DE102011075875A1 - Method for calculating nitrogen oxide exhaust emission before catalytic converter phase of exhaust system for e.g. diesel engine of car, involves performing correcting function dependent on calculated exhaust emission by boost pressure - Google Patents

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Abstract

The method involves determining oxygen concentration in a suction tube (20) as an operating parameter, and performing calculation of nitrogen oxide-exhaust emission before a catalytic converter phase as a function of the determined oxygen concentration. A correcting function is performed dependent on the calculated nitrogen oxide exhaust emission by boost pressure before catalytic converter phase. The nitrogen oxide exhaust emission before catalytic converter phase is calculated from the corrected nitrogen oxide concentration. Independent claims are also included for the following: (1) a computer program having a set of instructions to perform a method for calculating nitrogen oxide exhaust emission before catalytic converter phase in an internal combustion engine (2) a control and/or regulating device for an internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung einer NOx-Rohemission einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 sowie ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The present invention relates to a method for calculating a raw NOx emission of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a computer program according to the preamble of claim 7 and a control device according to the preamble of claim 8.

In der Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren und benzindirekteinspritzenden Motoren kommt häufig die selektive katalytische Reduktion (SCR) zur Minderung der Stickoxidemissionen (NOx) zum Einsatz. Dabei muss dem Abgasstrom ein Reduktionsmittel, in der Regel Ammoniak (NH3), zugesetzt werden. Die Menge des zugesetzten Reduktionsmittels hängt wesentlich von der Menge an emittiertem NOx ab. Ist die Reduktionsmittelmenge zu klein, wird im SCR-Katalysator zu wenig NOx umgesetzt. Wird hingegen zu viel Reduktionsmittel zugesetzt, wird dieses ebenfalls emittiert und stellt somit eine Umweltbelastung dar, die zu vermeiden ist. Üblicherweise werden die aktuellen NOx-Emissionen mittels eines Sensors erfasst.Exhaust gas aftertreatment of diesel engines and gasoline direct injection engines often uses selective catalytic reduction (SCR) to reduce nitrogen oxide (NO x ) emissions. In this case, a reducing agent, usually ammonia (NH 3 ), must be added to the exhaust gas stream. The amount of the reducing agent added depends essentially on the amount of NO x emitted. If the amount of reducing agent is too small, too little NO x is converted in the SCR catalytic converter. If, on the other hand, too much reducing agent is added, this is also emitted and thus represents an environmental burden which must be avoided. Usually, the current NO x emissions are detected by means of a sensor.

Solange der Sensor nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine nicht betriebsbereit ist, werden der Reduktionsmitteldosierung NOx-Rohemissionswerte zugrunde gelegt, die mithilfe von Modellen berechnet werden. Auch zur On-Board-Diagnose-Überwachung wird der NOx-Sensor mit berechneten Werten abgeglichen. In neuesten Anwendungen wird der Sensor aus Kostengründen sogar vollständig durch ein Berechnungsmodell ersetzt.As long as the sensor is not ready for operation after a cold start of the internal combustion engine, the reducing agent metering is based on NO x raw emission values, which are calculated by means of models. The NO x sensor is also calibrated with calculated values for on-board diagnostic monitoring. In recent applications, the sensor is even completely replaced by a calculation model for cost reasons.

Die beschriebenen Anwendungsfälle setzen eine hohe Genauigkeit der Modellierung der NOx-Rohemissionswerte voraus. Aus der DE 10 2009 05 50585 wird ein NOx-Rohemissionsmodell als bekannt vorausgesetzt, welches einen Zusammenhang zwischen den NOx-Rohemissionen und der Sauerstoffkonzentration im Saugrohr der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und dem aktuellen Einspritzmuster bzw. Betriebsmodus in Kennfeldern hinterlegt. Wobei der Betriebspunkt im Wesentlichen durch die Drehzahl und die Last der Brennkraftmaschine charakterisiert ist. Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise Druck und Temperatur, berücksichtigt dieses Modell durch Korrekturfaktoren, die auf die in den Kennfeldern hinterlegten Basiswerte angewendet werden.The described applications require a high accuracy of the modeling of the NO x raw emission values. From the DE 10 2009 05 50585 For example, a NO x raw emission model is assumed to be known which deposits a relationship between the NO x raw emissions and the oxygen concentration in the intake manifold of the internal combustion engine as a function of the operating point of the internal combustion engine and the current injection pattern or operating mode in maps. Wherein the operating point is characterized essentially by the speed and the load of the internal combustion engine. Environmental influences, such as pressure and temperature, are taken into account by correction factors that are applied to the base values stored in the maps.

Vom bekannten Modell werden allerdings keine Abweichungen des Ladedrucks vom Auslegungswert berücksichtigt. Zu Ladedruckabweichungen kommt es zum Beispiel bei stark dynamischer Fahrweise, wenn aufgrund des relativ trägen Luftsystems der tatsächliche Ladedruck dem Sollwert nachläuft. Oder wenn das Aufladesystem an seine physikalischen Grenzen stößt und der geforderte Sollwert nicht eingeregelt werden kann.However, the known model does not take into account deviations of the charge pressure from the design value. Charge pressure deviations occur, for example, in highly dynamic driving, when due to the relatively sluggish air system, the actual boost pressure runs after the setpoint. Or if the charging system reaches its physical limits and the required setpoint can not be adjusted.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung stellt eine wesentliche Verbesserung des bereits bekannten Verfahrens zur Berechnung von NOx-Rohemissionen im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine dar. Ein wesentlicher Gedanke dabei ist es, die Genauigkeit des bekannten Verfahrens im realen Fahrzeugbetrieb zu verbessern, indem der Einfluss des Ladedrucks nach dem Ladeluftkühler, beziehungsweise im Saugrohr der Brennkraftmaschine, auf die NOX-Rohemissionen berücksichtigt wird.The invention represents a significant improvement of the already known method for calculating NO x raw emissions in the exhaust tract of an internal combustion engine. An essential idea is to improve the accuracy of the known method in real vehicle operation by the influence of the boost pressure after the intercooler, or in the intake manifold of the internal combustion engine, is taken into account on the NO x -Rohemissions.

