DE102011117220B4

DE102011117220B4 - Fahrzeug mit energiebasierter regelung einer turbinenauslasstemperatur sowie regelsystem und verfahren dafür

Info

Publication number: DE102011117220B4
Application number: DE102011117220.7A
Authority: DE
Inventors: Patrick Barasa
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2031-10-29
Also published as: US20120109488A1; CN102465780A; DE102011117220A1; US8527185B2; CN102465780B

Abstract

Fahrzeug (10), umfassend:
einen Verbrennungsmotor (12);
ein Abgassystem (20) mit einem Satz von Kraftstoffinjektoren (43), die derart angepasst sind, Kraftstoff in einen Strom von Abgas von dem Motor (12) zu injizieren, wobei das Abgassystem (20) zum selektiven Zünden des Kraftstoffs betreibbar ist, nachdem der Kraftstoff in das Abgas injiziert worden ist, wodurch das Abgas gereinigt wird;
einen Luftkompressor (36), der zum Komprimieren von Ansaugluft und zum Liefern der komprimierten Ansaugluft an den Motor (12) betreibbar ist;
eine Turbine (38), die zum Umwandeln des Abgases von dem Motor (12) in mechanische Energie zum Antrieb des Luftkompressors (36) angepasst ist;
einen ersten Sensor (44), der zum Messen einer Einlasstemperatur der in den Luftkompressor (36) eintretenden Ansaugluft angepasst ist;
einen zweiten Sensor (46), der zum Messen einer Auslasstemperatur des die Turbine (38) verlassenden Abgases angepasst ist;
einen dritten Sensor (42), der einen Massendurchfluss der in den Motor (12) eintretenden komprimierten Ansaugluft misst; und
einen Controller (50), der zum Berechnen eines Motor-Wärmewirkungsgradwerts als eine Funktion der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und des Massendurchflusses ausgestaltet ist;
wobei der Controller (50) den Motor-Wärmewirkungsgradwert verwendet, um eine Temperatur des Abgases stromabwärts der Turbine (38) oberhalb einer kalibrierten Schwellentemperatur beizubehalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Regelung einer Turbinenauslasstemperatur in einem Fahrzeug, das eine Turbine verwendet, um einen Luftkompressor innerhalb einer Luftansauganordnung anzutreiben, sowie ein Regelsystem und Verfahren dafür.
Partikelfilter werden in Fahrzeugabgassystemen verwendet, um mikroskopische Partikel aus Ruß, Asche, Metall und anderem suspendiertem Material effizient abzufangen, das während des Kraftstoffverbrennungsprozesses erzeugt wird. Jedoch erhöht mit der Zeit das angesammelte Partikelmaterial den Differenzdruck über den Filter. Um die Nutzlebensdauer des Filters zu erweitern und ferner eine Motorleistungsfähigkeit zu optimieren, können einige Partikelfilter selektiv unter Verwendung von Wärme regeneriert werden. Die Abgastemperatur wird durch Injektion und Zünden von Kraftstoff stromaufwärts des Filters oberhalb einer kalibrierten Anspringtemperatur zeitweilig erhöht. Dieser Prozess wird oftmals als eine Nach-Kohlenwasserstoffinjektion oder HCI (von engl.: „post-hydrocarbon injection“) bezeichnet.
Zusätzlich zu dem Partikelfilter können verschiedene Katalysatoren während des HCI-Prozesses verwendet werden, um das Abgas weiter zu reinigen. Beispielsweise können Palladium, Platin oder ein anderer geeigneter Katalysator in Verbindung mit der regenerativen Wärme wirken, um angesammeltes Material in dem Filter über einen einfachen exothermen Oxidationsprozess zu spalten. Zusätzlich kann das Fahrzeug ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil nutzen, um einen Anteil des Abgases zurück in die Zylinder des Motors zu lenken und damit Fahrzeugemissionen weiter zu reduzieren.
