DE102014201853A1

DE102014201853A1 - System und Verfahren zum Ausgleich von Biodiesel-Kraftstoff

Info

Publication number: DE102014201853A1
Application number: DE102014201853.6A
Authority: DE
Inventors: Eric Matthew Kurtz; Paul Joseph Tennison
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2014-08-07
Also published as: CN103982310B; US9255542B2; CN103982310A; US20140222314A1; RU145307U1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zur Einstellung mehrerer einem Zylinder während eines Zyklus des Zylinders zugeführter Kraftstoffeinspritzungen beschrieben. In einem Beispiel werden Kraftstoffmengen als Reaktion auf eine Biodieselkonzentration in einem Motor zugeführtem Kraftstoff eingestellt.

Description

Dieselkraftstoff kann Verbrauchern mit unterschiedlichen Biodieselkonzentrationen zugeführt werden. Einige Dieselkraftstoffe enthalten möglicherweise keinen Biodiesel, während andere Dieselkraftstoffe 20% Biodiesel enthalten können. Folglich kann sich eine Biodieselkonzentration in dem an Bord eines Fahrzeugs gespeicherten Kraftstoff in Abhängigkeit von dem dem Fahrzeug beim Auffüllen zugeführten Kraftstoff und von an Bord des Fahrzeugs vor dem Auffüllen gespeichertem Kraftstoff ändern.
Biodiesel weist im Vergleich zu fossilem Dieselkraftstoff eine höhere im Kraftstoff enthaltene Sauerstoffkonzentration auf. Biodiesel hat auch eine geringere Energiedichte im Vergleich zu fossilem Dieselkraftstoff, so dass einem Motor möglicherweise zusätzlicher Biodiesel zugeführt werden muss, um eine äquivalente Energiemenge im Vergleich zu der Verbrennung von fossilem Dieselkraftstoff zu erzeugen. Bei der Verbrennung von Biodiesel in einem Motor kann folglich ein erhöhtes Fahrerwunschmoment zum Ausgleich des niedrigeren Energiegehalts von Biodiesel den Ladedruck und den Einspritzdruck erhöhen und die AGR-Menge verringern, wodurch NOx-Emissionen erhöht werden. Deshalb können Motorkraftstoffökonomie und Emissionen beeinträchtigt werden, wenn Biodiesel im Dieselkraftstoff nicht erfasst und ausgeglichen wird.
Die vorliegenden Erfinder haben die oben erwähnten Nachteile erkannt und haben ein Verfahren entwickelt, das Folgendes umfasst: Einstellen einer eingespritzten Kraftstoffmenge als Reaktion auf eine Biodieselkonzentration in einem Motor zugeführtem Kraftstoff; und Einstellen einer in Kraftstoffvoreinspritzungen eingespritzten Kraftstoffmenge und einer in einer Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Biodieselkonzentration, wobei die Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung mit einer schnelleren Rate ansteigt als die während der Kraftstoffvoreinspritzungen eingespritzte Kraftstoffmenge.
Durch Einstellen einer Kraftstoffmenge, die in Motorzylindern eingespritzt wird, und von Kraftstoffmengen, die während Kraftstoffvor- und -haupteinspritzungen eingespritzt werden, als Reaktion auf eine Biodieselkonzentration kann es möglich sein, Motor-NOx-Emissionen zu reduzieren und die Kraftstoffökonomie zu verbessern. Insbesondere kann eine bei der Verbrennung von Biodiesel beobachtete Verringerung der Kraftstoffökonomie und Erhöhung der NOx-Emissionen gegen eine Erhöhung der Partikelemissionen eingetauscht werden, die bei der Verbrennung von Biodiesel abnehmen können. Des Weiteren kann Harnstoff eingespart werden, wenn das hier beschriebene Verfahren befolgt wird.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Insbesondere kann der Ansatz Motoremissionen reduzieren, wenn Biodiesel verbrannt wird. Darüber hinaus kann der Ansatz im Vergleich zu Betrieb eines Motors, der Biodiesel unter Bedingungen verbrennt, die der Verbrennung von fossilem Dieselkraftstoff ähneln, auch die Kraftstoffökonomie erhöhen.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, alleine betrachtet oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, leicht hervor.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors;
2 zeigt Signale die unter Bedingungen von Interesse sind, unter denen verschiedene Biodiesel-Kraftstoffkonzentrationen verbrannt werden; und
3 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Detektion und zum Ausgleich verschiedener Biodieselgehalte.
