DE102011018451B4

DE102011018451B4 - Systeme und Verfahren zur Steuerung einer Kohlenwasserstoffenergiespeicherung und -freisetzung

Info

Publication number: DE102011018451B4
Application number: DE102011018451.1A
Authority: DE
Inventors: Patrick Barasa
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: CN102235215A; DE102011018451A1; US8549839B2; CN102235215B; US20110265458A1

Abstract

Ein Abgassteuersystem umfasst ein Absorptionsratenschätzmodul, ein Desorptionsratenschätzmodul, ein Änderungsratenmodul, ein Freisetzratenschätzmodul und ein Kraftstoffsteuermodul. Das Absorptionsratenschätzmodul schätzt eine Kohlenwasserstoffenergieabsorptionsrate einer Komponente eines Abgassystems. Das Desorptionsratenschätzmodul schätzt eine Kohlenwasserstoffenergiedesorptionsrate der Komponente. Das Änderungsratenmodul, das eine Änderungsrate gespeicherter Energie auf Grundlage einer Differenz zwischen den Kohlenwasserstoff-Adsorptions- und -Desorptionsraten bestimmt. Das Freisetzratenschätzmodul schätzt eine Kohlenwasserstoffenergiefreisetzrate für die Komponente auf Grundlage der Änderungsrate gespeicherter Energie. Das Kraftstoffsteuermodul steuert eine Rate der Kraftstoffinjektion in das Abgassystem stromaufwärts eines Oxidationskatalysators auf Grundlage der Kohlenwasserstoffenergiefreisetzrate.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist mit den U.S.-Patentanmeldungen Nr. 12/769,142 , die am 28. April 2010 eingereicht wurde, und 12/769,185 verwandt, die am 28. April 2010 eingereicht wurde. Die Offenbarungen der obigen Anmeldungen sind hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen.
GEBIET
Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinensysteme und insbesondere Abgassysteme. Insbesondere betrifft sie ein Abgassteuersystem für ein mehrere Komponenten einschließlich eines Oxidationskatalysators umfassendes Abgassystem.
HINTERGRUND
Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, indem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zulässig.
Eine Maschine verbrennt ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff, um Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Luft wird in die Maschine durch eine Drosselklappe gezogen. Kraftstoff, der durch einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren geliefert wird, mischt sich mit der Luft, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in einem oder mehreren Zylindern der Maschine verbrannt. Ein Maschinensteuermodul (ECM) steuert den Drehmomentausgang der Maschine.
Aus der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs resultierendes Abgas wird von der Maschine an ein Abgassystem ausgestoßen. Das ECM kann einen oder mehrere Maschinenparameter auf Grundlage von Signalen von Sensoren einstellen, die jeweils Parameter in dem Abgassystem messen. Nur beispielhaft können ein oder mehrere Temperatursensoren, Abgasdurchflusssensoren, Sauerstoffsensoren und/oder andere geeignete Sensoren in dem Abgassystem implementiert sein.
Messungen von den Sensoren können ermöglichen, dass das ECM einen oder mehrere Maschinenparameter einstellen kann, um einen oder mehrere der gemessenen Parameter jeweils zu Sollparametern einzustellen. Da die Anzahl von Sensoren, die in einem Fahrzeug implementiert ist, zunimmt, steigen jedoch auch die Kosten der Herstellung des Fahrzeugs. Die erhöhten Kosten können auf die Sensoren selbst, auf zugeordnete Verdrahtung und Ausstattung sowie Forschung und Entwicklung zurückführbar sein. Zusätzlich kann ein Fahrzeughersteller eine Anzahl verschiedener Fahrzeuge herstellen, und jedes der verschiedenen Fahrzeuge kann eine andere Abgassystemkonfiguration besitzen. Ein Kalibrieren und Einstellen von Sensoren, die für jedes verschiedene Fahrzeug und Abgassystem implementiert sind, können ebenfalls die Herstellkosten eines Fahrzeugs erhöhen.
In der WO 2009/016266 A2 ist ein Abgassteuersystem zum Bestimmen einer Kraftstoffmenge beschrieben, die einem Oxidationskatalysator zugeführt wird. Dabei wird unter anderem die im Oxidationskatalysator gespeicherte Energie berücksichtigt.
Aus der DE 10 2004 030 199 A1 ist bereits bekannt, zum Abschätzen der Temperatur eines Oxidationskatalysators eine im Katalysator gespeicherte Menge an Kohlenwasserstoffen zu bestimmen und bei der Berechnung einer Wärmeentwicklung zu berücksichtigen. Es ist zudem angeführt, dass die Verdampfung von Kraftstoff zu einer Abkühlung des Katalysators führt.
In der DE 199 07 382 A1 ist ein Verfahren zur Abschätzung einer Katalysatortemperatur beschrieben, bei dem verschiedene Effekte wie insbesondere der Wärmeverlust oder -gewinn durch Konvektion, durch Strahlung und durch Oxidation berücksichtigt werden.
Aus den Druckschriften DE 60 2005 004 815 T2 und EP 1 698 776 A1 ist es bekannt, die Temperatur des aus einer Komponente eines Abgassystems austretenden Abgases zu modulieren und diese Temperatur dann zur weiteren Modellbildung als Abgaseintrittstemperatur für eine stromabwärtige Komponente zu verwenden.
ZUSAMMENFASSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Abgassteuersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem der auf der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen beruhende Oxidationsgewinn mit einer noch höheren Genauigkeit bestimmt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgassteuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abgassteuersystems sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Abgassteuersystem umfasst ein Absorptionsratenschätzmodul, das eine Kohlenwasserstoffenergieabsorptionsrate einer Komponente eines mehrere Komponenten einschließlich eines Oxidationskatalysators umfassenden Abgassystems, d.h. eine durch eine Komponente des Abgassystems pro Zeiteinheit absorbierte Menge an durch Verbrennung von Kohlenwasserstoff erzeugter Energie, schätzt; ein Desorptionsratenschätzmodul, das eine Kohlenwasserstoffenergiedesorptionsrate der Komponente, d.h. eine von der Komponente pro Zeiteinheit desorbierte Menge an Kohlenwasserstoffenergie, schätzt; ein Änderungsratenmodul, das eine Änderungsrate gespeicherter Energie auf Grundlage einer Differenz zwischen den Kohlenwasserstoffenergieabsorptions- und -desorptionsraten bestimmt; ein Freisetzratenschätzmodul, das eine resultierende Kohlenwasserstoffenergiefreisetzrate für die Komponente auf Grundlage der auf der Differenz zwischen den Kohlenwasserstoffenergieabsorptions- und - desorptionsraten basierenden Änderungsrate gespeicherter Energie schätzt; und ein Kraftstoffsteuermodul, das eine Rate der Kraftstoffinjektion in das Abgassystem stromaufwärts eines Oxidationskatalysators auf Grundlage der resultierenden Kohlenwasserstoffenergiefreisetzrate steuert.
einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann an einem konkreten computerlesbaren Medium vorhanden sein, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, einem Speicher, einem nichtflüchtigen Datenspeicher und/oder anderen geeigneten konkreten Speichermedien.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der, Offenbarung zu beschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:

1 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Maschinensystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Abgassystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Abgassteuermoduls gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
4 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Speichermoduls gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
5 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Oxidationsgewinnschätzmoduls gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
6 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Kompensationsmoduls für Freisetzung gespeicherter Energie gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist; und
7 ein Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte darstellt, die durch ein Verfahren gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. Zu Zwecken der Klarheit sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher Elemente verwendet. Die hier verwendete Formulierung „zumindest eines aus A, B und C“ sei so zu verstehen, dass ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder gemeint ist. Es sei zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Der hier verwendete Begriff „Modul“ betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware- Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/ oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Eine Brennkraftmaschine erzeugt Antriebsdrehmoment durch Verbrennung eines Luft/ Kraftstoff-Gemischs. Aus der Verbrennung des Luft/ Kraftstoff-Gemischs resultierendes Abgas wird von der Maschine an ein Abgassystem ausgestoßen. Das Abgas strömt durch Komponenten des Abgassystems, bevor es von dem Abgassystem ausgestoßen wird. Das Abgassystem kann das Abgas behandeln, um die Mengen von einem oder mehreren Abgasbestandteilen zu reduzieren, bevor das Abgas von dem Abgassystem ausgestoßen wird.
Ein Abgassteuermodul schätzt eine Rate, mit der Energie einer gegebenen der Komponenten des Abgassystems zugeführt wird. Das Abgas kann Energie gewinnen und verlieren, während es von einem Eingang zu einem Ausgang der Komponente strömt. Nur beispielhaft kann das Abgas Energie über Konvektion verlieren. Das Abgas kann auch Energie über Leitung verlieren. Das Abgas kann Energie über Oxidation von Kohlenwasserstoffen des Abgases gewinnen.
Das Abgassteuermodul schätzt eine Konvektionsenergieverlustrate, eine Leitungsenergieverlustrate sowie eine Oxidationsenergiegewinnrate, die der Komponente zugeordnet sind. Das Abgassteuermodul schätzt auch eine Energieausgangsrate für die Komponente auf Grundlage der Energieeingangsrate, der Konvektions- und Leitungsenergieverlustraten und der Oxidationsenergiegewinnrate. Das Abgassteuermodul schätzt eine Temperatur des Abgasausgangs von der Komponente auf Grundlage der Energieausgangsrate. Ein Schätzen der Temperaturen des Abgases an verschiedenen Stellen in dem Abgassystem kann die Herstellkosten eines Fahrzeugs reduzieren, da ein oder mehrere Temperatursensoren weggelassen werden können.
Die Komponente kann Kohlenwasserstoffe absorbieren (d.h. speichern). Absorbierte Kohlenwasserstoffe können von der Komponente desorbieren (d.h. freigesetzt werden). Das Abgassteuermodul der vorliegenden Offenbarung schätzt eine Rate der Kohlenwasserstoff-Energie, die von der Komponente absorbiert wird, und eine Rate der Kohlenwasserstoffenergie, die von der Komponente desorbiert wird. Das Abgassteuermodul schätzt eine Änderungsrate der gespeicherten Energie auf Grundlage der Kohlenwasserstoff-Energieabsorptions- und -Desorptionsraten.
Das Abgassteuermodul bestimmt, ob die Komponente Kohlenwasserstoffenergie freisetzt, auf Grundlage der Änderungsrate der gespeicherten Energie. Wenn die Komponente Kohlenwasserstoffenergie freisetzt, schätzt das Abgassteuermodul die Oxidationsgewinnrate der Komponente auf Grundlage einer Energiefreisetzrate. Auf diese Weise spiegelt die Rate des Energieausgangs von der Komponente die Energiefreisetzungsrate wider.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung eines Maschinensystems 100 dargestellt. Ein Luft/ Kraftstoff-Gemisch wird in einer Maschine 102 verbrannt, um Antriebsmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Während die Maschine 102 als eine Maschine vom Dieseltyp diskutiert ist, ist die vorliegende Offenbarung auf andere Typen von Maschinen anwendbar, wie Maschinen vom Benzintyp sowie andere geeignete Typen von Maschinen.