In einem turboaufgeladenen Luftansaugkompressorsystem wird ein Turbolader mit variabler Geometrie, eine Turbine oder eine andere geeignete Vorrichtung durch das Abgas betrieben, das von dem Motor ausgetragen wird. Die Turbine rotiert, um einen Luftkompressor anzutreiben, der die komprimierte Ansaugluft in den Motor zuführt, um die Motorleistung aufzuladen. Die Gesamt-Fahrzeugemissionsleistungsfähigkeit hängt somit stark von der Temperatur und dem Massenstrom des Abgases und der Ansaugluft an verschiedenen Stufen der Verbrennungs- und Abgasreinigungsprozesse ab.
Die DE 195 36 098 A1 offenbart ein System und Verfahren zur Steuerung eines Motors mit Kraftstoffdirekteinspritzung für eine Katalysatoraktivierung bei der Funkenzündung von primärem Kraftstoff, der direkt in jeden von Motorzylindern eingespritzt wird. Dabei wird zusätzlicher Kraftstoff in die Motorzylinder von einer frühen Periode zu einer mittleren Periode eines Expansionshubs der primären Kraftstoffverbrennung entsprechend Motorbetriebsparametern eingespritzt, um den zusätzlich eingespritzten Kraftstoff durch Flammenausbreitung der vorausgehenden Kraftstoffverbrennung (ohne Neuzündung) zur Eliminierung einer Fehlzündung zu entzünden, so dass die Abgastemperatur zur stabilen Aktivierung des Katalysators zur Reinigung des Abgases angehoben werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug, Regelsystem und Verfahren zu schaffen, mit denen es möglich ist, auch bei Verwendung eines turboaufgeladenen Luftansaugkompressorsystems einen zuverlässigen Betrieb eines Abgassystems sicherzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 5 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Es ist hier ein Fahrzeug offenbart, das einen Controller aufweist, der eine vorbestimmte Temperatur an einem Auslass der Turbine, wie oben angemerkt ist, automatisch beibehält, um dadurch Fahrzeugemissionen und eine Partikelfilterregeneration zu regeln. Der Controller arbeitet in einem geschlossenen Regelkreis unter Verwendung von Werten, die in Bezug auf die Turbine und einen turbinengetriebenen Kompressor eines Luftansaugsystems gemessen werden. Diese Werte werden von dem Controller verwendet, um einen Wärmewirkungsgradwert des Motors zu berechnen und die in den Motor eintretende Luftmasse und/oder die Kraftstoffbelieferungsrate, mit der Kraftstoff in den Abgasstrom injiziert wird, einzustellen. Auf diese Art und Weise hält der Controller eine gewünschte bzw. Soll-Turbinenauslasstemperatur.
Insbesondere weist ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, ein Abgassystem, eine Turbine, einen turbinengetriebenen Luftkompressor, Sensoren und einen Controller auf. Der Luftkompressor dient zur Kompression von Ansaugluft und zur Lieferung der komprimierten Ansaugluft an den Motor. Die Turbine wandelt das Abgas von dem Motor in mechanische Energie um, die zum Antrieb des Luftkompressors ausreichend ist.
Die Sensoren umfassen einen ersten Sensor zum Messen einer Temperatur der in den Luftkompressor eintretenden Ansaugluft, einen zweiten Sensor zum Messen einer Temperatur des die Turbine verlassenden Abgases und einen dritten Sensor, der einen Massendurchfluss der in den Motor eintretenden komprimierten Ansaugluft misst. Der Controller berechnet einen Wärmewirkungsgradwert des Motors als eine Funktion der Temperatur- und Massendurchflusswerte von den verschiedenen Sensoren. Der Controller verwendet den Wärmewirkungsgradwert des Motors, um eine Regelaktion auszuführen und dadurch eine Temperatur des Stroms von Abgas stromabwärts der Turbine oberhalb einer kalibrierten Schwellentemperatur beizubehalten.
Der Controller nutzt den Wärmewirkungsgradwert des Motors, um einen erforderlichen Einstellparameter, d.h. eine Änderung der Injektionsrate von nicht Drehmoment bildenden Kraftstoff in den Injektor und/oder eine Änderung des Massendurchflusses von komprimierter Ansaugluft, die in den Motor eintritt, zu berechnen.