Die vorliegende Beschreibung betrifft den Ausgleich der Verbrennung von Kraftstoffen, die verschiedene Biodieselkonzentrationen aufweisen. 1 zeigt ein Beispiel eines aufgeladenen Dieselmotors, bei dem das Verfahren von 3 Motoraktuatoren einstellen kann, um Motoremissionen, -leistung und/oder Kraftstoffökonomie zu verbessern. 2 zeigt ein Beispiel für simulierte Kraftstoffeinspritzzeitpunkte zum Ausgleich der Verbrennung von Kraftstoffen, die verschiedene Biodieselkonzentrationen aufweisen.
Auf 1 Bezug nehmend, wird ein mehrere Zylinder, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt wird, umfassender Verbrennungsmotor 10 durch die elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 enthält eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36, der mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer 30 steht in der Darstellung über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 und einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Die Stellung des Einlassnockens 51 kann durch den Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Stellung des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
In der Darstellung ist das Kraftstoffeinspritzventil 66 so positioniert, dass es den Kraftstoff direkt in die Brennkammer 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 liefert Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW von der Steuerung 12. Kraftstoff wird von einem Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank 95, eine Kraftstoffpumpe 91, ein Kraftstoffpumpensteuerventil 93 und eine (nicht gezeigte) Kraftstoff-Verteilerleitung enthält, an das Kraftstoffeinspritzventil 66 geliefert. Durch das Kraftstoffsystem gelieferter Kraftstoffdruck kann durch Ändern eines Stellungsventilregelstroms zu einer (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe eingestellt werden. Darüber hinaus kann ein Dosierventil für Kraftstoffregelung mit geschlossenem Kreis in oder nahe der Kraftstoff-Verteilerleitung positioniert sein. Ein Pumpendosierventil kann auch Kraftstoffstrom zu der Kraftstoffpumpe regeln, wodurch zu einer Hochdruckkraftstoffpumpe gepumpter Kraftstoff reduziert wird.
Der Einlasskrümmer 44 steht in der Darstellung mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung, die eine Position der Drosselklappenplatte 64 verstellt, um Luftstrom von einer Einlassverstärkerkammer 46 zu steuern. Der Verdichter 162 zieht Luft aus dem Lufteinlass 42 zur Versorgung der Verstärkerkammer 46. Abgase drehen die Turbine 164, die über die Welle 161 mit dem Verdichter 162 verbunden ist. In einigen Beispielen kann ein Ladeluftkühler vorgesehen sein. Die Verdichterdrehzahl kann über Einstellung einer Stellung einer Steuerung 72 für verstellbare Leitschaufeln oder das Verdichterbypassventil 158 eingestellt werden. In alternativen Beispielen kann ein Wastegate 74 die Steuerung 72 für die verstellbaren Leitschaufeln ersetzen oder zusätzlich dazu verwendet werden. Die Steuerung 72 für die verstellbaren Leitschaufeln stellt eine Stellung der Leitschaufeln einer Turbine mit variabler Geometrie ein. Abgase können die Turbine 164 durchströmen und wenig Energie zur Drehung der Turbine 164 bereitstellen, wenn sich die Leitschaufeln in einer geöffneten Stellung befinden. Abgase können die Turbine 164 durchströmen und die Turbine 164 mit einer erhöhten Kraft beaufschlagen, wenn sich die Leitschaufeln in einer geschlossenen Stellung befinden. Alternativ ermöglicht das Wastegate 74, dass Abgase um die Turbine 164 herum strömen, um die Menge an Energie, die der Turbine zugeführt wird, zu verringern. Das Verdichterbypassventil 158 ermöglicht, dass komprimierte Luft am Auslass des Verdichters 162 zum Eingang des Verdichters 162 zurückgeführt wird. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Verdichters 162 verringert werden, um den Durchfluss des Verdichters 162 zu beeinflussen und die Möglichkeit eines Pumpens des Verdichters zu reduzieren.