Es hat sich gezeigt, dass sich eine Ladedruckerhöhung auf die NOx-Rohemissionen auswirkt. Ursache dafür sind zwei Mechanismen: Zum Einen führt ein erhöhter Ladedruck zu einer Erhöhung der Zylinderfüllung. Über die Luftmassenregelung wird damit auch die Abgasrückführrate (AGR) angehoben. Weil sich mehr rückgeführtes Abgas im Brennraum befindet, ist der Anteil an Frischluft und damit der Sauerstoffanteil geringer. Ein geringerer Sauerstoffanteil verursacht nach der bekannten Zeldovich-Reaktion eine geringere NOx-Emission. Diesen ersten Mechanismus berücksichtigt das bekannte Modell, da es die NOx-Emission in Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration im Saugrohr berechnet. It has been shown that a boost pressure has an effect on the NO x raw emissions. This is due to two mechanisms: On the one hand, an increased charge pressure leads to an increase in the cylinder charge. Air mass control also increases the exhaust gas recirculation rate (EGR). Because there is more recirculated exhaust gas in the combustion chamber, the proportion of fresh air and thus the oxygen content is lower. A lower oxygen content caused by the known Zeldovich reaction lower NO x emissions. This first mechanism takes into account the known model, since it calculates the NO x emission as a function of the oxygen concentration in the intake manifold.

Der zweite Mechanismus, führt auch bei gleichbleibender Sauerstoffkonzentration im Saugrohr über einen erhöhten Ladedruck zu einer niedrigeren Verbrennungstemperatur und damit zu einer Absenkung der NOx-Rohemissionen. Die niedrigere Verbrennungstemperatur bei erhöhtem Ladedruck kommt dadurch zustande, dass bei höherem Ladedruck eine größere Masse der Brennraumfüllung, bestehend aus rückgeführtem Abgas, angesaugter Frischluft, mit einer annähernd gleichen Kraftstoffmenge aufgeheizt werden muss. Die sogenannte Zeldovich-Reaktion führt bei hohen Verbrennungstemperaturen über die Bildung von Sauerstoffradikalen und anschließender Oxidation von atmosphärischem Stickstoff zur Bildung von Stickstoffmonoxid. Dabei werden Stickstoffradikale erzeugt, die wiederum mit Sauerstoffmolekülen zu Stickstoffmonoxid und Sauerstoffradikalen reagieren. Mit sinkender Verbrennungstemperatur, wird der Geschwindigkeitskoeffizient der Zeldovich-Reaktion kleiner, d. h. es wird weniger NOx gebildet. Dieser Mechanismus wird vom bereits bekannten NOx-Berechnungsmodell nicht abgebildet. Durch Anwendung des bekannten NOx-Berechnungsmodells, lässt sich dieser zweite Mechanismus aber klar vom Ersten trennen. The second mechanism, even at constant oxygen concentration in the intake manifold via an increased boost pressure to a lower combustion temperature and thus to a reduction of the NO x -Rohemissions. The lower combustion temperature with increased boost pressure is due to the fact that at higher boost pressure a larger mass of the combustion chamber charge, consisting of recirculated exhaust gas sucked fresh air, must be heated with an approximately equal amount of fuel. The so-called Zeldovich reaction leads to the formation of oxygen radicals and subsequent oxidation of atmospheric nitrogen at high combustion temperatures Nitric oxide. This nitrogen radicals are generated, which in turn react with oxygen molecules to nitrogen monoxide and oxygen radicals. As the combustion temperature decreases, the velocity coefficient of the Zeldovich reaction becomes smaller, that is, less NO x is formed. This mechanism is not depicted by the already known NO x calculation model. By applying the known NO x calculation model, however, this second mechanism can be clearly separated from the first.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, den Druckeinfluss der Zeldovich-Reaktion bei einem Betrieb ohne Abgasrückführung (das heißt, bei konstanter Sauerstoffkonzentration im Saugrohr) auf die NOx-Emission zu ermitteln. Dieser Druckeinfluss lässt sich leicht auch auf den Betrieb der Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung übertragen. Im Anschluss daran wird durch Anwendung des bekannten NOx-Berechnungsmodells der Einfluss der Sauerstoffkonzentration berücksichtigt. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Korrekturfunktion eine genauere Modellierung und trägt damit in Kombination mit dem bereits bekannten Berechnungsmodell zu einer Verbesserung der Modellierung im realen Fahrzeugbetrieb bei.According to the invention, it is now provided to determine the pressure influence of the Zeldovich reaction in an operation without exhaust gas recirculation (that is, at a constant oxygen concentration in the intake manifold) on the NO x emission. This pressure influence can be easily transferred to the operation of the internal combustion engine with exhaust gas recirculation. Subsequently, the influence of the oxygen concentration is taken into account by applying the known NO x calculation model. Thus, the correction function according to the invention allows a more accurate modeling and thus contributes in combination with the already known calculation model to an improvement of the modeling in real vehicle operation.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass Ausgangswerte bereits bekannter Korrekturfunktionen als Eingangswert der erfindungsgemäßen Korrekturfunktion verwendet wird. Durch geeignete Anordnung der Korrekturfunktionen im Modellkern, beziehungsweise im Hauptprogramm, werden so Interaktionen der Korrekturfunktionen miteinander vermieden. Es ist also erfindungsgemäß möglich, die erfindungsgemäße Korrekturfunktion unabhängig von anderen Korrekturfunktionen zu applizieren. Insgesamt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren, die Genauigkeit des Modellierungsergebnisses im realen Betrieb verbessert.Another significant advantage is that output values of already known correction functions are used as the input value of the correction function according to the invention. By appropriate arrangement of the correction functions in the model kernel, or in the main program, interactions of the correction functions are avoided with each other. It is thus possible according to the invention to apply the correction function according to the invention independently of other correction functions. Overall, the accuracy of the modeling result in real operation is improved by the method according to the invention.

