DE102013207819B4

DE102013207819B4 - Verfahren zum Betreiben eines Kompressionszündungsmotors

Info

Publication number: DE102013207819B4
Application number: DE102013207819.6A
Authority: DE
Inventors: Yue-Yun Wang; Ibrahim Haskara; Claudio CIARAVINO; Alberto VASSALLO
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2013-04-29
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2033-04-30
Also published as: DE102013207819A1; US20130297181A1; WO2013165460A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Motors (10) mit Kompressionszündung, umfassend, dass:eine Kraftstoffzufuhr des Motors (10), ein Kompressorladedruck und ein AGR-Gehalt in einer Zylinderladung gesteuert werden, um einen Betrieb des Motors (10) in Ansprechen auf ein Biodiesel-Mischungsverhältnis einer Biodiesel-Kraftstoffmischung aufrecht zu erhalten;ein Verhältnis einer stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR/AFR) ermittelt wird, welches das Verhältnis eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses reinen Dieselkraftstoffs (RD) und des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Biodiesel-Kraftstoffmischung (BD) ist;ein AGR-Modifikator (151) basierend auf dem Verhältnis der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR/AFR) ermittelt wird; undein Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl (137) basierend auf einer Motordrehmomentanforderung (55') ermittelt wird;der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl (137) mit dem AGR-Modifikator (151) multipliziert wird, um einen modifizierten Kraftstoffbefehl (153) zu ermitteln; undder AGR-Gehalt in der Zylinderladung angepasst wird, indem ein AGR-Steuersignal (33), das eine bevorzugte AGR-Rate für den modifizierten Kraftstoffbefehl (153) bei einer gegenwärtigen Motordrehzahl (25) ist, mittels einer AGR-Kalibrierungstabelle (155) erzeugt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft eine Steuerung eines Motors unter Verwendung einer Biodiesel-Kraftstoffmischung.
HINTERGRUND
Bekannte Verbrennungsmotoren können ausgebildet sein, um mit einer Kompressionszündungsverbrennung (CI-Verbrennung) zu arbeiten, und sie werden oft als Diesel- oder CI-Motoren bezeichnet. CI-Motoren verwenden Kraftstoff, der von Erdöl oder von Pflanzenöl und Tierfettbeständen abgeleitet sein kann. Kraftstoff, der von Erdöl abgeleitet ist, umfasst langkettige Kohlenwasserstoffmoleküle und wird hierin als Dieselkraftstoff bezeichnet. Kraftstoff, der von Pflanzenöl oder Tierfettbeständen abgeleitet ist, umfasst langkettige Alkylester und wird hierin als Biodieselkraftstoff bezeichnet. CI-Motoren können mit 100% Dieselkraftstoff arbeiten. Zusätzlich können CI-Motoren ausgebildet sein, um teilweise oder vollständig mit einem Biodieselkraftstoff zu arbeiten. Es kann ein Biodiesel-Mischungsverhältnis identifiziert werden. BO-Kraftstoff wird als 100% Dieselkraftstoff identifiziert. 100%BV-Kraftstoff wird als 100% Biodieselkraftstoff identifiziert. xx%BV-Kraftstoff kann als eine Kraftstoffzusammensetzung identifiziert werden, die x% Biodieselkraftstoff und (100% - x%) Dieselkraftstoff umfasst. Beispielsweise weist 40%BV-Kraftstoff eine Kraftstoffzusammensetzung auf, die 40% Biodieselkraftstoff und 60% Dieselkraftstoff umfasst.
Dieselkraftstoff und Biodieselkraftstoff weisen unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften auf. Dieselkraftstoff weist eine höhere Energiedichte als Biodieselkraftstoff auf, während Biodieselkraftstoff einen höheren Sauerstoffgehalt als Dieselkraftstoff aufweist. Infolgedessen muss unter den gleichen Bedingungen eine größere Masse von Biodieselkraftstoff als von Dieselkraftstoff eingespritzt werden, um ähnliche Verbrennungseigenschaften zu erreichen. Die eingespritzte Kraftstoffmasse kann für die Verbrennung in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis eingestellt werden. Ferner muss die eingespritzte Kraftstoffmasse dann, wenn der Kraftstoff zu anderen Zwecken als zur Verbrennung in dem Motor verwendet wird, basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis eingestellt werden.
Kraftstoff-Cetanzahlen geben die Bereitschaft eines Kraftstoffs an, von selbst zu zünden, wie sie durch Temperaturen und Drücke im Zylinder gemessen wird. Ein bekanntes Verfahren zum Messen der Cetanzahl ist ASTM D613. Bekannte CI-Motoren arbeiten mit einer Cetanzahl zwischen 40 und 55. Dieselkraftstoff, der zum Erfüllen von ASTM D975 gemischt ist, weist eine minimale Cetanzahl von 40 auf, mit typischen Werten in dem Bereich von 42-45. Biodieselkraftstoff, der gemäß ASTM D6751 gemischt ist, weist eine minimale Cetanzahl von 40 auf. Biodieselkraftstoff aus Pflanzenöl weist einen Cetanzahlbereich von 46 bis 52 auf, und Biodiesel, die auf Tierfett basieren, weisen einen Cetanzahlbereich von 56 bis 60 auf. Somit kann der Zündungszeitpunkt einer Zylinderladung durch das Biodiesel-Mischungsverhältnis beeinflusst werden.
Eine Nicht-Verbrennungsanwendung von Kraftstoff umfasst die Erzeugung einer Mager-NO_x-Falle (LNT). NO_x ist eine Komponente einer Abgasströmung, die durch den Motor während der Verbrennung erzeugt wird. Es ist bekannt, dass Nachbehandlungseinrichtungen NO_x in der Abgasströmung behandeln und das NO_x in andere Substanzen umwandeln, die mit dem Abgas ausgestoßen werden. Eine LNT speichert NO_x-Moleküle während magerer Motorbetriebsphasen, und sie gibt das gespeicherte NO_x während fetter Motorbetriebsphasen frei und reduziert dieses. Bekannte LNTs weisen eine endliche NO_x-Speicherkapazität auf und erfordern eine periodische Regenerierung, die einen Puls mit fettem Kraftstoff umfassen kann. Es ist wünschenswert, Regenerierungsereignisse zu steuern, um eine Emissionssteuerung zu schaffen und den Kraftstoffverbrauch zu minimieren.
In der DE 10 2011 079 000 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kompressionszündungsmotors beschrieben, bei welchem eine Kraftstoffzufuhr des Motors, ein Kompressorladedruck und ein AGR-Gehalt in einer Zylinderladung gesteuert werden, um den Betrieb des Motors in Ansprechen auf ein Biodiesel-Mischungsverhältnis einer Biodiesel-Kraftstoffmischung aufrecht zu erhalten. Dabei wird die Kraftstoffzufuhr des Motors anhand eines Kraftstoffkompensationsfaktors angepasst, der mit dem Biodiesel-Mischungsverhältnis in Beziehung steht.