Verbrennung wird in der Brennkammer 30 eingeleitet, wenn sich Kraftstoff automatisch entzündet bei Annäherung an den oberen Totpunkt im Verdichtungshub durch den Kolben 36. In einigen Beispielen kann eine UEGO-Sonde (UEGO – Universal Exhaust Gas Oxygen, Universal-Abgas-Sauerstoffgehalt) 126 stromaufwärts einer Emissionsvorrichtung 70 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden sein. In anderen Beispielen kann die UEGO-Sonde stromabwärts einer oder mehrerer Abgasnachbehandlungsvorrichtungen positioniert sein. Des Weiteren kann die UEGO-Sonde in einigen Beispielen durch einen NOx-Sensor ersetzt werden, der sowohl NOx- als auch Sauerstofferfassungselemente aufweist.
Bei niedrigeren Motortemperaturen kann die Glühkerze 68 elektrische Energie in Wärmeenergie umwandeln, um eine Temperatur in der Brennkammer 30 zu erhöhen. Durch Erhöhen der Temperatur der Brennkammer 30 kann es leichter sein, ein Zylinder-Luft-Kraftstoff-Gemisch über Kompression zu zünden.
Die Emissionsvorrichtung 70 kann in einem Beispiel einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter enthalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen, jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. Die Emissionsvorrichtung 70 kann in einem Beispiel einen Oxidationskatalysator enthalten. In anderen Beispielen kann die Emissionsvorrichtung einen NOx-Speicherkatalysator oder einen SCR (Katalysator zur selektiven Reduktion) und/oder einen Dieselpartikelfilter (DPF) enthalten. Kraftstoff kann über ein Einspritzventil 89 stromaufwärts der Emissionsvorrichtung 70 eingespritzt werden, um eine exotherme Reaktion bereitzustellen. Ein stromaufwärtiger Temperatursensor 79 und ein stromabwärtiger Temperatursensor 81 liefern Abgastemperaturmessungen zur Bestimmung der Änderung der Abgastemperatur über die Emissionsvorrichtung 70. Als Alternative dazu enthält eine Kohlenwasserstoffverbrennungsvorrichtung 83 ein Kraftstoffeinspritzventil und eine Glühkerze zur Erwärmung der Emissionsvorrichtung 70.
Abgasrückführung (AGR) kann für den Motor über das AGR-Ventil 80 bereitgestellt werden. Das AGR-Ventil 80 ist ein Dreiwegeventil, das schließt oder gestattet, dass Abgas von stromabwärts der Emissionsvorrichtung 70 zu einer Stelle im Motorlufteinlasssystem stromaufwärts des Verdichters 162 strömt. In anderen Beispielen kann AGR von stromaufwärts der Turbine 164 zum Einlasskrümmer 44 strömen. AGR kann den AGR-Kühler 85 umgehen, oder AGR kann als Alternative über Durchströmen des AGR-Kühlers 85 gekühlt werden. In anderen Beispielen kann ein Hochdruck- und Niederdruck-AGR-System bereitgestellt werden.
In der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, einen Nurlesespeicher (ROM) 106, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen herkömmlichen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 empfängt in der Darstellung neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, darunter die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen mit einem Fahrpedal 130 gekoppelten Positionssensor 134 zur Erfassung der durch den Fuß 132 eingestellten Fahrpedalstellung; eine Messung eines Motorkrümmerdrucks (MAP) von dem mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 121; Ladedruck vom Drucksensor 122; Sauerstoffkonzentration im Abgas vom Sauerstoffsensor 126; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung von in den Motor eintretender Luftmasse von dem Sensor 120 (zum Beispiel einem Heißdraht-Luftmengenmesser); und eine Messung der Drosselklappenstellung vom Sensor 58. Es kann auch Barometerdruck zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse, aus denen die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
Im Betrieb erfährt jeder Zylinder im Motor 10 in der Regel einen Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Ansaughub (INT), den Verdichtungshub (COMP), den Arbeitshub (EXP) und den Auslasshub (EXH). Während des Ansaughubs schließt sich allgemein das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Brennkammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird in der Regel von dem Fachmann als unterer Totpunkt (uT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 an seinem Hubende befindet und der am nächsten zum Zylinderkopf liegt (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (oT) bezeichnet. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. In einigen Beispielen kann Kraftstoff während eines einzigen Zylinderzyklus mehrmals in einen Zylinder eingespritzt werden.
Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch Kompressionszündung gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 36 zum uT zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum oT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel beschrieben wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberlappung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern. Des Weiteren kann in einigen Beispielen ein Zweitaktprozess anstatt eines Viertaktprozesses verwendet werden.
