DE102011110669A1 - Verfahren und Messanordnung zur Bestimmung von spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 bei einer Verbrennungsmaschine - Google Patents

Verfahren und Messanordnung zur Bestimmung von spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 bei einer Verbrennungsmaschine Download PDF

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Abstract

Bei einer Messanordnung zur Bestimmung von spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 (19) bei einer Verbrennungsmaschine (3) wird vorgeschlagen, den zeitlichen Verlauf (5) des Zylinderdrucks (1) an wenigstens einem Zylinder (2) zu erfassen und daraus eine Zylinderdruckkurve (10) abzuleiten, welche den Zusammenhang des Zylinderdrucks (1) mit einem Drehwinkel einer Motorwelle (7) der Verbrennungsmaschine (3) abbildet. Es wird weiter vorgeschlagen, aus dieser Zylinderdruckkurve (10) in Kombination mit einer CO2- und/oder O2-Konzentrationsmessung eine Abgabeleistung (11) und einen Abgasmassenstrom (12) zu bestimmen, welche mit einer gemessenen NOx-Konzentration (17) im Abgas (15) der Verbrennungsmaschine (3) zu den spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 der Verbrennungsmaschine (3) kombiniert werden (vgl. 1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 bei einer Verbrennungsmaschine.
  • Die Erfindung betrifft weiter eine Messanordnung zur Bestimmung von spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 bei einer Verbrennungsmaschine.
  • Hierbei gibt der absolute Emissionswert die emittierte Masse je Zeiteinheit, beispielsweise in Kilogramm je Stunde, an, während der spezifische Emissionswert die emittierte Masse pro Zeiteinheit bezogen auf die Leistung, beispielsweise in Gramm je Kilowattstunde, angibt.
  • Es ist bekannt, derartige Werte zu messen, um beispielsweise die Einhaltung von gesetzlichen Vorschriften bei einer Verbrennungsmaschine zu kontrollieren oder um die Emission von Verbrennungsmaschinen vergleichen zu können.
  • Um auf die genannten Ergebnisse zu kommen, müssen der Abgasmassenstrom, die Leistung und der Treibstoffverbrauch bekannt sein oder bestimmt werden. Die direkte Messung dieser Größen erweist sich in der Praxis jedoch als schwierig. Oft sind derartige Messungen nur auf speziellen Prüfständen, nicht aber im Normalbetrieb der Verbrennungsmaschine in der eingebauten Position möglich. Dies ist besonders dann von Nachteil, wenn Verbrennungsmaschinen auf Fahrzeugen, beispielsweise Schiffsdieselmotoren auf Schiffen, gemessen oder überwacht werden sollen. Es hat sich herausgestellt, dass die Leistungsmessung, vor allem die Massenstrommessung, der bekannten Art eine umfangreiche Apparatur erfordert, die mit hohen Messfehlern behaftet sein kann. Die Apparaturen sind zudem teuer und in der Handhabung oft zeitraubend. Als weiterer Nachteil der bekannten Verfahren hat sich herausgestellt, dass die Verbrennungsmaschinen jeweils außer Betrieb sein müssen, um die Messtechnik zu installieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen, einfach handhabbaren Weg anzugeben, die Emissionswerte für NOx und/oder CO2 bei einer Verbrennungsmaschine zu erhalten.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass der zeitliche Verlauf eines Zylinderdrucks an wenigstens einem Zylinder der Verbrennungsmaschine gemessen und daraus eine Zylinderdruckkurve des Zylinderdrucks in Abhängigkeit von einem Drehwinkel einer Motorwelle ermittelt wird, dass aus der Zylinderdruckkurve anschließend einerseits eine Abgabeleistung der Verbrennungsmaschine und andererseits ein, Abgasmassenstrom ermittelt wird und dass der ermittelte Abgasmassenstrom mit einer gemessenen NOx-Konzentration im Abgas der Verbrennungsmaschine, insbesondere des Zylinders, und mit der bestimmten Abgabeleistung zu den spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 kombiniert wird. Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Verfahren den Vorteil, dass der Drehwinkel der Motorwelle nicht direkt gemessen werden muss. Vielmehr wird der zugehörige Drehwinkel aus dem zeitlichen Verlauf des Zylinderdrucks abgeleitet, ohne dass eine häufig messfehlerbehaftete Synchronisation zwischen einer Messung des Drehwinkels und einer Messung des Zylinderdrucks erforderlich ist. Die Zylinderdruckkurve wird somit aus dem zeitlichen Verlauf des Zylinderdrucks abgeleitet, ohne dass eine Messung eines Drehwinkels einer Motorwelle erforderlich ist. Dies hat den weiteren Vorteil, dass die Motorwelle nicht für eine Drehwinkelmessung zugänglich sein muss. Die Verbrennungsmaschine kann daher in eingebauter Position und bei laufendem Betrieb ohne Umbauten ausgemessen werden. Die Messung der NOx-Konzentration im Abgas kann für alle Zylinder gemeinsam oder für die einzelnen Zylinder separat durchführbar sein und durchgeführt werden.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abgabeleistung aus einer indizierten Leistung bestimmt wird, wobei ein vorgegebener mechanischer Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine verwendet wird. Hierbei bezeichnet die indizierte Leistung die theoretische Leistung der Verbrennungsmaschine unter der Annahme, dass die Entspannungsarbeit des Verbrennungsgases vollständig reibungsfrei in die Hubbewegung des Kolbens umgesetzt wird. Der mechanische Wirkungsgrad kompensiert insbesondere die bei der realen Verbrennungsmaschine auftretenden Reibungsverluste.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der mechanische Wirkungsgrad vorab auf einem Prüfstand gemessen wird. Dies kann vorzugsweise durch werkseitige Tests oder durch Versuche auf einem Prüfstand erfolgen. Der so gemessene mechanische Wirkungsgrad kann anschließend zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Speichermittel hinterlegt und bereitgehalten werden.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass der mechanische Wirkungsgrad anhand von hinterlegten Korrelationen geschätzt wird. Diese Korrelationen können beispielsweise in an sich bekannter Weise die Reibungseinflüsse berücksichtigen.