Die US 2013 / 0 024 094 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren, bei welchem ein Massenanteil verbrennbaren Sauerstoffs anstelle eines Abgasrückführungsanteils als Regelgröße beim Betreiben eines Kompressionszündungsmotors verwendet wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Kompressionszündungsmotors zu schaffen, mit welchem die Emissionen des Motors auch dann auf einem akzeptierbaren Niveau gehalten werden, wenn der Anteil von Biodiesel in einer Biodiesel-Kraftstoffmischung für den Motor zunimmt.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Kompressionszündungsmotors umfasst, dass eine Kraftstoffzufuhr des Motors, ein Kompressorladedruck und ein AGR-Gehalt in einer Zylinderladung gesteuert werden, um den Betrieb des Motors in Ansprechen auf ein Biodiesel-Mischungsverhältnis einer Biodiesel-Kraftstoffmischung aufrecht zu erhalten.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:

1 beispielhaft einen Verbrennungsmotor, ein Steuermodul und ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2-1 bis 2-6 die Auswirkungen auf Motorsteuerparameter, die zum Aufrechterhalten eines Motordrehmoments bei Änderungen in dem Biodiesel-Mischungsverhältnis in dem Kraftstoff des Motors notwendig sind, gemäß der Offenbarung darstellt;
3 ein Verfahren in der Form eines adaptiven Motorsteuerschemas zum Steuern des Betriebs eines beispielhaften Motors 10 gemäß der Offenbarung darstellt, welches auf Kraftstoff anspricht, der ein Biodiesel-Mischungsverhältnis aufweisen kann, wobei die Größe des Biodiesel-Mischungsverhältnisses während des Betriebs und während der Lebensdauer des Motors variieren kann;
4 ein Flussdiagramm, das der Unterfunktion 120 zur Kraftstoffzufuhr zugeordnet ist, gemäß der Offenbarung darstellt;
5-1 eine Ausführungsform des adaptiven AGR-Controllers 150 zum Erzeugen des AGR-Steuersignals 33 gemäß der Offenbarung darstellt;
5-2 eine Ausführungsform des adaptiven MAF-Controllers 150 zum Erzeugen des ETC-Steuersignals 15 gemäß der Offenbarung darstellt;
5-3 eine Ausführungsform des adaptiven Kraftstoffleistendruckcontrollers 170 zum Erzeugen des Kraftstoffdruck-Steuersignals 53 gemäß der Offenbarung darstellt;
5-4 eine Ausführungsform des Ladedruckcontrollers zum Erzeugen des Kompressorladedruckbefehls gemäß der Offenbarung darstellt, welcher einen Kompressordruckstoß und das Mischungsvolumen des Kraftstoffs berücksichtigt; und
5-5 einen Teil einer zweiten Ausführungsform des Ladedruckcontrollers gemäß der Offenbarung darstellt, der unter Bezugnahme auf 5-4 gezeigt ist und eine zweite Ausführungsform der Druckstoß-Grenzfunktion umfasst.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, stellt 1 beispielhaft einen Verbrennungsmotor 10, ein Steuermodul 5 und ein Abgasnachbehandlungssystem 60 dar. Der beispielhafte CI-Motor 10 ist ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung, der einen Einlasskrümmer 56 und einen Auslasskrümmer 58 umfasst und Hubkolben 22 aufweist, die an einer Kurbelwelle befestigt und in Zylindern 20 bewegbar sind, die Verbrennungskammern 34 mit variablem Volumen definieren. Die Kurbelwelle kann mit einem Fahrzeuggetriebe und einem Endantrieb verbunden sein, um in Ansprechen auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung ein Traktionsdrehmoment an diesen zu liefern. Der CI-Motor 10 verwendet vorzugsweise einen Viertaktbetrieb, bei dem jeder Motor-Verbrennungszyklus 720° einer Winkeldrehung der Kurbelwelle aufgeteilt in vier Stufen von 180° der Hubbewegung des Kolbens 22 in dem Zylinder 20 umfasst. Jede Verbrennungskammer 34 mit variablem Volumen ist zwischen dem Kolben 22, dem Zylinder 20 und einem Zylinderkopf definiert, wenn der Kolben 22 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt in dem Zylinder 20 verschoben wird. Der Zylinderkopf umfasst Einlassventile und Auslassventile. Der CI-Motor 10 arbeitet vorzugsweise gemäß einem Viertakt-Verbrennungszyklus, der einen Einlass-, Kompressions-, Expansions- und Auslasstakt umfasst. Es ist einzusehen, dass die hierin beschriebenen Konzepte für andere Verbrennungszyklen gelten. Der CI-Motor 10 arbeitet vorzugsweise mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Das Abgasnachbehandlungssystem 60 koppelt fluidtechnisch an den Auslasskrümmer 58 an, und es umfasst vorzugsweise einen Oxidationskatalysator 62, der sich fluidtechnisch stromaufwärts eines Partikelfilters 64 befindet. Der Partikelfilter 64 kann katalysiert werden. Das Abgasnachbehandlungssystem 60 kann andere Komponenten und Sensoren umfassen. Die Offenbarung ist auf andere Motorkonfigurationen anwendbar, die eine beliebige Form von Biokraftstoff verwenden und Motorkonfigurationen umfassen, die unter mageren Bedingungen arbeiten und Partikel erzeugen, einschließlich von Motoren mit Funkenzündung und magerer Verbrennung. Die Offenbarung ist auf Antriebsstrangsysteme anwendbar, die Verbrennungsmotoren in Kombination mit Getriebeeinrichtungen verwenden, um ein Traktionsdrehmoment zu erzeugen, und die beispielsweise Motor-Getriebesysteme und Hybridantriebsstrangsysteme umfassen, die Drehmomenterzeugungsmotoren ohne Verbrennung verwenden.
Der Motor 10 umfasst Sensoren, um den Betrieb des Motors zu überwachen, und Aktuatoren, die den Betrieb des Motors steuern. Die Sensoren und Aktuatoren sind signaltechnisch und funktional mit dem Steuermodul 5 verbunden. Die Aktuatoren sind an dem Motor installiert und werden durch das Steuermodul 5 in Ansprechen auf Bedienereingaben gesteuert, um verschiedene Leistungsziele zu erreichen. Ein Kraftstoffeinspritzungssystem umfasst mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 zur Direkteinspritzung, die fluidtechnisch entweder direkt oder über ein Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystem mit einem Verteilungssystem für unter Druck stehenden Kraftstoff gekoppelt sind, das eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 52 umfasst. Die Kraftstoffpumpe 52 kann gesteuert werden, um den Kraftstoffdruck 53 zu steuern. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 spritzen den Kraftstoff in Ansprechen auf ein Einspritzeinrichtungs-Steuersignal 13 von dem Steuermodul 5 direkt in jede der Verbrennungskammern 34 ein, um eine Zylinderladung zu bilden. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 werden einzeln mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt und weisen Motorbetriebsparameter auf, die eine minimale Pulsweite und eine zugeordnete minimale steuerbare Kraftstoffströmungsrate sowie eine maximale Kraftstoffströmungsrate umfassen. Ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) umfasst einen Strömungskanal, um eine Strömung von außen zurückgeführtem Abgas zwischen dem Auslasskrümmer 58 und dem Einlasskrümmer 56 zu leiten, einen Zwischenkühler 57 und ein AGR-Ventil 32, das mittels eines Steuersignals 33 von dem Steuermodul 5 gesteuert wird. Ein Einlassluft-Kompressorsystem 38 ist ausgebildet, um eine Strömung von Einlassluft zu dem Motor 10 in Ansprechen auf einen Kompressorladedruckbefehl 39 zu steuern. Das Einlassluft-Kompressorsystem 38 verstärkt eine Zufuhr von Einlassluft in den Motor, um eine Luftmassenströmung des Motors zu erhöhen und dadurch die Motorleistung zu erhöhen, was umfasst, dass der Einlassluftdruck derart erhöht wird, dass er größer als der Umgebungsdruck ist. Bei einer Ausführungsform ist das Einlassluft-Kompressorsystem 38 ein Turboladersystem mit variabler Geometrie (VGT-System), das eine Turbineneinrichtung umfasst, die in dem Abgasstrom angeordnet und mit einer Kompressoreinrichtung drehbar gekoppelt ist, die ausgebildet ist, um die Strömung der Motoreinlassluft zu erhöhen. Alternativ kann das Einlassluft-Kompressorsystem 38 eine Turbokompressoreinrichtung oder eine andere Turboladereinrichtung aufweisen. Eine Luftzwischenkühlereinrichtung 16 kann fluidtechnisch zwischen dem Einlassluftkompressor 38 und dem Einlasskrümmer 56 des Motors angeordnet sein. Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 14 steuert eine Drosselöffnung und dadurch die Strömung der Einlassluft in das Einlasssystem des Motors in Ansprechen auf ein Drosselsteuersignal (ETC) 15. Eine Glühkerze kann in jeder der Verbrennungskammern 34 installiert sein, um die Temperatur im Zylinder während Startereignissen des Motors bei kalten Umgebungstemperaturen zu erhöhen. Der Motor 10 kann mit einem steuerbaren Ventiltrieb ausgestattet sein, der ausgebildet ist, um das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile jedes der Zylinder einzustellen, was eines oder mehrere von einer zeitlichen Einstellung der Ventile, einer Phaseneinstellung (d.h. einer zeitlichen Einstellung relativ zur Position des Kurbelwinkels und des Kolbens) und einer Größe des Hubs von Ventilöffnungen umfasst.