Ein weiterer Vorteil ergibt daraus, dass sich die Korrekturfunktion sehr einfach bedaten lässt. Grund dafür ist die einfache Separierbarkeit des Einflusses der Sauerstoffkonzentration auf die NOx-Bildung ohne Abgasrückführung vom Einfluss der Ladedruckänderung. Damit reduziert sich der Applikationsaufwand gegenüber anderen bekannten Modellen erheblich.Another advantage results from the fact that the correction function is very easy to use. The reason for this is the simple separability of the influence of the oxygen concentration on the NO x formation without exhaust gas recirculation from the influence of the boost pressure change. This considerably reduces the application effort compared with other known models.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawings, the description and the claims removable. All of the features disclosed in the drawing, the description and the claims can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.

Es zeigen:Show it:

1 das technische Umfeld der Erfindung; 1 the technical environment of the invention;

2a gemessener Zusammenhang zwischen NOx-Rohemission und Ladedruck; 2a measured relationship between NO x raw emissions and boost pressure;

2b modellierter Zusammenhang zwischen NOx-Rohemission und Ladedruck; 2 B modeled relationship between NO x raw emissions and boost pressure;

3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Funktionsblockdarstellung; 3 a first embodiment of the invention in a functional block diagram;

4 ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Funktionsblockdarstellung; 4 a second embodiment in a functional block diagram;

5 ein drittes Ausführungsbeispiel in einer Funktionsblockdarstellung 5 a third embodiment in a functional block diagram

6 Einbindung des erfindungsgemäßen Verfahrens in ein bekanntes NOx-Rohemissionsmodell in Funktionsblockdarstellung. 6 Integration of the method according to the invention into a known NO x crude emission model in functional block representation.

1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, die insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges dient. Die dargestellte Brennkraftmaschine 10 arbeitet mit einer Direkteinspritzung von Kraftstoff über Injektoren 12 in Brennräume 14 der Brennkraftmaschine 10 nach dem Otto-Brennverfahren, dem Dieselbrennverfahren oder einem anderen Brennverfahren, zum Beispiel einem CAI-Brennverfahren (CAI = Controlled Auto Ignition). Beim Otto-Brennverfahren erfolgt eine Fremdzündung der Brennraumfüllung aus Luft und eingespritztem Kraftstoff mit einer Zündkerze 16. Jeder Brennraum 14 wird von einem Kolben 18 beweglich abgedichtet und über ein Saugrohr 20 mit Luft gefüllt. Stromaufwärts des Saugrohrs 20 ist ein Ladeluftkühler 22 angeordnet, der die Luft vor Eintritt in das Saugrohr 20 kühlt. Nicht dargestellt ist ein stromaufwärts des Ladeluftkühlers 22 angeordneter Turbolader. Zwischen Ladeluftkühler 22 und Brennraum 14 ist ein Drucksensor 24 angeordnet, der den Druck der Luft nach Austritt aus dem Ladeluftkühler 22 bzw. vor Eintritt in das Saugrohr 20 und damit vor Eintritt in dem Brennraum 14 ermittelt. Das im Brennraum 14 verbrannte Kraftstoff-Luftgemisch wird in ein Abgassystem 26 ausgeschoben. Der Wechsel der Brennraumfüllung (Gaswechsel) wird durch Gaswechselventile 28, 30 gesteuert, die synchron zur Bewegung des Kolbens 18 betätigt werden. Über eine Abgasrückführung 32 wird bei geöffnetem Abgasrückführventil 34 Abgas in den Brennraum 14 zurückgeführt, um die NOx-Rohemission der Brennkraftmaschine zu reduzieren. 1 shows an internal combustion engine 10 , which is used in particular for driving a motor vehicle. The illustrated internal combustion engine 10 works with a direct injection of fuel via injectors 12 in combustion chambers 14 the internal combustion engine 10 after the Otto combustion process, the diesel combustion process or another combustion process, for example, a CAI combustion process (CAI = Controlled Auto Ignition). In the Otto combustion process, spark ignition of the combustion chamber filling from air and injected fuel takes place with a spark plug 16 , Every combustion chamber 14 is from a piston 18 movably sealed and via a suction pipe 20 filled with air. Upstream of the suction pipe 20 is a charge air cooler 22 arranged the air before entering the suction pipe 20 cools. Not shown is an upstream of the intercooler 22 arranged turbocharger. Between intercooler 22 and combustion chamber 14 is a pressure sensor 24 arranged, the pressure of the air after exiting the intercooler 22 or before entering the intake manifold 20 and thus before entering the combustion chamber 14 determined. That in the combustion chamber 14 burned fuel-air mixture is in an exhaust system 26 ejected. The change of the combustion chamber filling (gas exchange) becomes by gas exchange valves 28 . 30 controlled in synchronism with the movement of the piston 18 be operated. About an exhaust gas recirculation 32 is when the exhaust gas recirculation valve is open 34 Exhaust gas in the combustion chamber 14 returned to reduce the NO x -remission of the internal combustion engine.