Somit stellt das System von 1 ein Motorsystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Kompressionszündungsmotor, der eine Brennkammer enthält; ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff direkt in die Brennkammer einspritzt; und ein Steuersystem, das ein in einem nichtflüchtigen Medium gespeichertes Computerprogramm mit ausführbaren Anweisungen zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder, einschließlich Kraftstoffvoreinspritzungen, einer Kraftstoffhaupteinspritzung und Nachverbrennungskraftstoffeinspritzungen als Reaktion auf eine Biodieselkonzentration von dem Motor zugeführtem Kraftstoff, enthält.
In einem Beispiel umfasst das Motorsystem ferner zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Temperatur während Dieselpartikelfilterregeneration. Ferner umfasst das Motorsystem zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Ausgabe von einem Sauerstoffsensor. Ferner umfasst das Motorsystem zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Ausgabe von einem NOx-Sensor. Ferner umfasst das Motorsystem zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Ausgabe von einem Zylinderdrucksensor. Ferner umfasst das Motorsystem zusätzliche Anweisungen zur Verstellung der Kraftstoffeinspritzsteuerung nach früh als Reaktion auf eine zunehmende Biodieselkonzentration. Ferner umfasst das Motorsystem zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf ein Kraftstoffeinfüllereignis.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, werden Signale gezeigt, die während eines Zeitraums von Interesse sind, während dessen die Biodieselkonzentration in dem einem Motor zugeführten Kraftstoff erhöht ist. Die Signale und Sequenzen von 2 können durch das in 1 gezeigte System, das das Verfahren von 3 ausgeführt, bereitgestellt werden. Ein Motor wird mit im Wesentlichen gleicher Drehzahl- und Drehmomentanforderung für alle gezeigten Zylinderzyklen betrieben, so dass Kraftstoffeinstellungen und Auswirkungen der Kraftstoffeinstellungen unter ähnlichen Bedingungen dargestellt werden können. Obgleich nur die Kraftstoffeinspritzung für Zylinder Nummer eins gezeigt wird, erfolgt Kraftstoffeinspritzung für andere Motorzylinder auf ähnliche Weise. Des Weiteren dienen die Kraftstoffsteuerung und – -mengen lediglich Darstellungszwecken und sollen den Schutzbereich oder Umfang der Beschreibung nicht einschränken.
Das erste Diagramm von oben von 2 stellt den Zylinderhub eines Zylinders eines Motors dar. Die X-Achse ist zu einer Reihe von Segmenten unterbrochen, die den Zylinderhub identifizieren, in dem sich Zylinder Nummer eins befindet, während die Zeit von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur zunimmt. Der Auslasshub wird mit Aus. abgekürzt, während der Ansaug-, Verdichtungs- und Arbeitshub mit Ans., Komp. bzw. Arb. abgekürzt werden. Zwischen vertikalen Zeitmarkierungen T₁–T₄ werden Zeitunterbrechungen durch 2 parallele (S-förmige) Schlangenlinien-Markierungen entlang der X-Achse gezeigt. Die Zeitunterbrechungen können über mehrere Zylinderzyklen oder über einen längeren Zeitraum verlaufen. Somit zeigt 2 einen Zeitverlauf oder Zylinderzyklen sich ändernder Signale.
Das zweite Diagramm von oben von 2 stellt die Kraftstoffeinspritzsteuerung während eines Zylinderzyklus dar. Die Impulsbreiten 250–254 weisen eine unterschiedliche Breite auf, und die Breite gibt die während des Impulses eingespritzte Kraftstoffmenge an. Je breiter der Impuls ist, desto größer ist die Kraftstoffmenge, die während des Impulses in den Zylinder eingespritzt wird.
Das dritte Diagramm von oben von 2 stellt den Kraftstoffdruck des zu den gezeigten Zeitpunkten in einen Zylinder eingespritzten Kraftstoffs dar. Die Y-Achse stellt den Kraftstoffdruck dar, und der Kraftstoffdruck nimmt in Richtung des Pfeils der Y-Achse zu. Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Figur zu.
Das vierte Diagramm von oben von 2 stellt den Ladedruck in einer Aufladekammer stromabwärts eines dem Motor Luft zuführenden Verdichters dar. Der Ladedruck nimmt in Richtung des Pfeils der Y-Achse zu. Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Figur zu.