  • Die Berücksichtigung der Reibungsverluste und die Abschätzung der (tatsächlichen) Abgabeleistung sind beispielsweise bei Verfahren bekannt, bei welchen die Leistungsermittlung über die Momentanmessung des Zylinderdrucks erfolgt. Hierzu wird bei den bekannten Verfahren bisher ein Drehwinkelsensor an der Motorwelle eingesetzt, um die momentane Arbeitsposition des Zylinders zu bestimmen. Dies verlangt aber einen Umbau bestehender Verbrennungsmaschinen und weitreichende Eingriffe in diese vor der Messung und somit eine unerwünschte Unterbrechung des Betriebs.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Bestimmung der indizierten Leistung oder der Abgabeleistung oder des Drehwinkels ein oberer Umkehrpunkt des Zylinders ermittelt wird. Beispielsweise kann dies durch Auswertung der Zylinderdruckkurve erfolgen. Von Vorteil ist dabei, dass der Umkehrpunkt des Zylinders einen vergleichsweise genauen Rückschluss auf den momentanen Drehwinkel der Motorwelle erlaubt.
  • Die Bestimmung des oberen Umkehrpunktes aus der Zylinderdruckkurve ist an sich bekannt und kann hier mit Vorteil verwendet werden, um die Winkelmessung an der Motorwelle zu ersetzen.
  • Die Direktmessung des Abgasmassenstroms gestaltet sich insbesondere bei Verbrennungsmaschinen, welche in der eingebauten Arbeitsposition ausgemessen werden sollen, als schwierig, da der Abgaskanal in der Regel nicht ohne aufwendige Arbeiten zugänglich ist und bei den bekannten Messverfahren große Messfehlerwahrscheinlichkeiten vorhanden sind. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann daher vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Abgasmassenstroms die Zylinderdruckkurve mit einem Computerprogramm ausgewertet wird, wobei das Computerprogramm ein Motormodell enthält. Von Vorteil ist dabei, dass Messungen von Durchflussmengen oder Strömungsgeschwindigkeiten verzichtbar sind.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Abgasmassenstroms eine Messung der CO2-Konzentration im Abgas durchgeführt wird. Dies kann beispielsweise unter Berechnung einer Kohlenstoffbilanz erfolgen. Von Vorteil ist dabei, dass die CO2-Konzentration durch Entnahme einer Probe aus dem Abgas vergleichsweise einfach messbar ist.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Abgasmassenstroms eine Messung der O2-Konzentration im Abgas durchgeführt wird. Bevorzugt kann diese Ermittlung unter Berechnung einer Sauerstoffbilanz erfolgen. Auch hier ist vorteilhaft, dass Konzentrationsmessungen einfach durchführbar sind.
  • Günstig ist es, wenn der Abgasmassenstrom unter Verwendung eines Motormodells bestimmt wird. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Motormodell einen offenen thermodynamischen Zyklus der Verbrennungsmaschine und somit einen Gasaustausch an der Verbrennungsmaschine simuliert. Somit ist ein einfach handhabbares und implementierbares Mittel zur Bestimmung des Abgasmassenstroms bereitgestellt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mit dem Motormodell ein Ansaug- und Auspuffsystem der Verbrennungsmaschine simuliert wird, um den zeitlichen Verlauf von Druck- und Temperatur im Ansaug- und Auspuffsystem zu bestimmen. Von Vorteil ist dabei, dass mit bekannten thermodynamischen Gleichungen der Abgasmassenstrom berechenbar ist.
  • Es kann somit vorgesehen sein, dass zur Bestimmung des Abgasmassenstroms die Zylinderdruckkurve verarbeitet wird, wobei die Prinzipien der Energie- und Massenerhaltung von einem Motormodell berücksichtigt werden, welches einen Gasaustauschprozess der Verbrennungsmaschinen modelliert. Vorzugsweise modelliert das Motormodell den Massenaustausch zwischen Ansaugsystem, Verbrennungskammer und Auspuffsystem.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mit dem Motormodell ein Massenstrom von unverbrannter Ansaugluft durch den Zylinder berücksichtigt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Genauigkeit bei der Bestimmung oder Berechnung des Abgasmassenstroms nochmals verbesserbar ist.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass aus der Zylinderdruckkurve eine Verbrennungsrate und aus dieser ein Treibstoffverbrauch abgeleitet wird, wobei aus dem Treibstoffverbrauch der Abgasmassenstrom ermittelt wird.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass zur Bestimmung des Treibstoffverbrauchs eine Wärmeabgaberaten-Analyse durchgeführt wird. Derartige Wärmeabgaberaten-Analysen sind unter der Bezeichnung „heat release rate Analysis” für verschiedene Zwecke in der einschlägigen Fachliteratur an sich bekannt. Bei der Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Wärmeabgaberaten-Analyse durch Analyse der Zylinderdruckkurve ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass zusätzliche Eingangsgrößen weitestgehend verzichtbar sind.