Das Abgassystem weist auch nicht dargestellte Abgasnachbehandlungskomponenten wie Partikelfilter, Katalysatoren, Dosiersysteme für Reduktionsmittel, Abgassensoren 36 usw. auf.The exhaust system also has exhaust aftertreatment components, not shown, such as particulate filters, catalysts, dosing systems for reducing agents, exhaust gas sensors 36 etc. on.

Die Brennkraftmaschine 10 wird von einem Steuergerät 38 gesteuert, das dazu unter anderem Signale des Abgassensors 36, eines Drehzahlsensors 40, des Drucksensors 24 sowie weiterer Sensoren für weitere Betriebsparameter verarbeitet. Solche weiteren Betriebsparameter sind zum Beispiel Fahrpedalstellung oder die Masse der angesaugten Frischluft. Aus diesen Signalen bildet das Steuergerät 38 Ansteuersignale für Injektoren 12, für gegebenenfalls vorhandene Zündkerzen 16, für die Abgasrückführung 34 und eventuell weitere Stellsignale für in der Figur nicht dargestellte Stellglieder, die bei modernen Brennkraftmaschinen 10 vorhanden und daher der Fachmann vertraut sind.The internal combustion engine 10 is from a control unit 38 controlled, including signals from the exhaust gas sensor 36 , a speed sensor 40 , the pressure sensor 24 and other sensors for further operating parameters. Such further operating parameters are, for example, the accelerator pedal position or the mass of the intake fresh air. The control unit forms from these signals 38 Control signals for injectors 12 , for any existing spark plugs 16 , for exhaust gas recirculation 34 and possibly further control signals for not shown in the figure actuators, in modern internal combustion engines 10 present and therefore the expert is familiar.

Im Übrigen ist das Steuergerät 38 dazu eingerichtet, insbesondere programmiert, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine seiner Ausgestaltungen durchzuführen. Das Steuergerät 38 ist insbesondere dazu eingerichtet, die NOx-Rohemissionen in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Saugrohr 20 zu modellieren. Der Wert der Sauerstoffkonzentration im Saugrohr 20 wird bei bekannten Steuergeräten 38 von Brennkraftmaschinen 10 ohnehin berechnet oder liegt in den Steuergeräten 38 vor. Wesentlich Eingangsgrößen dafür sind die angesaugte Frischluftmasse, die Abgasrückführrate, als Zwischengröße, die eingespritzte Kraftstoffmenge und eine modellierte, oder mit dem Abgassensor 36 gemessene Sauerstoffkonzentration im Abgas.Incidentally, the controller 38 set up, in particular programmed to perform the method according to the invention or one of its embodiments. The control unit 38 is particularly adapted to the NO x raw emissions as a function of the oxygen concentration in the intake manifold 20 to model. The value of the oxygen concentration in the intake manifold 20 is in known control devices 38 of internal combustion engines 10 calculated anyway or is located in the control units 38 in front. Essential input variables for this are the aspirated fresh air mass, the exhaust gas recirculation rate, as intermediate size, the injected fuel quantity and a modeled, or with the exhaust gas sensor 36 measured oxygen concentration in the exhaust gas.

Eine wesentliche Voraussetzung für eine konkrete Modellierung der NOx-Rohemissionen in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration bzw. Vom Ladedruck p2 ist die Kenntnis der quantitativen Zusammenhänge.An essential prerequisite for a concrete modeling of the NO x crude emissions as a function of the oxygen concentration or of the boost pressure p 2 is the knowledge of the quantitative relationships.

2a zeigt solche messtechnisch ermittelten Zusammenhänge. Dabei ist die NOx-Konzentration in ppm in den Rohemissionen der Brennkraftmaschine 10 jeweils über den Volumenanteil von Sauerstoff in % im Saugrohr 20 aufgetragen dargestellt. Sowohl die Sauerstoffkonzentration als auch die NOx-Konzentration ist logarithmisch aufgetragen. 2a shows such metrologically determined relationships. Here, the NO x concentration in ppm in the raw emissions of the internal combustion engine 10 in each case via the volume fraction of oxygen in% in the intake manifold 20 plotted shown. Both the oxygen concentration and the NO x concentration are plotted logarithmically.

Eine Auswertung der messtechnisch gewonnenen Daten ergibt, dass eine Erhöhung des Ladedrucks p2 zu einer erhöhten Füllmenge im Brennraum 14 führt. Weil eine größere Masse mit einer annähernd gleichen Kraftstoffmenge erhitzt wird, sinkt folglich die Verbrennungstemperatur und führt so, nach Zeldovich, zu einer Reduzierung der NOx-Rohemission.An evaluation of the metrologically obtained data shows that an increase of the boost pressure p 2 to an increased capacity in the combustion chamber 14 leads. Consequently, because a larger mass is heated with approximately the same amount of fuel, the combustion temperature decreases, thus leading, according to Zeldovich, to a reduction in NO x raw emissions.

2b zeigt den Zusammenhang zwischen Stickoxidkonzentration NOx in ppm, logarithmisch auf der Ordinate aufgetragen und der Sauerstoffkonzentration in Massenprozent, ebenfalls logarithmisch auf der Abszisse aufgetragen. Messungen ergaben für unterschiedliche Drücke nach dem Ladeluftkühler bzw. im Saugrohr 20 parallel verlaufende Geraden 45a, 45b und 45c, deren Steigung nicht von einer Änderung des Drucks beeinflusst wird. 2 B shows the relationship between nitrogen oxide concentration NOx in ppm, logarithmically plotted on the ordinate and the oxygen concentration in mass percent, also plotted logarithmically on the abscissa. Measurements were made for different pressures after the intercooler or in the intake manifold 20 parallel straight lines 45a . 45b and 45c whose slope is not affected by a change in pressure.