Es ist auch ein Regelsystem zur Verwendung an Bord des Fahrzeugs offenbart, wie oben beschrieben ist. Das Regelsystem weist den ersten Temperatursensor, den zweiten Temperatursensor und den Massenstromsensor auf. Ein Leitrechner berechnet einen Wärmewirkungsgradwert des Motors als eine Funktion der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und des Massendurchflusses der komprimierten Ansaugluft. Anschließend nutzt der Leitrechner den Wärmewirkungsgradwert des Motors, um eine Temperatur des Abgases an dem Auslass der Turbine oberhalb einer kalibrierten Schwellentemperatur zu halten.
Ein Verfahren zum Beibehalten einer Temperatur des Abgases in dem Fahrzeug, wie oben beschrieben ist, umfasst das Messen der Einlass- und Auslasstemperaturen des Luftkompressors bzw. der Turbine und das Messen eines Massendurchflusses der komprimierten Ansaugluft, die von dem Kompressor in den Motor eintritt. Das Verfahren umfasst zusätzlich die Verwendung eines Leitrechners, um einen Wärmewirkungsgradwert des Motors als eine Funktion der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und des Massendurchflusses zu berechnen. Der Leitrechner nutzt dann den Wärmewirkungsgradwert des Motors, um eine Temperatur des Abgases an dem Auslass der Turbine oberhalb einer kalibrierten Schwellentemperatur automatisch beizubehalten.

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einem Controller, der zur Beibehaltung einer Soll-Turbinenauslasstemperatur angepasst ist; und
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Beibehaltung der Soll-Turbinenauslasstemperatur in dem in 1 gezeigten Fahrzeug beschreibt.

In 1 ist ein Fahrzeug 10 mit einem Motorregelmodul oder einem anderen Controller 50 gezeigt. Der Controller 50 kann als ein Leitrechner ausgeführt sein, der einen Algorithmus 100 ausführt, der an einem computerlesbaren Medium programmiert oder aufgezeichnet ist, um eine Soll-Temperatur in einem Abgassystem 20 beizubehalten. Der Algorithmus 100 ist nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 erläutert.
Das Fahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf. Der Motor 12 kann als eine Drehmoment erzeugende Mehrzylindervorrichtung ausgeführt sein, die in einer Kompressionszündungskonfiguration arbeitet, obwohl auch andere Motorkonstruktionen verwendet werden können. Das durch den Motor 12 erzeugte Drehmoment wird an Antriebsräder über ein Getriebe übertragen, wobei die Antriebsräder und das Getriebe von 1 der Einfachheit halber weggelassen worden sind. Der Motor 12 zieht Diesel, Benzin oder anderen geeigneten Kraftstoff 16 von einem Kraftstofftank 17. Ein Strom von Abgas 18 wird als ein Nebenprodukt des Verbrennungsprozesses, der in dem Motor 12 stattfindet, erzeugt. Das Abgas 18 gelangt durch das Abgassystem 20, wo es schließlich als gereinigtes Abgas 118 über einen Auspuff 25 in die umgebende Atmosphäre ausgetragen wird.
Das Abgassystem 20 weist einen Luftansaugkrümmer 14, den Abgaskrümmer 15, eine Ansaugluftkompressoranordnung 22 und ein Abgasnachbehandlungssystem 40 auf. Ansaugluft, die in 1 durch Pfeil 11 dargestellt ist, wird in den Motor 12 über die Luftansauganordnung 22 gezogen. Das Abgassystem 20 als Ganzes wird durch den Controller 50 überwacht und ist derart konfiguriert, das Abgas 18 zu reinigen oder zu säubern, bevor es schließlich als gereinigtes Abgas 118 an die Atmosphäre ausgetragen wird.
Zu diesem Zweck kann das Nachbehandlungssystem 40 einen oder mehrere aus einem Oxidationskatalysator 30, einem Partikelfilter 32 und einer Vorrichtung 34 für selektive katalytische Reduktion (SCR) aufweisen. Das System 40 weist ferner einen Satz von Kraftstoffinjektoren 43 in Fluidkommunikation mit dem Tank 17 auf, um Kraftstoff 16 aufzunehmen, wobei die Injektoren eine Nach-Kohlenwasserstoffinjektion (HCI) des nicht Drehmoment erzeugenden Kraftstoffs in das Abgas 18 während der Regeneration des Filters liefern. Die Reihenfolge der verschiedenen Vorrichtungen in dem System kann von der Reihenfolge variieren, die in 1 gezeigt und oben beschrieben ist.