  • Oft werden in der Fachliteratur zur Wärmeabgaberaten-Analyse die Netto-Wärmeabgabe (net heat release), die Wärmeverluste (heat losses) und die Gesamt-Wärmeabgabe (gross heat release) betrachtet. Dies kann hier mit Vorteil verwendet werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Messungen des zeitlichen Verlaufs des Zylinderdrucks für jeden Zylinder nacheinander ausgeführt werden. Von Vorteil ist dabei, dass der apparative Aufwand zur Durchführung des Verfahrens möglichst minimal ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Messungen des zeitlichen Verlaufs des Zylinderdrucks für die Zylinder gleichzeitig ausgeführt werden. Von Vorteil ist dabei, dass die erforderliche Zeitspanne zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglichst minimal ist.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungsmaschine ein Dieselmotor ist. Die Verbrennungsmaschine kann z. B. ein Schiffs-Dieselmotor oder ein stationärer Dieselmotor sein. Somit ist das Verfahren besonders zur Überwachung von Grenzwerten auch bei vergleichsweise großen Verbrennungsmaschinen einsetzbar, bei denen die sonst zur Messung von Emissionswerten erforderlichen Messgrößen schwierig oder nur mit erheblichen Umbauten zugänglich sind.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der zeitliche Verlauf des Zylinderdrucks über einen Indizierhahn des Zylinders gemessen oder abgegriffen wird. Von Vorteil ist dabei, dass der Indizierhahn einen Messzugang bereitstellt, welcher gerade bei Schiffs-Dieselmotoren oder stationären Dieselmotoren standardmäßig ausgebildet und vorhanden ist. Die Verwendung des Indizierhahns ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren an einer Verbrennungsmaschine auszuführen, ohne dass Umbauten an der Verbrennungsmaschine erforderlich sind oder diese extra gestoppt werden muss.
  • Zur erfindungsgemäßen Messung des zeitlichen Verlaufs des Zylinderdrucks kann vorgesehen sein, dass der Zylinderdruck zu vorgegebenen Zeitpunkten gemessen wird. Besonders günstig ist es, wenn diese Zeitpunkte regelmäßig voneinander zeitlich beabstandet sind. Beispielsweise können die Zeitpunkte gleichmäßig voneinander zeitlich beabstandet sein oder es kann eine Regel hinterlegt sein, mit welcher der Zeitabstand in Abhängigkeit von der Messgröße oder von deren Änderung festgelegt wird. So können die Zeitpunkte, zu denen der Zylinderdruck gemessen wird, optimal auf den zu messenden zeitlichen Verlauf abgestimmt werden.
  • Zur Lösung der genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Messanordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass wenigstens ein Drucksensor zur Messung eines zeitlichen Verlaufs des Zylinderdrucks an wenigstens einen Zylinder der Verbrennungsmaschine angeschlossen oder anschließbar ist, dass ein Signalausgang des Drucksensors an eine Datenverarbeitungseinheit angeschlossen oder anschließbar ist, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Ermittlung einer Zylinderdruckkurve, welche die Abhängigkeit des Zylinderdrucks von einem Drehwinkel einer Motorwelle wiedergibt, aus dem zeitlichen Verlauf des Zylinderdrucks eingerichtet ist, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Bestimmung einer Abgabeleistung der Verbrennungsmaschine aus der Zylinderdruckkurve und zur Bestimmung eines Abgasmassenstroms aus der Zylinderdruckkurve eingerichtet ist, dass eine Abgas-NOx-Messeinheit zur Messung der NOx-Konzentration im Abgas der Verbrennungsmaschine, insbesondere des Zylinders, an die Verbrennungsmaschine angeschlossen oder anschließbar ist, dass ein Signalausgang der Abgas-NOx-Messeinheit an die Datenverarbeitungseinheit angeschlossen ist und dass die Datenverarbeitungseinheit zur Berechnung der spezifischen und/oder absoluten Emissionswerte für NOx und/oder CO2 aus dem ermittelten Abgasmassenstrom und der gemessenen NOx-Konzentration eingerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfach handhabbare Messanordnung bereitgestellt ist, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist, ohne dass Eingriffe in den Arbeitsablauf der Verbrennungsmaschine erforderlich sind. Vorzugsweise ist die Datenverarbeitungseinheit zur Berechnung der spezifischen und/oder absoluten Emissionswerte aus der Abgabeleistung, dem Abgasmassenstrom und der NOx-Konzentration eingerichtet.
  • Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Bestimmung eines oberen Umkehrpunktes des Zylinders aus der Zylinderdruckkurve eingerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Referenzmessung zur Bestimmung der Winkelstellung der Motorwelle nicht erforderlich ist. Dies ist besonders dann günstig, wenn die Motorwelle nicht von außen zugänglich ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass in einem Speichermittel wenigstens eine Information über einen mechanischen Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine hinterlegt ist. Somit kann die Abgabeleistung der Verbrennungsmaschine einer indizierten Leistung bestimmt werden.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Messung des zeitlichen Verlaufs des Zylinderdrucks ein Zeitmessmittel aufweist.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungsmaschine an eine Abgas-CO2-Messeinheit angeschlossen ist, mit welcher die CO2-Konzentration im Abgas bestimmbar ist. Dies ist beispielsweise für die Bestimmung des Abgasmassenstroms und/oder des Treibstoffverbrauchs und/oder der CO2-Konzentration im Abgas verwendbar und kann hierzu verwendet werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungsmaschine an eine Abgas-O2-Messeinheit angeschlossen ist, mit welcher die O2-Konzentration im Abgas bestimmbar ist. Dies ist beispielsweise für die Bestimmung des Abgasmassenstroms und/oder des Treibstoffverbrauchs verwendbar und kann hierzu verwendet werden. Von Vorteil ist dabei weiter, dass Konzentrationsmessungen am Abgas vergleichsweise einfach durchführbar sind.
  • Es kann vorgesehen sein, dass in der Datenverarbeitungseinheit ein Motormodell der Verbrennungsmaschine realisiert ist, mit welchem der Abgasmassenstrom aus der Zylinderdruckkurve berechenbar ist. Somit sind zusätzliche Messpunkte an der Verbrennungsmaschine zur Bestimmung des Abgasmassenstroms verzichtbar.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Motormodell eine Kohlenstoffbilanz und/oder eine Sauerstoffbilanz der Verbrennungsmaschine abbildet. Von Vorteil ist dabei, dass der Abgasmassenstrom aus an sich bekannten thermodynamischen und/oder chemischen Zusammenhängen berechenbar ist.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass in der Datenverarbeitungseinheit ein Mittel zur Wärmeabgaberaten-Analyse (heat release rate analysis) ausgebildet ist, welches zur Berechnung des Treibstoffverbrauchs aus der Zylinderdruckkurve eingerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass zusätzliche Messmittel zur direkten Messung des Treibstoffverbrauchs verzichtbar sind.