Luft wird in die Maschine 102 durch einen Ansaugkrümmer 104 und eine Drosselklappe 106 gezogen. Die Drosselklappe 106 wird betätigt, um die Strömung von Luft in die Maschine 102 zu steuern. Ein Drosselaktuatormodul 108 steuert einen Durchfluss von Luft durch die Drosselklappe 106. Nur beispielhaft kann das Drosselaktuatormodul 108 ein Öffnen der Drosselklappe 106 steuern.
Ein Kraftstoffaktuatormodul 110 injiziert Kraftstoff, der sich mit der Luft mischt, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Kraftstoffaktuatormodul 110 kann den Kraftstoff beispielsweise in den Ansaugkrümmer 104, nahe einem oder mehreren Ansaugventilen (nicht gezeigt), die einem Zylinder 112 der Maschine 102 zugeordnet sind, direkt in den Zylinder 112 oder an einer anderen geeigneten Stelle injizieren. Nur beispielhaft kann das Kraftstoffaktuatormodul 110 einen Kraftstoffinjektor (nicht gezeigt) für jeden Zylinder der Maschine 102 aufweisen.
Während nur der einzelne Zylinder 112 gezeigt ist, kann die Maschine 102 mehr als einen Zylinder aufweisen. Die Zylinder können in einer oder mehreren Zylinderreihen angeordnet sein. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in den Zylindern der Maschine 102 verbrannt. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs erzeugt Antriebsdrehmoment und treibt eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) drehbar an.
Ein Maschinensteuermodul (ECM) 130 steuert den Drehmomentausgang der Maschine 102. Das ECM 130 kann den Drehmomentausgang der Maschine 102 auf Grundlage von Fahrereingaben steuern, die durch ein Fahrereingabemodul 132 bereitgestellt werden. Das Fahrereingabemodul 132 kann die Fahrereingaben auf Grundlage einer Gaspedalposition, einer Bremspedalposition, Fahrtreglereingängen sowie anderen geeigneten Fahrereingaben erzeugen.
Das ECM 130 kann verschiedene Maschinenaktuatoren und verschiedene Maschinenparameter steuern, um den Drehmomentausgang der Maschine 102 zu steuern. Nur beispielhaft kann das ECM 130 ein Öffnen der Drosselklappe 106, eine Rate der Kraftstoffinjektion, eine Zylinderabschaltung (beispielsweise die Anzahl abgeschalteter Zylinder), eine Turbolader-Aufladung, ein Öffnen/Schließen von Ansaug- und Abgasventilen und/oder andere Maschinenparameter steuern.
Das ECM 130 kann mit einem oder mehreren Modulen oder Systemen eines Fahrzeugs kommunizieren. Nur beispielhaft kann das ECM 130 mit einem Hybridsteuermodul 154 kommunizieren, um einen Betrieb der Maschine 102 und eines oder mehrere Elektromotoren, wie eines Elektromotors (EM) 156 zu koordinieren. Der EM 156 kann auch als ein Generator funktionieren und kann dazu verwendet werden, selektiv elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme und/oder zur Speicherung in einer Energiespeichervorrichtung (nicht gezeigt) zu erzeugen.
Das ECM 130 führt selektiv Steuerentscheidungen auf Grundlage von durch verschiedene Sensoren gemessenen Parametern aus. Beispielsweise kann eine Ansauglufttemperatur unter Verwendung eines Ansauglufttemperatur-(IAT)-Sensors 140 gemessen werden. Eine Außenlufttemperatur (T_AMB) kann unter Verwendung eines Außentemperatursensors 142 gemessen werden. Ein Massendurchfluss von Luft durch die Drosselklappe 106 kann unter Verwendung eines Massenluftdurchfluss-(MAF)-Sensors 144 gemessen werden.
Ein Druck in dem Ansaugkrümmer 104 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck-(MAP)-Sensors 146 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Maschinenunterdruck gemessen werden, wobei der Maschinenunterdruck auf Grundlage einer Differenz zwischen Außenluftdruck und dem Druck in dem Ansaugkrümmer 104 bestimmt wird.
Eine Maschinenkühlmitteltemperatur (ECT) kann unter Verwendung eines ECT-Sensors 148 gemessen werden. Der ECT-Sensor 148 kann in der Maschine 102 oder an einer anderen Stelle angeordnet sein, an der Maschinenkühlmittel zirkuliert wird, wie in einem Kühler (nicht gezeigt). Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 150 misst eine Fahrzeuggeschwindigkeit. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 150 kann die Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grundlage einer Getriebeabtriebswellendrehzahl, einer Raddrehzahl oder eines anderen geeigneten Maßes der Fahrzeuggeschwindigkeit messen.
Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Abgassystems 200, das der Maschine 102 zugeordnet ist, dargestellt. Während das Abgassystem 200 beschrieben ist, wie es in 2 konfiguriert ist, ist die vorliegende Offenbarung auf andere Abgassystemkonfigurationen anwendbar, die eine geringere oder größere Anzahl von Komponenten aufweisen können.
Abgas, das aus einer Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs resultiert, wird von der Maschine, 102 an einen Abgaskrümmer 202 ausgestoßen. Ein Abgasrückführungs-(AGR)-System 204 kann implementiert sein, um Abgas selektiv zurück zu dem Ansaugkrümmer 104 zu lenken. Das AGR-System 204 kann ein AGR-Ventil 206, ein erstes AGR-Rohr 208 und ein zweites AGR-Rohr 210 aufweisen. Das AGR-Ventil 206 empfängt Abgas von dem Abgaskrümmer 202 über das erste AGR-Rohr 208. Das AGR-Ventil 206 lenkt selektiv Abgas von dem Abgaskrümmer 202 zurück zu dem Ansaugkrümmer 104 über das zweite AGR-Rohr 210.
Abgas, das nicht durch das AGR-System 204 geführt wird, kann von dem Abgaskrümmer 202 zu einem Turbolader 216 strömen. Der Turbolader 216 liefert druckbeaufschlagte Luft an den Ansaugkrümmer 104. Genauer weist der Turbolader 216 einen Verdichter bzw. Kompressor (in 1 nicht gezeigt) auf, der Luft anzieht, die Luft mit Druck beaufschlägt und die druckbeaufschlagte Luft an den Ansaugkrümmer 104 liefert.
Der Turboladerkompressor kann Luft, die von dem Ansaugkrümmer 104, aus der Umgebung und/oder von einer anderen geeigneten Luftquelle gezogen wird, komprimieren. Der Turboladerkompressor wird durch das Abgas betrieben. Genauer wird ein Flügelrad (nicht gezeigt) des Turboladers 216 durch das Abgas drehbar angetrieben, und das Flügelrad treibt den Kompressor drehbar an. Der Turbolader 216 kann eine Technologie mit variabler Geometrie, eine variable Flügeltechnologie, eine variable Düsentechnologie und/oder eine andere geeignete Technologie aufweisen. Der Turbolader 216 kann einen anderen Turbolader (beispielsweise einen Doppel-Turbolader) aufweisen, und/oder es können ein oder mehrere zusätzliche Turbolader in dem Abgassystem 200 enthalten sein.
Ein Ladedruckregelventil 214 kann selektiv geöffnet werden, um eine Umgehung des Turboladers 216 durch Abgas zu ermöglichen. Auf diese Art und Weise kann das Ladedruckregelventil 214 zur Steuerung des Ausgangs (d.h. Aufladung) des Turboladers 216 verwendet werden. Das ECM 130 kann den Ausgang des Turboladers 216 über ein Aufladeaktuatormodul 218 steuern. Nur beispielhaft kann das Aufladeaktuatormodul 218 den Ausgang des Turboladers 216 durch Steuerung des Ladedruckregelventils 214, des Ausmaßes, in dem der Turbolader 216 sich in dem Pfad des Abgases befindet, und/oder anderer geeigneter Parameter steuern. Das Aufladeaktuatormodul 218 kann auch eine Öffnung des AGR-Ventils 206 steuern. Das Aufladeaktuatormodul 218 kann den Turbolader 216, das Ladedruckregelventil 214 und/oder das AGR-Ventil 206 auf Grundlage eines oder mehrerer Signale von dem ECM 130 steuern.
Das Abgas kann von dem Turbolader 216 zu einem ersten Abgasrohr 220 strömen. Das Abgas kann durch das erste Abgasrohr 220 zu einem ersten Kegelstumpf 222 strömen. Der erste Kegelstumpf 222 kann das Abgas an einem Oberteil des ersten Kegelstumpfs 222 aufnehmen, und das Abgas kann zu einer Basis des ersten Kegelstumpfs 222 strömen. Der erste Kegelstumpf 222 kann von dem ersten Abgasrohr 220 zu einem ersten Katalysator 224 eine zunehmende Öffnung aufweisen.
Der erste Katalysator 224 weist einen Oxidationskatalysator (OC) auf. Während andere Typen von OCs enthalten sein können, ist der erste Katalysator 224 mit einem Dieseloxidationskatalysator (DOC) diskutiert. Der DOC 224 kann in einem Gehäuse implementiert sein, das ähnlich dem ersten Abgasrohr 220 sein kann. Das Abgas kann durch den DOC 224 zu einem zweiten Kegelstumpf 226 strömen.
Der zweite Kegelstumpf 226 kann das Abgas an einer Basis des zweiten Kegelstumpfs 226 aufnehmen, und das Abgas kann zu einem Oberteil des zweiten Kegelstumpfs 226 strömen. Der zweite Kegelstumpf 226 kann von dem DOC 224 zu einem zweiten Abgasrohr 228 eine abnehmende Öffnung aufweisen.
Das Abgas kann durch das zweite Abgasrohr 228 zu einem dritten Kegelstumpf 230 strömen. Der dritte Kegelstumpf 230 kann das Abgas an einem Oberteil des dritten Kegelstumpfs 230 aufnehmen, und das Abgas kann zu einer Basis des dritten Kegelstumpfs 230 strömen. Der dritte Kegelstumpf 230 kann von dem zweiten Abgasrohr 228 zu einer Katalysator/Filter-Einheit 232 eine zunehmende Öffnung aufweisen.
Die Katalysator/Filter-Einheit 232 kann einen Katalysator 234 und einen Partikelfilter 236 aufweisen. Während andere Typen von Katalysatoren und Partikelfiltern enthalten sein können, ist der Katalysator 234 mit einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) diskutiert, und der Filter 236 ist mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) diskutiert. Der SCR-Katalysator 234 und der DPF 236 können gemeinsam in einem einzelnen Gehäuse implementiert sein, wie in 2 gezeigt ist, oder der SCR-Katalysator 234 und der DPF 236 können in individuellen Gehäusen implementiert sein.
Das Abgas kann von der Katalysator/Filter-Einheit 232 durch einen vierten Kegelstumpf 238 zu einem dritten Abgasrohr 240 strömen. Der vierte Kegelstumpf 238 kann das Abgas an einer Basis des vierten Kegelstumpfs 238 aufnehmen, und das Abgas kann zu einem Oberteil des vierten Kegelstumpfs 238 strömen. Der vierte Kegelstumpf 238 kann von der Katalysator/Filter-Einheit 232 zu dem dritten Abgasrohr 240 eine abnehmende Öffnung aufweisen. Das Abgassystem 200 kann auch eine oder mehrere zusätzliche Komponenten aufweisen, die in 2 nicht gezeigt sind.