Der Partikelfilter 32 kann aus einem geeigneten Substrat aufgebaut sein, das aus Keramik, Metallgewebe, pelletartigem Aluminiumoxid und anderem/n temperatur- und anwendungsgeeignetem/n Material(ien) aufgebaut ist. Wie es in der Technik zu verstehen ist, wandelt eine SCR-Vorrichtung, wie eine SCR-Vorrichtung 34, Stickoxid-(NOx)-Gase in Wasser und Stickstoff unter Verwendung eines aktiven Katalysators um. Die SCR-Vorrichtung 34 kann als ein Keramik-Brick- oder Waben-Aufbau, eine Platte oder eine andere geeignete Katalysatorkonstruktion konfiguriert sein.
Weiter Bezug nehmend auf 1 weist gemäß einer möglichen Ausführungsform die Luftansaugkompressoranordnung 22 einen Luftkompressor 36, einen Nachkühler 37 zum Kühlen der komprimierten Luft und eine Turbine 38 auf, beispielsweise eine Vorrichtung mit Turbolader mit variabler Position (VGT von engl.: „variable position turbocharger“), wie oben beschrieben ist. Der Controller 50 kann eine Winkelposition eines derartigen VGT beispielsweise durch Einstellen der Position seiner Schaufeln selektiv einstellen. Der Turbolader 38 wird durch Abgas 18 angetrieben und rotiert somit ein Kompressoreingangselement 39, um den Luftkompressor 36 dadurch zu erregen oder anzutreiben. Das Fahrzeug 10 kann auch ein Abgasrückführungs- oder AGR-Ventil 41 aufweisen, das ähnlicherweise nach Bedarf geregelt werden kann, um selektiv nach Bedarf einen Anteil des Abgases 18 zurück in den Ansaugkrümmer 14 zu lenken.
Physikalische Sensoren umfassen einen Massenstromsensor 42, der an der Auslassseite der Luftansaugkompressoranordnung 22 positioniert ist, und ein Paar von Temperatursensoren 44 und 46. Der Temperatursensor 44 ist so positioniert, dass er die Temperatur des Abgases 18 misst, wenn es in die Turbine 38 eintritt. Der Temperatursensor 46 misst die Temperatur des Abgases 18, wenn es die Turbine 38 verlässt. Eine Reihe anderer Sensoren 48 wird dazu verwendet, den Krümmerdruck, die Lufttemperatur und den Massenstrom der Ansaugluft (Pfeil 11) zu messen, wenn die Ansaugluft in den Luftkompressor 36 eintritt. Ein erfasster oder modellierter Wert für die in die Turbine 38 eintretende Temperatur kann von dem Controller 50 beispielsweise zum Schutz der Turbine verwendet werden. Jedoch bilden für das vorliegende Regelsystem die Einlass- und Auslasstemperaturen der Luftansaugkompressoranordnung die Grenzbedingungen, wie nachfolgend beschrieben ist.
Der Massenstromsensor 42 erzeugt ein Massendurchflusssignal 21, der Temperatursensor 44 erzeugt ein Temperatursignal 19 und der Temperatursensor 46 erzeugt ein Signal 23. Die Signale 19, 21 und 23 werden an den Controller 50 zur Verwendung bei der Regulierung der Ist-Turbinenauslasstemperatur über einen Satz von Regel- und Rückkopplungssignalen 60 geschaltet. Der Controller 50 verwendet die Signale 19, 21 und 23 wie auch einen Satz von Signalen 27 von der Reihe von Sensoren 48 nach Bedarf bei der Berechnung eines Motor-Wärmewirkungsgradwerts für den Motor 12. Der Controller 50 verwendet auch den Motor-Wärmewirkungsgradwert, um eine oder mehrere Regelaktionen auszuführen, wodurch die Auslasstemperatur der Turbine 38 oberhalb einer kalibrierten Schwelle gehalten wird. Die Schwelle sollte die kalibrierte Anspringtemperatur, wie oben angemerkt ist, ausreichend überschreiten, die ansonsten mit einem modernen Magerverbrennungsmotor schwierig zu erreichen wäre.