Eine Auswertung der empirisch gewonnenen Daten hat ergeben, dass sich dieser Zusammenhang mit der Formel

Figure 00070001
darstellen lässt.An evaluation of the empirically obtained data has shown that this relationship with the formula
Figure 00070001
let represent.

Darin ist NOx,Cor, die korrigierte NOx-Konzentration, die sich in Abhängigkeit vom aktuellen Druck p2,Akt nach dem Ladeluftkühler 22 und der unter Referenzbedingungen erfassten Konzentration NOx,Bas berechnen lässt. NOx,Bas ist die NOx-Rohemission die sich bei einem Referenzdruck p2,Refnach dem Ladeluftkühler 22, einstellt. Als Referenzzustand bietet sich dabei der Zustand ohne Abgasrückführung an, da hier die Sauerstoffkonzentration im Saugrohr 20 konstant ist.NO x therein, Cor, the corrected NO x concentration, which depending on the current pressure p 2, act after the charge air cooler 22 and the concentration of NO x, Bas determined under reference conditions. NO x, Bas is the NO x raw emission resulting at a reference pressure p 2, ref after the intercooler 22 , sets. As a reference state, the state without exhaust gas recirculation offers, since here the oxygen concentration in the intake manifold 20 is constant.

Daraus ergibt sich, dass sich sowohl die korrigierte NOx-Konzentration NOx,Cor als auch die erfasste Konzentration NOx,Bas dabei auf die Sauerstoffkonzentration von 23,15 Massen-% beziehen. Also auf einen Betrieb der Brennkraftmaschine 10 ohne Abgasrückführung. As a result, both the corrected NO x concentration NO x, Cor and the detected concentration NO x, Bas relate to the oxygen concentration of 23.15 mass%. So on an operation of the internal combustion engine 10 without exhaust gas recirculation.

Der Parameter C kann dabei, abhängig von der Brennkraftmaschine 10 und vom Betriebspunkt, sowohl positive als auch negative Werte annehmen. Grund dafür sind zwei unterschiedliche Wirkmechanismen, die sich auf die NOx-Bildung entgegengesetzt auswirken.The parameter C can, depending on the internal combustion engine 10 and from the operating point, assume both positive and negative values. This is due to two different mechanisms of action, which have the opposite effect on NO x formation.

Ein erster Wirkmechanismus führt dazu, dass der Parameter C negative Werte annimmt. Dabei erhöht sich, wie bereits voranstehend erläutert, durch Erhöhung Ladedrucks p2 in einem Betriebspunkt, die Füllmasse des Brennraums 14, und wird mit gleicher oder annähernd gleicher Kraftstoffmenge erwärmt. Das führt zu einer niedrigeren maximalen Verbrennungstemperatur und damit entsprechend der Zeldovich-Reaktion zu einer geringeren NOx-Bildung. Das heißt, überwiegt der erste Wirkmechanismus, so ist bei steigendem Ladedruck p2 mit sinkender NOx-Emission zu rechnen und der Parameter C nimmt einen negativen Wert an.A first mechanism of action causes the parameter C to assume negative values. This increases, as already explained above, by increasing charge pressure p 2 at an operating point, the filling of the combustion chamber 14 , and is heated with the same or approximately the same amount of fuel. This leads to a lower maximum combustion temperature and thus corresponding to the Zeldovich reaction to lower NOx formation. That is, outweighs the first mechanism of action, so is to be expected with increasing boost pressure p 2 with decreasing NO x emissions and the parameter C assumes a negative value.

Ein zweiter Wirkmechanismus beruht darauf, dass sich bei erhöhtem Ladedruck p2 ein größeres Luft zu Kraftstoffverhältnis (λ) einstellt. Dadurch erhöht sich der Sauerstoffgehalt der Brennraumfüllung und damit entsprechend dem Zeldovich-Reaktion die NOx-Bildung. Ist dieser zweite Wirkungsmechanismus dominant, nimmt C positive Werte an, und es ist bei steigendem Ladedruck p2 mit steigenden NOx-Emissionen zu rechnen.A second mechanism of action is based on the fact that with increased boost pressure p 2, a larger air to fuel ratio (λ) sets. As a result, the oxygen content of the combustion chamber filling and thus increases according to the Zeldovich reaction, the NO x formation. If this second mechanism of action is dominant, C assumes positive values, and increasing NO x emissions are to be expected with increasing boost pressure p 2 .

3 zeigt eine Funktionsblockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der Parameter C in Abhängigkeit von einer Ladedruckdifferenz (p2,Akt – p2,Ref) bestimmt wird. 3 shows a functional block diagram of a first embodiment of the method according to the invention, wherein the parameter C in dependence on a boost pressure difference (p 2, Akt - p 2, Ref ) is determined.

Der Block 46 symbolisiert die Bildung einer, die Last L der Brennkraftmaschine 10 repräsentierenden, Größe. Die Last L kann ein Kraftstoffzumesssignal sein oder ein vom Steuergerät 38 ohnehin berechneter Wert des inneren Drehmoments der Brennkraftmaschine 10. Die zur Ermittlung beider Größen üblichen Verfahren sind dem Fachmann bekannt.The block 46 symbolizes the formation of one, the load L of the internal combustion engine 10 representing size. The load L may be a fuel metering signal or one from the controller 38 anyway calculated value of the internal torque of the internal combustion engine 10 , The methods customary for determining both variables are known to the person skilled in the art.