Das Abgassystem 200 kann ein Kraftstoffaktuatormodul 250 aufweisen, das Kraftstoff oder andere Kohlenwasserstoffe injiziert, wobei Fluid in das Abgassystem 200 an einer Stelle stromaufwärts des DOC 224 geliefert wird. Das Kraftstoffaktuatormodul 250 kann einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren aufweisen. Der in das Abgassystem 200 injizierte Kraftstoff kann verdampfen. Nur beispielhaft kann Wärme von dem Abgas ein Verdampfen des injizierten Kraftstoffs bewirken. Der DOC 224 oxidiert Kohlenwasserstoffe, und die Oxidation erzeugt Wärme. Die durch Kohlenwasserstoffoxidation erzeugte Wärme wird stromabwärts des DOC 224 durch die Strömung des Abgases gelenkt.
Ein Dosiermittelaktuatormodul (nicht gezeigt) kann ebenfalls enthalten sein, das ein Dosiermittel (beispielsweise Harnstoff) in das Abgassystem 200 injiziert. Das Dosiermittelaktuatormodul kann das Dosiermittel an einer Stelle zwischen dem DOC 224 und dem SCR-Katalysator 234 injizieren. Der SCR-Katalysator 234 kann Ammoniak (NH3), das durch das Dosiermittel bereitgestellt wird, selektiv absorbieren, und das Ammoniak kann mit Stickoxiden (NOx), die durch den SCR-Katalysator 234 gelangen, reagieren.
Ein Prozentsatz des NOx des Abgases, das von dem Abgas über Reaktion mit Ammoniak entfernt wird, kann als der NOx-Umwandlungswirkungsgrad bezeichnet werden. Der NOx-Umwandlungswirkungsgrad kann mit einer Speicherkapazität des SCR-Katalysators 234 in Verbindung stehen, und die Speicherkapazität kann invers mit einer Temperatur des SCR-Katalysators 234 in Verbindung stehen. Ein Prozentsatz des durch den DOC 224 umgewandelten (beispielsweise oxidierten) HC kann als der HC-Umwandlungswirkungsgrad bezeichnet werden. Der HC-Umwandlungswirkungsgrad kann mit der Abgastemperatur in Verbindung stehen.
Der DPF 236 kann Partikel von dem durch den DPF 236 gelangenden Abgas filtern. Partikel, die aus dem Abgas gefiltert werden, können sich in dem DPF 236 über die Zeit ansammeln. Partikel, die in dem DPF 236 abgefangen sind, können von dem DPF 236 durch einen Prozess entfernt werden, der als Regeneration bezeichnet werden kann.
Die Regeneration des DPF 236 kann ein Beseitigen von abgefangenen Partikeln von dem DPF 236 betreffen. Die Partikel können bei Temperaturen verbrannt werden, die größer als eine vorbestimmte Temperatur sind (beispielsweise etwa 600 - 800°C). Wärme, die über Kohlenwasserstoffoxidation stromaufwärts des DPF 236 (beispielsweise durch den DOC 224) erzeugt wird, kann dazu verwendet werden, die Temperaturbedingungen für die Regeneration zu erzeugen.
Das ECM 130 kann ein Abgassteuermodul 270 aufweisen, das die Injektion von Kraftstoff in das Abgassystem 200 steuert. Nur beispielhaft kann das Abgassteuermodul 270 einen Massendurchfluss (beispielsweise g/s) steuern, bei dem der Kraftstoff in das Abgassystem 200 durch das Kraftstoffaktuatormodul 250 injiziert wird. In das Abgassystem 200 injizierter Kraftstoff kann als ein Nachverbrennungskraftstoff bezeichnet werden, da er stromabwärts der Maschine 102 injiziert wird.
Das Abgassteuermodul 270 und/oder das ECM 130 können Steuerentscheidungen auf Grundlage von Signalen von einem oder mehreren Sensoren treffen. Das Abgassystem 200 kann einen Turboauslasstemperatursensor 280, einen Sauerstoffsensor 282 und einen Abgasdurchfluss-(EFR)-Sensor 284 aufweisen. Der Turboauslasstemperatursensor 280 misst eine Temperatur des Abgasausgangs von dem Turbolader 216 und erzeugt ein entsprechendes Turboauslasstemperatursignal (T_TURBO-OUT). Mit anderen Worten misst der Turboauslasstemperatursensor 280 die Temperatur des Abgaseingangs zu dem ersten Abgasrohr 220.
Der Sauerstoffsensor 282 misst eine Sauerstoffkonzentration des Abgaseingangs zu dem ersten Abgasrohr 220 und erzeugt ein O2-Signal auf Grundlage der Sauerstoffkonzentration. Bei anderen Implementierungen kann ein Lambdasensor (nicht gezeigt) implementiert sein und der Sauerstoffsensor 282 kann weggelassen werden. Der EFR-Sensor 284 misst einen Massendurchfluss des Abgaseingangs zu dem ersten Abgasrohr 220 und erzeugt entsprechend ein EFR-Signal.
Während das Abgassteuermodul 270 als in dem ECM 130 angeordnet gezeigt und diskutiert ist, kann das Abgassteuermodul 270 an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet sein, wie außerhalb des ECM 130. Das Abgassteuermodul 270 bestimmt eine Rate des Energieeingangs zu einer gegebenen Komponente. Das Abgassteuermodul 270 schätzt auch eine Energieverlustrate, die auf Leitung zurückführbar ist, und eine Energieverlustrate, die auf Konvektion zurückführbar ist. Das Abgassteuermodul 270 kann auch eine Energiegewinnrate schätzen, die auf die Kohlenwasserstoffoxidation für die Komponente zurückführbar ist.
Das Abgassteuermodul 270 schätzt eine Nettoenergieausgangsrate von der gegebenen Komponente auf Grundlage der Rate des Energieeingangs zu der Komponente, der Konvektionsenergieverlustrate, der Leitungsenergieverlustrate und der Oxidationsenergiegewinnrate. Das Abgassteuermodul 270 schätzt eine Temperatur des Abgasausgangs von der Komponente auf Grundlage der Nettorate des Energieausgangs von der Komponente.
Das Abgassteuermodul 270 kann die Temperatur und die Nettoenergieausgangsrate der Komponente als die Temperatur und die Eingangsenergierate einer nächsten Komponente verwenden. Das Abgassteuermodul 270 kann eine Konvektionsenergieverlustrate, eine Leitungsenergieverlustrate, eine Oxidationsenergiegewinnrate, eine Nettoausgangsenergierate und eine Auslasstemperatur für die nächste Komponente schätzen, und so weiter.
Das Abgassteuermodul 270 kann zusätzlich oder alternativ eine Nettoenergie von Abgas an einer gewünschten Stelle zwischen einem Einlass und einem Auslass einer Komponente schätzen, wie in dem DPF 236. Das Abgassteuermodul 270 kann die Nettoenergie an der gewünschten Stelle auf Grundlage der Energieeingangsrate der Komponente, einer Konvektionsverlustrate zwischen dem Einlass und der gewünschten Stelle, einer Leitungsverlustrate zwischen dem Einlass und der gewünschten Stelle und einer Oxidationsgewinnrate zwischen dem Einlass und der gewünschten Stelle schätzen. Das Abgassteuermodul 270 kann eine Temperatur des Abgases an der gewünschten Stelle auf Grundlage der Nettoenergie an der gewünschten Stelle schätzen. Das Abgassteuermodul 270 kann einen oder mehrere Parameter auf Grundlage einer oder mehrerer der Temperaturen steuern.
Nun Bezug nehmend auf 3 ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Abgassteuermoduls 270 dargestellt. Das Abgassteuermodul 270 kann ein Eingangsenergiemodul 302, ein Speichermodul 306, ein Konvektionsverlustschätzmodul 310, ein Leitungsverlustschätzmodul 314 und ein Oxidationsgewinnschätzmodul 318 aufweisen. Das Abgassteuermodul 270 kann auch ein Modul für kinetische Energie 322, ein Nettoenergiebestimmungsmodul Nettoenergieausgangsmodul 326, ein Temperaturschätzmodul 334, ein Zeitkonstantenbestimmungsmodul 338 und ein EFR-Schätzmodul 342 aufweisen. Das Abgassteuermodul 270 kann auch ein Verlustbestimmungsmodul 346 und ein Gesamtverlustbestimmungsmodul 350 aufweisen.
Das Eingangsenergiemodul 302 schätzt eine Rate des Energieeingangs zu dem ersten Abgasrohr 220 und kann eine Rate des Energieeingangs zu jeder der Komponenten schätzen, die stromabwärts des ersten Abgasrohrs 220 implementiert sind. Das erste Abgasrohr 220 und die stromabwärts des ersten Abgasrohrs 220 implementierten Komponenten werden gemeinsam nachfolgend als Komponenten 220 - 240 bezeichnet.
Das Eingangsenergiemodul 302 kann die Eingangsenergierate einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage einer Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente, der EFR in die Komponente und einer spezifischen Wärme des Abgaseingangs zu der Komponente bestimmen. Nur beispielhaft kann das Eingangsenergiemodul 302 die Eingangsenergierate (beispielsweise J/s) einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 unter Verwendung der Gleichung bestimmen: $E_{IN} = \frac{T_{G}}{C_{G} * EFR},$
wobei E_IN die Rate des Energieeingangs zu der Komponente ist, T_G die Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente ist, C_G die spezifische Wärme des Abgaseingangs zu der Komponente ist und EFR der Massendurchfluss des Abgaseingangs zu der Komponente ist. Für das erste Abgasrohr 220 kann T_G die Turboauslasstemperatur sein und EFR kann die durch den EFR-Sensor 284 gemessene EFR sein. Das Eingangsenergiemodul 302 kann die Eingangsenergieraten komponentenbezogen in dem Speichermodul 306 speichern.
Die spezifischen Wärmen des Abgaseingangs zu jeder der Komponenten 220 - 240 können durch das Konvektionsverlustschätzmodul 310 bestimmt werden. Eine detailliertere Diskussion der Bestimmung der spezifischen Wärmen kann in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen der 4 und 5 gefunden werden. Zusammenfassend sind die spezifischen Wärmen auf Grundlage einer Sauerstoffkonzentration des Abgases korrigiert.
Jede der Komponenten 220 - 240 kann in eine von drei Gruppen kategorisiert sein. Nur beispielhaft kann jede der Komponenten 220 - 240 als ein Rohr, ein Brick oder ein Kegelstumpf charakterisiert sein. Das erste, zweite und dritte Abgasrohr 220, 228 und 240 können als Rohre kategorisiert sein. Der erste, zweite, dritte und vierte Kegelstumpf 220, 226, 230 und 238 können als Kegelstümpfe kategorisiert sein. Der DOC 224, der SCR-Katalysator 234 und der DPF 236 können als Bricks kategorisiert sein. Da der DOC 224, der SCR-Katalysator 234 und der DPF 236 in Gehäusen enthalten sind, können der DOC 224, der SCR-Katalysator 234 und der DPF 236 auch so bezeichnet werden, dass sie sowohl einen Brick als auch ein Rohr enthalten.