  • Besonders günstig ist es, wenn die Verbrennungsmaschine ein Dieselmotor, insbesondere ein Schiffs-Dieselmotor oder stationärer Dieselmotor, ist. Von Vorteil ist dabei, dass somit gesetzliche Vorgaben, die für Dieselmotoren gelten, auf einfache Weise bei Betrieb der Verbrennungsmaschine in Arbeitsposition überprüfbar sind.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Drucksensor an den Indizierhahn des Zylinders angeschlossen oder anschließbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein ohnehin vorhandener Messzugang zum Anschluss der Messanordnung nutzbar ist.
  • Es kann bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Abgas-NOx-Messeinheit in oder an einem Auspuff der Verbrennungsmaschine angeordnet oder anordenbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Auspuff einen von außen leicht zugänglichen Messpunkt bildet, welcher ohne konstruktive Umbauten der Verbrennungsmaschine zugänglich ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Abgas-CO2-Messeinheit in oder an dem oder einem Auspuff der Verbrennungsmaschine angeordnet oder anordenbar ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Abgas-O2-Messeinheit in oder an dem oder einem Auspuff der Verbrennungsmaschine angeordnet oder anordenbar ist. Besonders günstig sind Ausgestaltungen, bei denen diese Merkmale kombiniert vorliegen.
  • Eine besonders einfach handhabbare Messanordnung ergibt sich, wenn die Abgas-NOx-Messeinheit in eine transportable Messeinrichtung integriert ist. Zusätzlich oder alternativ kann hierbei auch vorgesehen sein, dass die Abgas-CO2-Messeinheit in eine transportable Messeinheit integriert ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Abgas-O2-Messeinheit in eine transportable Messeinheit integriert ist.
  • Bevorzugt sind die Abgas-NOx-Messeinheit, die Abgas-CO2-Messeinheit und die Abgas-O2-Messeinheit in dieselbe transportable Messeinheit integriert, welche an die Datenverarbeitungseinheit angeschlossen oder anschließbar sein kann.
  • Die Datenverarbeitungseinheit kann als transportabler Computer, beispielsweise als Laptop, Netbook oder dergleichen, ausgebildet sein.
  • Die Messanordnung kann auch als stationäres oder fest eingebautes Gerät ausgebildet sein, mit welchem kontinuierlich, beispielsweise fortlaufend oder zyklisch wiederkehrend, das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist und ausgeführt wird. In diesem Fall kann jedem Zylinder der Verbrennungsmaschine ein individueller Drucksensor zugeordnet sein. Die Zyklen können Längen von wenigen Sekunden bis zu wenigen Stunden oder Tagen haben.
  • Die Messanordnung kann eine Steuereinheit aufweisen, welche auf einer Schiffsbrücke oder einen Führerstand montiert ist. Somit ist eine direkte Fernüberwachung im Betrieb möglich.
  • Die Messanordnung kann mit einem Positionsmesssystem, beispielsweise einem GPS-Messgerät, und/oder mit weiteren Messgeräten eines Fahrzeugs, insbesondere Schiffs, wie z. B. einem Geschwindigkeitsmessgerät, verbunden sein. So können die Emissionsdaten mit Positionsdaten der Verbrennungsmaschine und/oder mit Fahrzeugdaten, insbesondere Schiffsdaten, verknüpft werden. Somit können die Emissionsdaten auf spezielle Emissionsschutzgebiete, in denen die Emission erfolgte, bezogen werden.
  • Die Emissionsdaten und/oder die mit diesen verknüpften Daten können über GSM, Internet oder andere drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsmittel und -kanäle an ein Fernsteuerungs- oder Fernwartungssystem übermittelt werden, bspw. ein technisches Büro.
  • Zusätzlich können Messungen bzw. Sensoren für die Ladelufttemperatur und/oder den Ladeluftdruck vorgesehen sein. Von Vorteil ist dabei, dass die Genauigkeit der Leistungsbestimmung und der Treibstoffverbrauchsbestimmung verbesserbar sind, da zusätzlich Schwankungen der Temperatur und/oder des Drucks der Ladeluft in dem Verfahren berücksichtigbar sind.
  • Eine besonders kompakte Ausgestaltung der Messanordnung sieht vor, dass alle Komponenten bis auf den Drucksensor und eine Entnahmesonde oder -leitung zur Abgas- oder Treibstoffentnahme in ein vorzugsweise tragbares Gerät integriert sind. Von Vorteil ist dabei, dass der Zylinderdruck und das Verbrennungsgas mit nur einem Gerät, z. B. ausgebildet als Handgerät, und nach dem erfindungsgemäßen, Verfahren analysierbar sind. Die notwendigen Messungen des Verfahrens sind somit mit nur einem Gerät durchführbar, und auch die anschließende Datenverarbeitung ist integriert und im Gerät ausführbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination einzelner oder mehrere Merkmale der Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen des Ausführungsbeispiels.
  • Es zeigt:
  • 1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens in stark vereinfachter Darstellung und
  • 2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Messanordnung in stark schematisierter Darstellung.
  • 1 zeigt in einer Blockbilddarstellung wichtige Schritte im Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 2 zeigt in einer stark vereinfachten Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Erfindung wichtige Komponenten einer erfindungsgemäßen Messanordnung.
  • Beide Figuren werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
  • In dem Ablaufplan gemäß 1 ist ersichtlich, dass als Eingangsgröße ein Zylinderdruck 1, welcher in einem Zylinder 2 einer in 2 dargestellten Verbrennungsmaschine 3 herrscht, erfasst wird.
  • Die im Ganzen mit 4 bezeichnete Messanordnung in 1 misst den zeitlichen Verlauf 5 dieses Zylinderdrucks 1 und führt die Informationen über den zeitlichen Verlauf 5 einer Datenverarbeitungseinheit 6 zu.