In Block 48 erfolgt eine Berechnung der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 aus Signalen des Drehzahlsensors 40.In block 48 there is a calculation of the rotational speed n of the internal combustion engine 10 from signals of the speed sensor 40 ,

In Block 50 erfolgt eine Berechnung des aktuellen Ladedrucks p2,Akt nach dem Ladeluftkühler 22 bzw. im Saugrohr 20 der Brennkraftmaschine 10 aus den Signalen des dort angeordneten Drucksensors 24.In block 50 a calculation of the current boost pressure p 2, act after the intercooler 22 or in the intake manifold 20 the internal combustion engine 10 from the signals of the pressure sensor arranged there 24 ,

In einem Kennfeld 52 sind in Referenzzuständen ermittelte Referenzwerte NOx,Bas, der NOx-Rohemissionen last- und drehzahlabhängig gespeichert.In a map 52 Reference values NO x, Bas , which are determined in reference states, are stored in dependence on load and speed as a function of NO x raw emissions.

Ein Kennfeld 54 enthält last- und drehzahlabhängig gespeicherte Werte des jeweils zugehörigen Ladedrucks p2,Ref. In einem Funktionsblock 56 wird aus dem aktuellen, gemessenen Ladedruck p2,Akt und dem Referenzladedruck p2,Ref eine Ladedruckdifferenz Δp2 berechnet. Im Funktionsblock 58 ist der Wert des Parameters C abhängig von der Ladedruckdifferenz Δp2 hinterlegt. Die Blöcke 46 bis 58 liefern damit sämtliche für die Anwendung der Gleichung 1 erforderlichen Größen an den Block 60, der die Berechnung der korrigierten Stickoxidkonzentration NOx,Cor nach Gleichung 1 repräsentiert. Diese erfindungsgemäß ermittelte korrigierte NOx-Konzentration wird an das Emissionsberechnungsmodell übergeben.A map 54 contains load and speed-dependent stored values of the respectively associated boost pressure p 2, ref . In a functional block 56 is calculated from the current, measured boost pressure p 2, Akt and the reference boost pressure p 2, Ref a boost pressure difference Δp 2 . In the function block 58 is the value of the parameter C depending on the boost pressure difference Ap 2 deposited. The blocks 46 to 58 thus supply all the quantities required for the application of Equation 1 to the block 60 representing the calculation of the corrected nitrogen oxide concentration NO x, Cor according to equation 1. This inventively determined corrected NO x concentration is passed to the emission calculation model.

Der Funktionsblock 60 enthält auch einen Schalter, mit dem die Korrekturfunktion deaktiviert wird, wenn die Ladedruckregelung nicht aktiv ist. Es gilt dann: NOx,Cor = NOx,Bas The function block 60 Also includes a switch that disables the correction function when the boost pressure control is not active. It then applies: NO x, Cor = NO x, Bas

Prinzipiell ist ein die Anwendung der erfindungsgemäßen Korrekturfunktion auch bei einer Ladedrucksteuerung anwendbar, dann wird jedoch der Referenzladedruck p2,Ref aus Vergleichskennfeldern entnommen. However, in principle an application of the correction function according to the invention even with a supercharging pressure control is applicable, the reference boost pressure p 2, ref is taken from comparative maps.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel im Falle eines last- und/oder drehzahlabhängigen Parameters C. Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt entsprechend des anhand von 3 vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiels. Mit dem Unterschied, dass als Eingangswerte für den Funktionsblock 56 die Last L und die Drehzahl n anstelle der Ladedruckdifferenz Δp2 dienen. Im Funktionsblock 56 sind die last- und/oder drehzahlabhängige Werte für C in einem Kennfeld hinterlegt. 4 shows a further embodiment in the case of a load and / or speed-dependent parameter C. The sequence of the method according to the invention is carried out according to the basis of 3 previously described embodiment. With the difference that as input values for the function block 56 the load L and the rotational speed n are used instead of the boost pressure difference Δp 2 . In the function block 56 are the load- and / or speed-dependent values for C stored in a map.

5 zeigt eine Funktionsblockdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der Parameter C als Konstante dem Funktionsblock 56 entnommen wird. 5 shows a functional block diagram of a third embodiment of the method according to the invention, wherein the parameter C as a constant to the function block 56 is removed.

Die erfindungsgemäße Korrekturfunktion nach 3, 4 oder 5 wird, wie nachfolgend in 6 gezeigt, der bekannten Gesamtfunktion für das NOx-Modell implementiert.The correction function according to the invention 3 . 4 or 5 will, as in below 6 shown implements the known overall function of the NO x model.

Die bekannte Gesamtfunktion berechnet die NOx-Rohemissionen nach folgender Gleichung 2:

Figure 00090001
The known total function calculates the NO x raw emissions according to the following equation 2:
Figure 00090001

Darin ist NOx,AKT die aktuelle NOx-Konzentration in ppm, die sich in Abhängigkeit von der aktuellen Sauerstoffkonzentration O2,AKT in Massenprozent und den unter Referenzbedingungen erfassten Konzentrationen NOx,REF und O2,REF berechnen lässt. Der Exponent α ist jeweils von der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine 10 abhängig und in erster Näherung von der aktuellen O2-Konzentration unabhängig. Die Referenzkonzentrationen NOx,REF und O2,REF sind jeweils von der Drehzahl und der Last abhängig. Ausführungsbeispiele der bekannten Gesamtfunktion sehen auch last- und drehzahlabhängige Korrekturfunktionen für α und O2,REF vor.Therein, NO x, AKT is the current NO x concentration in ppm, which can be calculated as a function of the current oxygen concentration O 2, AKT in percent by mass and the concentrations NO x, REF and O 2, REF detected under reference conditions. The exponent α is in each case of the rotational speed and the load of the internal combustion engine 10 dependent and to a first approximation on the current O 2 concentration independently. The reference concentrations NO x, REF and O 2, REF are each dependent on the speed and the load. Embodiments of the known overall function also provide load- and speed-dependent correction functions for α and O 2, REF .