Das Konvektionsverlustschätzmodul 310 kann eine spezifische Wärme des Abgases für jede der Komponenten 220 - 240 bestimmen. Das Konvektionsverlustschätzmodul 310 kann die spezifische Wärme des Abgases in einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage einer Temperatur von Abgaseingang zu der Komponente bestimmen.
Für das erste Abgasrohr 220 kann das Konvektionsverlustschätzmodul 310 beispielsweise die spezifische Wärme des Abgases auf Grundlage der Turboauslasstemperatur bestimmen. Die Temperatur des Abgaseingangs zu einer stromabwärts des ersten Abgasrohrs 220 implementierten Komponente kann gleich einer Temperatur des Abgasausgangs von einer anderen Komponente sein, die direkt stromaufwärts der Komponente implementiert ist. Nur beispielhaft kann die Temperatur des Abgaseingangs zu dem zweiten Abgasrohr 228 gleich der Temperatur des Abgasausgangs von dem zweiten Kegelstumpf 226 sein. Die Schätzung des Temperaturausgangs von den Komponenten ist nachfolgend detaillierter diskutiert. Das Konvektionsverlustschätzmodul 310 kann die spezifischen Wärmen komponentenbezogen innerhalb des Speichermoduls 306 speichern.
Das Konvektionsverlustschätzmodul 310 kann eine Energieverlustrate, die auf Konvektion zurückführbar ist, für jede der Komponenten 220 - 240 schätzen. Während die auf Konvektion zurückführbare Energieverlustrate als ein Verlust diskutiert ist, kann die Konvektionsenergieverlustrate in einigen Fällen eine Energiegewinnrate sein. Nur beispielhaft kann das Konvektionsverlustschätzmodul 310 eine Konvektionsenergieverlustrate (beispielsweise J/s) einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 beispielsweise unter Verwendung der Gleichung schätzen: $E_{CV} = (T_{S} - T_{G}) * {A*h}_{CV},$
wobei E_CV die Konvektionsenergieverlustrate ist, Ts eine Temperatur einer Oberfläche der Komponente ist, wobei eine Konvektion zwischen dem Abgas und der Komponente stattfindet, T_G die Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente ist, A die Oberfläche der Komponente ist, wo die Konvektion stattfindet, und h_CV ein vorbestimmter Konvektionskoeffizient ist.
Für einen gegebenen Brick kann das Konvektionsverlustschätzmodul 310 eine Konvektionsenergieverlustrate zwischen dem Auspuff und dem Brick und eine Konvektionsenergieverlustrate zwischen dem Auspuff und dem Gehäuse schätzen. Nur beispielhaft kann das Konvektionsverlustschätzmodul 310 die Konvektionsenergieverlustrate für einen Brick auf Grundlage einer Summe der beiden Konvektionsenergieverlustraten bestimmen.
Das Konvektionsverlustschätzmodul 310 kann die Temperatur der Oberfläche der gegebenen Komponente (d.h. Ts) beispielsweise auf Grundlage eines Integrals von: $\frac{E_{CV - L}}{V * D * C_{C}},$
schätzen, wobei E_CV-L der Konvektionsenergieverlust der Komponente während einer letzten Steuerschleife ist, V ein Volumen der Komponente ist, D die Dichte der Komponente ist und C_C eine vorbestimmte spezifische Wärme der Komponente ist. Das Konvektionsverlustschätzmodul 310 kann auch die Temperatur der Oberfläche auf einen Bereich zwischen einer vorbestimmten minimalen Temperatur (z.B. 0 K) und einschließlich einer vorbestimmten maximalen Temperatur (z.B. 1500 K) beschränken.
Das Konvektionsverlustschätzmodul 310 kann die Gleichungen (2) und (3) beim Schätzen der Konvektionsverlustrate eines gegebenen Rohres, eines gegebenen Kegels und des Gehäuses eines gegebenen Bricks verwenden. Für Schätzung einer Konvektionsverlustrate eines gegebenen Bricks kann das Konvektionsverlustschätzmodul 310 jedoch die Temperatur der Oberfläche des gegebenen Bricks beispielsweise auf Grundlage eines Ergebnisses eines Integrals aus: $\frac{E_{CV - L}}{m * C_{C}},$
schätzen, wobei m die Masse des Bricks ist und C_C die vorbestimmte spezifische Wärme des Bricks ist.
Charakteristiken von jeder der Komponenten 220 - 240 können in dem Speichermodul 306 gespeichert und von dem Speichermodul 306 bei Bedarf abgefragt werden. Nur beispielhaft können die Oberfläche von jeder der Komponenten 220 - 240, der vorbestimmte Konvektionskoeffizient für jede der Komponenten 220 - 240, das Volumen von jeder der Komponenten 220 - 240, die spezifische Wärme von jeder der Komponenten 220 - 240 und andere geeignete Charakteristiken, die nicht gezeigt sind, komponentenbezogen in dem Speichermodul 306 gespeichert werden. Die Charakteristiken von jeder der Komponenten 220 - 240 können beispielsweise gespeichert werden, bevor ein Fahrzeug einen Montageort verlässt.
Das Konvektionsverlustschätzmodul 310 und/oder andere Module können Komponentencharakteristiken von dem Speichermodul 306 nach Bedarf abfragen. Das Konvektionsverlustschätzmodul 310 kann die Konvektionsenergieverlustraten komponentenbezogen in dem Speichermodul 306 speichern.
Das Leitungsverlustschätzmodul 314 kann eine Energieverlustrate, die auf Leitung zurückführbar ist, für jede der Komponenten 220 - 240 schätzen. Nur beispielhaft kann das Leitungsverlustschätzmodul 314 eine Leitungsenergieverlustrate (beispielsweise J/s) für eine gegebene der Komponenten 220 - 240 unter Verwendung der Gleichung schätzen: $E_{CD} = - k * A * \frac{Δ T}{x},$
wobei E_CD die Leitungsenergieverlustrate der Komponente ist, K ein vorbestimmter Leitungskoeffizient der Komponente ist, A eine Oberfläche der gegebenen Komponente zwischen zwei Wärmefeldern ist, ΔT eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente und einer Umgebungstemperatur ist und x eine Dicke der Komponente zwischen den beiden Wärmefeldern ist. Die Umgebungstemperatur ist nachfolgend detaillierter diskutiert.
Für einen gegebenen Brick kann das Leitungsverlustschätzmodul 314 eine Leitungsenergieverlustrate zwischen dem Brick und dem Gehäuse und eine Leitungsenergieverlustrate zwischen dem Gehäuse und der Umgebung schätzen. Nur beispielhaft kann das Leitungsverlustschätzmodul 314 die Leitungsenergieverlustrate für einen Brick auf Grundlage einer Summe der beiden Leitungsenergieverlustraten bestimmen.
Das Leitungsverlustschätzmodul 314 kann die Umgebungstemperatur durch Einstellen der Außentemperatur auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmen. Genauer kann das Leitungsverlustschätzmodul 314 eine Temperaturkorrektur auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmen und die Außentemperatur auf Grundlage der Temperaturkorrektur einstellen, um die Umgebungstemperatur zu bestimmen. Das Leitungsverlustschätzmodul 314 kann die Leitungsenergieverlustraten komponentenbezogen in dem Speichermodul 306 speichern.
Energie kann in einer oder mehreren der Komponenten 220 - 240 über HC-Oxidation gewonnen werden. Die HC, die in einer gegebenen Komponente oxidiert werden können, können aus einer Verbrennung in der Maschine 102 resultieren, können durch das Kraftstoffaktuatormodul 250 geliefert werden, können von einer stromaufwärtigen Komponente geschlupft sein, können von einer stromaufwärtigen Komponente desorbiert worden sein und/oder von anderen geeigneten Quellen resultieren.
Das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 kann eine Oxidationsenergiegewinnrate für jede der Komponenten 220 - 240 schätzen. Nur beispielhaft kann das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 eine Oxidationsenergiegewinnrate (beispielsweise J/s) einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf der Grundlage einer Umwandlungsenergiegewinnrate und einer Phasenänderungsenergieverlustrate schätzen.
Die gegebene Komponente kann eine Oxidationsenergie über Umwandlung (beispielsweise Oxidation) von HC gewinnen. Die Rate von Energie, die durch HC-Umwandlung gewonnen wird, kann als die Umwandlungsenergiegewinnrate bezeichnet werden. Die gegebene Komponente kann Oxidationsenergie über Änderung der Phase von Kraftstoff von einer Flüssigkeit in ein Gas (d.h. Verdampfen des Kraftstoffs) verlieren. Die Rate der Energie, die durch Änderung der Phase des Kraftstoffs verloren geht, kann als eine Phasenänderungsenergieverlustrate bezeichnet werden. Das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 kann eine Oxidationsenergiegewinnrate einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf der Grundlage einer Summe der Umwandlungsenergiegewinnrate und der Phasenänderungsenergieverlustrate schätzen.
Das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 kann auch eine Kraftstoffschlupfrate und eine Ausgangsrate für nicht verdampfte HC für jede der Komponenten 220 - 240 bestimmen. Das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 kann die Oxidationsenergiegewinnraten komponentenbezogen in dem Speichermpdul 306 speichern. Das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 kann auch die Kraftstoffschlupfraten und/oder die Ausgangsraten für nicht verdampfte HC komponentenbezogen in dem Speichermodul 306 speichern. Das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 ist in Verbindung mit der beispielhaften Ausführungsform von 5 unten weiter diskutiert.
Das Abgas kann kinetische Energie in einigen Komponenten gewinnen oder verlieren, wie in dem ersten, zweiten, dritten und vierten Kegelstumpf 222, 226, 230 und 238. Ein Gewinn der kinetischen Energie kann beispielsweise auf eine Reduktion der Öffnungsfläche in der Richtung der Abgasströmung (und daher einer Druckzunahme) zurückführbar sein. Ein Verlust an kinetischer Energie kann auf eine Zunahme der Öffnungsfläche in der Richtung der Abgasströmung (und daher einer Druckabnahme) zurückführbar sein. Nur beispielhaft kann das Abgas kinetische Energie in dem ersten und dritten Kegelstumpf 222 und 230 verlieren, und das Abgas kann kinetische Energie in dem zweiten und vierten Kegelstumpf 226 und 238 gewinnen.
Das Modul 322 für kinetische Energie kann eine Auslasstemperatur für jeden der Kegelstümpfe bestimmen. Das Modul 322 für kinetische Energie kann eine Enthalpie des in einen gegebenen Kegelstumpf strömenden Abgases auf Grundlage der Temperatur des in den Kegelstumpf strömenden Abgases bestimmen. Das Modul 322 für kinetische Energie kann auch eine Enthalpieänderung auf Grundlage eines Volumendurchflusses des in den Kegelstumpf eintretenden Abgases und der Änderung der Öffnungsfläche des Kegelstumpfs bestimmen. Das Modul 322 für kinetische Energie kann die Enthalpie auf Grundlage der Enthalpieänderung einstellen und kann die eingestellte Enthalpie in die Auslasstemperatur umwandeln. Die Auslasstemperatur kann durch das Temperaturschätzmodul 334 beispielsweise beim Schätzen oder Einstellen der Auslasstemperatur der Kegelstümpfe verwendet werden.