  • In der Datenverarbeitungseinheit 6 wird aus dem zeitlichen Verlauf des Zylinderdrucks, also einer zeitabhängigen Kurve, eine Zylinderdruckkurve des Zylinderdrucks ermittelt, welche die Abhängigkeit des Zylinderdrucks von dem Drehwinkel der Motorwelle wiedergibt.
  • Zur Messung des Zylinderdrucks 1 weist die Messanordnung 4 einen Drucksensor 8 auf, dessen Signalausgang 9 mit der Datenverarbeitungseinheit 6 verbunden ist.
  • Die Datenverarbeitungseinheit 6 oder der Drucksensor 8 sind mit einem nicht weiter dargestellten Zeitmessmittel 23 ausgerüstet, mit welchem der zeitliche Verlauf 5 des Zylinderdrucks 1 erfassbar ist.
  • Das Zeitmessmittel 23 in der Datenverarbeitungseinheit 6 gibt hierbei einen Takt vor, mit welchem die Messwerte des Zylinderdrucks 1 gemessen werden sollen.
  • Zur Ermittlung der bereits erwähnten Zylinderdruckkurve 10 wertet die Datenverarbeitungseinheit 6 die Form des zeitlichen Verlaufs 5 des Zylinderdrucks, insbesondere die Lage und Breite der Maxima und Minima, aus, vorzugsweise über einen Zeitraum, der mehreren Arbeitszyklen der Verbrennungsmaschine 3 entspricht.
  • Aus dieser Zylinderdruckkurve 10 ermittelt die Datenverarbeitungseinheit 6 im Zusammenspiel mit den übrigen Komponenten der Messanordnung 4 eine Abgabeleistung 11 der Verbrennungsmaschine 3 und insbesondere des aktuell an den Drucksensor 8 angeschlossenen Zylinders 2.
  • Aus der Zylinderdruckkurve ermittelt die Datenverarbeitungseinheit 6 in Wechselwirkung mit den übrigen Komponenten der Messanordnung 4 außerdem einen Abgasmassenstrom 12, welcher den Massenstrom des Abgases an dem untersuchten Zylinder 2 kennzeichnet.
  • Die Messanordnung 4 weist ferner eine Abgas-NOx-Messeinheit 13 auf, die an die Verbrennungsmaschine 3 und insbesondere den momentan ausgemessenen Zylinder 2 anschließbar ist, und deren Signalausgang 14 an die Datenverarbeitungseinheit 6 angeschlossen ist.
  • Somit wird der Abgas-NOx-Messeinheit 13 Abgas 15 der Verbrennungsmaschine 3 mit einer Sonde 16 zugeführt, und die Abgas-NOx-Messeinheit 13 misst die NOx-Konzentration 17 in dem Abgas 15.
  • In einem weiteren Berechnungsschritt 18 kombiniert die Datenverarbeitungseinheit 6 die bereitgestellten Werte der Abgabeleistung 11, des Abgasmassenstroms 12 und der NOx-Konzentration 7 zu einem Zahlenwert 19 für die spezifischen und/oder absoluten Emissionswerte für NOx und/oder CO2, bevorzugt für NOx und besonders bevorzugt für NOx und CO2.
  • Für die Auswertung der Abgasmessung wird die Zylinderdruckmessung zeitlich mit der Abgasmessung synchronisiert. Hierzu kann auch das Zeitmessmittel 23 verwendet werden.
  • Zur Bestimmung der Abgabeleistung 11 wird die indizierte Leistung des Zylinders 2 betrachtet, welche die idealen, verlustfreien, theoretischen Verhältnisse bei der Verbrennungsmaschine 3 beschreibt. Zur Berechnung der realen Abgabeleistung 11 wird die indizierte Leistung mit einem mechanischen Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine 3 verrechnet, welcher die an der realen Verbrennungsmaschine 3 auftretenden Verluste beschreibt. Dieser mechanische Wirkungsgrad wurde zuvor werksseitig oder auf einem Prüfstand für die Verbrennungsmaschine 3 bestimmt oder gemessen und in einem Speichermittel 20 der Messanordnung 4 hinterlegt und bereitgestellt.
  • Die Messung des mechanischen Wirkungsgrades erfolgte daher bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht in der Arbeitsposition in eingebautem Zustand der Verbrennungsmaschine 3, sondern vor Einbau der Verbrennungsmaschine 3 oder während einer Wartung der Verbrennungsmaschine 3 auf einem speziellen Prüfstand in an sich bekannter Weise.
  • Zur Bestimmung der indizierten Leistung wird insbesondere in der Datenverarbeitungseinheit 6 ein oberer Umkehrpunkt des Zylinders 2 ermittelt, indem die Zylinderdruckkurve 10 und insbesondere deren Form ausgewertet wird.
  • Die Ermittlung des Abgasmassenstroms 12 kann mit der erfindungsgemäßen Messanordnung 4 auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden.
  • In der Datenverarbeitungseinheit 6 ist hierzu ein Computerprogramm 21 hinterlegt, welches ein Motormodell 22 der Verbrennungsmaschine 3 abbildet.
  • Dieses Motormodell 22 simuliert den offenen thermodynamischen Zyklus der Verbrennungsmaschine 3 und bildet somit den Gasaustausch an der Verbrennungsmaschine 3 ab.
  • Das Motormodell 22 simuliert ferner das Ansaug- und Auspuffsystem, angedeutet durch einen Auspuff 31, der Verbrennungsmaschine 3. Mit dieser Simulation ist der zeitliche Verlauf von Druck und Temperatur im Ansaug- und/oder Auspuffsystem 31 bestimmbar.
  • Zusätzlich berücksichtigt das Motormodell 22 einen Massenstrom der unverbrannten Ansaugluft durch den Zylinder 2.