Die hierin beschriebenen Sensoren sind ausgebildet, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit dem Motor, dem Abgas und den Umgebungsparametern in Beziehung stehen. Ein Kurbelwellensensor wechselwirkt mit einem Targetrad mit mehreren Zähnen, das an der Kurbelwelle befestigt ist, um eine Motor-Kurbelwellenposition und eine Motordrehzahl (RPM) 25 zu überwachen. Ein Verbrennungsdrucksensor 30 ist ausgebildet, um einen Zylinderdruck 31 zu überwachen, anhand dessen ein mittlerer effektiver Druck oder ein anderer geeigneter Verbrennungsparameter ermittelt werden kann. Der Verbrennungsdrucksensor 30 kann nicht eingreifend sein und umfasst einen Kraftaufnehmer mit einem ringförmigen Querschnitt, der in dem Zylinderkopf an einer Öffnung für eine Glühkerze installiert ist und ein Ausgangssignal aufweist, das zu dem Zylinderdruck proportional ist. Der Drucksensor 30 umfasst eine piezokeramische Einrichtung oder eine andere geeignete Überwachungseinrichtung. Ein Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor) 18 überwacht eine Luftmassenströmung 19 von frischer Einlassluft. Ein Kühlmittelsensor 36 überwacht eine Motorkühlmitteltemperatur 35. Ein Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor) 26 überwacht einen Einlasskrümmer-Absolutdruck 27 und einen barometrischen Umgebungsdruck. Ein Krümmertemperatursensor (MAT-Sensor) 28 überwacht eine Einlasskrümmer-Lufttemperatur 29. Abgassensoren 40 und 42 überwachen Zustände 41 bzw. 43 eines oder mehrerer Abgasparameter, z.B. des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und von Abgaszusammensetzungen, und sie können als eine Rückkopplung zur Steuerung und Diagnose verwendet werden. Andere Sensoren und Überwachungsschemata können zu Zwecken der Steuerung und Diagnose verwendet werden. Eine Bedienereingabe in Form einer Ausgangsdrehmomentanforderung 55 kann durch ein Bediener-Schnittstellensystem 54 erhalten werden, das vorzugsweise ein Gaspedal und ein Bremspedal umfasst, neben anderen Einrichtungen. Jeder der zuvor erwähnten Sensoren ist signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden, um Signalinformationen zu liefern, die in Informationen umgewandelt werden, die für den entsprechenden überwachten Parameter repräsentativ sind. Es versteht sich, dass diese Konfiguration zur Darstellung dient und nicht einschränkend ist, was umfasst, dass die verschiedenen Sensoren durch funktional äquivalente Einrichtungen und Algorithmen ersetzbar sind.
Das Steuermodul 5 führt darin gespeicherte Routinen aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Steuern des Motorbetriebs zu steuern, was die Drosselposition, die Masse und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, die AGR-Ventilposition zum Steuern der Strömung der zurückgeführten Abgase, den Kompressorladedruck, den Glühkerzenbetrieb und die Steuerung der zeitlichen Einstellung, der Phaseneinstellung und des Hubs von Einlass- und/oder Auslassventilen bei Systemen umfasst, die derart ausgestattet sind. Das Steuermodul 5 ist ausgebildet, um Bedienereingaben 54 zum Ermitteln der Ausgangsdrehmomentanforderung 55 zu empfangen und um Signaleingaben von den zuvor erwähnten Sensoren zum Überwachen des Motorbetriebs und von Umgebungsbedingungen zu empfangen. Der Motor 10 ist ausgebildet, um ein Ausgangsdrehmoment in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 55 zu erzeugen, was einen Betrieb über einen breiten Bereich von Temperaturen, der Zylinderladung (Luft, Kraftstoff und AGR) und von Einspritzungsereignissen umfasst. Die hierin beschriebenen Verfahren sind speziell für eine Anwendung bei Motoren mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung geeignet, die überstöchiometrisch arbeiten.
Steuermodul, Modul, Controller, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine beliebige geeignete oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Ausdrücke bedeuten beliebige durch einen Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul 5 weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Routinen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Routinen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Routinen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
2-1 bis 2-6 zeigen graphisch Auswirkungen auf Motorsteuerparameter, welche notwendig sind, um das Motordrehmoment bei Änderungen des Biodiesel-Mischungsverhältnisses in dem Motorkraftstoff aufrecht zu erhalten. Die Ergebnisse zeigen die Wirkungen von Änderungen im Biodiesel-Mischungsverhältnis ohne Änderungen in den entsprechenden Motorsteuerparametern. Ein unterer Heizwert (LHV) von Biodiesel unterscheidet sich vom LHV von Dieselkraftstoff. Der Unterschied im LHV wirkt sich auf die Motorleistungserzeugung aus, und er variiert mit dem Biodiesel-Mischungsverhältnis. Spezielle Elemente für den Motorbetrieb und zur Motorsteuerung werden durch das Biodiesel-Mischungsverhältnis beeinflusst. Die gezeigte Metrik des Biodiesel-Mischungsverhältnisses basiert auf dem Volumen, und sie ist ein volumetrisches Verhältnis des Biodieselkraftstoffs bezogen auf das gesamte Kraftstoffvolumen, welches Verhältnis 0%BV (reinen Dieselkraftstoff) 201, 10%BV 203, 30%BV 205, 50%BV 207 und 100%BV (reinen Biodieselkraftstoff) 209 umfasst. Der Energieinhalt des Kraftstoffs, der durch einen Heizwertindex angegeben wird, z.B. durch den LHV, nimmt mit einer Zunahme im Biodiesel-Mischungsverhältnis ab.