Bei einigen Implementierungen können die Gewinne oder Verluste kinetischer Energie der Kegelstümpfe vernachlässigbar sein. Demgemäß kann das Modul für kinetische Energie 322 bei einigen Implementierungen im Interesse einer Speicherzuordnung und Bewahrung von Rechenwirkungsgrad weggelassen werden.
Das Nettoenergieausgangsmodul 326 kann einen Nettoratenenergieausgang von jeder der Komponenten 220 - 240 über das Abgas bestimmen. Das Nettoenergieausgangsmodul 326 kann eine Nettoenergierate (beispielsweise J/s), die von einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 ausgegeben wird, auf Grundlage der Rate des Energieeingangs zu der Komponente, der Konvektionsenergieverlustrate der Komponente, der Leitungsenergieverlustrate der Komponente und der Oxidationsenergiegewinnrate der Komponente bestimmen. Nur beispielhaft kann das Nettoenergieausgangsmodul 326 die Nettoenergieausgangsrate der Komponente unter Verwendung der Gleichung bestimmen: $E_{NET} = E_{IN} + E_{O} + E_{CV} + E_{CD},$
wobei E_NET der Nettoenergieratenausgang von der Komponente ist, E_IN die Rate des Energieeingangs zu der Komponente ist (positiv), Eo die Oxidationsenergiegewinnrate in der Komponente ist (positiv oder Null), Ecv die Konvektionsenergieverlustrate der Komponente ist (positiv oder negativ) und E_CD die Leitungsenergieverlustrate der Komponente ist (allgemein negativ).
Das Nettoenergieausgangsmodul 326 kann die Nettoraten des Energieausgangs komponentenbezogen in dem Speichermodul 306 speichern. Die Nettoenergieausgangsrate von einer der Komponenten 220 - 240 (d.h. die E_NET) kann als die Rate des Energieeingangs zu einer nächsten der Komponenten 220 - 240 (d.h. die E_IN) verwendet werden.
Auf Grundlage von Energiegewinnen und -verlusten stromaufwärts einer gewünschten Stelle zwischen einem Einlass und einem Auslass einer Komponente kann das Nettoenergieausgangsmödul 326 die Nettoenergierate an der gewünschten Stelle bestimmen. Nur beispielhaft kann das Nettoenergieausgangsmodul 326 die Nettoenergierate an der gewünschten Stelle unter Verwendung von Gleichung (6) bestimmen, wobei E_IN die Eingangsenergierate zu dem ersten Abgasrohr 220 ist, E_O das Gesamte der Oxidationsenergiegewinnraten stromaufwärts der gewünschten Stelle ist, E_CV ein Gesamtes der Konvektionsenergieverlustraten stromaufwärts der gewünschten Stelle ist und E_CD ein Gesamtes der Leitungsenergieverlustraten stromaufwärts der gewünschten Stelle ist. Nur für ein anderes Beispiel kann das Nettoenergieausgangsmodul 326 die Nettoenergierate an der gewünschten Stelle unter Verwendung von Gleichung (6) bestimmen, wobei E_IN die Eingangsenergierate der Komponente ist, Eo eine Oxidationsenergiegewinnrate zwischen dem Einlass der Komponente und der gewünschten Stelle ist, Ecv eine Konvektionsenergieverlustrate zwischen dem Einlass der Komponente und der gewünschten Stelle ist und E_CD eine Leitungsenergieverlustrate zwischen dem Einlass der Komponente und der gewünschten Stelle ist. Wenn die gewünschte Stelle zwischen dem Einlass und dem Auslass einer Komponente liegt, können die Charakteristiken der Komponente stromaufwärts der gewünschten Stelle, ein Durchschnitt oder ein anderes geeignetes Maß verwendet werden.
Das Temperaturschätzmodul 334 schätzt eine Temperatur des Abgases an einer Stelle auf Grundlage der Nettoenergierate an der Stelle. Das Temperaturschätzmodul 334 kann die Temperatur des Abgasausgangs von einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage des Nettoenergieratenausgangs von der Komponente schätzen. Das Temperaturschätzmodul 334 kann die Temperatur des Abgases an einer gewünschten Stelle zwischen einem Einlass und einem Auslass einer Komponente auf Grundlage der, Nettoenergierate an der gewünschten Stelle schätzen. Nur beispielhaft kann das Temperaturschätzmodul 334 die Temperatur des Abgases an einer gegebenen Stelle (T_G-OUT) einer Komponente durch Integration von: $\frac{E_{NET}}{C_{G} * EFR},$
in Bezug auf Zeit und durch Einstellen für eine Zeitkonstante der Komponente schätzen, wobei E_NET die Nettoenergierate an der Stelle ist, C_G die spezifische Wärme des Abgaseingangs zu der Komponente ist und EFR die EFR des Abgaseingangs zu der Komponente ist.
Das EFR-Schätzmodul 342 kann die EFR an der Stelle auf Grundlage der EFR, die durch den EFR-Sensor 284 vorgesehen wird, und der Charakteristiken der Komponenten 220 - 240 schätzen, die stromaufwärts der Komponente implementiert sind. Das EFR-Schätzmodul 342 kann die EFRs komponentenbezogen in dem Speichermodul 306 speichern.
Das Zeitkonstantenbestimmungsmodul 338 kann die Zeitkonstante bestimmen. Das Zeitkonstantenbestimmungsmodul 338 kann die Zeitkonstante für jede der Komponenten 220 - 240 bestimmen und kann die Zeitkonstanten in dem Speichermodul 306 komponentenbezogen zur Verwendung durch das Temperaturschätzmodul 334 speichern. Nur beispielhaft kann das Zeitkonstantenbestimmungsmodul 338 die Zeitkonstante für eine gegebene der Komponenten 220 - 240 unter Verwendung der Gleichung bestimmen: $T = \frac{D * V * C_{C}}{h_{CV} * A},$
wobei T die Zeitkonstante ist, D die Dichte der Komponente ist, V das Volumen der Komponente ist, C_C die vorbestimmte spezifische Wärme der Komponente ist, h_CV der vorbestimmte Konvektiönskoeffizient ist und A die Oberfläche der Komponente ist.
Für einen gegebenen Brick, wie den DOC 224, den SCR-Katalysator 234 oder den DPF 236, kann das Temperaturschätzmodul 334 zusätzlich oder alternativ eine Temperatur des Abgases an einer Stelle in dem Brick schätzen. Nur beispielhaft die Schätzung der Temperatur des Abgases innerhalb eines gegebenen Bricks unter Verwendung der Gleichung: $T_{G - B} = \frac{E_{IN} + E_{O}}{2 * C_{G} * EFR},$
wobei T_G-B die Temperatur des Abgases in dem Brick ist, E_IN die Rate des Energieeingangs zu dem Brick ist, Eo der Oxidationsenergiegewinn des Bricks ist, C_G die spezifische Wärme des Abgaseingangs zu dem Brick ist und EFR die EFR in dem Brick ist.
Die Temperatur des Abgases in einem gegebenen Brick kann dazu verwendet werden, den Umwandlungswirkungsgrad des Bricks zu bestimmen, und der Umwandlungswirkungsgrad kann bei der Steuerung eines oder mehrerer zugeordneter Parameter verwendet werden. Nur beispielhaft kann der HC-Umwandlungswirkungsgrad bei der Steuerung der Rate der Kraftstoffinjektion durch das Kraftstoffaktuatormodul 250 verwendet werden. Der NOx-Umwändlungswirkungsgrad kann bei der Steuerung der Injektionsrate des Dosiermittels verwendet werden.
Das Verlustbestimmungsmodul 346 bestimmt eine Energieverlustrate, die jeder der Komponenten 220-240 zugeordnet ist. Nur beispielhaft kann das Verlustbestimmungsmodul 346 eine Energieverlustrate (beispielsweise J/s) einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage der Konvektionsenergieverlustrate der Komponente, der Leitungsenergieverlustrate der Komponente und der Oxidationsenergiegewinnrate der Komponente bestimmen. Nur beispielhaft kann das Verlustbestimmungsmodul 346 die Energieverlustrate für eine gegebene der Komponenten 220 - 240 unter Verwendung der Gleichung bestimmen: $E_{LOSS} = E_{O} + E_{CV} + E_{CD},$
wobei E_LOSS die Energieverlustrate der Komponente ist, Eo die Oxidationsenergiegewinnrate in der Komponente ist (positiv oder Null), Ecv die Konvektionsenergieverlustrate der Komponente ist (positiv oder negativ) und E_CD die Leitungsenergieverlustrate der Komponente ist (allgemein negativ). Das Verlustbestimmungsmodul 346 kann die Energieverlustraten komponentenbezogen in dem Speichermodul 306 speichern.
Das Gesamtverlustbestimmungsmodul 350 bestimmt eine Gesamtenergieverlustrate stromaufwärts einer gewünschten Stelle auf Grundlage der Energieverlustraten stromaufwärts der gewünschten Stelle. Nur beispielhaft kann das Gesamtverlustbestimmungsmodul 350 eine Gesamtenergieverlustrate (z.B. J/s) an der gewünschten Stelle auf Grundlage einer Summe der Energieverlustraten stromaufwärts der gewünschten Stelle bestimmen.
Die gewünschte Stelle kann zum Beispiel ein Einlass des DPF 236 sein. Das Gesamtverlustbestimmungsmodul 350 kann die Gesamtenergieverlustrate stromaufwärts des Einlasses des DPF 236 auf Grundlage einer Summe der Energieverlustraten des ersten Abgasrohrs 220, des ersten Kegelstumpfs 222, des DOC 224, des zweiten Kegelstumpfs 226, des zweiten Abgasrohrs 228, des dritten Kegelstumpfs 230 und des SCR-Katalysators 234 bestimmen.
Das Abgassteuermodul 270 kann auch ein SCR-Steuermodul 360 und ein Kraftstoffsteüermodul 364 aufweisen. Das SCR-Steuermodul 360 kann einen oder mehrere Abgassystemparameter steuern. Nur beispielhaft kann das SCR-Steuermodul 360 die Injektionsrate des Dosiermittels steuern. Das SCR-Steuermodul 360 kann die Injektionsrate des Dosiermittels steuern, um beispielsweise die Menge an NOx, das von dem Abgas entfernt wird (d.h. den Umwandlungswirkungsgrad) zu maximieren und Ammoniakschlupf zu minimieren (oder zu verhindern). Der Ammoniakschlupf kann eine Menge an Ammoniak betreffen, die stromabwärts des SCR-Katalysators 234 vorhanden ist.
Das SCR-Steuermodul 360 kann auch selektiv Anfragen für das Kraftstoffsteuermodul 364 erzeugen. Nur beispielhaft kann das SCR-Steuermodul 360 eine Zunahme oder eine Abnahme der Rate an Injektion von Kraftstoff durch das Kraftstoffaktuatormodul 250 anfragen. Das SCR-Steuermodul 360 kann eine Zunahme oder eine Abnahme der Kraftstoffinjektionsrate anfragen, um beispielsweise eine Temperatur des SCR-Katalysators 234 zu steuern.