  • Die Messanordnung 4 weist ferner eine Abgas-CO2-Messeinheit 24 auf, welche in an sich bekannter Weise zur Messung der CO2-Konzentration 25 im Abgas 15 eingerichtet ist und welche ebenfalls an die Sonde 16 zur Entnahme eines Anteils aus dem Abgas 15 der Verbrennungsmaschine 3 angeschlossen ist.
  • Die Messanordnung 4 weist weiter eine Abgas-O2-Messeinheit 26 auf, mit welcher in an sich bekannter Weise die O2-Konzentration 27 im Abgas 15 messbar ist.
  • Die Abgas-O2-Messeinheit 26 ist ebenfalls an die Sonde 16 zur Entnahme des Abgases 15 angeschlossen.
  • Mit der Sonde 16 ist somit die Messanordnung 4 an den Auspuff 31 der Verbrennungsmaschine 4 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anschließbar.
  • 2 zeigt, dass die Abgas-NOx-Messeinheit 13, die Abgas-CO2-Messeinheit 24 und die Abgas-O2-Messeinheit 26 in einen Gasanalysator 28 integriert sind, wobei die Messsignale der Messeinheiten 13, 24, 26 über den gemeinsamen Signalausgang 14 an die Datenverarbeitungseinheit 6 geführt sind.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen können die Messeinheiten 13, 24, 26 auch separat voneinander ausgebildet und mit der Datenverarbeitungseinheit 6 verbunden sein. Es können auch alle Komponenten in einem Gerät integriert angeordnet sein.
  • Aus den Messergebnissen für die CO2-Konzentration 25 und für die O2-Konzentration 27 berechnet die Datenverarbeitungseinheit 6 in einem Berechnungsschritt 29 mit dem ebenfalls ermittelten Treibstoffverbrauch 30 der Verbrennungsmaschine 3 oder des Zylinders 2 den Abgasmassenstrom 12.
  • Dies kann alternativ oder ergänzend zu der Berechnung mit dem Motormodell 22 erfolgen.
  • In dem Berechnungsschritt 29 werden hierzu die Kohlenstoffbilanz und die Sauerstoffbilanz des Verbrennungsvorgangs in dem Zylinder 2 berechnet und ausgewertet.
  • Ist die Bestimmung der spezifischen und/oder absoluten Emissionswerte für NOx und/oder CO2 für einen Zylinder 2 abgeschlossen, so werden der Drucksensor 8 und die Sonde 16 an den nächsten Zylinder 2 der Verbrennungsmaschine 3 angeschlossen, und das in 1 darstellten Verfahren wird erneut ausgeführt.
  • Hierzu wird jeweils der Drucksensor 8 an den jeweiligen Indizierhahn des Zylinders 2 angeschlossen, um den zeitlichen Verlauf 5 des Zylinderdrucks 1 an diesem Zylinder 2 zu messen.
  • Der bereits erwähnte Treibstoffverbrauch 30 wird aus der Zylinderdruckkurve 10 mittels heat release rate analysis, Wärmeabgaberaten-Analyse, bestimmt. Es ist bei weiteren Ausführungsbeispielen auch eine direkte Messung des Treibstoffverbrauchs möglich.
  • Es sei noch erwähnt, dass es sich bei der Verbrennungsmaschine 3 in 2 um einen Schiffs-Dieselmotor handelt. Bei weiteren Anwendungsgebieten der Erfindung kann die Verbrennungsmaschine 3 auch als anderer Dieselmotor, beispielsweise als stationärer Dieselmotor für Generatoren und dergleichen oder auch in verschiedensten Fahrzeugen, ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Verbrennungsmaschine 3 aber ein Dieselmotor, welcher einen Indizierhahn an einem oder jedem Zylinder 2 aufweist, der zum Anschluss des Drucksensors 8 nutzbar ist.
  • Die in 2 einzeln dargestellten Komponenten der Messanordnung 4 sind in eine transportable Messeinheit integriert.
  • Die Messanordnung 4 weist ferner eine nicht weiter darstellten Anzeigeeinheit auf, mit welcher die Rechnungsergebnisse, insbesondere die spezifischen und/oder absoluten Emissionswerte für NOx und/oder CO2, anzeigbar sind.
  • Bei der Messanordnung zur Bestimmung von spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 19 bei einer Verbrennungsmaschine 3 wird vorgeschlagen, den zeitlichen Verlauf 5 des Zylinderdrucks 1 an wenigstens einem Zylinder 2 zu erfassen und daraus ohne Messung eines Drehwinkels einer Motorwelle eine Zylinderdruckkurve 10 abzuleiten, welche den Zusammenhang des Zylinderdrucks 1 mit einem Drehwinkel einer Motorwelle 7 der Verbrennungsmaschine 3 abbildet. Es wird weiter vorgeschlagen, aus dieser Zylinderdruckkurve 10 in Kombination mit einer CO2- und/oder O2-Konzentrationsmessung eine Abgabeleistung 11 und einen Abgasmassenstrom 12 zu bestimmen, welche mit einer gemessenen NOx-Konzentration 17 im Abgas 15 der Verbrennungsmaschine 3 zu den spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 der Verbrennungsmaschine 3 kombiniert werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Bestimmung von spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 (19) bei einer Verbrennungsmaschine (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Verlauf (5) eines Zylinderdrucks (1) an wenigstens einem Zylinder (2) der Verbrennungsmaschine (3) gemessen und daraus eine Zylinderdruckkurve (10) des Zylinderdrucks (1) in Abhängigkeit von einem Drehwinkel einer Motorwelle (7) ermittelt wird, dass aus der Zylinderdruckkurve (10) anschließend einerseits eine Abgabeleistung (11) der Verbrennungsmaschine (3) und andererseits ein Abgasmassenstrom (12) ermittelt wird und dass der ermittelte Abgasmassenstrom (12) mit einer gemessenen NOx-Konzentration (17) im Abgas (15) der Verbrennungsmaschine (3), insbesondere des Zylinders (2), und mit der bestimmten Abgabeleistung (11) zu den spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 (19) kombiniert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabeleistung (12) aus einer indizierten Leistung gemessen wird, wobei ein vorgegebener mechanischer Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine (3) verwendet wird, und/oder dass der mechanische Wirkungsgrad vorab auf einem Prüfstand gemessen wird, insbesondere durch werksseitige Tests oder durch Versuche.