2-1 zeigt eine Gaspedalposition 210 (in % der offenen Position) die erforderlich ist, um den Motordrehmomentpunkt für Biodiesel-Mischungsverhältnisse von 0%BV (reiner Dieselkraftstoff) 201, 10%BV 203, 30%BV 205, 50%BV 207 und 100%BV (reiner Biodieselkraftstoff) 209 konstant zu halten. Die Daten geben an, dass die Drosselposition zunehmen muss, um ein konstantes Motordrehmoment mit zunehmenden Biodiesel-Mischungsverhältnissen aufrecht zu erhalten.
2-2 zeigt ein AGR-Tastverhältnis 220 (in % der offenen Position), das basierend auf der zunehmenden Drosselposition erforderlich ist, um den Motordrehmomentpunkt für Biodiesel-Mischungsverhältnisse von 0%BV (reiner Dieselkraftstoff) 201, 10%BV 203, 30%BV 205, 50%BV 207 und 100%BV (reiner Biodieselkraftstoff) 209 auf einem konstanten Niveau zu halten. Das AGR-Tastverhältnis wird in Ansprechen auf die Gaspedalposition ermittelt, und es wird durch eine Zunahme in der Gaspedalposition von dem Bediener zum Aufrechterhalten des Ausgangsdrehmoments beeinflusst. Die Daten geben an, dass der AGR-Strömungsbefehl zum Aufrechterhalten eines konstanten Motordrehmoments mit zunehmenden Biodiesel-Mischungsverhältnissen abnimmt, was zu erhöhten NO_x-Emissionen aus dem Motor führt, wenn nicht irgendeine Form an Kompensation oder Anpassung vorhanden ist.
2-3 zeigt den Ladedruck-Einstellungspunkt 230 (in kPa) und den tatsächlichen Ladedruck 232 (in kPa), die erforderlich sind, um den Motordrehmomentpunkt für Biodiesel-Mischungsverhältnisse von 0%BV (reiner Dieselkraftstoff) 201, 10%BV 203, 30%BV 205, 50%BV 207 und 100%BV (reiner Biodieselkraftstoff) 209 auf einem konstante Niveau zu halten. Der Ladedruck-Einstellungspunkt wird im Ansprechen auf die Gaspedalposition ermittelt, und er wird durch eine Zunahme in der Gaspedalposition von dem Bediener zum Aufrechterhalten des Ausgangsdrehmoments beeinflusst. Die Daten geben an, dass der Ladedruck zum Aufrechterhalten eines konstanten Motordrehmoments mit zunehmenden Biodiesel-Mischungsverhältnissen zunimmt.
2-4 zeigt einen Luftmassenströmungs-Einstellungspunkt 240 (in mg) und eine tatsächliche Einlassluftmasse 242 (in mg), die erforderlich sind, um einen konstanten Motordrehmomentpunkt für Biodiesel-Mischungsverhältnisse von 0%BV (reiner Dieselkraftstoff) 201, 10%BV 203, 30%BV 205, 50%BV 207 und 100%BV (reiner Biodieselkraftstoff) 209 aufrecht zu erhalten. Der Luftmassenströmungs-Einstellungspunkt wird in Ansprechen auf die Gaspedalposition ermittelt, und er wird durch eine Zunahme in der Gaspedalposition von dem Bediener zum Aufrechterhalten des Ausgangsdrehmoments beeinflusst. Die Daten geben an, dass die Einlassluftmasse in Ansprechen auf die erhöhte Drosselposition zum Aufrechterhalten eines konstanten Motordrehmoments mit zunehmenden Biodiesel-Mischungsverhältnissen zunimmt.
2-5 zeigt das tatsächliche Motordrehmoment 250 (in Nm) nach einer Anpassung der Gaspedalposition im Ansprechen auf Biodiesel-Mischungsverhältnisse von 0%BV (reiner Dieselkraftstoff) 201, 10%BV 203, 30%BV 205, 50%BV 207 und 100%BV (reiner Biodieselkraftstoff) 209.
2-6 zeigt einen Kraftstoffleistendruck-Einstellungspunkt 260 (in MPa) und einen tatsächlichen Kraftstoffleistendruck 262 (in MPa), die erforderlich sind, um einen konstanten Motordrehmomentpunkt für Biodiesel-Mischungsverhältnisse von 0%BV (reiner Dieselkraftstoff) 201, 10%BV 203, 30%BV 205, 50%BV 207 und 100%BV (reiner Biodieselkraftstoff) 209 aufrecht zu erhalten. Die Daten geben an, dass der Kraftstoffleistendruck mit zunehmenden Biodiesel-Mischungsverhältnissen zunehmen muss, um ein konstantes Motordrehmoment aufrecht zu erhalten.
3 zeigt ein adaptives Motorsteuerschema zum Steuern des Betriebs einer Ausführungsform des Motors 10, welches auf eine Biodiesel-Kraftstoffmischung anspricht, wobei die Größe des Biodiesel-Mischungsverhältnisses des Motorkraftstoffs während des Betriebs und während der Lebensdauer des Motors 10 variieren kann. Das Biodiesel-Mischungsverhältnis beeinflusst den unteren Heizwert und das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motorkraftstoffs. Das adaptive Motorsteuerschema steuert die Motorverbrennung in Ansprechen auf den unteren Heizwert und das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffs. Dies umfasst, dass Inhalte einer Zylinderladung angepasst werden und dass der Kompressorladedruck geregelt wird, um Änderungen im Energie- und Sauerstoffgehalt der Biodiesel-Kraftstoffmischung zu berücksichtigen. Das adaptive Motorsteuerschema verwendet mehrere adaptive Steueralgorithmen, um die Kraftstoffzufuhr des Motors, den Ladedruck, den Leistendruck, die Steuerung des AGR-Prozentanteils und der MAF zum Aufrechterhalten der Motordrehmomentausgabe, des Motor- und des Verbrennungsgeräuschs und der Abgasemissionsniveaus in Ansprechen auf den Energie- und den Sauerstoffgehalt der Biodiesel-Kraftstoffmischung zu steuern. Das adaptive Motorsteuerschema umfasst eine Mischungsverhältnis-Unterfunktion 110, eine Kraftstoffzufuhr-Unterfunktion 120 und einen adaptiven Controller 140, der zum Ermitteln von Steuerparametern für den Betrieb des Motors 10 verwendet wird, was umfasst, dass der Motorbetrieb in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 angepasst wird, wobei die Ausgangsdrehmomentanforderung 55 und die Motorbetriebsparameter 105 berücksichtigt werden.
Die Mischungsverhältnis-Unterfunktion 110 wird ausgeführt, um eine Größe des Biodiesel-Mischungsverhältnisses 111 unter Verwendung von geeigneten Überwachungs- und Analyseschemata zu ermitteln. Ein erstes beispielhaftes Verfahren zum Ermitteln eines Biodiesel-Mischungsverhältnisses basierend auf einem Abgas-Sauerstoffanteil und einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist in der US 2012 / 0 303 245 A1 offenbart, die demselben Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Anmeldung. Ein zweites beispielhaftes Verfahren zum Ermitteln des Biodiesel-Mischungsverhältnisses basierend auf einem Druck im Zylinder ist in der US 2012 / 0 031 384 A1 offenbart, die demselben Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Anmeldung. Indem das Biodiesel-Mischungsverhältnis direkt ermittelt wird, können Eigenschaften des Motorkraftstoffs anhand von Nachschlagewerten geschätzt oder ermittelt werden. Das Biodiesel-Mischungsverhältnis kann als ein volumetrisches Mischungsverhältnis oder als ein anderes geeignetes Verhältnis berechnet werden.