Das Kraftstoffsteuermodul 364 kann den Massendurchfluss von Kraftstoff steuern, der durch das Kraftstoffaktuatormodul 250 injiziert wird (beispielsweise g/s). Nur beispielhaft kann das Kraftstoffsteuermodul 364 die Kraftstoffinjektionsrate steuern, um eine Temperatur des Abgases oder einer Komponente auf eine Zieltemperatur einzustellen. Nur beispielhaft kann das Kraftstoffsteuermodul 364 die Kraftstoffinjektionsrate steuern, um eine Ziel-DPF Temperatur für ein Regenerationsereignis des DPF 236 zu erreichen.
Das Kraftstoffsteuermodul 364 kann auf Grundlage einer Masse von Partikeln, die innerhalb des DPF 236 abgefangen sind, und / oder anderer geeigneter Parameter bestimmen, wann der DPF 236 regeneriert werden soll. Die Masse der Partikel, die innerhalb des DPF 236 abgefangen sind, kann als Beladung des DPF 236 bezeichnet werden. Die Beladung des DPF 236 kann auf der Grundlage der EFR, einem Druckabfall über den DPF 236, und / oder anderer geeigneter Parameter bestimmt werden. Das Kraftstoffsteuermodul 364 kann eine Regeneration des DPF 236 auslösen und durchführen, wenn die Beladung größer als eine vorbestimmte Beladung ist und/oder wenn andere geeignete Bedingungen erfüllt sind.
Das Kraftstoffsteuermodul 364 der vorliegenden Erfindung kann die Zieltemperatur bestimmen oder empfangen. Nur beispielhaft kann das Kraftstoffsteuermodul 364 eine Zieltemperatur für ein Regenerationsereignis des DPF 236 empfangen. Das Kraftstoffsteuermodul 364 bestimmt eine Temperaturdifferenz zwischen der Turboauslasstemperatur, die durch den Turboauslasstemperatursensor 280 gemessen wird, und der ZielTemperatur.
Das Kraftstoffsteuermodul 364 schätzt eine Zieleingangsenergierate auf Grundlage der Temperaturdifferenz, der Gesamt-Energieverlustrate stromaufwärts der Stelle, der spezifischen Wärme des Abgases an der Stelle und der EFR. Das Kraftstoffsteuermodul 364 steuert die Kraftstoffinjektionsrate durch das Kraftstoffaktuatormodul 250 auf Grundlage der Ziel-Energieeingangsrate. Auf diese Weise steuert das Kraftstoffsteuermodul 364 die Kraftstoffinjektionsrate des Kraftstoffaktuatormoduls 250, um die Zieltemperatur an der Stelle zu erreichen.
Das Kraftstoffsteuermodul 364 steuert die Kraftstofflieferrate in einer rückkopplungsfreien Steuerung (von engl.: „open loop“). Eine rückkopplungsfreie Steuerung kann das Steuern eines Parameters ohne Erhalten einer Rückkopplung von einem den Parameter messenden Sensor betreffen. Nur beispielhaft kann eine rückkopplungsfreie Steuerung der DPF-Eingangstemperatur ein Steuern der DPF-Eingangstemperatur ohne Erhalten einer Rückkopplung von einem DPF-Eingangstemperatursensor betreffen.
Nun Bezug nehmend auf 4 ist ein beispielhaftes Diagramm einer Anordnung von Daten, die in dem Speichermodul 306 gespeichert werden können, dargestellt. Das Speichermodul 306 kann einen Index der Komponenten 220 - 240 bzw. der den Komponenten 220 - 240 zugeordneten Parameter aufweisen. Nur beispielhaft können Charakteristiken, eine EFR, eine Eingangstemperatur des Abgases, eine spezifische Wärme des Abgases, eine Eingangsenergierate, eine Oxidationsenergiegewinnrate, eine Konvektionsenergieverlustrate, eine Leitungsenergieverlustrate, eine Nettoausgangsenergierate und eine Auslasstemperatur des Abgases für jede der Komponenten 220 - 240 gespeichert werden. Es können auch andere Parameter in dem Speichermodul 306 für jede der Komponenten 220 - 240 gespeichert werden.
Die Abgastemperatur und der Energierateneingang zu einer ersten Komponente können gleich der Abgastemperatur bzw. der Nettorate des Energieausgangs von einer zweiten Komponente sein, die direkt stromaufwärts implementiert ist und Abgas an die erste Komponente liefert. Umgekehrt können die Nettorate des Energieausgangs und die Abgastemperatur der zweiten Komponente als die Eingangsenergierate bzw. die Abgastemperatur der ersten Komponente verwendet werden, wobei die erste Komponente direkt stromabwärts der zweiten Komponente implementiert ist. In 4 sind Pfeile eingeschlossen worden, um diesen Punkt zu zeigen.
Nun Bezug nehmend auf 5 ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Oxidationsgewinrischätzmoduls 318 dargestellt. Das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 kann ein Umwandlungswirkungsgradmodul 502, ein Schlupfbestimmungsmodul 506 und ein Umwandlungsenergiegewinnschätzmodul 510 aufweisen. Das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 kann auch ein Kraftstoffenergiegewinnmodul 520, ein Phasenänderungsverlustschätzmodul 524, ein Verdampfungswirkungsgradmodul 528 und ein Modul für nicht verdampften HC-Ausgang 532 aufweisen.
Das Umwandlungswirkungsgradmodul 502 kann einen Umwandlungswirkungsgrad für jede der Komponenten 220 - 240 bestimmen. Der Umwandlungswirkungsgrad einer gegebenen Komponente kann die Fähigkeit der Komponente zur Umwandlung (beispielsweise Oxidation) von HC betreffen. Für eine gegebene der Komponenten 220 - 240 kann das Umwandlungswirkungsgradmodul 502 den Umwandlungswirkungsgrad auf Grundlage einer Raumgeschwindigkeit der Komponente und der Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente schätzen. Nur beispielhaft kann der Umwandlungswirkungsgrad ein Prozentsatz sein, der als ein Wert zwischen 0,0 und einschließlich 1,0 ausgedrückt wird. Die Raumgeschwindigkeit der Komponente kann auf Grundlage eines Volumendurchflusses des Abgases durch die Komponente und eines Volumens leerer Speicherstellen der Komponente bestimmt werden.
Für einige Komponenten, wie Rohre und Kegelstümpfe, kann der HC-Umwandlungswirkungsgrad klein sein und relativ zu den Umwandlungswirkungsgraden der Bricks vernachlässigbar sein. Demgemäß kann das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 ein Schätzen der Oxidationsenergiegewinnraten für Rohre und Kegelstümpfe im Interesse einer Speicherzuordnung und Bewahrung von Rechenwirkungsgrad unterlassen.
Das Schlupfbestimmungsmodul 506 kann eine Kraftstoffschlupfrate von jeder der Komponenten 220 - 240 bestimmen. Die Kraftstoffschlupfrate einer gegebenen Komponente kann einen Massendurchfluss (beispielsweise g/s) von Kraftstoffausgang aus der Komponente betreffen. Nur beispielhaft kann das Schlupfbestimmungsmodul 506 die Kraftstoffschlupfrate einer gegebenen Komponente unter Verwendung der Gleichung bestimmen: $Slip = (1 - CE) * Fuel,$
wobei Slip die Kraftstoffschlupfrate ist, CE der Umwandlungswirkungsgrad ist und Fuel die Rate ist, mit der Kraftstoff an die Komponente geliefert wird. Die Kraftstoffschlupfrate von einer der Komponenten 220 - 240 kann dazu verwendet werden, die Rate zu bestimmen, mit der Kraftstoff an eine nächste der Komponenten 220 - 240 geliefert wird. Das Schlupfbestimmungsmodul 506 kann die Kraftstoffschlupfraten in dem Speichermodul 306 komponentenbezogen speichern.
Das Umwandlungsenergiegewinnschätzmodul 510 kann eine Umwandlungsenergiegewinnrate für jede der Komponenten 220 - 240 schätzen. Das Umwandlungsenergiegewinnschätzmodul 510 kann die Umwandlungsenergiegewinnrate einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage der Rate, mit der Kraftstoff an die Komponente geliefert wird, eines Energiegehalts des Kraftstoffs und des Umwandlungswirkungsgrads der Komponente schätzen. Nur beispielhaft kann das Umwandlungsenergiegewinnschätzmodul 510 die Umwandlungsenergiegewinnrate (beispielsweise J/s) einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 unter Verwendung der Gleichung schätzen: $E_{CE} = CE * Fuel * HOC,$
wobei E_CE die Umwandlungsenergiegewinnrate ist, CE der Umwandlungswirkungsgrad ist, Fuel die Rate ist, mit der Kraftstoff an die Komponente geliefert wird, und HOC eine vorbestimmte Umwandlungswärme von Kraftstoff ist. Nur beispielhaft kann die Umwandlungswärme einen unteren Heizwert von Kraftstoff aufweisen.
Das Kraftstoffenergiegewinnschätzmodul 520 kann die Oxidationsenergiegewinnrate für jede der Komponenten 220 - 240 schätzen. Das Kraftstoffenergiegewinnmodul 520 kann die Oxidationsenergiegewinnrate (d.h. das EO) einer gegebenen der Komponenten 220 -240 auf Grundlage der Umwandlungsenergiegewinnrate und einer Phasenänderungsenergieverlustrate der Komponente schätzen. Nur beispielhaft kann das Kraftstoffenergiegewinnmodul 520 die Oxidationsenergiegewinnrate auf Grundlage einer Summe der Umwandlungsenergiegewinnräte der Komponente und der Phasenänderungsenergieverlustrate der Komponente schätzen.
Das Phasenänderungsverlustschätzmodul 524 kann die Phasenäriderungsenergieverlustrate von jeder der Komponenten 220 - 240 schätzen. Das Phasenänderungsverlustschätzmodul 524 kann die Phasenänderungsenergieverlustrate einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage eines Verdampfungswirkungsgrades der Komponente, und eines Durchflusses von nicht verdampften HC-Eingang zu der Komponente schätzen. Der Verdampfungswirkungsgrad kann einen Prozentsatz von in einer Komponente verdampftem HC betreffen.
Nur beispielhaft kann das Phasenänderungsverlustschätzmodul 524 die Phasenänderungsenergieverlustrate (beispielsweise J/s) einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 unter Verwendung der Gleichung schätzen: $E_{PC} = VE * {HC}_{IN} * HOV,$
wobei E_PC die Phasenänderungsenergieverlustrate ist, VE ein Verdampfungswirkungsgrad der Komponente ist, HC_IN ein Massendurchfluss von nicht verdampftem HC-Eingang zu der Komponente ist und HOV eine vorbestimmte Verdampfungswärme ist. Nicht verdampftes HC kann von der Maschine 102 ausgegeben, durch das Kraftstoffaktuatormodul 250 injiziert und/oder durch andere Quellen bereitgestellt werden. Der Massendurchfluss von HC-Eingang zu einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 kann gleich einem Massendurchfluss von HC-Ausgang von einer anderen der Komponenten 220 - 240 sein, die stromaufwärts der gegebenen Komponente implementiert sind. Der Massendurchfluss von HC-Ausgang von den Komponenten 220 - 240 ist nachfolgend diskutiert.
