
Ferner wird gemäß der DE 10 2006 007 417 A1 eine stationäre Temperatur eines Katalysators berechnet, wobei sich diese Druckschrift gleichermaßen auf einen Abgasturbolader bezieht.
Hintergrund
Ein Motor verbrennt ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff, um ein Antriebsdrehmoment zu produzieren und ein Fahrzeug anzutreiben. Luft wird durch eine Drosselklappe in den Motor gesaugt. Kraftstoff, der von einem oder mehreren Kraftstoffinjektoren bereitgestellt wird, mischt sich mit der Luft, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird im Inneren eines oder mehrerer Zylinder verbrannt, um ein Antriebsdrehmoment zu produzieren. Ein Motorsteuermodul (ECM von engine control module) steuert den Drehmomentausgang des Motors.
Abgas, das von der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches stammt, wird von dem Motor in ein Abgassystem ausgestoßen. Das ECM kann einen oder mehrere Motorparameter auf der Basis von Signalen von verschiedenen Sensoren anpassen, die in dem Abgassystem angeordnet sind. Rein beispielhaft kann/können ein oder mehrere Temperatursensoren und/oder Abgasströmungsraten-Sensoren in dem Abgassystem angeordnet sein. Das ECM kann z. B. die Luftströmung in den Motor, die Menge von eingespritztem Kraftstoff und/oder die Zündzeiteinstellung auf der Basis der Signale anpassen.
Die Sensoren versehen das ECM mit Messungen in Bezug auf Bedingungen innerhalb des Abgassystems und lassen zu, dass das ECM einen oder mehrere Motorparameter anpasst, um gewünschte Abgasbedingungen herzustellen. Wenn die Anzahl der in dem Abgassystem implementierten Sensoren jedoch zunimmt, steigen auch die Kosten der Herstellung des Fahrzeuges. Die erhöhten Herstellungskosten können auf z. B. die Sensoren selbst, die dazugehörige Verkabelung und Hardware und/oder Forschung und Entwicklung zurückzuführen sein. Überdies kann ein Fahrzeughersteller eine Vielfalt verschiedener Fahrzeuge herstellen und jedes der verschiedenen Fahrzeuge kann ein anderes Abgassystem aufweisen. Das Kalibrieren und Einstellen von Sensoren, die in jedem verschiedenen Fahrzeug und Abgassystem implementiert sind, kann ebenfalls die Fahrzeugproduktionskosten erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Abgassteuersystem zu schaffen, das mit möglichst wenigen Sensoren auskommt und trotzdem präzise arbeitet.
Zusammenfassung
Diese Aufgabe wird mit einem Abgassteuersystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
In weiteren Merkmalen schätzt das Abgassystem-Modellierungsmodul die Eintrittsgastemperatur auf der Basis einer zweiten Austrittsgastemperatur ab, die für eine zweite Abgassystemkomponente, die mit der Abgassystemkomponente verbunden und oberstromig von dieser angeordnet ist, abgeschätzt ist.
In weiteren Merkmalen schätzt das Abgassystem-Modellierungsmodul die Motoraustrittstemperatur auf der Basis einer/s Motorlast, Luft pro Zylinder, Zündzeiteinstellung, Äquivalenzverhältnisses, Ethanolkonzentration eines Kraftstoffes, Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit ab.
In weiteren Merkmalen ist der Austrittskoeffizient auf der Basis einer für die Abgassystemkomponente abgeschätzten Abgasströmungsrate (EGF) bestimmt.
In noch weiteren Merkmalen schätzt das Abgassystem-Modellierungsmodul den Druck auf der Basis einer Summe eines für die Abgassystemkomponente abgeschätzten Druckanstieges und eines zweiten Druckes unterstromig des Druckes ab.
In weiteren Merkmalen schätzt das Abgassystem-Modellierungsmodul den Druckanstieg auf der Basis einer für die Abgaskomponente abgeschätzten Abgasströmungsrate (EGF) ab.
In noch weiteren Merkmalen schätzt das Abgassystem-Modellierungsmodul den Druckanstieg ferner auf der Basis der Einschaltdauer eines Ladedruckventils ab, wenn die Abgassystemkomponente ein Turbolader ist.
In noch weiteren Merkmalen umfasst das Abgassteuersystem ferner ein Konfigurationsmodul. Das Konfigurationsmodul empfängt Konfigurationsdaten, die einer Konfiguration des Abgassystems entsprechen, und konfiguriert das Abgassystem-Modellierungsmodul auf der Basis der Konfigurationsdaten.
In weiteren Merkmalen ist das Abgassystem-Modellierungsmodul anfänglich auf der Basis einer generischen Abgassystemkonfiguration mit zwei Abgaskrümmern, einem Abgasrückführungs(AGR)-System, vier Turboladern, sechs Abgasrohrabschnitten, sechs Katalysatoren und zwei Schalldämpfer/Auspuffsystemen konfiguriert.
In noch weiteren Merkmalen deaktiviert das Abgassystem-Modellierungsmodul selektiv eine oder mehrere Komponenten der generischen Abgassystemkonfiguration auf der Basis der Konfigurationsdaten.
In weiteren Merkmalen schätzt das Abgassystem-Modellierungsmodul N Eintrittsgastemperaturen, Austrittsgastemperaturen, Massentemperaturen und Drücke für jeweilige von N verschiedenen Abgassystemkomponenten, welche die Abgassystemkomponente umfassen, ab. N ist eine ganze Zahl größer als eins und das Abgas strömt durch jede der N verschiedenen Abgassystemkomponenten.
In noch weiteren Merkmalen umfasst das Abgassystem insgesamt N verschiedene Abgassystemkomponenten.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Offenlegung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1 ein funktionelles Blockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenlegung ist;
2 ein funktionelles Blockdiagramm eines beispielhaften Abgassystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenlegung ist;
3 ein funktionelles Blockdiagramm eines beispielhaften Abgassystemmoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenlegung ist;
4 eine beispielhafte Veranschaulichung von gespeicherten Temperaturen und Drücken jeder Komponente eines Abgassystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Anwendung ist;
5 ein Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte veranschaulicht, welche durch das Abgassystemmodul gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenlegung ausgeführt werden; und
6A–6B Flussdiagramme sind, die einen weiteren Satz von beispielhaften Schritten veranschaulicht, welche durch das Abgassystemmodul gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenlegung ausgeführt werden.
Detaillierte Beschreibung
Zum besseren Verständnis werden in den Zeichnungen dieselben Bezugsziffern verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Wie hierin verwendet, ist die Phrase zumindest eines von A, B und C so auszulegen, dass damit eine Logik (A oder B oder C) gemeint ist, die ein nicht ausschließendes logisches „oder” verwendet. Es sollte einzusehen sein, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenlegung zu verändern.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (mehrfach genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder weitere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ein Abgassystem für ein Fahrzeug umfasst Abgassystemkomponenten, durch die ein Abgas strömt, bevor das Abgas von dem Fahrzeug ausgestoßen wird. Ein Abgassystem-Modellierungsmodul gemäß der vorliegenden Offenlegung schätzt (d. h. modelliert) die Eintrittsgastemperatur, die Austrittsgastemperatur, die Massentemperatur und den Druck für eine oder mehrere der Abgassystemkomponenten, ab, durch die das Abgas strömt.