Das fünfte Diagramm von oben von 2 stellt die Biodieselkonzentration in dem Motor über Kraftstoffeinspritzung zugeführten Kraftstoff dar. Die Biodieselkonzentration nimmt in Richtung des Pfeils der Y-Achse zu. Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken Seite zur rechten Seite der Figur zu.
Das sechste Diagramm von oben von 2 stellt die Abgasrückführungs(AGR-)Menge dar. Die AGR-Menge (zum Beispiel die AGR-Masse) nimmt in Richtung des Pfeils der Y-Achse zu. Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken Seite zur rechten Seite der Figur zu.
Zum Zeitpunkt T₀ wird der Motor in einem Zylinderzyklus mit einem Kraftstoff, der eine erste geringere Biodieselkonzentration enthält, betrieben. Der Kraftstoffeinspritzdruck befindet sich auf einer größeren Höhe als der Ladedruck. Die AGR-Menge befindet sich auf einer niedrigeren Höhe.
Zum Zeitpunkt T₁ beginnt ein neuer Zylinderzyklus, und der Motor wird weiter mit einem Kraftstoff betrieben, der eine erste geringere Biodieselkonzentration enthält. Kraftstoff wird in einer ersten Menge eingespritzt, die über die Dauer 202 verläuft. Die Kraftstoffeinspritzung besteht aus zwei Kraftstoffvoreinspritzungen 250 und 252 sowie einer Kraftstoffhaupteinspritzung 254. Die beiden Kraftstoffvoreinspritzungen sind von kurzer Dauer und steuern Verbrennungsgeräusche und beeinflussen die Partikelbildung im Zylinder. Die Verbrennung von Dieselkraftstoff, der keinen Biodiesel enthält, kann im Vergleich zur Verbrennung von Dieselkraftstoff, der Biodiesel enthält, unter ähnlichen Bedingungen eine erhöhte Partikelbildung mit sich bringen. Der Kraftstoffdruck, der Ladedruck, die AGR-Menge und die Biodieselkonzentration bleiben auf der zum Zeitpunkt T₀ gezeigten Höhe. Zum Zeitpunkt T₂ hat die Biodieselkonzentration im Dieselkraftstoff zugenommen. Die Biodieselkonzentration eines Kraftstoffes kann wie in 3 beschrieben bestimmt werden. Die Kraftsfoffeinspritzsteuerung wird als Reaktion auf die erhöhte Biodieselkonzentration eingestellt. Insbesondere wird die Kraftstoffmenge erhöht, um eine Reduzierung des Energiegehalts des Biodiesels auszugleichen. Der Start des Einspritzzeitpunkts wird auch nach früh verstellt, um das Motordrehmoment zu verbessern, so dass möglicherweise weniger zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt werden muss, um die Änderung der Kraftstoffenergiedichte auszugleichen. Die Voreinspritzmenge bezüglich der Haupteinspritzmenge kann weiter erhöht werden, wenn der Start des Einspritzzeitpunkts nach früh verstellt wird. Die Kraftstoffvoreinspritzmengen werden durch einen ersten Biodieseleinstellungsfaktor eingestellt. Die Kraftstoffhaupteinspritzmenge wird durch einen zweiten Biodieseleinstellungsfaktor eingestellt, wobei der zweite Biodieseleinstellungsfaktor größer ist als der erste Biodieseleinstellungsfaktor. Folglich werden die Kraftstoffvoreinspritzmengen um weniger Kraftstoff erhöht als die Kraftstoffhaupteinspritzmenge. Mit Zunahme der Biodieselkonzentration verringert sich zum Beispiel der Kraftstoffanteil in den Voreinspritzungen und erhöht sich der Kraftstoffanteil in der Haupteinspritzung. Durch Einstellung der Kraftstoffvoreinspritzungen zur Erhöhung in einem geringeren Anteil als der Kraftstoffhauptimpuls kann der Zündzeitpunkt verzögert werden, wodurch die Verbrennungsgeräusche auf eine Höhe zunehmen können, die bei der Verbrennung von Kraftstoff mit einer geringeren Biodieselkonzentration erzeugt wird.