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der indizierten Leistung ein oberer Umkehrpunkt des Zylinders (2) ermittelt wird, insbesondere aus der Zylinderdruckkurve (10), und/oder dass zur Ermittelung des Abgasmassenstroms (12) die Zylinderdruckkurve (10) mit einem Computerprogramm (21) ausgewertet wird, wobei das Computerprogramm (21) ein Motormodell (22) enthält.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittelung des Abgasmassenstroms (12) eine Messung der CO2-Konzentration (25) im Abgas (15) durchgeführt wird, insbesondere unter Berechnung einer Kohlenstoffbilanz, und/oder dass zur Ermittelung des Abgasmassenstroms (12) eine Messung der O2-Konzentration (27) im Abgas (15) durchgeführt wird, insbesondere unter Berechnung einer Sauerstoffbilanz.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasmassenstrom (12) unter Verwendung eines Motormodells (22) bestimmt wird, insbesondere wobei das Motormodell (22) einen offenen thermodynamischen Zyklus der Verbrennungsmaschine (3) und somit einen Gasaustausch an der Verbrennungsmaschine (3) simuliert, und/oder dass mit dem Motormodell (22) ein Ansaug- und Auspuffsystem (31) der Verbrennungsmaschine simuliert wird, um den zeitlichen Verlauf von Druck und Temperatur im Ansaug- und Auspuffsystem (31) zu bestimmen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Motormodell (22) ein Massenstrom von unverbrannter Ansaugluft durch den Zylinder (2) berücksichtigt wird und/oder dass aus der Zylinderdruckkurve (10) eine Verbrennungsrate und aus dieser ein Treibstoffverbrauch (30) abgeleitet wird, wobei aus dem Treibstoffverbrauch der Abgasmassenstrom (12) ermittelt wird, und/oder dass zur Bestimmung des Treibstoffverbrauchs (30) eine Wärmeabgaberaten-Analyse (heat release rate analysis), insbesondere durch Analyse der Zylinderdruckkurve (10), durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen des zeitlichen Verlaufs (5) des Zylinderdrucks (1) für jeden Zylinder (2) nacheinander oder gleichzeitig ausgeführt werden und/oder dass die Verbrennungsmaschine (3) ein Dieselmotor, insbesondere ein Schiffs-Dieselmotor oder ein stationärer Dieselmotor, ist und/oder dass der zeitliche Verlauf (5) des Zylinderdrucks (1) über einen Indizierhahn des Zylinders (2) gemessen oder abgegriffen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des zeitlichen Verlaufs (5) des Zylinderdrucks (1) der Zylinderdruck (1) zu vorgegebenen, insbesondere regelmäßig voneinander zeitlich beabstandeten, Zeitpunkten gemessen wird und/oder dass zusätzlich die Ladelufttemperatur und/oder der Ladeluftdruck gemessen werden.
  9. Messanordnung (4) zur Bestimmung von spezifischen und/oder absoluten Emissionswerten für NOx und/oder CO2 (19) bei einer Verbrennungsmaschine (3), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Drucksensor (8) zur Messung des zeitlichen Verlaufs (5) des Zylinderdrucks (1) an wenigstens einen Zylinder (2) der Verbrennungsmaschine (3) angeschlossen oder anschließbar ist, dass ein Signalausgang (9) des Drucksensors (8) an eine Datenverarbeitungseinheit (6) angeschlossen oder anschließbar ist, dass die Datenverarbeitungseinheit (6) zur Ermittlung einer Zylinderdruckkurve (10), welche die Abhängigkeit des Zylinderdrucks (1) von einem Drehwinkel einer Motorwelle (7) wiedergibt, aus dem zeitlichen Verlauf (5) des Zylinderdrucks (1) eingerichtet ist, dass die Datenverarbeitungseinheit (6) zur Bestimmung einer Abgabeleistung (11) der Verbrennungsmaschine (3) aus der Zylinderdruckkurve (10) und zur Bestimmung eines Abgasmassenstroms (12) aus der Zylinderdruckkurve (10) eingerichtet ist, dass eine Abgas-NOx-Messeinheit (13) zur Messung der NOx-Konzentration (17) im Abgas (15) der Verbrennungsmaschine (3), insbesondere des Zylinders (2), an die Verbrennungsmaschine (3) angeschlossen oder anschließbar ist, dass ein Signalausgang (14) der Abgas-NOx-Messeinheit (13) an die Datenverarbeitungseinheit (6) angeschlossen ist und dass die Datenverarbeitungseinheit (6) zur Berechnung der spezifischen und/oder absoluten Emissionswerte für NOx und/oder CO2 (19) aus dem ermittelten Abgasmassenstrom (12) und der gemessenen NOx-Konzentration (17) eingerichtet ist.
  10. Messanordnung (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (6) zur Bestimmung eines oberen Umkehrpunktes des Zylinders (2) aus der Zylinderdruckkurve (10) eingerichtet ist und/oder dass in einem Speichermittel (20) wenigstens eine Information über einen mechanischen Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine (3) hinterlegt ist und/oder dass die Datenverarbeitungseinheit (6) zur Messung des zeitlichen Verlaufs (5) des Zylinderdrucks (1) ein Zeitmessmittel (23) aufweist.
  11. Messanordnung (4) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsmaschine (3) an eine Abgas-CO2-Messeinheit (24) angeschlossen ist, mit welchem die CO2-Konzentration (25) im Abgas (15) bestimmbar ist und/oder dass die Verbrennungsmaschine (3) an eine Abgas-O2-Messeinheit (26) angeschlossen ist, mit welchem die O2-Konzentration (27) im Abgas (15) bestimmbar ist.