Das Verdampfungswirkungsgradmodul 528 kann den Verdampfungswirkungsgrad (VE) für jede der Komponenten 220 - 240 schätzen. Das Verdampfungswirkungsgradmodul 528 kann den Verdampfungswirkungsgrad für eine gegebene der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage der Raumgeschwindigkeit der Komponente und der Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente schätzen. Nur beispielhaft kann der Verdampfungswirkungsgrad ein Prozentsatz sein, der als ein Wert zwischen 0,0 und einschließlich 1,0 ausgedrückt wird.
Das Modul 532 für nicht verdampften HC-Ausgang kann eine Rate von nicht verdampftem HC-Ausgang von jeder der Komponenten 220 - 240 schätzen. Nur beispielhaft kann das Modul 532 für nicht verdampften HC-Ausgang die Rate des nicht verdampften HC-Ausgangs von einer gegebenen der Komponenten 220 - 240-unter Verwendung der Gleichung schätzen: ${HC}_{OUT} = (1 - VE) * {HC}_{IN},$
wobei HC_OUT die Massendurchflussrate von HC-Ausgang von der Komponente ist, VE der Verdampfungswirkungsgrad ist und HC_IN die Rate ist, mit der HC in die Komponente zugeführt wird. Das Modul 532 für nicht verdampften HC-Ausgang kann die Raten für nicht verdampften HC-Ausgang in dem Speichermodul 306 komponentenbezogen speichern.
Das Oxidationsgewinnschätzmodul 318 kann auch ein Energiefreisetzkompensationsmodul 550 aufweisen. Das Energiefreisetzkompensationsmodul 550 kann eine Rate an HC-Energie, die durch jede der Komponenten 220 - 240 absorbiert ist, eine Rate an HC-Energie, die von jeder der Komponenten 220 - 240 desorbiert ist, sowie eine Änderungsrate der gespeicherten Energie für jede der Komponenten 220 - 240 schätzen. Das Energiefreisetzkompensationsmodul 550 kann bestimmen, ob sich eine oder mehrere der Komponenten 220 - 240 in einem freisetzenden Zustand befinden. In dem freisetzenden Zustand wird eine gegebene der Komponenten 220 - 240 mehr HC-Energie desorbieren (d.h. freisetzen) als die Komponente absorbiert (d.h. speichert).
Das Energiefreisetzkompensationsmodul 550 kann eine Energiefreisetzrate für jede der Komponenten 220 - 240, die in dem freisetzenden Zustand sind, schätzen. Das Energiefreisetzkompensationsmodul 550 kann die Energiefreisetzraten der Komponenten 220 -240 an das Kraftstoffenergiegewinnmodul 520 zur Verwendung bei der Bestimmung der jeweiligen Oxidationsenergiegewinnraten der Komponenten 220 - 240 liefern. Nur beispielhaft kann das Kraftstoffenergiegewinnmodul 520 die Energiefreisetzrate mit der Umwandlungsenergiegewinnrate und der Phasenänderungsenergieverlustrate summieren, um die Oxidationsenergiegewinnrate einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 zu bestimmen.
Auf diese Art und Weise spiegelt sich die Energiefreisetzrate in der Oxidationsenergiegewinnrate der Komponente wider. Demgemäß kann die Energiefreisetzrate berücksichtigt werden, wenn das Kraftstoffsteuermodul 364 die Kraftstoffinjektionsrate des Kraftstoffaktuatormoduls 250 auf Grundlage der Gesamtenergieverlustrate stromaufwärts einer Stelle steuert. Hierdurch kann eine unabsichtliche zu starke Kraftstoffbelieferung, die auf die Freisetzung von HC-Energie zurückführbar sein kann, vermieden werden. Eine zu starke Kraftstoffbelieferung kann erhöhte Abgastemperaturen bewirken. Die erhöhten Abgastemperaturen können eine oder mehrere der Komponenten 220 - 240 stromabwärts der Stelle, an der freigesetztes HC oxidiert, schädigen.
Nun Bezug nehmend auf 6 ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Energiefreisetzkompensationsmoduls 550 dargestellt. Das Energiefreisetzkompensationsmodul 550 kann ein Absorptionsverhältnismodul 602, ein Absorptionsratenschätzmodul 606, ein Desorptionsratenschätzmodul 610 und ein Änderungsratenbestimmungsmodul 614 aufweisen. Das Energiefreisetzkompensationsmodul 550 kann auch ein Modul zum Schätzen gespeicherter Energie 618, ein Zustandsbestimmungsmodul 622 und ein Freisetzratenschätzmodul 626 aufweisen.
Das Absorptionsverhältnismodul 602 kann ein HC-Absorptionsverhältnis für jede der Komponenten 220 - 240 schätzen. Das Absorptionsverhältnismodul 602 kann das HC-Absorptionsverhältnis einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage der Raumgeschwindigkeit der Komponente und der Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente schätzen. Das HC-Absorptionsverhältnis von jeder - der Komponenten 220 - 240 kann einen Prozentsatz aufweisen, der als ein Wert zwischen 0,0 und einschließlich 1,0 ausgedrückt ist. Das HC-Absorptionsverhältnis kann sich 1,0 annähern, wenn eine Rate, bei der die Komponente HC absorbieren kann, sich einer maximalen HC-Absorptionsrate annähert.
Das Absorptionsratenschätzmodul 606 kann eine HC-Energieabsorptionsrate von jeder der Komponenten 220 - 240 schätzen. Das Absorptionsratenschätzmodul 606 kann die HC-Energieabsorptionsrate (E_ABS) einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage des HC-Absorptionsverhältnisses der Komponente und des Massendurchflusses von HC in die Komponente (d.h. den HC_IN) schätzen. Nur beispielhaft kann das Absorptionsratenschätzmodul 606 die HC-Energieabsorptionsrate der Komponente auf Grundlage eines Produkts des Massendurchflusses von HC in die Komponente und des HC-Absorptionsverhältnisses der Komponente schätzen.
Das Desorptionsratenschätzmodul 610 kann eine HC-Energiedesorptionsrate von jeder der Komponenten 220 - 240 schätzen. Das Desorptionsratenschätzmodul 610 kann die HC-Energiedesorptionsrate (E_DES) einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage einer Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente, der Raumgeschwindigkeit der Komponente und einer Menge an HC-Energie, die durch die Komponente gespeichert wird, schätzen. Nur beispielhaft kann die Menge an HC-Energie, die durch die Komponente gespeichert wird, eine Menge an HC-Energie sein, die durch die Komponente nach einer letzten Steuerschleife gespeichert ist. Die Menge an HC-Energie, die durch die Komponente gespeichert ist, ist nachfolgend weiter diskutiert.
Das Änderungsratenbestimmungsmodul 614 kann eine Energieänderungsrate für jede der Komponenten 220 - 240 bestimmen. Das Änderungsratenbestimmungsmodul 614 kann die Energieänderungsrate (E_ROC) für eine gegebene der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage der HC-Energieabsorptionsrate der Komponente und der HC-Energiedesorptionsrate der Komponente bestimmen. Nur beispielhaft kann das Änderungsratenbestimmungsmodul 614 die Energieänderungsrate für die Komponente auf Grundlage einer Differenz zwischen der HC-Energieabsorptionsrate und der HC-Energiedesorptionsrate bestimmen. Nur beispielhaft kann die Differenz auf der HC-Energieadsorptionsrate weniger der HC-Energiedesorptionsrate basieren.
Das Modul 618 zum Schätzen gespeicherter Energie kann die Menge an HC-Energie, die durch jede der Komponenten 220 - 240 gespeichert wird, schätzen. Das Modul 618 zum Schätzen gespeicherter Energie kann die HC-Energie, die durch eine gegebene der Komponenten 220 - 240 gespeichert ist (E_ST), auf Grundlage der Menge an HC-Energie, die durch die Komponente nach der letzten Steuerschleife gespeichert wird, und der Energieänderungsrate schätzen. Nur beispielhaft kann das Modul 618 zum Schätzen gespeicherter Energie die Menge an HC-Energie, die durch die Komponente gespeichert ist, auf Grundlage einer Summe der Menge an HC-Energie, die nach der letzten Steuerschleife gespeichert ist, und einem Ergebnis eines Integrals der Änderungsrate der Komponente in Bezug auf die Zeit schätzen.
Das Zustandsbestimmungsmodul 622 kann einen Zustand von jeder der Komponenten 220 - 240 bestimmen. Das Zustandsbestimmungsmodul 622 kann den Zustand einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage der Energieänderungsrate der Komponente bestimmen. Nur beispielhaft kann das Zustandsbestimmungsmodul bestimmen, dass sich die Komponente in dem freisetzenden Zustand befindet, wenn die Energieänderungsrate negativ ist. Andere Zustände, in denen sich eine gegebene der Komponenten 220 - 240 befinden kann, umfassen beispielsweise einen vollständig absorbierten Zustand oder einen vollständig desorbierten Zustand.
Das Zustandsbestimmungsmodul 622 kann ein Zustandssignal auf Grundlage des Zustands der Komponente erzeugen. Nur beispielhaft kann das Zustandsbestimmungsmodul 622 das Zustandssignal in einen aktiven Zustand (beispielsweise 5 V) setzen, wenn sich die Komponente in dem freisetzenden Zustand befindet.
Das Freisetzratenschätzmodul 626 kann eine HC-Energiefreisetzrate für jede der Komponenten 220 - 240 schätzen, die in dem freisetzenden Zustand sind. Das Freisetzratenschätzmodul 626 kann auch eine HC-Energiefreisetzrate für die Komponenten 220 - 240, die nicht in dem freisetzenden Zustand sind, auf Null setzen. Das Freisetzratenschätzmodul kann die HC-Energiefreisetzrate für eine gegebene der Komponenten 220 - 240, die sich in dem freisetzenden Zustand befinden (E_RELEASE) auf Grundlage der Energieänderungsrate der Komponente schätzen.
Wie in 5 gezeigt ist, kann das Kraftstoffenergiegewinnmodul 520 die HC-Energiefreisetzrate, die Umwandlungsenergiegewinnrate und die Phasenänderungsenergieverlustrate für jede der Komponenten 220 - 240 empfangen. Das Kraftstoffenergiegewinnmodul 520 kann die Oxidationsenergiegewinnraten für die Komponenten 220 - 240 auf Grundlage der HC-Energiefreisetzraten, der Umwandlungsenergiegewinnraten bzw. der Phasenänderungsenergieverlustraten der Komponenten 220 - 240 schätzen. Nur beispielhaft kann das Kraftstoffenergiegewinnmodul 520 die Oxidationsenergiegewinnrate einer gegebenen der Komponenten 220 - 240 auf Grundlage einer Summe der HC-Energiefreisetzrate der Komponente, der Phasenänderungsenergieverlustrate der Komponente und der Umwandlungsenergiegewinnrate der Komponente schätzen.
Die HC-Energiefreisetzrate kann daher bei der Bestimmung der Energieausgangsrate der Komponente berücksichtigt werden (über die Oxidationsenergiegewinnrate). Demgemäß kann eine nächste Komponente, die das Abgas von der Komponente aufnimmt, eine größere Energieeingangsrate (d.h. E_IN) aufweisen, als es der Fall wäre, wenn die Komponente keine HC-Energie freisetzt.