Bei einer Ausführungsform kann die Turbine 38 als eine Turboladervorrichtung konfiguriert sein, die mehrere Schaufeln aufweist, jede mit einer variablen Geometrie oder einem variablen Turbinenwinkel, wie durch Pfeil 28 in 1 angegeben ist. Der Controller 50 kann den Winkel der Schaufeln unter Verwendung von Signalen 60 steuern, wodurch Abgas 18 auf die Schaufeln der Turbine unter einem spezifischen Winkel gelenkt wird, beispielsweise durch Erregen eines Aktuators, der die Schaufeln bewegt, wie es in der Technik bekannt ist. Bei niedrigen Motordrehzahlen können die Schaufeln beispielsweise zumindest teilweise geschlossen sein, um eine Verzögerung zu reduzieren. Bei höheren Motordrehzahlen können die Schaufeln vollständig geöffnet sein. Die Turbine 38 wandelt somit Abgas 18 in mechanische Energie um, die zum Antrieb des Luftkompressors 36 geeignet ist, und hilft, das Volumen und die Rate von Luft (Pfeil 11), die komprimiert und in den Motor 12 zugeführt wird, zu regulieren.
Der Controller 50 kann als ein Motorregelmodul oder ein Leitrechner konfiguriert sein, der mit einem Algorithmus 100 programmiert ist oder Zugriff auf diesen hat. Der Controller 50 kann als ein Digitalcomputer, der als ein Fahrzeugcontroller wirkt, und/oder als eine Proportional-Integral-Differential-(PID)-Controllervorrichtung konfiguriert sein, die einen Mikroprozessor oder eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nurlesespeicher (EEPROM), einen Hochgeschwindigkeitstakt, Analog-Digital-(A/D)- und/oder Digital-Analog-(D/A)-Schaltung und jegliche erforderliche Eingangs/Ausgangs-Schaltung und zugeordnete Vorrichtungen wie auch jegliche erforderliche Signalkonditionierungs- und/oder Signalpufferungsschaltung aufweisen. Ein Standard-PID-Controller kann mit Verstärkungen verwendet werden, die als eine Funktion der Abgasströmung und der Temperatur und/oder Drehzahl und Last bestimmt sind, um die gewünschte Temperatur mit der gewünschten Ansprechzeit zu regeln.
Während der Regeneration des Partikelfilters 32 wird die Temperatur in dem Oxidationskatalysator 30 durch den Controller 50 oberhalb der kalibrierten Anspringtemperatur gehalten. Der Controller 50 behält auch eine Soll-Temperatur in dem Partikelfilter 32 bei. Dies wird gemacht, um die Genauigkeit gesteuerter Kraftstoffbelieferungsmengen sicherzustellen, die während des Nach-HCI-Prozesses bereitgestellt werden. Kalibrierte oder Soll-Temperaturen und andere Werte, wie der untere Heizwert (LHV von engl.: „lower heating value“) von Abgas 18 können zur Bezugnahme durch den Controller 50 in einer Nachschlagetabelle 80 gespeichert sein. Zusätzlich ist der Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 34 stark von der Temperatur in dem Oxidationskatalysator 30 und der SCR-Vorrichtung abhängig. Die Ausführung von Aufwärm- und/oder Temperaturbeibehaltungsmoden zum Vorheizen der SCR-Vorrichtung 34 und/oder des Oxidationskatalysators 30 kann erforderlich sein, um die Soll-Temperaturen zur Regeneration des Partikelfilters 32 zu erreichen.
Solltemperaturen in dem Oxidationskatalysator 30 können durch Drosseln von Ansaugluft 11 und durch zusätzliche frühe Nachinjektion von Kohlenwasserstoffen in das Abgas 18 erreicht werden. Aufgrund der Variation von Teil zu Teil gewisser Motorkomponenten, nämlich des Luftmassenstromsensors 42 kann es üblich sein, dass eine Variation in einer Sollgegenüber einer Ist-Temperatur auftritt. Bei Teillastbedingungen kann ein Abfall unter die Anspringtemperatur auftreten, was eine Unterbrechung eines Prozesses einer späten Nachinjektion oder eines HCI-Prozesses betreibt, wodurch Regenerationszeiten verlängert und eine Gesamtkraftstoffwirtschaftlichkeit reduziert werden. Die Umwandlung der SCR-Vorrichtung 34 kann in einer derartigen Situation begrenzt sein.