Erfindungsgemäß wird in oben erläuterten Gleichung 2 anstelle von NOx,REF das Ergebnis aus Gleichung 1, also NOx,Cor eingesetzt.According to the invention, in equation 2 explained above, instead of NO x, REF, the result from equation 1, that is to say NO x, Cor is used.

6 zeigt eine Funktionsblockdarstellung der bekannten Gesamtfunktion mit implementierter erfindungsgemäßer, Korrekturfunktion. Der Block 46 repräsentiert wie in vorangehenden Figuren die Bildung einer, die Last L der Brennkraftmaschine 10 repräsentierenden, Größe. Im Block 48 erfolgt eine Berechnung der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 aus den Signalen des Sensors 40. 6 shows a functional block diagram of the known overall function with implemented inventive correction function. The block 46 As in previous figures, the formation of one, the load L of the internal combustion engine 10 representing size. In the block 48 there is a calculation of the rotational speed n of the internal combustion engine 10 from the signals of the sensor 40 ,

Im Block 62 erfolgt eine Berechnung der Sauerstoffkonzentration O2,akt im Saugrohr 20 der Brennkraftmaschine 10. Die Sauerstoffkonzentration ergibt sich dabei im Wesentlichen als Quotient mit dem Sauerstoffstrom in das Saugrohr 20 im Zähler und dem Füllungs-Massenstrom (Frischluft und rückgeführtes Abgas) in die Brennräume 14 der Brennkraftmaschine 10 im Nenner. In the block 62 a calculation of the oxygen concentration O 2, akt takes place in the intake manifold 20 the internal combustion engine 10 , The oxygen concentration results essentially as a quotient with the oxygen flow into the intake manifold 20 in the meter and the filling mass flow (fresh air and recirculated exhaust gas) into the combustion chambers 14 the internal combustion engine 10 in the denominator.

Der Füllungsmassenstrom ergibt sich dabei durch die allgemeine Gasgleichung in Abhängigkeit von dem bekannten Saugrohrvolumen, dem gemessenen Saugrohrdruck, der gemessenen Temperatur und der allgemeinen Gaskonstante. The filling mass flow results from the general gas equation as a function of the known intake manifold volume, the measured intake manifold pressure, the measured temperature and the general gas constant.

Der Sauerstoffstrom in das Saugrohr 20 ergibt sich als Summe des mit der bekannten Sauerstoffkonzentration der Frischluft (23,15 Massenprozent) gewichteten Frischluftmassenstroms, der gemessen wird, und des mit der Sauerstoffkonzentration im Abgas gewichteten Massenstroms des rückgeführten Abgases. Dabei wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas aus dem Signal des Abgassensors 36 bestimmt. Der Massenstrom des rückgeführten Abgases ergibt sich durch Subtrahieren des gemessenen Frischluftmassenstroms vom aus der allgemeinen Gasgleichung berechneten Füllungsmassenstrom. The oxygen flow into the intake manifold 20 is the sum of the fresh air mass flow weighted with the known oxygen concentration of the fresh air (23.15 mass%), which is measured and the mass flow of the recirculated exhaust gas weighted with the oxygen concentration in the exhaust gas. In this case, the oxygen concentration in the exhaust gas from the signal of the exhaust gas sensor 36 certainly. The mass flow of the recirculated exhaust gas is obtained by subtracting the measured fresh air mass flow from the filling mass flow calculated from the general gas equation.

Die Sauerstoffkonzentration im Abgas ist niedriger als die Sauerstoffkonzentration der Frischluft, so dass sich die resultierende Sauerstoffkonzentration im Saugrohr als Mittelwert der mit den beteiligten Frischluft- und Abgasmassen gewichteten Sauerstoffkonzentrationen im Abgas und in der Frischluft ergibt. Derartige Berechnungen werden von modernen Steuergeräten ohnehin durchgeführt und sind dem Fachmann vertraut. The oxygen concentration in the exhaust gas is lower than the oxygen concentration of the fresh air, so that the resulting oxygen concentration in the intake manifold results as the average value of the oxygen concentrations in the exhaust gas and in the fresh air, which are weighted with the fresh air and exhaust masses involved. Such calculations are carried out by modern control units anyway and are familiar to the expert.

Ein Kennfeld 64 enthält last- und drehzahlabhängig gespeicherte Werte der jeweils zugehörigen Sauerstoffkonzentration O2,REF. Im Kennfeld 66 sind Werte des Exponenten α ebenfalls Last- und Drehzahl-abhängig gespeichert. In Block 66 wird, wie anhand der vorangehenden 3, 4 und 5 erläutert, die korrigierte Stickoxidkonzentration NOx,Cor berechnet. Die Blöcke 62 bis 68 liefern damit sämtliche für die Anwendung der Gleichung 1 erforderlichen Größen an den Block 70, der die Berechnung der aktuellen NOx-Konzentration NOx,AKT durch die Gleichung 1 repräsentiert. A map 64 load- and speed-dependent contains stored values of the respectively associated oxygen concentration O 2, REF. In the map 66 are values of the exponent α also load- and speed-dependent stored. In block 66 becomes, as with the previous one 3 . 4 and 5 explains the corrected nitrogen oxide concentration NO x, Cor calculated. The blocks 62 to 68 thus supply all the quantities required for the application of Equation 1 to the block 70 representing the calculation of the current NO x concentration NO x, AKT by the equation 1.