Die Eintritts- und Austrittsgastemperaturen einer Abgassystemkomponente entsprechen Temperaturen des Abgases, welches in die Komponente eintritt bzw. austritt. Die Massentemperatur entspricht der Temperatur des Materials, welches die Komponente bildet. Die Modellierungstemperatur und der Druck an verschiedenen Stellen in dem Abgassystem gestatten es einem Motorcontroller, Motorbetriebsparameter anzupassen, um gewünschte Bedingungen in dem Abgassystem vorzusehen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung eines Motorsystems 100 präsentiert. Ein Luft/Kraftstoff-Gemisch wird im Inneren eines Motors 102 verbrannt, um Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu produzieren. Der Motor 102 kann ein Benzinmotor, ein Dieselmotor, ein Hybridmotor oder ein anderer geeigneter Motor sein. Der Motor 102 kann in jeder beliebigen Konfiguration ausgebildet sein. Rein beispielhaft kann der Motor 102 in einer V-Konfiguration, einer liegenden Konfiguration oder einer Reihenkonfiguration ausgebildet sein.
Luft wird durch einen Einlasskrümmer 104 und eine Drosselklappe 106 in den Motor 102 gesaugt. Die Drosselklappe 106 wird betätigt, um die Luftströmung in den Motor 102 hinein zu steuern. Ein elektronischer Drosselklappencontroller (ETC von electronic throttle controller) 108 steuert die Drosselklappe 106 und damit die Luftströmung in den Motor 102 hinein.
Ein Kraftstoffsystem 110 spritzt Kraftstoff ein, der sich mit der Luft mischt, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Kraftstoffsystem 110 kann Kraftstoff an jeder beliebigen geeigneten Stelle einspritzen. Rein beispielhaft kann das Kraftstoffsystem 110 Kraftstoff in den Einlasskrümmer 104, in Einlassventile (nicht gezeigt), die den Zylindern 112 des Motors 102 zugeordnet sind, und/oder direkt in jeden der Zylinder 112 bereitstellen. In verschiedenen Implementierungen umfasst das Kraftstoffsystem 110 einen Kraftstoffinjektor (nicht gezeigt) für jeden der Zylinder 112.
Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird im Inneren der Zylinder 112 des Motors 102 verbrannt. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches kann z. B. durch einen Funken eingeleitet werden, der von Zündkerzen 114 bereitgestellt wird. In einigen Motorsystemen wie z. B. dem Motorsystem 100 kann eine Zündkerze für jeden der Zylinder 112 vorgesehen sein. In anderen Motorsystemen wie z. B. Dieselmotorsystemen kann die Verbrennung ohne die Zündkerzen 114 bewerkstelligt werden. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt ein Antriebsdrehmoment und treibt eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) rotatorisch an.
Der Motor 102 kann acht Zylinder umfassen, wie in 1 gezeigt, wenngleich der Motor 102 eine größere oder kleinere Anzahl von Zylindern umfassen kann. Die Zylinder 112 des Motors 102 sind in zwei Zylinderreihen angeordnet gezeigt: eine linke Zylinderreihe 106 und eine rechte Zylinderreihe 118. Wenngleich der Motor 102 die linke und die rechte Zylinderreihe 116 und 118 umfassend gezeigt ist, kann der Motor 102 mehr oder weniger Zylinderreihen umfassen. Rein beispielhaft können Reihenmotoren in Erwägung gezogen werden, die Zylinder aufweisen, welche in einer Zylinderreihe angeordnet sind.
Ein Motorsteuermodul (ECM) 150 steuert den Drehmomentausgang des Motors 102. Das ECM 150 kann den Drehmomentausgang des Motors 102 auf der Basis von Fahrereingaben steuern, die durch ein Fahrereingabemodul 152 bereitgestellt werden. Rein beispielhaft können die Fahrereingaben eine Gaspedalposition umfassen.
Das ECM 150 kann auch mit einem Hybridsteuermodul 154 kommunizieren, um den Betrieb des Motors 102 und eines oder mehrere Elektromotoren wie z. B. des Elektromotors (EM) 156 zu koordinieren. Der EM 156 kann auch als ein Generator fungieren und kann verwendet werden, um selektiv elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu produzieren.
Das ECM 150 trifft Steuerentscheidungen auf der Basis von Parametern, die von verschiedenen Sensoren gemessen werden. Zum Beispiel kann die Einlasslufttemperatur unter Verwendung eines Einlasslufttemperatur(IAT von inlet air temperature)-Sensors 158 gemessen werden. Die Umgebungslufttemperatur kann unter Verwendung eines Umgebungstemperatursensor 160 gemessen werden. Die Massenströmungsrate von Luft in den Motor 102 kann unter Verwendung eines Luftmassen(MAF von mass airflow)-Sensors 162 gemessen werden, wie dies aus der DE 198 17 650 C2 bekannt ist. Der Druck im Inneren des Einlasskrümmers 104 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck(MAP von manifold absolute pressure)-Sensors 164 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann der Motorunterdruck gemessen werden, wobei der Motorunterdruck auf der Basis der Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Luftdruck im Inneren des Einlasskrümmers 104 bestimmt wird.
Eine Kühlmitteltemperatur kann unter Verwendung eines Kühlmitteltemperatursensors 166 gemessen werden. Der Kühlmitteltemperatursensor 166 kann im Inneren des Motors 102 oder an anderen Stellen, an denen das Kühlmittel zirkuliert wird, z. B. einem Kühler (nicht gezeigt), angeordnet sein. Die Motordrehzahl kann unter Verwendung eines Motordrehzahlsensors 168 gemessen werden. Rein beispielhaft kann die Motordrehzahl auf der Basis der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle gemessen werden.
Das ECM 150 kann ein Aktuatorsteuermodul 170 umfassen, welches Motorbetriebsparameter steuert. Rein beispielhaft kann das Aktuatorsteuermodul 170 die Drosselklappenöffnung, den Betrag oder die Zeiteinstellung der Kraftstoffeinspritzung, die Zündzeiteinstellung, die Zylinderdeaktivierung und/oder die Turboladeraufladung verstellen. Das Aktuatorsteuermodul 170 kann auch andere Motorparameter wie z. B. die Abgasrückführungs(AGR)-Ventilöffnung und/oder das Öffnen/Schließen von Einlass- und Auslassventilen (nicht gezeigt), die den Zylindern 112 des Motors 102 zugeordnet sind, steuern.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines beispielhaften Abgassystems 200 präsentiert. Das beispielhafte Abgassystem 200 von 2 ist ein generisches Abgassystem, welches Abgassystemkomponenten umfasst, die für eine Vielzahl von verschiedenen Modellen und Typen von Fahrzeugen üblich sind. Im Spezielleren umfasst das generische Abgassystem von 2 Abgassystemkomponenten, durch welche Abgas strömt. Während das Abgassystem 200 beschrieben wird, ist die vorliegende Offenlegung auf weitere Abgassystemkonfigurationen anwendbar, die eine kleinere oder größere Anzahl von Komponenten umfassen können, als das Abgassystem 200. Die Ziffern, die ähnlichen Komponenten des Abgassystems 200 zugeordnet sind, sollen nur der Unterscheidung dienen und sind nicht repräsentativ für die relative Wichtigkeit der Komponenten.