Die Kraftstoffzufuhr-Unterfunktion 120 verwendet die Ausgangsdrehmomentanforderung 55, das Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 und die Motorbetriebsparameter 105, um Ausgaben zu ermitteln und zu erzeugen, die Kraftstoffparameter, welche dem Biodiesel-Mischungsverhältnis 135 zugeordnet sind, einen Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 und einen angepassten Kraftstoffzufuhrbefehl 139 umfassen, die als Eingaben an den adaptiven Controller 140 geliefert werden. Ein Motordrehmoment-Ermittlungsschema 155 analysiert die Ausgangsdrehmomentanforderung 55, um eine Motordrehmomentanforderung 55' zu ermitteln. Wenn das Antriebsstrangsystem den Motor 10 als eine einzige Drehmomenterzeugungseinrichtung verwendet, die mit einer Getriebeeinrichtung bei einem festen Übersetzungsverhältnis gekoppelt ist, wird die Motordrehmomentanforderung 55' gleich der Ausgangsdrehmomentanforderung 55 gesetzt. Wenn das Antriebsstrangsystem den Motor 10 als eine von mehreren Drehmomenterzeugungseinrichtungen verwendet, die das Traktionsdrehmoment in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 55 erzeugen (z.B. in einem Hybridantriebsstrangsystem), kann sich die Motordrehmomentanforderung 55' von der Ausgangsdrehmomentanforderung 55 unterscheiden, wobei ein zusätzliches Drehmoment unter Verwendung anderer Drehmomenterzeugungseinrichtungen erzeugt wird, z.B. durch Elektromotoren/Generatoren. Der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 wird in Ansprechen auf die Motordrehmomentanforderung 55' ermittelt, und er ist ein Motor-Kraftstoffzufuhrbefehl, der basierend auf einer Menge von 0%BV Dieselkraftstoff ermittelt wird, die erforderlich ist, um ein Motordrehmoment zum Erfüllen der Motordrehmomentanforderung 55' zu erzeugen. Der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 wird basierend auf einem unteren Heizwert der Kraftstoffmischung auf den angepassten Kraftstoffzufuhrbefehl 139 angepasst, wobei der untere Heizwert der Kraftstoffmischung basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 ermittelt wird.

4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm, das der Kraftstoffzufuhr-Unterfunktion 120 zugeordnet ist. Tabelle 1 ist als ein Schlüssel vorgesehen, wobei die numerisch bezeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt dargelegt sind: Tabelle 1

BLOCK	BLOCKINHALTE
120	Kraftstoffzufuhr-Unterfunktion zum Anpassen des Motorbetriebs in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis
122	Überwache Motorparameter und Motordrehmomentanforderung
124	Ermittle Kraftstoffparameter, die dem BV entsprechen, einschließlich von AFR_stRD/AFR_stBD, LHV_RD/LHV_BD
126	Berechne Fbase in Ansprechen auf die Motordrehmomentanforderung und die Motorparameter
128	Ist BV > BVthr?
130	Fadj = Fbase * (LHVrd/LHVbd)
132	Fadj = Fbase
134	Rückgabe

Im Betrieb wird die Kraftstoffzufuhr-Unterfunktion 120 verwendet, um den Motorbetrieb in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis anzupassen. Die Motordrehmomentanforderung 55', das Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 und die Motorparameter 105 werden periodisch überwacht. Die Motorparameter 105 umfassen vorzugsweise die MAF 19, den MAP 27, die MAT 29, den Zylinderdruck 31, die RPM 25, die Kühlmitteltemperatur 35 und Abgasparameter 41 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, für NO_x und/oder andere (122).
Es werden Kraftstoffparameter ermittelt, die dem Biodiesel-Mischungsverhältnis (BV) 111 des Motorkraftstoffs entsprechen (124). Der primäre Kraftstoffparameter von Interesse ist ein Verhältnis des Kraftstoffheizwerts (LHV_RD/LHV_BD), das ein Verhältnis des Energieinhalts von Dieselkraftstoff, d.h. 0%BV (LHV_RD), bezogen auf den Energieinhalt der Biodiesel-Kraftstoffmischung (LHV_BD) ist, mit dem der Motor 10 gegenwärtig arbeitet. Das Verhältnis des Kraftstoffheizwerts kann basierend auf dem Zylinderdruck ermittelt werden. Alternativ kann das Verhältnis des Kraftstoffheizwerts ermittelt werden, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und die Einlassluftströmung überwacht werden, indem ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Biodiesel-Kraftstoffmischung ermittelt wird und indem das Verhältnis des Kraftstoffheizwerts basierend auf einem Verhältnis eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von 0%BV Dieselkraftstoff (RD) und des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Biodiesel-Kraftstoffmischung BD ermittelt wird, welches hierin nachstehend als ein Verhältnis einer stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) bezeichnet wird. Solche Verfahren sind Fachleuten bekannt.
Eine Basis-Motorkraftstoffzufuhr (Fbase) wird in Ansprechen auf die Motordrehmomentanforderung 55' und die zuvor erwähnten Motorparameter berechnet (126). Die Basis-Motorkraftstoffzufuhr (Fbase) ist ein Maß der Menge an 0%BV Dieselkraftstoff zum Zuführen zu dem Motor, um ein Drehmoment zu erzeugen, das auf die Motordrehmomentanforderung 55' anspricht und die Motorbetriebsparameter 105 berücksichtigt.
Es wird ermittelt, ob das Biodiesel-Mischungsverhältnis (BV) größer als ein Schwellenwert-Mischungsverhältnis (BVthr) ist (128). Wenn das Biodiesel-Mischungsverhältnis kleiner als das Schwellenwert-Mischungsverhältnis ist, wird die Wirkung der Biodiesel-Kraftstoffmischung auf den Motorbetrieb als relativ gering angesehen, und die adaptive Motorsteuerung wird nicht verwendet (0). Stattdessen wird die angepasste Motorkraftstoffzufuhr (Fadj) gleich der Basis-Motorkraftstoffzufuhr (Fbase) gesetzt (132). Wenn das Biodiesel-Mischungsverhältnis größer als das Schwellenwert-Mischungsverhältnis ist (128) (1), wird die Wirkung der Biodiesel-Kraftstoffmischung auf den Motorbetrieb als ausreichend angesehen, um die adaptive Motorsteuerung zu verwenden. Das Schwellenwert-Mischungsverhältnis BVthr kann ein beliebiger geeigneter Wert sein, der die Wirkung der Biodiesel-Kraftstoffmischung auf den Motorbetrieb berücksichtigt, insbesondere auf die Motorausgangsleistung in Ansprechen auf die Motordrehmomentanforderung 55'. Bei einer Ausführungsform kann das Schwellenwert-Mischungsverhältnis BVthr 30%BV betragen. Alternativ kann das Schwellenwert-Mischungsverhältnis BVthr in der Nähe von 25%BV liegen. Die angepasste Motorkraftstoffzufuhr (Fadj) wird berechnet, indem die Basis-Motorkraftstoffzufuhr (Fbase) und das Verhältnis des Kraftstoffheizwerts (LHV_RD/LHV_BD) multipliziert werden. Die angepasste Motorkraftstoffzufuhr kann unabhängig von der Größe des Verhältnisses des Kraftstoffheizwerts auf einen maximalen Wert beschränkt werden. Die Kraftstoffzufuhr-Unterfunktion 120 gibt Steuerparameter zur Verwendung durch den adaptiven Controller 140 zurück. Die bevorzugten Steuerparameter umfassen die Motordrehmomentanforderung 55', die Basis-Motorkraftstoffzufuhr (Fbase) 137, die angepasste Motorkraftstoffzufuhr (Fadj) 139 und Kraftstoffparameter 135, die das Verhältnis des Heizwerts (LHV_RD/LHV_BD) und das Verhältnis der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) umfassen (134).