Daher ist der in 1 gezeigte Controller 50 derart angepasst, dass er den Algorithmus 100 von 2 ausführt, um eine Lösung für ein Regelungssystem um die Messungen des Temperatursensors 46 bereitzustellen. Die Lösung stellt die Ansaugluftströmung in den Motor 12 ein und/oder stellt das Volumen oder die Rate von Kraftstoff ein, der in dem Prozess mit früher Nachinjektion/HCI verwendet wird, um eine Soll-Turbinenauslasstemperatur zu erzielen und beizubehalten. In dem Fall, dass der Temperatursensor 46 eine wesentliche Distanz weg von dem Turbinenauslass angeordnet ist, kann Information von der Nachschlagetabelle 80 verwendet werden, um eine Solltemperatur des die Turbine 38 verlassenden Abgases 18 zu bestimmen.
Bezug nehmend auf 2 beginnt der Algorithmus 100 mit Schritt 102. In mager verbrennenden Verbrennungsmotoren, beispielsweise dem Motor 12, der in 1 gezeigt ist, können gewisse Betriebsbedingungen existieren, die in relativ geringen Abgastemperaturen resultieren können. Dies kann zur Folge haben, dass einige Fahrzeuge kontinuierlich unterhalb der kalibrierten Katalysatoranspringtemperatur während gewisser Fahrzeugfahrtzyklen arbeiten. Der Controller 50 löst dieses Problem durch Ausführung des Algorithmus 100, der schließlich in einer Einstellung des Luftmassenstroms und/oder Raten oder Volumen mit früher HCI durch den Controller resultiert. Der Algorithmus 100 kann dazu verwendet werden, Abgastemperaturen an einem beliebigen Punkt in dem Fahrzeug 10, beispielsweise an dem Einlass zu der SCR-Vorrichtung 34 zu regeln.
Beginnend mit Schritt 102 berechnet der Controller 50 den Wärmewirkungsgrad des Motors 12, wie folgt: $η t h = 1 - \frac{({\dot{m}}_{G a s, a u s}) (T_{G a s, a u s}) (c p_{G a s, a u s})}{({\dot{m}}_{G a s, e i n}) (T_{G a s, e i n}) (c p_{G a s, e i n}) + ({\dot{m}}_{K r a f t s t o f f}) (L H V_{K r a f t s t o f f})}$
In dieser Gleichung repräsentiert m den Massendurchfluss des Fluides, der im Index angegeben ist, beispielsweise des Abgases 18 an dem Einlass (ṁ_Gas,ein) und Auslass (ṁ_Gas,aus) des Luftkompressors 36 bzw. der Turbine 38 oder des Kraftstoffs 16 (ṁ_Kraftstoff). LHV ist der untere Heizwert des Kraftstoffs 16, wie oben angemerkt ist.
Bei Schritt 104 ersetzt, wobei der berechnete Motorwärmewirkungsgradwert (ηth) von Schritt 102 den gegenwärtigen Betriebspunkt beschreibt, der Controller 50 den Wert für T_Gas,aus, d.h. die Turbinenauslasstemperatur, mit T_Gas,aus,soll, d.h. eine kalibrierte oder Soll-Auslasstemperatur von der Turbine 38. Der Controller 50 löst dann nach dem Ansaugluftmassenstrom ṁ_Gas,ein, d.h. in den Kompressor 36 auf, was nun der Soll-Luftmassenstrom ṁ_{Gas,ein,soll,} wird, um die Solltemperatur, die die Turbine 38 verlässt, zu erreichen. Dies bedeutet: ${\dot{m}}_{G a s, e i n, s o l l} = [\frac{\frac{({\dot{m}}_{G a s, a u s}) (T_{G a s, a u s, s o l l}) (c p_{G a s, a u s})}{1 - η t h} - ({\dot{m}}_{K r a f t s t o f f}) (L H V_{K r a f t s t o f f})}{(T_{G a s, e i n}) (c p_{G a s, e i n})}]$
Die gewünschte Einstellung auf den Luftmasseneinstellpunkt ist dann gleich zu: ṁ_Gas,ein - ṁ_Gas,ein,soll. Somit ist hier ein Einstellpunkt als ein erforderlicher Einstellparameter bezeichnet.