  12. Messanordnung (4) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenverarbeitungseinheit (6) ein Motormodell (22) der Verbrennungsmaschine (3) realisiert ist, mit welchem der Abgasmassenstrom (12) aus der Zylinderdruckkurve (10) berechenbar ist, und/oder dass das Motormodell (22) eine Kohlenstoffbilanz und/oder eine Sauerstoffbilanz der Verbrennungsmaschine (3) abbildet und/oder dass in der Datenverarbeitungseinheit (6) ein Mittel zur Wärmeabgabe-raten-Analyse (heat release rate analysis) ausgebildet ist, welches zur Berechnung des Treibstoffverbrauchs (30) aus der Zylinderdruckkurve (10) eingerichtet ist.
  13. Messanordnung (4) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsmaschine (3) ein Dieselmotor, insbesondere ein Schiffs-Dieselmotor oder stationärer Dieselmotor, ist und/oder dass der Drucksensor (8) an den Indizierhahn des Zylinders (2) angeschlossen oder anschließbar ist und/oder.
  14. Messanordnung (4) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-NOx-Messeinheit (13) und/oder die Abgas-CO2-Messeinheit (24) und/oder die Abgas-O2-Messeinheit (26) in oder an einem Auspuff (31) der Verbrennungsmaschine (3) angeordnet oder anordenbar ist/sind und/oder dass die Abgas-NOx-Messeinheit (13) und/oder die Abgas-CO2-Messeinheit (24) und/oder die Abgas-O2-Messeinheit (26) in eine transportable Messeinheit integriert ist/sind.
  15. Messanordnung (4) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (4) als stationäres oder fest eingebautes Gerät ausgebildet ist und/oder dass Sensoren für die Ladelufttemperatur und/oder den Ladeluftdruck vorgesehen und ausgebildet sind.
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CN201280040300.1A CN103748340B (zh) 2011-08-19 2012-07-28 用于确定内燃机中NOx和/或CO2的特定和/或绝对排放值的方法及测量装置
PCT/EP2012/003218 WO2013026517A1 (de) 2011-08-19 2012-07-28 Verfahren und messanordnung zur bestimmung von spezifischen und/oder absoluten emissionswerten für nox und/oder co2 bei einer verbrennungsmaschine

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WO (1) WO2013026517A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3392491A4 (de) * 2015-12-16 2019-08-14 Applied Electronics Corporation Vorrichtung zur schätzung des verbrennungsstatus
EP3411574A4 (de) * 2016-02-04 2020-01-22 Cummins, Inc. System und verfahren für selbsteinstellende motorleistungsparameter bei variierender brennstoffqualität
CN113432883A (zh) * 2021-08-26 2021-09-24 湖南大学 一种基于大数据的排放量化监测系统

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112013007106T5 (de) * 2013-05-24 2016-03-10 International Engine Intellectual Property Company, Llc Motor-NOx-Model
US9863346B2 (en) * 2014-10-03 2018-01-09 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for estimating nitrogen oxides out of an engine
CN104535325B (zh) * 2014-12-18 2017-10-20 东风康明斯发动机有限公司 一种电控柴油机参数敏感性分析方法
EP3192997B1 (de) * 2016-01-13 2019-08-07 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Verfahren und system zur optimierung des kraftstoffverbrauchs eines turbolgeladenen langsamlaufenden zweitakt-dieselmotors
JP2017149201A (ja) * 2016-02-22 2017-08-31 トヨタ自動車株式会社 車両用駆動装置の制御装置
CN106321206B (zh) * 2016-08-30 2018-12-14 潍柴动力股份有限公司 一种实时在线计算的NOx排放监控方法
CN106372806B (zh) * 2016-09-12 2019-04-12 上海中船三井造船柴油机有限公司 用于船舶柴油发动机co2气体排放的测量方法及装置
CN109186676A (zh) * 2018-09-26 2019-01-11 王大双 一种便携式船用发动机温度压力检测仪器
CN109238730B (zh) * 2018-09-26 2020-09-04 新奥能源动力科技（上海）有限公司 一种燃气轮机的燃烧室的试验方法
CN109443423B (zh) * 2018-10-10 2021-09-07 江苏方天电力技术有限公司 一种基于积差分析的燃气机组碳排放数据关联度检验方法
CN114577481B (zh) * 2020-12-02 2024-01-12 新奥新智科技有限公司 燃气内燃机的污染指标监测方法及装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2441686C (en) * 2003-09-23 2004-12-21 Westport Research Inc. Method for controlling combustion in an internal combustion engine and predicting performance and emissions
JP4882787B2 (ja) * 2007-02-19 2012-02-22 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP4830912B2 (ja) * 2007-03-05 2011-12-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
DE102007042748B4 (de) * 2007-09-07 2009-06-25 Testo Ag Verfahren und Vorrichtung zur Motorabgasmessung
US20090183551A1 (en) 2008-01-18 2009-07-23 Gerald Thomas Fattic NOx mass estimating unit and method
US8301356B2 (en) 2008-10-06 2012-10-30 GM Global Technology Operations LLC Engine out NOx virtual sensor using cylinder pressure sensor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3392491A4 (de) * 2015-12-16 2019-08-14 Applied Electronics Corporation Vorrichtung zur schätzung des verbrennungsstatus
EP3411574A4 (de) * 2016-02-04 2020-01-22 Cummins, Inc. System und verfahren für selbsteinstellende motorleistungsparameter bei variierender brennstoffqualität
US10823096B2 (en) 2016-02-04 2020-11-03 Cummins Inc. System and method for self-adjusting engine performance parameters during fuel quality variation
US11512659B2 (en) 2016-02-04 2022-11-29 Cummins Inc. System and method for self-adjusting engine performance parameters during fuel quality variation
CN113432883A (zh) * 2021-08-26 2021-09-24 湖南大学 一种基于大数据的排放量化监测系统

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