Der adaptive Controller 140 passt den Kraftstoff- und den AGR-Gehalt einer Zylinderladung an und regelt den Kompressorladedruck in Ansprechen auf eine Biodiesel-Kraftstoffmischung. Der adaptive Controller umfasst einen adaptiven AGR-Controller 150, einen adaptiven MAF-Controller 160, einen adaptiven Kraftstoffleistendruckcontroller 170, einen Ladedruckcontroller 180 und einen Kraftstoffeinspritzungscontroller 145. Wie es hierin beschrieben ist, erzeugt der adaptive AGR-Controller 150 das AGR-Steuersignal 33, der adaptive MAF-Controller 160 erzeugt das ETC-Steuersignal 15, der adaptive Kraftstoffleistendruckcontroller 170 erzeugt das Kraftstoffdruck-Steuersignal 53, der Ladedruckcontroller 180 erzeugt den Kompressorladedruckbefehl 39, und der Kraftstoffeinspritzungscontroller 145 erzeugt das Einspritzeinrichtungs-Steuersignal 13. Der Kraftstoffeinspritzungscontroller 145 verwendet den angepassten Kraftstoffzufuhrbefehl 139, um den Einspritzeinrichtungsbefehl 13 zu ermitteln, der einen Befehl für die zeitliche Einstellung der Kraftstoffeinspritzung und einen Pulsweitenbefehl umfasst, um eine Kraftstoffmasse in Ansprechen auf die Motordrehmomentanforderung 55' in die Verbrennungskammer 34 zu liefern, wobei das Kraftstoffdruck-Steuersignal 53, die zuvor erwähnten Kraftstoffparameter 135 und die verschiedenen Motorbetriebsparameter 105 berücksichtigt werden. Wie vorstehend festgestellt wurde, wird der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 basierend auf dem Heizwert der Biodiesel-Kraftstoffmischung auf den angepassten Kraftstoffzufuhrbefehl 139 angepasst, wobei der Heizwert der Biodiesel-Kraftstoffmischung basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 ermittelt wird.
5-1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des adaptiven AGR-Controllers 150 zum Erzeugen des AGR-Steuersignals 33. Der Kraftstoffparameter 135 des Verhältnisses der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) wird durch eine AGR-Modifikatorkalibrierung 152 verwendet, um einen AGR-Modifikator 151 zu ermitteln. Die AGR-Modifikatorkalibrierung 152 kompensiert einen zusätzlichen Sauerstoffgehalt in dem nicht verbrannten Biodieselkraftstoff durch die AGR. Der AGR-Modifikator weist einen Wert von 1,0 für 0%BV Dieselkraftstoff auf, und er nimm progressiv von 1,0 bis zu einer relativ geringen Größe ab, z.B. auf 0,05, wenn das Verhältnis der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) mit einer Zunahme der Biodiesel-Kraftstoffmischung zunimmt. Diese Kalibrierung dient dazu, den AGR-Prozentanteil in einer Zylinderladung mit einer Zunahme der Biodiesel-Kraftstoffmischung zu verringern. Der AGR-Modifikator 151 wird mit dem Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 multipliziert, um einen modifizierten Kraftstoffbefehl 153 zu ermitteln. Eine AGR-Kalibrierungstabelle 155 erzeugt das AGR-Steuersignal 33, das eine bevorzugte AGR-Rate für den modifizierten Kraftstoffbefehl 153 bei der gegenwärtigen Motordrehzahl 25 ist. Die AGR-Kalibrierungstabelle 155 wird unter Verwendung eines Betriebs des Motors 10 mit 0%BV Dieselkraftstoff und unter Verwendung von Kalibrierungsprozessen entwickelt, die Fachleuten bekannt sind. Somit nimmt die AGR-Rate (d.h. der AGR-Prozentanteil für eine Zylinderladung) mit einer Zunahme der Biodiesel-Kraftstoffmischung ab, um die NO_x-Emissionen aus dem Motor bei bekannten Niveaus aufrecht zu erhalten.
5-2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des adaptiven MAF-Controllers 150 zum Erzeugen des ECT-Steuersignals 15. Der Kraftstoffparameter 135 des Verhältnisses der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) wird durch eine MAF-Modifikatorkalibrierung 162 verwendet, um einen MAF-Modifikator 161 zu ermitteln. Der MAF-Modifikator weist einen Wert von 1,0 für 0%BV Dieselkraftstoff auf, und er nimmt progressiv von 1,0 auf eine relativ geringe Größe ab, z.B. auf 0,05, wenn das Verhältnis der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) mit einer Zunahme der Biodiesel-Kraftstoffmischung zunimmt. Diese Kalibrierung dient dazu, die Masse der Einlassluft in einer Zylinderladung mit einer Zunahme der Biodiesel-Kraftstoffmischung zu verringern. Der MAF-Modifikator 161 wird mit dem Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 multipliziert, um einen modifizierten Kraftstoffbefehl 153 zu ermitteln. Eine MAF-Kalibrierungstabelle 165 erzeugt das ETC-Steuersignal 15, das einer bevorzugten MAF für den modifizierten Kraftstoffbefehl 163 bei der gegenwärtigen Motordrehzahl 25 zugeordnet ist. Die MAF-Kalibrierungstabelle 165 wird unter Verwendung eines Betriebs des Motors 10 mit 0%BV Dieselkraftstoff und unter Verwendung von Kalibrierungsprozessen entwickelt, die Fachleuten bekannt sind. Daher nimmt die Einlassluft (d.h. die Frischluftladung für eine Zylinderladung) mit einer Zunahme der Biodiesel-Kraftstoffmischung ab, um die NO_x-Emissionen aus dem Motor aufrecht zu erhalten oder zu verringern.
5-3 zeigt schematisch eine Ausführungsform des adaptiven Kraftstoffleistendruckcontrollers 170 zum Erzeugen des Kraftstoffdruck-Steuersignals 53. Eine Kraftstoffleistendrucktabelle 175 erzeugt das Kraftstoffdruck-Steuersignal 53, das einem bevorzugten Kraftstoffleistendruck für den Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 bei der gegenwärtigen Motordrehzahl 25 zugeordnet ist. Die Kraftstoffleistendrucktabelle wird unter Verwendung eines Betriebs des Motors 10 mit 0%BV Dieselkraftstoff und unter Verwendung von Kalibrierungsprozessen entwickelt, die Fachleuten bekannt sind.