Das aus der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches resultierende Abgas wird von dem Motor 102 zu dem Abgassystem 200 ausgestoßen. Im Spezielleren wird Abgas von den Zylindern 112 der rechten Zylinderreihe 118 zu einem rechten Abgaskrümmer 202 ausgestoßen. Abgas wird von den Zylindern 112 der linken Zylinderreihe 116 zu dem linken Abgaskrümmer 204 ausgestoßen. In Bezug auf den linken Abgaskrümmer 204 strömt das Abgas von dem linken Abgaskrümmer 204 an einem ersten Ladedruckregelventil bzw. Wastegate 206 und einem zweiten Ladedruckregelventil bzw. Wastegate 208 vorbei. Das erste und das zweite Wastegate 206 und 208 sind einem ersten und einem zweiten Turbolader 210 bzw. 212 zugeordnet.
Die Turbolader 210 und 212 stellen jeweils Druckluft an den Einlasskrümmer 104 bereit. Die Turbolader 210 und 212 saugen Luft an, beaufschlagen die Luft mit Druck und stellen die Druckluft an den Einlasskrümmer 104 bereit. Die Turbolader 210 und 212 können Luft von dem Einlasskrümmer 104, Umgebungsluft und/oder einer anderen geeigneten Quelle ansaugen. Ein oder mehrere Turbolader 210 und 212 kann/können rein beispielhaft (ein) Turbolader mit variabler Geometrie sein.
Ein oder mehrere Ladeluftkühler (nicht gezeigt) kann/können ebenfalls implementiert sein, um Wärme von der dem Einlasskrümmer 104 zugeführten Druckluft abzuführen. Die Temperatur der Druckluft kann z. B. durch die Druckbeaufschlagung der Luft und/oder die Nähe zu dem Abgassystem 200 erhöht werden.
Die Turbolader 210 und 212 werden durch das Abgas betrieben, das von den Zylindern 112 der linken Zylinderreihe 116 ausgestoßen wird. Die Wastegates 206 und 208 können zulassen, dass das Abgas die Turbolader 210 bzw. 212 umgeht. Auf diese Weise können die Wastegates 206 und 208 verwendet werden, um den Ausgang (d. h. die Aufladung) der Turbolader 210 bzw. 212 zu reduzieren. Das ECM 150 steuert den Ausgang der Turbolader 210 und 212 über ein Aufladungsaktuatormodul 214. Im Spezielleren kann das Aktuatorsteuermodul 170 den Ausgang der Turbolader 210 und 212 steuern. Rein beispielhaft kann das Aufladungsaktuatormodul 214 den Ausgang der Turbolader 210 und 212 durch Steuern der Positionen der Wastegates 206 bzw. 208 modulieren. Das Aufladungsaktuatormodul 214 kann die Positionen der Wastegates 206 und 208 durch Steuern der Einschaltdauer (DC von duty cycle) der an die Wastegates 206 und 208 angelegten Leistung steuern.
Das Abgas von der linken Zylinderreihe 116 kann von den Wastegates 206 und 208 durch ein erstes Abgasrohr 216 zu einem ersten Katalysator 218 strömen. Die Abgasrohrfläche zwischen dem linken Abgaskrümmer 204 und den Wastegates 206 und 208 und/oder zwischen den Wastegates 206 und 208 kann auch als ein Teil des ersten Abgasrohres 216 betrachtet werden. Der erste Katalysator 218 kann jede beliebige geeignete Art von Katalysator umfassen. Rein beispielhaft kann der erste Katalysator 218 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC von diesel Oxidation catalyst), einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR von selective catalyst reductant), einen katalytischen Konverter und/oder einen beliebigen anderen Abgaskatalysator umfassen.
Das Abgas von der linken Zylinderreihe 116 kann von dem ersten Katalysator 218 durch ein zweites Abgasrohr 220 zu einem zweiten Katalysator 222 strömen. Der zweite Katalysator 222 kann ebenfalls jede beliebige Art von Katalysator umfassen. Rein beispielhaft kann der zweite Katalysator 222 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), einen katalytischen Konverter und/oder einen beliebigen anderen Abgaskatalysator umfassen.
Das Abgas von der linken Zylinderreihe 116 kann von dem zweiten Katalysator 222 durch ein drittes Abgasrohr 224 zu einem dritten Katalysator 226 strömen. Der dritte Katalysator 226 kann ebenfalls jede beliebige Art von Katalysator umfassen. Rein beispielhaft kann der dritte Katalysator 226 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), einen katalytischen Konverter und/oder einen beliebigen anderen Abgaskatalysator umfassen. Einer oder mehrere der Katalysatoren kann/können mit einer weiteren Komponente wie z. B. einem Dieselpartikelfilter (DPF) implementiert sein.
In verschiedenen Implementierungen können mehr als der erste, der zweite und der dritte Katalysator 218, 222 und 226 kombiniert und als ein Mehrstufenkatalysator implementiert sein. Rein beispielhaft können der erste und der zweite Katalysator 218 und 222 als Zweistufenkatalysator implementiert sein. In weiteren Implementierungen können der zweite und der dritte Katalysator 222 und 226 als Zweistufenkatalysator implementiert sein, oder der erste, der zweite und der dritte Katalysator 218, 222 und 226 allesamt als Dreistufenkatalysator implementiert sein.
Das Abgas von der linken Zylinderreihe 116 kann von dem dritten Katalysator 226 zu einem ersten Schalldämpfer/Auspuffsystem 228 strömen. Rein beispielhaft kann das erste Schalldämpfer/Auspuffsystem 228 ein viertes Abgasrohr 230, einen ersten Schalldämpfer 232, ein fünftes Abgasrohr 234 und ein erstes Klappenventil 236 umfassen. Das Abgas kann von dem dritten Katalysator 226 durch das vierte Abgasrohr 230 zu dem ersten Schalldämpfer 232 strömen.
Der erste Schalldämpfer 232 dämpft Geräusche, die durch die Zylinder 112 der linken Zylinderreihe 116 produziert werden. Das Abgas kann von dem ersten Schalldämpfer 232 durch das fünfte Abgasrohr 234 zu dem ersten Klappenventil 236 strömen. Das erste Klappenventil 236 kann den Druck im Inneren des Abgassystems 200 erhöhen, verhindern, dass äußere Objekte in das Abgassystem 200 gelangen, und/oder jede beliebige andere Funktion ausführen. Das Abgas tritt an dem ersten Klappenventil 236 vorbei aus dem Abgassystem 200 aus.
Das Abgas von den Zylindern 112 der rechten Zylinderreihe 118 kann einen ähnlichen Weg nehmen wie der des Abgases von den Zylindern 112 der linken Zylinderreihe 116, wie oben beschrieben. Zum Beispiel kann das von den Zylindern 112 der rechten Zylinderreihe 118 ausgestoßene Abgas von dem rechten Abgaskrümmer 202 durch ein drittes Wastegate 250 und ein viertes Wastegate 252 strömen.
Die Wastegates 250 und 252 sind einem dritten und einem vierten Turbolader 254 bzw. 256 zugeordnet. Die Wastegates 250 und 252 und die Turbolader 254 und 256 können ähnlich oder gleich den Wastegates 206 bzw. 208 und den Turboladern 210 bzw. 212 sein. Das Aufladungsaktuatormodul 214 kann die Wastegates 250 und 252 auf der Basis von Signalen von dem Aktuatorsteuermodul 170 steuern. Auf diese Weise steuert das Aufladungsaktuatormodul 214 die Aufladung der Turbolader 254 und 256.