Bei Schritt 106 kann der Controller 50 auch nach ṁ_{Kraftstoff,soll} auf exakt dieselbe Weise auflösen, um den Betrag an zusätzlicher Menge zur frühen Nachinjektion zu bestimmen, damit die Solltemperatur erreicht wird. ${\dot{m}}_{K r a f t s t o f f, s o l l} = [\frac{\frac{({\dot{m}}_{G a s, a u s}) (T_{G a s, a u s, s o l l}) (c p_{G a s, a u s})}{1 - η t h} - ({\dot{m}}_{G a s, e i n}) (T_{G a s, e i n}) (c p_{G a s, e i n})}{(L H V_{K r a f t s t o f f})}]$
Bei Schritt 108 führt der Controller 50 eine geeignete Regelaktion unter Verwendung der bei den vorhergehenden Schritten berechneten Werte aus. Beispielsweise kann der Controller 50 sowohl den Massenstrom der Luft (Pfeil 11), der in den Luftkompressor 36, der in 1 gezeigt ist, eintritt, als auch die Nachinjektionsmenge von den Injektoren 43 derselben Figur einstellen, um eine Solltemperatur aus der Turbine 38 ohne die Verwendung von Kalibrierungskennfeldern zu erreichen. Über die Bestimmung des Verfahrens und/oder der Mengen kann zuvor während der Kalibrierung entschieden werden. Beispielsweise kann die Einstellung zu einer Nachinjektionsmenge von Kraftstoff 16 in das Abgas 18 nur stattfinden, nachdem zuerst eine maximal zulässige Einstellung der Luftmenge durchgeführt wurde, oder es kann eine Teilung zwischen den beiden durchgeführt werden.

Claims

Fahrzeug (10), umfassend: einen Verbrennungsmotor (12); ein Abgassystem (20) mit einem Satz von Kraftstoffinjektoren (43), die derart angepasst sind, Kraftstoff in einen Strom von Abgas von dem Motor (12) zu injizieren, wobei das Abgassystem (20) zum selektiven Zünden des Kraftstoffs betreibbar ist, nachdem der Kraftstoff in das Abgas injiziert worden ist, wodurch das Abgas gereinigt wird; einen Luftkompressor (36), der zum Komprimieren von Ansaugluft und zum Liefern der komprimierten Ansaugluft an den Motor (12) betreibbar ist; eine Turbine (38), die zum Umwandeln des Abgases von dem Motor (12) in mechanische Energie zum Antrieb des Luftkompressors (36) angepasst ist; einen ersten Sensor (44), der zum Messen einer Einlasstemperatur der in den Luftkompressor (36) eintretenden Ansaugluft angepasst ist; einen zweiten Sensor (46), der zum Messen einer Auslasstemperatur des die Turbine (38) verlassenden Abgases angepasst ist; einen dritten Sensor (42), der einen Massendurchfluss der in den Motor (12) eintretenden komprimierten Ansaugluft misst; und einen Controller (50), der zum Berechnen eines Motor-Wärmewirkungsgradwerts als eine Funktion der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und des Massendurchflusses ausgestaltet ist; wobei der Controller (50) den Motor-Wärmewirkungsgradwert verwendet, um eine Temperatur des Abgases stromabwärts der Turbine (38) oberhalb einer kalibrierten Schwellentemperatur beizubehalten.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei der Controller (50) den Motor-Wärmewirkungsgradwert verwendet, um eine Änderung einer Injektionsrate des Kraftstoffs in das Abgas durch die Kraftstoffinjektoren (43) und/oder eine Änderung des Massendurchflusses der in den Motor (12) eintretenden komprimierten Ansaugluft zu berechnen.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei der Controller (50) den Motor-Wärmewirkungsgradwert als eine Funktion des unteren Heizwerts des Kraftstoffs berechnet.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei die kalibrierte Schwellentemperatur eine kalibrierte Anspringtemperatur zum Zünden des Kraftstoffs überschreitet.