5-4 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Ladedruckcontrollers 180 zum Erzeugen des Kompressorladedruckbefehls 39, bei welcher das Biodiesel-Mischungsverhältnis berücksichtigt wird, um einen Druckstoß des Kompressors zu steuern und zu verhindern, wodurch eine Verringerung des Motordrehmoments bei geringen Motordrehzahlen und -lasten bei einem erhöhten Biodiesel-Kraftstoffverhältnis kompensiert wird. Eine Ladedruck-Kalibrierungstabelle 185 erzeugt einen anfänglichen Kompressorladedruckbefehl 39', der einem bevorzugten Kompressorladedruck für den Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 bei der gegenwärtigen Motordrehzahl 25 zugeordnet ist. Die Ladedruck-Kalibrierungstabelle 185 wird unter Verwendung eines Betriebs des Motors 10 mit 0%BV Dieselkraftstoff und unter Verwendung von Kalibrierungsprozessen entwickelt, die Fachleuten bekannt sind.
Eine Druckstoß-Grenzfunktion 181 wird für das Einlassluft-Kompressorsystem 38 entwickelt, und sie umfasst die Separierung des Betriebs des Einlassluft-Kompressorsystems 38 in Bereiche der Stabilität und der Instabilität. Die Druckstoß-Grenzfunktion 181 ist graphisch mit einem Kompressoreinlassdruck P_a an der y-Achse dargestellt und bezogen auf den Motorbetrieb aufgetragen, wie es hierin beschrieben ist. Die Druckstoß-Grenzfunktion 181 umfasst eine Grenze 182 für den zulässigen Ladedruck, die den Betrieb des Kompressors in einen stabilen Bereich 184 und einen instabilen Bereich 186 teilt. Ein Druckstoß tritt auf, wenn der Kompressor in dem instabilen Bereich 186 arbeitet, und er wird durch eine Abnahme der Einlassluft-Massenströmungsrate oder eine Zunahme des Entladungsdrucks bewirkt, d.h. des Einlasskrümmerdrucks. Der Ausdruck Druckstoß beschreibt eine zyklische Strömung und Rückströmung von komprimierter Einlassluft, welche von starken Schwingungen, Druckschockwellen und einem schnellen Temperaturanstieg in dem Kompressor begleitet sind. Ständige Druckstöße können das Einlassluft-Kompressorsystem 38 oder andere Elemente des Motors 10 beschädigen und deren Lebensdauer verkürzen.
Die Druckstoß-Grenzfunktion 181 wird verwendet, um einen maximalen zulässigen Ladedruck P _im 183 zu ermitteln, der ein Punkt auf der Grenze 182 für den zulässigen Ladedruck ist, der bezogen auf den gegenwärtigen Motorbetrieb wie folgt ermittelt wird, der eine Einlassluft-Massenströmungsrate ̇̇ṁ_a, eine Einlasslufttemperatur T_a stromaufwärts des Kompressors und einen Kompressoreinlassdruck P_a umfasst. ${\bar{P}}_{im} = P_{a} \cdot f (\frac{{\dot{m}}_{a} \sqrt{T_{a}}}{P_{a}})$
Die Grenze 182 für den zulässigen Ladedruck zeigt die maximalen zulässigen Ladedrücke P _im 183 für einen Bereich von Werten des Kompressoreinlassdrucks P_a. Wie einzusehen ist, verringert der adaptive MAF-Controller 150 zum Erzeugen des ETC-Steuersignals 15 die Einlassluft-Massenströmungsrate ̇̇ṁ_a, wenn das Biodiesel-Mischungsverhältnis zunimmt, und dadurch nimmt der maximal zulässige Ladedruck P _im 183 entsprechend ab, wie es durch Gleichung 1 angegeben wird. Der maximal zulässige Ladedruck P _im 183 und der anfängliche Kompressorladedruckbefehl 39' werden verglichen, und ein minimaler der zwei Drücke wird als der Kompressorladedruckbefehl 39 ausgewählt (187). Der Kompressorladedruckbefehl 39 wird in ein Regelungsschema eingegeben, das einen PID-Controller 189 umfasst, um das Einlassluft-Kompressorsystem 38 unter Verwendung des Kompressoreinlassdrucks P_a als Rückkopplung zu steuern. Somit berücksichtigt der Betrieb des Motors das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs, um den Motorbetrieb während des laufenden Betriebs in dem stabilen Bereich 184 zu steuern. Dieser Prozess passt den Kompressorladedruckbefehl 39 in Ansprechen auf eine Änderung in dem Biodiesel-Mischungsverhältnis an, während ein Schutz vor einem Druckstoß des Kompressors ermöglicht wird.
Der maximale Ladedruck P _im 183 wird auch mit dem Kompressoreinlassdruck P_a verglichen (190), um eine Druckdifferenz (ΔP) 191 zu ermitteln. Die Druckdifferenz (ΔP) 191 wird in ein zweites AGR-Steuerschema 158 eingegeben, das einen zweiten PID-Controller 159 zum Erzeugen eines angepassten AGR-Steuersignals 33' verwendet, um den Betrieb des AGR-Ventils 32 zu steuern und die Größe der AGR-Strömung unter speziellen Umständen anzupassen. Der Zweck des zweiten AGR-Steuerschemas 158 ist es, die Einlassluftströmung zu erhöhen, indem die AGR-Strömung verringert wird. Ein solches Steuerschema kann verwendet werden, um eine relativ langsame Ansprechzeit des Einlassluft-Kompressorsystems 38 zu kompensieren und um dadurch eine Möglichkeit für einen Druckstoß in dem Einlassluft-Kompressorsystem 38 aufgrund einer Änderung in dem Biodiesel-Mischungsverhältnis zu verhindern.
5-5 zeigt schematisch einen Teil einer zweiten Ausführungsform des Ladedruckcontrollers 180', der unter Bezugnahme auf 5-4 dargestellt ist und eine zweite Ausführungsform der Druckstoß-Grenzfunktion 181' umfasst. Der Ladedruckcontroller 180' kann verwendet werden, um den Kompressorladedruckbefehl 39 unter Berücksichtigung eines Druckstoßes des Kompressors und des Biodiesel-Mischungsverhältnisses mit einer bestimmten Toleranz für den Betrieb des Einlassluft-Kompressorsystems 38 zu erzeugen, wenn der Betriebspunkt des Einlassluft-Kompressorsystems 38 nicht in der Nähe der Grenze 182 für den zulässigen Ladedruck liegt.
Die Grenze 182 für den zulässigen Ladedruck zeigt die maximalen zulässigen Ladedrücke P _im 183 für einen Bereich von Werten des Kompressoreinlassdrucks P_a, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 5.4 gezeigt ist. Es werden modifizierte zulässige Ladedrücke ${\bar{\bar{P}}}_{im}$
195 bezogen auf den maximalen zulässigen Ladedruck P _im 183 ermittelt, welche bezogen auf den gegenwärtigen Motorbetrieb wie folgt ermittelt werden, der eine Luftmassenströmungsrate ṁ_a, die Einlasslufttemperatur T_a und den Kompressoreinlassdruck P_a umfasst. ${\bar{\bar{P}}}_{im} = P_{a} \cdot f (\frac{{\dot{m}}_{a} \sqrt{T_{a}}}{P_{a}}) - Δ P (\frac{{\dot{m}}_{a} \sqrt{T_{a}}}{P_{a}})$
Die modifizierte Grenze 192 zeigt die modifizierten zulässigen Ladedrücke ${\bar{\bar{P}}}_{im}$
195 über einen Bereich von Werten des Kompressoreinlassdrucks P_a mit einem eingebundenen Sicherheitsfaktor, der durch ΔP repräsentiert wird. Wie es einzusehen ist, ist der erste Term von Gleichung 2 der maximale zulässige Ladedruck P _im 183. Wie es angegeben ist, bleibt der instabile Bereich 186 durch die Einführung der modifizierten Grenze 192 unverändert. Der stabile Bereich (auf den bei 5-4 Bezug genommen wird) wird in einen ersten stabilen Bereich 184' und einen zweiten stabilen Bereich 188 separiert.