Das Abgas von der rechten Zylinderreihe 118 kann von den Wastegates 250 und 252 durch ein sechstes Abgasrohr 258 zu einem vierten Katalysator 260 strömen. Die Abgasrohrfläche zwischen dem rechten Abgaskrümmer 202 und den Wastegates 250 und 252 und/oder zwischen den Wastegates 250 und 252 kann auch als ein Teil des sechsten Abgasrohres 258 betrachtet werden. Der vierte Katalysator 260 kann jede beliebige geeignete Art von Katalysator umfassen. Rein beispielhaft kann der vierte Katalysator 260 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), einen katalytischen Konverter und/oder einen beliebigen anderen Abgaskatalysator umfassen.
Das Abgas von der rechten Zylinderreihe 118 kann von dem vierten Katalysator 260 durch ein siebtes Abgasrohr 262 zu einem fünften Katalysator 264 strömen. Der fünfte Katalysator 264 kann ebenfalls jede beliebige Art von Katalysator umfassen. Rein beispielhaft kann der fünfte Katalysator 264 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), einen katalytischen Konverter und/oder einen beliebigen anderen Abgaskatalysator umfassen.
Das Abgas von der rechten Zylinderreihe 118 kann von dem fünften Katalysator 264 durch ein achtes Abgasrohr 266 zu einem sechsten Katalysator 268 strömen. Der sechste Katalysator 268 kann ebenfalls jede beliebige Art von Katalysator umfassen. Rein beispielhaft kann der sechste Katalysator 268 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), einen katalytischen Konverter und/oder einen beliebigen anderen Abgaskatalysator umfassen. Einer oder mehrere der Katalysatoren kann/können mit einer weiteren Komponente wie z. B. einem Dieselpartikelfilter (DPF) implementiert sein.
In verschiedenen Implementierungen können mehr als der vierte, der fünfte und der sechste Katalysator 260, 264 und 268 kombiniert und als ein Mehrstufenkatalysator implementiert sein. Rein beispielhaft können der vierte und der fünfte Katalysator 260 und 264 als Zweistufenkatalysator implementiert sein. In weiteren Implementierungen können der fünfte und der sechste Katalysator 264 und 268 als Zweistufenkatalysator implementiert sein, oder der vierte, der fünfte und der sechste Katalysator 260, 264 und 268 können als Dreistufenkatalysator implementiert sein.
Das Abgas von der rechten Zylinderreihe 118 kann von dem sechsten Katalysator 268 zu einem zweiten Schalldämpfer/Auspuffsystem 270 strömen. Rein beispielhaft kann das zweite Schalldämpfer/Auspuffsystem 270 ein neuntes Abgasrohr 272, einen zweiten Schalldämpfer 274, ein zehntes Abgasrohr 276 und ein zweites Klappenventil 278 umfassen. Das Abgas kann von dem sechsten Katalysator 268 durch das neunte Abgasrohr 272 zu dem zweiten Schalldämpfer 274 strömen.
Der zweite Schalldämpfer 274 dämpft Geräusche, die durch die Zylinder 112 der rechten Zylinderreihe 118 produziert werden. Das Abgas kann von dem zweiten Schalldämpfer 274 durch das zehnte Abgasrohr 276 zu dem zweiten Klappenventil 278 strömen. Das zweite Klappenventil 278 kann den Druck im Inneren des Abgassystems 200 erhöhen, verhindern, dass äußere Objekte in das Abgassystem 200 gelangen, und/oder weitere Funktionen ausführen. Das Abgas kann an dem zweiten Klappenventil 278 vorbei aus dem Abgassystem 200 austreten.
Es kann auch ein Abgasrückführungs(AGR)-System 280 dem linken Abgaskrümmer 204 und/oder dem rechten Abgaskrümmer 202 zugeordnet sein. Rein beispielhaft kann das AGR-System 280 dem rechten Abgaskrümmer 202 zugeordnet sein, wie in 2 gezeigt. Das AGR-System 280 umfasst ein AGR-Ventil 282, ein erstes AGR-Rohr 284 und ein zweites AGR-Rohr 286.
Das AGR-Ventil 282 ist mit dem rechten Abgaskrümmer 202 über das erste AGR-Rohr 284 verbunden. Das AGR-Ventil 282 leitet selektiv Abgas von dem rechten Abgaskrümmer 202 zurück zu dem Einlasskrümmer 104 über das zweite AGR-Rohr 286 um. Das ECM 150 steuert die Betätigung des AGR-Ventils 282 und somit die Abgasströmungsrate (EGF) durch das AGR-System 280. Zum Beispiel kann das Aktuatorsteuermodul 170 das Öffnen des AGR-Ventils 282 steuern.
Das ECM 150 umfasst ein Abgassystemmodul 290, welches anfänglich auf der Basis des Abgassystems 200 von 2 konfiguriert ist. Während das Abgassystemmodul 290 und das Aktuatorsteuermodul 170 als innerhalb des ECM 150 angeordnet gezeigt und erläutert sind, kann/können das Abgassystemmodul 290 und/oder das Aktuatorsteuermodul 170 an jeder beliebigen geeigneten Stelle wie z. B. außerhalb des ECM 150 angeordnet sein. Das Abgassystemmodul 290 empfängt Daten, die die Konfiguration eines tatsächlichen Abgassystems angeben, welches in dem Fahrzeug implementiert ist, und führt demgemäß eine Rekonfiguration durch.
Das Abgassystemmodul 290 schätzt eine Eintrittsgastemperatur, eine Austrittsgastemperatur, eine Massentemperatur und einen Druck für jede Komponente des tatsächlichen Abgassystems ab (d. h. modelliert diese). Das Aktuatorsteuermodul 170 passt selektiv einen oder mehrere Motorbetriebsparameter auf der Basis der Eintrittsgastemperatur, der Austrittsgastemperatur, der Massentemperatur und/oder des Drucks von einer oder mehreren der Turbolader 212, 212, 254 und/oder 256 an. Auf diese Weise kann das Aktuatorsteuermodul 170 den/die durch das Abgassystemmodul 290 bereitgestellten Temperaturen und/oder Druck verwenden, um gewünschte Abgassystembedingungen zu erzeugen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Abgassystemmoduls 290 präsentiert.
Das Abgassystemmodul 290 umfasst ein Konfigurationsmodul 302, ein Abgassystem-Modellierungsmodul 304 und ein Speichermodul 305. Das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 umfasst ein Abgasströmungsraten(EGF)-Bestimmungsmodul 306, ein Eintrittstemperaturmodul 308, ein Stationär(SS)-Temperaturmodul 310, ein Massentemperaturmodul 312, ein Austrittstemperaturmodul 314 und ein Druckbestimmungsmodul 316.
Das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 ist anfänglich auf der Basis des Abgassystems 200 von 2 konfiguriert. Anders ausgedrückt ist das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 anfänglich auf der Basis eines generischen Abgassystems konfiguriert, welches auf eine Vielfalt von Modellen und Arten von Motorsystemen und Fahrzeugen anwendbar ist.
Das Konfigurationsmodul 302 empfängt Daten der tatsächlichen Konfiguration (d. h. actual config.), die eine tatsächliche Abgassystemkonfiguration des Fahrzeuges angeben, in dem das Abgassystemmodul 290 implementiert ist. Wenn die tatsächliche Abgassystemkonfiguration von der Konfiguration des Abgassystems 200 verschieden ist, rekonfiguriert das Konfigurationsmodul 302 das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 auf der Basis der tatsächlichen Konfiguration. Die Rekonfiguration kann z. B. umfassen, dass Komponenten der generischen Konfiguration auf der Basis der tatsächlichen Konfiguration aktiviert und deaktiviert werden, und/oder dass Parameter der aktivierten Komponente auf der Basis der tatsächlichen Konfiguration rekonfiguriert werden. Das Konfigurationsmodul 302 kann die Daten der tatsächlichen Abgassystemkonfiguration von einer beliebigen geeigneten Quelle wie z. B. einem Speicher oder einer Vorrichtung empfangen, die verwendet wird, um das Fahrzeug zu kalibrieren.