Regelsystem zur Verwendung an Bord eines Fahrzeugs (10), das einen Verbrennungsmotor (12) aufweist, wobei das Regelsystem umfasst: einen ersten Temperatursensor (44), der zum Messen einer Einlasstemperatur von Ansaugluft, die in einen Luftkompressor (36) des Fahrzeugs (10) eintritt, angepasst ist, wobei der Luftkompressor (36) in einer Luftkompressoransauganordnung durch eine Turbine (38) erregt wird, um dadurch komprimierte Ansaugluft zu erzeugen; einen zweiten Temperatursensor (46), der zum Messen einer Auslasstemperatur des die Turbine (38) verlassenden Abgases angepasst ist; einen Massenstromsensor (42), der positioniert ist, um einen Massendurchfluss der komprimierten Ansaugluft, die von dem Luftkompressor (36) in den Motor (12) eintritt, zu messen; und einen Leitrechner (50), der zum Berechnen eines Motor-Wärmewirkungsgradwerts als eine Funktion der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und des Massendurchflusses ausgestaltet ist; wobei der Leitrechner (50) eine Temperatur des die Turbine (38) verlassenden Abgases über einer kalibrierten Schwellentemperatur unter Verwendung des Motor-Wärmewirkungsgradwerts beibehält.
Regelsystem nach Anspruch 5, wobei der Leitrechner (50) den Motor-Wärmewirkungsgradwert verwendet, um eine Änderung einer Injektionsrate von Kraftstoff in das Abgas durch die Kraftstoffinjektoren (43) und/oder eine Änderung des Massendurchflusses der komprimierten Ansaugluft, die von dem Luftkompressor (36) in den Motor (12) eintritt, zu berechnen.
Regelsystem nach Anspruch 5, wobei die Turbine (38) eine Turbine (38) mit variabler Geometrie (VGT) ist, und wobei der Leitrechner (50) eine Temperatur des Abgases teilweise durch Variation einer Winkeleinstellung des VGT (38) beibehält.
Verfahren zum Beibehalten einer Temperatur eines Abgases in einem Fahrzeug (10), das einen Motor (12), eine Turbine (38), die einen Luftkompressor (36) erregt, und ein Abgassystem (20) aufweist, das Kraftstoffinjektoren (43) besitzt, die derart angepasst sind, Kraftstoff in einen Strom von Abgas zu injizieren, wobei das Abgassystem (20) zum Reinigen des Abgases durch selektives Zünden des Kraftstoffs in dem Abgas betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst: Messen einer Einlasstemperatur von in den Luftkompressor (36) eintretender Ansaugluft und einer Auslasstemperatur des die Turbine (38) verlassenden Abgases; Messen eines Massendurchflusses von komprimierter Ansaugluft, die von dem Luftkompressor (36) in den Motor (12) eintritt; Verwenden eines Leitrechners (50), um einen Motor-Wärmewirkungsgradwert als eine Funktion der Einlasstemperatur, der Auslasstemperatur und des Massendurchflusses der komprimierten Luft zu berechnen; und Verwenden des Motor-Wärmewirkungsgradwertes, um eine Temperatur des Abgases an dem Auslass der Turbine (38) automatisch oberhalb einer kalibrierten Schwellentemperatur beizubehalten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Verwendung des Motor-Wärmewirkungsgradwertes, um eine Temperatur des Abgases automatisch beizubehalten, umfasst: Berechnen eines erforderlichen Änderungsparameters, der eine Änderung einer Injektionsrate des Kraftstoffs in das Abgas durch die Kraftstoffinjektoren (43) und/oder eine Änderung des Massendurchflusses der in den Motor eintretenden komprimierten Luft aufweist; und Ausführen einer Regelaktion unter Verwendung des erforderlichen Änderungsparameters, um dadurch die durch den erforderlichen Änderungsparameter angegebene Änderung zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Leitrechner (50) den Motor-Wärmewirkungsgradwert als eine Funktion des unteren Heizwerts des Kraftstoffs berechnet.