Der Ladedruck und der Kraftstoffdruck werden auch als Reaktion auf eine zunehmende Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Dieselkraftstoff reduziert. Biodiesel kann während der Verbrennung weniger Partikel erzeugen, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Aufladung des Motors reduziert werden können, ohne Partikelemissionspegel zu überschreiten. Folglich können Motorpumpverluste verringert werden, so dass die Motorkraftstoffökonomie erhöht werden kann. Darüber hinaus kann durch Verringern der Aufladung auch die Abgastemperatur erhöht werden, um den Wirkungsgrad von Nachbehandlungsvorrichtungen zu verbessern. Die AGR-Menge wird als Reaktion auf die steigende Biodieselkonzentration verringert, um die gleiche Sauerstoffkonzentration aufrechtzuerhalten wie während der Verbrennung von Dieselkraftstoff mit einer geringeren Biodieselkonzentration. Das Verringern des Ladedrucks verringert die Einlass-O₂-Konzentration und gestattet eine verringerte AGR-Menge, um die gleiche Einlass-O₂-Konzentration wie während der Verbrennung von fossilem Dieselkraftstoff aufrechtzuerhalten. Des Weiteren wird der Kraftstoffeinspritzdruck als Reaktion auf die Erhöhung der Biodieselkonzentration reduziert, um parasitäre Motorarbeit zu reduzieren, obgleich Partikelemissionen auf einen Pegel nahe Partikelemissionen, wenn der Motor Dieselkraftstoff mit einer geringeren Biodieselkonzentration verbrennt, zunehmen kann.
Zum Zeitpunkt T₃ hat die Biodieselkonzentration im Dieselkraftstoff weiter zugenommen. Die eingespritzte Kraftstoffmenge wird wieder erhöht, um die Reduzierung des Energiegehalts des Biodiesels auszugleichen. Der Einspritzzeitpunkt wird auch nach früh verstellt, um einen höheren Cetanwert des Biodiesels auszunutzen. Die Kraftstoffvoreinspritzmengen werden durch einen ersten Biodieseleinstellungsfaktor eingestellt. Die Kraftstoffhaupteinspritzmenge wird durch einen zweiten Biodieseleinstellungsfaktor eingestellt, wobei der zweite Biodieseleinstellungsfaktor größer ist als der erste Biodieseleinstellungsfaktor. Folglich werden die Kraftstoffvoreinspritzmengen um weniger Kraftstoff erhöht als die Kraftstoffhaupteinspritzmenge. Die Kraftstoffeinspritzdauer 206 wird im Vergleich zu den Kraftstoffeinspritzdauern 202 und 204 verlängert.
Der Ladedruck und der Kraftstoffdruck werden als Reaktion auf eine zunehmende Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Dieselkraftstoff auch wieder reduziert. Die AGR-Menge wird auch reduziert, so dass im Vergleich zu der Verbrennung von fossilem Dieselkraftstoff im Wesentlichen die gleiche Motoreinlass-O₂-Konzentration vorliegt. Darüber hinaus wird der Kraftstoffeinspritzdruck als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration reduziert, um parasitäre Motorarbeit zu reduzieren, obgleich Partikelemissionen auf einem Pegel nahe Partikelemissionen, wenn der Motor Dieselkraftstoff mit einer geringeren Biodieselkonzentration verbrennt, zunehmen können.
Zum Zeitpunkt T₄ hat die Biodieselkonzentration im Dieselkraftstoff weiter zugenommen. Die eingespritzte Kraftstoffmenge wird wieder erhöht, um die Reduzierung des Energiegehalts des Biodiesels auszugleichen. Der Einspritzzeitpunkt wird auch nach früh verstellt, um einen höheren Cetanwert des Biodiesels auszunutzen. Die Kraftstoffvoreinspritzmengen werden durch einen ersten Biodieseleinstellungsfaktor eingestellt. Die Kraftstoffhaupteinspritzmenge wird durch einen zweiten Biodieseleinstellungsfaktor eingestellt, wobei der zweite Biodieseleinstellungsfaktor größer ist als der erste Biodieseleinstellungsfaktor. Folglich werden die Kraftstoffvoreinspritzmengen um weniger Kraftstoff erhöht als die Kraftstoffhaupteinspritzmenge. Die Kraftstoffeinspritzdauer 208 wird im Vergleich zu den Kraftstoffeinspritzdauern 202, 204 und 206 verlängert.
Der Ladedruck, die AGR-Menge und der Kraftstoffdruck werden als Reaktion auf eine zunehmende Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Dieselkraftstoff auch reduziert. Darüber hinaus wird der Kraftstoffeinspritzdruck als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration reduziert, um parasitäre Motorarbeit zu reduzieren, obgleich Partikelemissionen auf einen Pegel nahe Partikelemissionen, wenn der Motor Dieselkraftstoff mit einer geringeren Biodieselkonzentration verbrennt, zunehmen können.