Das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 modelliert (d. h. bestimmt) einen Druck und eine oder mehrere Temperaturen für jede Komponente des tatsächlichen Abgassystems. Im Spezielleren modelliert das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 eine Eintrittstemperatur, eine Austrittstemperatur, eine Massentemperatur und einen Druck für jede Abgassystemkomponente, durch die Abgas strömt. Die Eintritts- und Austrittstemperaturen einer Komponente entsprechen der Temperatur des in die Komponente eingebrachten bzw. von dieser abgegebenen Abgases. Die Massentemperatur entspricht der Temperatur des/der Materialien, das/die die Komponente selbst bildet/en.
Das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 speichert die Temperaturen und den Druck für jede Komponente des Abgassystems im Speichermodul 305. Das Speichermodul 305 kann z. B. in einem Speicher implementiert sein. Eine beispielhafte Veranschaulichung der Anordnung von Temperaturen und Drücken im Speichermodul 305 ist in 4 gezeigt.
Das EGF-Bestimmungsmodul 306 bestimmt eine EGF für jede Komponente des Abgassystems. Die EGF kann als ein Prozentsatz in Bezug auf eine maximale EGF ausgedrückt werden sein, die der zugeordnete Motor produzieren kann. Rein beispielhaft kann die EGF für eine Komponente mithilfe der Gleichung:
bestimmt werden, wobei EGF_REL die relative EGF für die Komponente ist, EGF die EGF durch die Komponente ist und EGF_MAX die maximale EGF ist.
Das EGF-Bestimmungsmodul 306 kann die EGF für jede der Abgassystemkomponenten auf der Basis verschiedener Eingänge bestimmen. Rein beispielhaft kann die EGF für eine Komponente auf der Basis der Kühlmitteltemperatur, der Ethanolkonzentration des eingespritzten Kraftstoffes, der Zündzeiteinstellung, des Äquivalenzverhältnisses, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Umgebungslufttemperatur, der Einlasslufttemperatur und der Gaspedalposition bestimmt werden. Die EGF für die Komponente kann auch auf der Basis der AGR-Strömungsrate, der MAF, der Luft pro Zylinder (APC von air-per-cylinder), des Umgebungsluftdruckes, der Motordrehzahl, der Klappenventilposition/en und/oder der Wastegate-Einschaltdauern bestimmt werden.
Das EGF-Bestimmungsmodul 306 kann die EGF für die Komponente auch auf der Basis des Betriebsmodus des Motors 102 bestimmen. Rein beispielhaft kann die EGF auf der Basis dessen bestimmt werden, ob einer oder mehrere der Zylinder 112 deaktiviert ist/sind, ob sich der Motor 102 im Leerlauf befindet, ob der Motor 102 läuft oder ausgeschaltet ist (z. B. Hybridanwendungen) und/oder ob der Kraftstoff für jedes Brennereignis in einem oder mehreren Impulsen (z. B. zwei Impulsen) eingespritzt wird.
Wenn einer oder mehrere Zylinder deaktiviert ist/sind, kann die EGF für die Komponente auf der Basis der Anzahl von deaktivierten und/oder aktivierten Zylindern bestimmt werden. Die EGF kann auf der Basis der Zeitspanne, in der der Motor 102 ausgeschaltet (d. h. AUS) ist, wenn der Motor ausgeschaltet ist, bestimmt werden. Das EGF-Bestimmungsmodul 306 kann die EGF für die Komponente auch auf der Basis verschiedener Abgassystemmodi bestimmen, z. B. ob Luft in das Abgassystem (z. B. durch eine Zusatzluftpumpe) eingespritzt wird, ob ein Katalysatoraufwärmen stattfindet und/oder ob ein Anspringen innerhalb eines oder mehrerer Katalysatoren des Abgassystems stattfindet.
Das EGF-Bestimmungsmodul 306 kann die EGF für die Komponente auch auf der Basis der tatsächlichen Konfiguration des Abgassystems und/oder Eigenschaften der verschiedenen Komponenten bestimmen. Rein beispielhaft kann das Abgassystem ausgebildet sein, um das Abgas von dem rechten und dem linken Abgaskrümmer 202 und 204 an einem Zusammenflusspunkt (nicht gezeigt) zusammenzubringen. Das EGF-Bestimmungsmodul 306 kann die zwei EGFs der oberstromigen Komponenten für die Komponenten unterstromig des Zusammenflusspunktes summieren. Eigenschaften, welche die EGF beeinflussen können, umfassen z. B. die Krümmung und/oder die Querschnittsfläche.
Das Eintrittstemperaturmodul 308 modelliert (d. h. bestimmt) die Eintrittstemperatur (d. h. die Eintrittsgastemperatur) für jede der Komponenten des tatsächlichen Abgassystems. Das Eintrittstemperaturmodul 308 speichert die Eintrittstemperaturen im Speichermodul 305. Das Eintrittstemperaturmodul 308 kann die Eintrittstemperatur für eine Komponente auf der Basis der Austrittstemperatur der vorhergehenden (d. h. oberstromigen) Komponente des Abgassystems festlegen. Rein beispielhaft kann das Eintrittstemperaturmodul 308 die Eintrittstemperatur für eine Nte Komponente des Abgassystems auf der Basis der Austrittstemperatur einer (N – 1)ten Komponente festlegen.
Für einen Abgaskrümmer (z. B. den rechten und den linken Abgaskrümmer 202 und 204) kann das Eintrittstemperaturmodul 308 die Eintrittstemperaturen auf der Basis einer Motoraustrittstemperatur festlegen. Das Eintrittstemperaturmodul 308 kann die Motoraustrittstemperatur auf der Basis verschiedener Parameter wie z. B. der Motorlast, der APC, der Motordrehzahl, der Zündzeiteinstellung, des Äquivalenzverhältnisses, der Ethanolkonzentration des Kraftstoffes, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder des Aufwärmzustandes des Motors 102 bestimmen.
Wenn das Abgassystem ein AGR-System (z. B. das AGR-System 280) umfasst, bestimmt das Eintrittstemperaturmodul 308 eine Eintrittstemperatur für das AGR-System auf der Basis einer Temperatur des Abgases an dem Punkt, wo das AGR-System mit dem zugehörigen Abgaskrümmer verbunden ist. Das Eintrittstemperaturmodul 308 kann auch die Eintrittstemperatur für jede Komponente des AGR-Systems wie z. B. der zwei AGR-Leitungen und/oder des AGR-Ventils bestimmen.
Das SS-Temperaturmodul 310 moduliert (d. h. bestimmt) eine SS-Temperatur für jede Komponente des tatsächlichen Abgassystems. Die SS-Temperatur für eine Komponente entspricht einer Temperatur, welche die Komponente selbst erreichen wird, wenn die Motorlastbedingungen konstant (d. h. stationär) bleiben. Das SS-Temperaturmodul 310 bestimmt die SS-Temperatur für die Komponente auf der Basis der Eintrittstemperatur der Komponente, der Umgebungstemperatur und eines für die Komponente bestimmten SS-Koeffizienten.