Die HC-Energiefreisetzrate kann daher bei der Bestimmung der Gesamtenergieverlustrate stromaufwärts einer Stelle berücksichtigt werden. Wie oben diskutiert ist, kann das Kraftstoffsteuermodul 364 die Kraftstoffinjektionsrate des Kraftstoffaktuatormoduls 250 auf Grundlage der Gesamtenergieverlustrate steuern, um die Abgastemperatur an der Stelle auf eine Zieltemperatur einzustellen.
Genauer kann das Kraftstoffsteuermodul 364 eine Zieleingangsenergierate auf Grundlage der Gesamtenergieverlustrate bestimmen. Das Kraftstoffsteuermodul 364 kann die Zieleingangsenergierate ferner auf Grundlage der Zieltemperatur, der Temperatur des Abgaseingangs zu dem ersten Abgasrohr 220, der EFR und der spezifischen Wärme des Abgases bestimmen. Nur beispielhaft kann das Kraftstoffsteuermodul 364 die Zieleingangsenergierate (beispielsweise J/s) unter Verwendung der Gleichung bestimmen: $E_{TARGET} = C_{G} * EFR * (T_{TARGET} - T_{G}) - E_{LOSS - TOT},$
wobei E_TARGET die Zieleingangsenergierate ist, C_G die spezifische Wärme des Abgaseingangs zu der Komponente ist, T_TARGET die Zieltemperatur ist, T_G die Temperatur des Abgaseingangs zu dem ersten Abgasrohr 220 ist und E_LOSS-TOT die Gesamtenergieverlustrate stromaufwärts der Stelle ist.
Zusammenfassend kann das Kraftstoffaktuatormodul 250 die Kraftstoffinjektionsrate auf Grundlage der HC-Energiefreisetzrate selektiv reduzieren. Das Reduzieren der Kraftstoffinjektionsrate auf Grundlage der HC-Energiefreisetzrate kann verhindern, dass die Abgastemperatur an der Stelle die Zieltemperatur überschreitet.
Nun Bezug nehmend auf 7 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das beispielhafte Schritte 700 zeigt, die durch ein Verfahren ausgeführt werden können: Die Steuerung kann bei Schritt 702 beginnen, wo die Steuerung das HC-Absorptionsverhältnis für eine gegebene der Komponenten 220 - 240 bestimmen kann. Die Steuerung kann das HC-Absorptionsverhältnis auf Grundlage der Raumgeschwindigkeit der Komponente und der Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente bestimmen.
Die Steuerung kann die HC-Energieabsorptionsrate der Komponente bei Schritt 706 schätzen. Die Steuerung kann die HC-Energieabsorptionsrate auf Grundlage des HC-Absorptionsverhältnisses und des Massendurchflusses von HC in die Komponente bestimmen. Die Steuerung kann bei Schritt 710 die HC-Energiedesorptionsrate der Komponente schätzen. Die Steuerung kann die HC-Energiedesorptionsrate der Komponente auf Grundlage der Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente, der Raumgeschwindigkeit der Komponente und einer Menge an HC-Energie, die durch die Komponente nach einer letzten Steuerschleife gespeichert ist, schätzen.
Die Steuerung kann bei Schritt 714 die Änderungsrate gespeicherter Energie der Komponente bestimmen. Die Steuerung kann die Änderungsrate der gespeicherten Energie auf Grundlage der HC-Energieabsorptionsrate weniger der HC-Energiedesorptionsrate bestimmen. Die Steuerung kann bei Schritt 718 bestimmen, ob die Komponente sich in dem freisetzenden Zustand befindet. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung zu Schritt 722 wechseln; wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit Schritt 726 fortfahren. Die Steuerung kann bestimmen, dass sich die Komponente in dem freisetzenden Zustand befindet, wenn beispielsweise die Energieänderungsrate negativ ist.
Bei Schritt 722 (d.h. wenn sich die Komponente nicht in dem freisetzenden Zustand befindet) kann die Steuerung die Oxidationsenergiegewinnrate der Komponente auf Grundlage der Phasenänderungsenergieverlustrate und der Umwandlungsenergiegewinnrate schätzen. Die Steuerung kann dann mit Schritt 734 fortfahren, wie nachfolgend weiter diskutiert ist.
Bei Schritt 726 (d.h. wenn sich die Komponente in dem freisetzenden Zustand befindet), kann die Steuerung die HC-Energiefreisetzrate der Komponente schätzen. Die Steuerung kann die HC-Energiefreisetzrate auf Grundlage der Energieänderungsrate schätzen. Die Steuerung kann bei Schritt 730 die Oxidationsenergiegewinnrate auf Grundlage der HC-Energiefreisetzrate schätzen. Nur beispielhaft kann die Steuerung die Oxidationsenergiegewinnrate der Komponente auf Grundlage einer Summe der HC-Energiefreisetzrate, der Umwandlungsenergiegewinnrate und der Phasenänderungsenergieverlustrate schätzen. Die Steuerung kann mit Schritt 734 fortfahren.
Bei Schritt 734 kann die Steuerung die Energieverlustrate der Komponente bestimmen. Die Steuerung kann die Energieverlustrate der Komponente auf Grundlage einer Summe der.Konvektionsenergieverlustrate, der Leitungsenergieverlustrate und der Oxidationsenergiegewinnrate bestimmen. Die Steuerung kann bei Schritt 738 die Gesamtenergieverlustrate stromaufwärts einer Stelle auf Grundlage einer Energieverlustrate der Komponente und Energieverlustraten stromaufwärts der Stelle bestimmen. Nur beispielhaft kann die Steuerung die Gesamtenergieverlustrate stromaufwärts der Stelle auf Grundlage einer Summe der Energieverlustraten stromaufwärts der Stelle bestimmen.
Die Steuerung steuert bei Schritt 742 die Kraftstoffinjektionsrate des Kraftstoffaktuatormoduls 250 auf Grundlage der Gesamtenergieverlustrate. Nur beispielhaft kann die Steuerung eine Zieleingangsenergierate auf Grundlage der Gesamtenergieverlustrate unter Verwendung der Gleichung (15) bestimmen, wie oben diskutiert ist, und die Steuerung kann die Kraftstoffinjektionsrate des Kraftstoffaktuatormoduls 250 auf Grundlage der Zieleingangsenergierate steuern. Auf diese Art und Weise liefert die Steuerung Kraftstoff an den DOC 224 auf Grundlage der Zieleingangsenergierate, um die Temperatur des Abgases an der Stelle auf die Zieltemperatur einzustellen. Während die Steuerung nach Schritt 742 endend gezeigt ist, kann die Steuerung stattdessen zu Schritt 702 zurückkehren. Mit anderen Worten können die beispielhaften Schritte 700 für eine Steuerschleife veranschaulichend sein, und es können mehr als eine Steuerschleife vorgesehen sein.
Der Fachmann kann nun aus der vorhergehenden Beschreibung erkennen, dass die breiten Lehren der Offenbarung in einer Vielzahl von Formen ausgeführt sein können. Daher sei, während diese Offenbarung bestimmte Beispiele aufweist, der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so beschränkt, da andere Abwandlungen dem Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Abgassteuersystem, umfassend: ein Absorptionsratenschätzmodul, das eine Kohlenwasserstoffenergieabsorptionsrate einer Komponente eines Abgassystems schätzt; ein Desorptionsratenschätzmodul, das eine Kohlenwasserstoffenergiedesorptionsrate der Komponente schätzt; ein Änderungsratenmodul, das eine Änderungsrate gespeicherter Energie auf Grundlage einer Differenz zwischen den Kohlenwasserstoffenergieabsorptions- und -desorptionsrateri bestimmt; ein Freisetzratenschätzmodul, das eine Kohlenwasserstoffenergiefreisetzrate für die Komponente auf Grundlage der auf der Differenz zwischen den Kohlenwasserstoffenergieabsorptions- und desorptionsraten basierenden Änderungsrate gespeicherter Energie schätzt; ein Oxidationsgewinnschätzmodul, das eine Oxidationsenergiegewinnrate der Komponente auf Grundlage der Kohlenwasserstoffenergiefreisetzrate schätzt; ein Verlustbestimmungsmodul, das eine Energieverlustrate der Komponente auf Grundlage der Oxidationsenergiegewinnrate, einer Leitungsenergieverlustrate, die der Komponente zugeordnet ist, und einer Konvektionsenergieverlustrate, die der Komponente zugeordnet ist, bestimmt; ein Gesamtverlustbestimmungsmodul, das eine Gesamtenergieverlustrate stromaufwärts einer Stelle in dem Abgassystem auf Grundlage der Energieverlustrate der Komponente bestimmt; und ein Kraftstoffsteuermodul, das eine Rate der Kraftstoffinjektion in das Abgassystem stromaufwärts des Oxidationskatalysators auf Grundlage der Gesamtenergieverlustrate und einer Zieltemperatur für die Stelle steuert.
Abgassteuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Absorptionsverhältnismodul, das ein Absorptionsverhältnis der Komponente auf Grundlage einer Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente und einer Raumgeschwindigkeit der Komponente schätzt, wobei das Absorptionsratenschätzmodul die Kohlenwasserstoffenergieabsorptionsrate auf Grundlage des Absorptionsverhältnisses schätzt.
Abgassteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Absorptionsratenschätzmodul die Kohlenwasserstoffenergieabsorptionsrate ferner auf Grundlage eines Massendurchflusses von Kohlenwasserstoffen in die Komponente schätzt.
Abgassteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Absorptionsratenschätzmodul die Kohlenwasserstoffenergieabsorptionsrate auf Grundlage eines Produkts des Absorptionsverhältnisses und eines Massendurchflusses von Kohlenwasserstoffen in die Komponente schätzt.
Abgassteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Desorptionsratenschätzmodul die Kohlenwasserstoffenergiedesorptionsrate auf Grundlage einer Temperatur des Abgaseingangs zu der Komponente, einer Raumgeschwindigkeit der Komponente und einer Menge an Kohlenwasserstoffenergie, die durch die Komponente gespeichert ist, schätzt.
Abgassteuersystem nach Anspruch 5, ferner mit einem Modul zum Schätzen gespeicherter Energie, das die Menge an Kohlenwasserstoffenergie, die durch die Komponente gespeichert ist, auf Grundlage der Änderungsrate gespeicherter Energie schätzt.
Abgassteuersystem nach Anspruch 6, wobei das Modul zum Schätzen gespeicherter Energie die Menge an Kohlenwasserstoffenergie, die durch die Komponente gespeichert ist, ferner auf Grundlage einer vorhergehenden Menge an Kohlenwasserstoffenergie, die durch die Komponente gespeichert ist, schätzt.
Abgassteuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Zustandsbestimmungsmodul, das auf Grundlage der Änderungsrate gespeicherter Energie bestimmt, wann die Komponente in einem Energie freisetzenden Zustand ist.
Abgassteuersystem nach Anspruch 8, wobei das Zustandsbestimmungsmodul bestimmt, dass sich die Komponente in dem Energie freisetzenden Zustand befindet, wenn die Kohlenwasserstoffenergiedesorptionsrate größer als die Kohlenwasserstoffenergieabsorptionsrate ist.