Bei der bekannten Gesamtfunktion wird der Zusammenhang zwischen NOx-Rohemissionen und Sauerstoffkonzentration im Saugrohr 20 in Kennfeldern abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt, von der Betriebsart und vom Einspritzprofil der Brennkraftmaschine 10 hinterlegt. Abhängig von den aktuell herrschenden Umgebungsbedingungen (Umgebungsdruck und -temperatur) werden daraufhin, in der Figur nicht explizit dargestellt, für die aus den Kennfeldern entnommenen aktuellen Werte Korrekturen ausgeführt.In the known overall function, the relationship between NO x raw emissions and oxygen concentration in the intake manifold 20 in maps depending on the operating point, the operating mode and the injection profile of the internal combustion engine 10 deposited. Depending on the currently prevailing Ambient conditions (ambient pressure and temperature) are then, not explicitly shown in the figure, carried out for the actual values taken from the maps from the maps.

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der bekannten Korrekturfunktion für die Steigung der Geraden 45 in 2b, modelliert durch Gleichung 2. Wie bereits vorangehend erläutert, wird die Steigung der Geraden 45 durch eine Änderung des Ladedrucks im Saugrohr 20 nicht verändert, so dass die erfindungsgemäße Korrekturfunktion (Gleichung 1) vorteilhafterweise auf die NOx-Rohemission ohne Abgasrückführung angewendet wird. Und anschließend kann der mit der erfindungsgemäßen Korrekturfunktion korrigierte Stickoxidwert NOx,Cor als Ausgangswert für die bekannte Gesamtfunktion (Gleichung 2), also für den Betrieb mit Abgasrückführung, dienen. Das heißt in Gleichung 2 wird NOx,REF durch NOx,Cor ersetzt. Dadurch, dass die Gleichung 2 auf den Ausgangswert der Gleichung 1 angewendet wird, können beide Gleichungen bzw. die damit verbunden Korrekturen bei der Modellierung der NOx-Rohemissionen unabhängig voneinander appliziert werden. 6 shows an embodiment of the known correction function for the slope of the line 45 in 2 B , modeled by Equation 2. As previously explained, the slope of the line becomes 45 by changing the boost pressure in the intake manifold 20 is not changed, so that the correction function according to the invention (equation 1) is advantageously applied to the NO x raw emission without exhaust gas recirculation. And then the corrected with the inventive correction function nitrogen oxide NO x, Cor as the output value for the known overall function (equation 2), ie for operation with exhaust gas recirculation serve. That is, in Equation 2, NO x, REF is replaced by NO x, Cor . By applying Equation 2 to the output value of Equation 1, both equations and the associated corrections in the modeling of the NO x raw emissions can be applied independently of one another.

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Claims (10)

Verfahren zur Berechnung der NOx-Rohemissionen (NOx,AKT) einer Brennkraftmaschine (10) aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (10), wobei als wesentliche Betriebskenngröße eine Sauerstoffkonzentration (O2,AKT) in einem Saugrohr (20) ermittelt wird und die Berechnung der NOx-Rohemission (NOx,AKT) in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffkonzentration (O2,AKT) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrekturfunktion eine Abhängigkeit der NOx-Rohemission (NOx,AKT) von einem Ladedruck (p2,Akt) berücksichtigt. Method for calculating the NO x raw emissions (NO x, AKT ) of an internal combustion engine ( 10 ) from operating parameters of the internal combustion engine ( 10 ), wherein as an essential operating parameter an oxygen concentration (O 2, AKT ) in a suction tube ( 20 ) is determined and the calculation of the NO x raw emission (NO x, AKT ) as a function of the determined oxygen concentration (O 2, AKT ), characterized in that a correction function a dependency of the raw NOx emission (NO x, AKT ) of considered a boost pressure (p 2, Akt ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion folgender Gleichung genügt:
Figure 00130001
wobei NOx,Cor, die korrigierte NOx-Konzentration ist, die sich in Abhängigkeit von einem aktuellen Ladedruck p2,Akt und der unter Referenzbedingungen erfassten Konzentration NOx,Bas der NOx-Rohemission bei einem Ladedruck p2,Ref berechnen lässt und C ein von einer Ladedruckdifferenz Δp2 = (p2,Akt – p2,Ref) abhängiger Parameter ist.
Method according to Claim 1, characterized in that the correction function satisfies the following equation:
Figure 00130001
wherein NO x, Cor , the corrected NO x concentration, which can be calculated in dependence on a current boost pressure p 2, Akt and the detected under reference conditions concentration NO x, base of the NO x raw emission at a boost pressure p 2, Ref and C is a parameter dependent on a boost pressure difference Δp 2 = (p 2, Akt -p 2, Ref ).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der korrigierten NOx-Konzentration (NOx,Cor) die NOx-Rohemission (NOx,AKT) berechnet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that from the corrected NO x concentration (NO x, Cor ), the NO x raw emission (NO x, AKT ) is calculated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter C eine last- und/oder drehzahlabhängige Größe ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the parameter C is a load and / or speed-dependent variable. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter C positive und negative Werte annimmt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the parameter C assumes positive and negative values. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter C eine Konstante ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the parameter C is a constant. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter C durch einen Kennfeldzugriff ermittelt oder während des Betriebes der Brennkraftmaschine (10) berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the parameter C determined by a map access or during operation of the internal combustion engine ( 10 ) is calculated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion abschaltbar ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the correction function can be switched off. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.Computer program, characterized in that it is programmed for use in a method according to one of the preceding claims. Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 programmiert ist.Control and / or regulating device for an internal combustion engine ( 10 ), characterized in that it is programmed for use in a method according to one of claims 1 to 8.
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