Das SS-Temperaturmodul 310 bestimmt den SS-Koeffizienten für die Komponente auf der Basis der EGF für die Komponente. Rein beispielhaft kann das SS-Temperaturmodul 310 die SS-Temperatur für die Komponente mithilfe der folgenden Gleichung bestimmen: T_SS = (T_IN – T_A)·C_SS, wobei T_SS die SS-Temperatur der Komponente ist, T_IN die Eintrittstemperatur der Komponente ist, T_A die Umgebungslufttemperatur ist und C_SS der SS-Koeffizient für die Komponente ist.
Das SS-Temperaturmodul 310 bestimmt den SS-Koeffizienten für einen Turbolader (z. B. die Turbolader 212, 212, 254 und/oder 256) auf der Basis der EGF für die Turbolader und der DC der Leistung, die an das zugeordnete Wastegate angelegt wird. Rein beispielhaft kann das SS-Temperaturmodul 310 den SS-Koeffizienten für den Turbolader 212 auf der Basis der EGF für den Turbolader 212 und der DC der Leistung, die an das Wastegate 206 angelegt wird, bestimmen.
Wenn der Turbolader Umgebungsluft ansaugt, passt das SS-Temperaturmodul 310 auch die SS-Temperatur für den Turbolader auf der Basis der Einlasslufttemperatur an. Rein beispielhaft kann das SS-Temperaturmodul 310 die SS-Temperatur für den Turbolader mithilfe der Gleichung: T_SS-T = IAT + C_SS-T·(T_IN-T – IAT), bestimmen, wobei T_SS-T die SS-Temperatur des Turboladers ist, IAT die Einlasslufttemperatur ist, C_SS-T der SS-Koeffizient für den Turbolader ist und T_IN-T die Eintrittstemperatur für den Turbolader ist.
Das Massentemperaturmodul 312 bestimmt eine Massentemperatur für jede der Abgassystemkomponenten. Das Massentemperaturmodul 312 speichert die Massentemperaturen im Speichermodul 305. Das Massentemperaturmodul 312 bestimmt die Massentemperatur für eine Komponente auf der Basis der SS-Temperatur der Komponente und eines für die Komponente bestimmten Massenkoeffizienten. Die Massentemperatur entspricht der Temperatur des Materials (z. B. des Metalls), welches die Komponente bildet.
Das Massentemperaturmodul 312 bestimmt den Massenkoeffizienten für die Komponente auf der Basis der für die Komponente bestimmten EGF. Der Massenkoeffizient entspricht der Rate, mit der sich die Massentemperatur in Richtung der SS-Temperatur der Komponente ändert. Rein beispielhaft kann der Massenkoeffizient größer werden, wenn die EGF abnimmt. Das Massentemperaturmodul 312 bestimmt die Massentemperatur für die Komponente auf der Basis z. B. eines Produkts aus der SS-Temperatur und dem Massenkoeffizienten.
Das Massentemperaturmodul 312 bestimmt den Massenkoeffizienten für einen Turbolader (z. B. die Turbolader 212, 212, 254 und/oder 256) auf der Basis der EGF für die Turbolader und der DC der Leistung, die an das zugeordnete Wastegate angelegt wird. Rein beispielhaft kann das Massentemperaturmodul 312 den Massenkoeffizienten für den Turbolader 212 auf der Basis der EGF für den Turbolader 212 und der DC der Leistung, die an das Wastegate 206 angelegt wird, bestimmen.
Das Austrittstemperaturmodul 314 bestimmt eine Austrittstemperatur (d. h. eine Austrittsgastemperatur) für jede der Abgassystemkomponenten. Das Austrittstemperaturmodul 314 speichert die Austrittstemperaturen im Speichermodul 305.
Das Austrittstemperaturmodul 314 bestimmt die Austrittstemperatur für eine Komponente auf der Basis der Eintrittstemperatur für die Komponente, der Massentemperatur für die Komponente und eines Austrittskoeffizienten für die Komponente. Das Austrittstemperaturmodul 314 bestimmt die Austrittstemperatur für die Komponente auf der Basis der Eintrittstemperatur der Komponente plus oder minus die Änderung der Temperatur, die auf die Wärmeübertragung zwischen der Komponente und der an der Komponente vorbei strömenden Luft zurückzuführen ist. Im Spezielleren bestimmt das Austrittstemperaturmodul 314 die Austrittstemperatur durch Anpassen der Eintrittstemperatur in Richtung der Massentemperatur auf der Basis des Austrittskoeffizienten.
Das Austrittstemperaturmodul 314 bestimmt den Austrittskoeffizienten für die Komponente auf der Basis der EGF der Komponente. Rein beispielhaft kann das Austrittstemperaturmodul 314 die Austrittstemperatur für die Komponente mithilfe der Gleichung: T_OUT = T_IN(T_IN – T_MASS)C_OUT, bestimmen, wie dies der Art nach beispielweise aus der DE 198 36 955 A1 bekannt ist, wobei T_OUT die Austrittstemperatur der Komponente ist, T_IN die Eintrittstemperatur der Komponente ist, T_MASS die Massentemperatur der Komponente ist und C_OUT der Austrittskoeffizient der Komponente ist.
Die Katalysatoren des Abgassystems wie z. B. die Katalysatoren 218, 222, 226, 260, 264 und 268 können auch Wärme produzieren. Demzufolge erhöht das Austrittstemperaturmodul 314 die Austrittstemperatur des Katalysators des Abgassystems auf der Basis der durch den Katalysator erzeugten Wärme. Das SS-Temperaturmodul 310 und das Massentemperaturmodul 312 können auch die SS-Temperatur bzw. die Massentemperatur des Katalysators auf der Basis der durch den Katalysator erzeugten Wärme erhöhen.
Die Menge von Wärme, die durch den Katalysator erzeugt wird, wird als ein Wärmeerzeugungsterm bezeichnet. Der Wärmeerzeugungsterm für den Katalysator kann auf der Basis der EGF des Katalysators, des Äquivalenzverhältnisses und/oder der Ethanolkonzentration des Kraftstoffes bestimmt werden. Rein beispielhaft, wenn das Äquivalenzverhältnis 1,0 beträgt (d. h. wenn ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird), kann der Wärmeerzeugungsterm vernachlässigbar sein. Der Wärmeerzeugungsterm für den Katalysator kann auch auf der Basis dessen bestimmt werden, ob Luft in das Abgassystem eingespritzt wird (z. B. mithilfe einer Zusatzluftpumpe) und/oder ob Kraftstoff für jedes Brennereignis in einem oder mehreren Impulsen (z. B. zwei Impulsen) eingespritzt wird.
Das Austrittstemperaturmodul 314 bestimmt den Austrittskoeffizienten für einen Turbolader (z. B. die Turbolader 212, 212, 254 und/oder 256) auf der Basis der EGF für die Turbolader und der DC der Leistung, die an das zugeordnete Wastegate angelegt wird. Das Austrittstemperaturmodul 314 bestimmt den Austrittskoeffizienten für den Turbolader 212 auf der Basis der EGF für den Turbolader 212 und der DC der Leistung, die an das Wastegate 206 angelegt wird. Rein beispielhaft kann das Austrittstemperaturmodul 314 die Austrittstemperatur für den Turbolader mithilfe der Gleichung: T_OUT-T = T_IN-T + C_OUT-T·(T_M-T – T_IN-T), bestimmen, wobei T_OUT-T die Austrittstemperatur des Turboladers ist, T_IN-T die Eintrittstemperatur für den Turbolader ist, C_OUT-T der Austrittskoeffizient für den Turbolader ist, und T_M-T die Massentemperatur für den Turbolader ist.