Der erste stabile Bereich 184' gibt einen Motorbetrieb an, bei dem der Ladedruck P_im kleiner als der modifizierte zulässige Ladedruck ${\bar{\bar{P}}}_{im}$
195 ist, der unter Verwendung von Gleichung 2 berechnet wird. Während des laufenden Betriebs des Motors 10 in dem ersten stabilen Bereich 184' wird der Betrieb des Motors gesteuert, indem das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs zum Steuern des Motorbetriebs berücksichtigt wird.
Der zweite stabile Bereich 188 gibt einen Motorbetrieb an, bei dem der Ladedruck P_im, d.h. der MAP 27, größer als der modifizierte zulässige Ladedruck ${\bar{\bar{P}}}_{im}$
195 ist, der unter Verwendung von Gleichung 2 berechnet wird, aber kleiner als der maximale zulässige Ladedruck P _im 183. Während des laufenden Betriebs des Motors 10 in dem zweiten stabilen Bereich 188 wird der Betrieb des Motors unter Verwendung des Ladedruckcontrollers 180 gesteuert, um den Kompressorladedruckbefehl 39 unter Verwendung von Standardwerten zum Steuern der AGR-Strömungsrate und der Einlassluftmasse zu erzeugen, ohne das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs zum Steuern des Motorbetriebs zu kompensieren. Diese Ausführungsform ermöglicht einen erhöhten Ladedruck, wenn der Motor in der Nähe der Grenze 182 für den zulässigen Ladedruck betrieben wird, trotz eines Risikos von erhöhten NO_x-Emissionen aus dem Motor, die in dem Abgasnachbehandlungssystem behandelt werden können.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Motors (10) mit Kompressionszündung, umfassend, dass: eine Kraftstoffzufuhr des Motors (10), ein Kompressorladedruck und ein AGR-Gehalt in einer Zylinderladung gesteuert werden, um einen Betrieb des Motors (10) in Ansprechen auf ein Biodiesel-Mischungsverhältnis einer Biodiesel-Kraftstoffmischung aufrecht zu erhalten; ein Verhältnis einer stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) ermittelt wird, welches das Verhältnis eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses reinen Dieselkraftstoffs (RD) und des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Biodiesel-Kraftstoffmischung (BD) ist; ein AGR-Modifikator (151) basierend auf dem Verhältnis der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) ermittelt wird; und ein Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl (137) basierend auf einer Motordrehmomentanforderung (55') ermittelt wird; der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl (137) mit dem AGR-Modifikator (151) multipliziert wird, um einen modifizierten Kraftstoffbefehl (153) zu ermitteln; und der AGR-Gehalt in der Zylinderladung angepasst wird, indem ein AGR-Steuersignal (33), das eine bevorzugte AGR-Rate für den modifizierten Kraftstoffbefehl (153) bei einer gegenwärtigen Motordrehzahl (25) ist, mittels einer AGR-Kalibrierungstabelle (155) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern der Kraftstoffzufuhr des Motors (10) in der Zylinderladung zum Aufrechterhalten des Betriebs des Motors (10) in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis umfasst, dass die Kraftstoffzufuhr des Motors (10) basierend auf dem Energieinhalt der Biodiesel-Kraftstoffmischung gesteuert wird, um eine Motordrehmomentausgabe aufrecht zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern der Kraftstoffzufuhr des Motors (10) zum Aufrechterhalten des Betriebs des Motors (10) in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis umfasst, dass: ein unterer Heizwert der Biodiesel-Kraftstoffmischung ermittelt wird; und der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl bezogen auf den unteren Heizwert der Biodiesel-Kraftstoffmischung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass eine Luftmassenströmung des Motors (10) in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Steuern der Luftmassenströmung des Motors (10) in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis umfasst, dass: ein Verhältnis einer stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung für die Biodiesel-Kraftstoffmischung ermittelt wird; und die Luftmassenströmung des Motors (10) basierend auf dem Verhältnis der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung für die Biodiesel-Kraftstoffmischung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern des Kompressorladedrucks zum Aufrechterhalten des Betriebs des Motors (10) in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis umfasst, dass: ein anfänglicher Kompressorladedruckbefehl (39') basierend auf einem bevorzugten Kompressorladedruck für den Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl (137) bei einer gegenwärtigen Motordrehzahl (25) ermittelt wird; ein erster stabiler Bereich und ein zweiter stabiler Bereich ermittelt werden, wobei der erste stabile Bereich einem Betrieb des Motors (10) zugeordnet ist, bei welchem der Ladedruck kleiner als ein modifizierter zulässiger Ladedruck ist, und wobei der zweite stabile Bereich einem Betrieb des Motors (10) zugeordnet ist, bei welchem der Ladedruck zwischen dem modifizierten zulässigen Ladedruck und einem maximalen zulässigen Ladedruck liegt, der auf einer Kompressor-Druckstoßgrenze basiert; und der Betrieb des Motors (10) während des Motorbetriebs in dem ersten stabilen Bereich basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis gesteuert wird und der Betrieb des Motors (10) während des Motorbetriebs in dem zweiten stabilen Bereich ohne Berücksichtigung des Biodiesel-Mischungsverhältnisses gesteuert wird.
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) unter Verwendung einer Biodiesel-Kraftstoffmischung, umfassend, dass: ein nomineller Kraftstoffzufuhrbefehl (137) in Ansprechen auf eine Motordrehmomentanforderung (55') ermittelt wird; ein Biodiesel-Mischungsverhältnis der Biodiesel-Kraftstoffmischung ermittelt wird; der nominelle Kraftstoffzufuhrbefehl (137) basierend auf einem Heizwert der Biodiesel-Kraftstoffmischung angepasst wird; ein Kompressorladedruckbefehl basierend auf dem nominellen Kraftstoffzufuhrbefehl (137) gesteuert wird; ein Kraftstoffleistendruckbefehl basierend auf dem nominellen Kraftstoffzufuhrbefehl (137) gesteuert wird; und ein AGR-Befehl und ein Luftmassenströmungsbefehl basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis gesteuert werden, wobei das Steuern des AGR-Befehls umfasst, dass: ein Verhältnis einer stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) ermittelt wird, welches das Verhältnis eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses reinen Dieselkraftstoffs (RD) und des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Biodiesel-Kraftstoffmischung (BD) ist; ein AGR-Modifikator (151) basierend auf dem Verhältnis der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung (AFR_stRD/AFR_stBD) ermittelt wird; und der nominelle Kraftstoffzufuhrbefehl (137) mit dem AGR-Modifikator (151) multipliziert wird, um einen modifizierten Kraftstoffbefehl (153) zu ermitteln; und ein AGR-Steuersignal (33), das eine bevorzugte AGR-Rate für den modifizierten Kraftstoffbefehl (153) bei einer gegenwärtigen Motordrehzahl (25) ist, mittels einer AGR-Kalibrierungstabelle (155) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Steuern des Luftmassenströmungsbefehls basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis umfasst, dass: ein Verhältnis einer stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung für die Biodiesel-Kraftstoffmischung ermittelt wird; und der Luftmassenströmungsbefehl basierend auf dem Verhältnis der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verbrennung angepasst wird.