Das Druckbestimmungsmodul 316 bestimmt einen Druck für jede der Abgassystemkomponenten. Das Druckbestimmungsmodul 316 speichert die Drücke im Speichermodul 305. Das Druckbestimmungsmodul 316 beginnt bei dem Umgebungsluftdruck (d. h. atmosphärischen Barometerdruck) und bestimmt die Drücke für eine letzte Komponente des tatsächlichen Abgassystems. Die letzte Komponente entspricht der letzten Komponente, durch die das Abgas strömt, bevor es von dem Abgassystem ausgestoßen wird.
Das Druckbestimmungsmodul 316 kann den Druck für eine Komponente auf der Basis eines oder mehrerer Druckanstiege für jede aufeinanderfolgende Komponente des Abgassystems bei einer Bewegung nach oberstromig, in Richtung des/der zugeordneten Abgaskrümmer/s bestimmen. Auf diese Weise wird der Druck des zugeordneten Abgaskrümmers der höchste Druck sein. Rein beispielhaft kann die letzte Komponente des Abgassystems ein Schalldämpfer/Auspuffsystem wie z. B. eines der Schalldämpfer/Auspuffsysteme 228 oder 270 umfassen. Das Druckbestimmungsmodul 316 kann den Druck für das Schalldämpfer/Auspuffsystem 228 und 270 und dann den Druck der Abgasrohre 230 und 272, dann der Katalysatoren 226 und 268 etc. bestimmen.
Das Druckbestimmungsmodul 316 bestimmt den Druckanstieg für eine Komponente auf der Basis der EGF der Komponente. Das Druckbestimmungsmodul 316 kann den Druckanstieg für die Komponente auch auf der Basis der EGF von angebrachten Komponenten und/oder Eigenschaften der Komponente wie der Krümmung und/oder Änderungen in der Querschnittsfläche der Komponente bestimmen. Für Schalldämpfer/Auspuffsysteme (z. B. die Schalldämpfer-Auspuffsysteme 228 und 280) bestimmt das Druckbestimmungsmodul 316 den Druckanstieg auf der Basis der EGF für das Schalldämpfer/Auspuffsystem und der Position des zugeordneten Klappenventils (falls vorhanden).
Das Druckbestimmungsmodul 316 bestimmt den Druckanstieg für einen Turbolader (z. B. die Turbolader 210, 212, 254 und/oder 256) auf der Basis der EGF für die Turbolader und der DC der Leistung, die an das zugeordnete Wastegate angelegt wird. Rein beispielhaft bestimmt das Druckbestimmungsmodul 316 den Druckanstieg für den Turbolader 210 auf der Basis der EGF für den Turbolader 210 und der DC der Leistung, die an das Wastegate 206 angelegt wird.
Das Druckbestimmungsmodul 316 bestimmt den Druck für ein AGR-System (z. B. das AGR-System 280) auf der Basis der AGR-Strömungsrate. Die AGR-Strömungsrate kann als ein Prozentsatz in Bezug auf eine maximale AGR-Strömungsrate ausgedrückt sein. Die maximale AGR-Strömungsrate kann ein kalibrierter Wert sein und kann von dem Speicher abgerufen werden. Die AGR-Strömungsrate kann auf der Basis der AGR-Position, des MAP und/oder des Druckes der zugeordneten Krümmer bestimmt werden.
Das Aktuatorsteuermodul 170 passt selektiv einen oder mehrere Motorbetriebsparameter auf der Basis der im Speichermodul 305 gespeicherten Parameter an. Im Spezielleren passt das Aktuatorsteuermodul 170 selektiv einen oder mehrere Motorparameter auf der Basis der Temperaturen und des Druckes einer oder mehrerer der Turbolader 212, 212, 254 und/oder 256 des tatsächlichen Abgassystems an. Rein beispielhaft kann das Aktuatorsteuermodul 170 die Menge von eingespritztem Kraftstoff, die Luftströmung in den Motor 102 hinein und/oder die Zündzeiteinstellung auf der Basis eines/r oder mehrerer der im Speichermodul 305 gespeicherten Drücke und Temperaturen anpassen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 5 ist ein Flussdiagramm präsentiert, das beispielhafte Schritte zeigt, die von dem Abgassystemmodul 290 ausgeführt werden. Die Steuerung beginnt in Schritt 501, in dem die Steuerung initialisiert. Rein beispielhaft kann die Steuerung in Schritt 501 zuvor gespeicherte Werte zurücksetzen und/oder das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 konfigurieren. Die Steuerung konfiguriert das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 auf der Basis der tatsächlichen Abgassystemkonfiguration des Fahrzeuges.
In Schritt 502 bestimmt die Steuerung eine EGF für jede Komponente des Abgassystems. Die Steuerung schreitet zu Schritt 504 weiter, in dem die Steuerung eine Eintrittstemperatur für jede Komponente des Abgassystems bestimmt. Die Eintrittstemperatur für eine Komponente entspricht der Temperatur des Gases, das in die Komponente eintritt.
In Schritt 506 bestimmt die Steuerung eine Massentemperatur für jede Komponente des Abgassystems. Die Steuerung bestimmt die Massentemperatur einer Komponente auf der Basis der für die Komponente bestimmten SS-Temperatur, wie oben erläutert. Die Massentemperatur einer Komponente entspricht der Temperatur des Materials (z. B. des Metalls), welches die Komponente bildet. Die SS-Temperatur der Komponente entspricht einer Temperatur, welche das Material erreichen wird, wenn die Motorlastbedingungen konstant (d. h. stationär) bleiben. In Schritt 508 bestimmt die Steuerung für jede Komponente eine Austrittstemperatur. Die Austrittstemperatur für eine Komponente entspricht der Temperatur von Gas, welches von der Komponente abgegeben wird.
Die Steuerung schreitet zu Schritt 510 weiter, in dem die Steuerung für jede Komponente einen Druck bestimmt. Die Steuerung speichert in Schritt 512 die Temperaturen und Drücke und die Steuerung kehrt zu Schritt 502 zurück. Die Steuerung speichert die Temperaturen und Drücke z. B. im Speichermodul 305. Auf diese Weise umfasst das Speichermodul 305 eine Eintrittstemperatur, eine Massentemperatur, eine Austrittstemperatur und einen Druck, die für jede Komponente des Abgassystems modelliert sind.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 6A ist ein Flussdiagramm präsentiert, welches einen weiteren Satz von beispielhaften Schritten zeigt, die von dem Abgassystemmodul 290 ausgeführt werden. Die Steuerung initialisiert in Schritt 602. Rein beispielhaft kann die Steuerung in Schritt 602 zuvor gespeicherte Werte zurücksetzen und/oder das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 konfigurieren. Die Steuerung konfiguriert das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 auf der Basis der tatsächlichen Abgassystemkonfiguration des Fahrzeuges. Die Steuerung kann in Schritt 602 einen Zählerwert (d. h. einen N-Wert) auf einen vorbestimmten Rücksetzwert zurücksetzen. Der vorbestimmte Rücksetzwert kann rein beispielhaft mit null festgelegt sein.
In Schritt 604 bestimmt die Steuerung, ob der Zählerwert größer ist als ein vorbestimmter Wert (d. h. ein M-Wert). Wenn ja, geht die Steuerung zu Schritt 606 weiter. Wenn nicht, schreitet die Steuerung zu Schritt 608 weiter. Die Steuerung setzt den Zählerwert in Schritt 606 zurück. Der vorbestimmte Wert (d. h. M) entspricht einer Gesamtzahl von Komponenten, die in dem Abgassystem umfasst sind. Auf diese Weise setzt die Steuerung den Zählerwert zurück, wenn der Zählerwert die Gesamtzahl von Komponenten des Abgassystems überschreitet. In Schritt 608 setzt die Steuerung den Zählerwert auf den vorbestimmten Rücksetzwert zurück und die Steuerung schreitet zu Schritt 608 weiter.
Die Steuerung inkrementiert in Schritt 608 den Zählerwert. Anders ausgedrückt inkrementiert die Steuerung den N-Wert. In Schritt 610 bestimmt die Steuerung die EGF für die Komponente des Abgassystems, die dem N-Wert entspricht. Rein beispielhaft kann ein N-Wert von 1 einem zugeordneten Abgaskrümmer entsprechen und ein N-Wert von M kann einem zugeordneten Schalldämpfer/Auspuffsystem entsprechen.
In Schritt 612 bestimmt die Steuerung die Eintrittstemperatur für die Komponente. Die Eintrittstemperatur entspricht der Temperatur des Gases, welches in die Komponente eintritt. In Schritt 614 bestimmt die Steuerung die SS-Temperatur für die Komponente. Die SS-Temperatur entspricht der Temperatur, welche das Material der Komponente wahrscheinlich erreichen wird, wenn die Motorlastbedingungen konstant bleiben.
In Schritt 616 bestimmt die Steuerung die Massentemperatur für jede Komponente. Die Massentemperatur entspricht der Temperatur des Materials der Komponente. Die Steuerung schreitet zu Schritt 616 weiter, in dem die Steuerung die Austrittstemperatur der Komponente bestimmt. Die Austrittstemperatur entspricht der Temperatur von Gas, welches von der Komponente abgegeben wird. Die Steuerung speichert die Temperaturen in Schritt 620 und die Steuerung kehrt zu Schritt 604 zurück. Die Temperaturen können z. B. im Speichermodul 305 gespeichert werden.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 6B ist ein Flussdiagramm präsentiert, welches beispielhafte Schritte zeigt, die von dem Abgassystemmodul 290 ausgeführt werden. Die Steuerung kann einige oder alle der Schritte von 6B zusätzlich zu den in 6A gezeigten Schritten ausführen. Die Steuerung initialisiert in Schritt 652. Rein beispielhaft kann die Steuerung in Schritt 652 zuvor gespeicherte Werte zurücksetzen und/oder das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 konfigurieren. Die Steuerung konfiguriert das Abgassystem-Modellierungsmodul 304 auf der Basis der tatsächlichen Abgassystemkonfiguration des Fahrzeuges.
Die Steuerung kann in Schritt 652 auch einen Zählerwert (d. h. einen N-Wert) auf einen vorbestimmten Rücksetzwert (d. h. einen M-Wert) zurücksetzen. Der vorbestimmte Rücksetzwert kann rein beispielhaft mit der Gesamtzahl von Komponenten des Abgassystems festgelegt sein. Auf diese Weise beginnt die Steuerung an der letzten Komponente des Abgassystems, z. B. dem Schalldämpfer/Auspuffsystem.
In Schritt 654 bestimmt die Steuerung, ob der Zählerwert kleiner ist als 1. Wenn ja, geht die Steuerung zu Schritt 656 weiter. Wenn nicht, geht die Steuerung zu Schritt 658 weiter. In Schritt 656 setzt die Steuerung den Zählerwert (d. h. den N-Wert) zurück. Die Steuerung setzt den Zählerwert auf den vorbestimmten Rücksetzwert (d. h. den M-Wert) zurück. Auf diese Weise setzt die Steuerung den Zählerwert auf die Gesamtzahl von Komponenten des Abgassystems zurück. Die Steuerung schreitet dann zu Schritt 660 weiter.
Die Steuerung dekrementiert in Schritt 658 den Zählerwert und die Steuerung schreitet zu Schritt 660 weiter. In Schritt 660 bestimmt die Steuerung den Druck für die Komponente, die dem N-Wert entspricht. Die Steuerung speichert den Druck in Schritt 662 und die Speicherung kehrt zu Schritt 654 zurück. Der Druck kann z. B. im Speichermodul 305 gespeichert werden.

Claims

Abgassteuersystem für ein Fahrzeug, welches umfasst: ein Abgassystem-Modellierungsmodul (304), das eine Eintrittsgastemperatur für eine Abgassystemkomponente, eine Austrittsgastemperatur für die Abgassystemkomponente und eine Massentemperatur für die Abgassystemkomponente eines Abgassystems (200) abschätzt, welches in dem Fahrzeug implementiert ist, wobei ein Abgas durch die Abgassystemkomponente strömt; und ein Aktuatorsteuermodul (170), welches selektiv einen Motorbetriebsparameter auf der Basis der Eintrittsgastemperatur und/oder der Austrittsgastemperatur anpasst; dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) auch einen Druck für die Abgassystemkomponente abschätzt und das Aktuatorsteuermodul (170) den Motorbetriebsparameter zusätzlich auf der Basis der Massentemperatur und des Druckes anpasst; wobei das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) eine stationäre Temperatur für die Abgassystemkomponente auf Basis der Umgebungstemperatur, der Eintrittsgastemperatur in die Abgassystemkomponente und der Abgasströmungsrate durch die Abgassystemkomponente abschätzt und die Massentemperatur auf der Basis der stationären Temperatur und eines für die Abgassystemkomponente bestimmten Massenkoeffizienten abschätzt, der von der Abgasströmungsrate durch die Abgassystemkomponente abhängt; wobei das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) die Austrittsgastemperatur auf der Basis der Eintrittsgastemperatur, der Massentemperatur und eines für die Abgassystemkomponente bestimmten Austrittskoeffizienten abschätzt; und wobei die Abgassystemkomponente ein Turbolader (210, 212) ist, wobei der Austrittskoeffizient ferner auf der Basis der Einschaltdauer eines Ladedruckregelventils (206, 208) bestimmt ist.
Abgassteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) die Eintrittsgastemperatur auf der Basis einer zweiten Austrittsgastemperatur abschätzt, die für eine zweite Abgassystemkomponente, die mit der Abgassystemkomponente verbunden und oberstromig von dieser angeordnet ist, abgeschätzt ist.
Abgassteuersystem nur nach Anspruch 1, wobei der Austrittskoeffizient auf der Basis einer für die Abgassystemkomponente abgeschätzten Abgasströmungsrate bestimmt ist
Abgassteuersystem nach Anspruch 1, welches ferner ein Konfigurationsmodul (302) umfasst, das Konfigurationsdaten empfängt, die einer Konfiguration des Abgassystems (200) entsprechen, und welches das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) auf der Basis der Konfigurationsdaten konfiguriert, wobei das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) anfänglich vorzugsweise auf der Basis einer generischen Abgassystemkonfiguration mit zwei Abgaskrümmern (202, 204), einem Abgasrückführungs(AGR)-System (280), vier Turboladern (206, 208, 254, 256), sechs Abgasrohrabschnitten (216, 220, 224, 258, 262, 266), sechs Katalysatoren (218, 222, 226, 260, 264, 268) und zwei Schalldämpfer/Auspuffsystemen (232, 274) konfiguriert ist, wobei das Abgassystem-Modellierungsmodul (304) vorzugsweise eine oder mehrere Komponenten der generischen Abgassystemkonfiguration auf der Basis der Konfigurationsdaten selektiv deaktiviert.