Auf diese Weise können Kraftstoffmengen zwischen mehreren einem Zylinder während eines Zylinderzyklus zugeführten Kraftstoffeinspritzungen über mehrere Verbrennungsereignisse eingestellt werden, um eine zunehmende Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Dieselkraftstoff auszugleichen. Des Weiteren wird der Start des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts mit Zunahme der Biodieselkonzentration nach früh verstellt, um einen höheren Cetanwert für Biodiesel auszunutzen.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, wird ein Verfahren zum Ausgleich der Biodieselkonzentration im Dieselkraftstoff gezeigt. Das Verfahren von 3 kann als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher in einem System, wie zum Beispiel dem in 1 gezeigten, gespeichert werden.
Bei 302 beurteilt das Verfahren 300, ob ein Kraftstoffeinfüllereignis erfolgt ist oder nicht. Ein Kraftstoffeinfüllereignis kann basierend auf einer Änderung eines durch einen Kraftstoffsensor angezeigten Kraftstofffüllstands bestimmt werden. Wenn das Verfahren 300 urteilt, dass ein Kraftstoffeinfüllereignis erfolgt ist, ist die Antwort ja, und das Verfahren 300 geht zu 330 über, ansonsten ist die Antwort nein, und das Verfahren 300 geht zu 304 über.
Bei 304 beurteilt das Verfahren 300, ob ein Intervall seit der letzten Kraftstoffeinfüllung unter einem Schwellwert liegt oder nicht. Das Intervall kann ein Zeitintervall, eine vom Motor verbrauchte Kraftstoffmenge, eine von dem Fahrzeug zurückgelegte Strecke oder ein anderes mit dem Fahrzeug in Verbindung stehendes Intervall sein. Wenn das Verfahren 300 urteilt, dass das Intervall seit der letzten Kraftstoffeinfüllung unter einem Schwellwert liegt, ist die Antwort ja, und das Verfahren 300 geht zu 306 über, ansonsten ist die Antwort nein, und das Verfahren 300 geht zum Ende.
Bei 306 beurteilt das Verfahren 300, ob die Schätzung der Biodieselkonzentration zu einem Wert konvergiert ist oder nicht. In einem Beispiel beurteilt das Verfahren 300, dass eine Biodieselkonzentration zu einem Wert konvergiert ist, wenn sich die Schätzung der Biodieselkonzentration über ein vorbestimmtes Zeitintervall um weniger als einen vorbestimmten Wert ändert. Das Zeitintervall kann bei Anzeige einer Kraftstoffauffüllung beginnen. Wenn das Verfahren 300 urteilt, dass die Schätzung der Biodieselkonzentration konvergiert ist, ist die Antwort ja und das Verfahren 300 geht zum Ende, ansonsten ist die Antwort nein, und das Verfahren 300 geht zu 308 über. Bei 308 beurteilt das Verfahren 300, ob ein Sauerstoffsensor im Motorauslasssystem vorgesehen ist oder nicht. Ein Sauerstoffsensor kann vorgesehen sein, wenn eine Variable im Speicher bestätigt wird. Wenn das Verfahren 300 urteilt, dass ein Sauerstoffsensor vorgesehen ist, ist die Antwort ja, und das Verfahren 300 geht zu 310 über, wo die Biodieselkonzentration über den Sauerstoffsensor bestimmt wird, ansonsten ist die Antwort nein, und das Verfahren 300 geht zu 312 über.
Bei 312 beurteilt das Verfahren 300, ob ein NOx-Sensor im Motorauslasssystem vorgesehen ist oder nicht. Ein NOx-Sensor kann vorgesehen sein, wenn eine Variable im Speicher bestätigt wird. Wenn das Verfahren 300 urteilt, dass ein NOx-Sensor vorgesehen ist, ist die Antwort ja, und das Verfahren 300 geht zu 310 über, wo die Biodieselkonzentration über den NOx-Sensor bestimmt wird, ansonsten ist die Antwort nein, und das Verfahren 300 geht zu 314 über.
Bei 314 beurteilt das Verfahren 300, ob ein Zylinderducksensor im Motor vorgesehen ist oder nicht. Ein Zylinderducksensor kann vorgesehen sein, wenn eine Variable im Speicher bestätigt wird. Wenn das Verfahren 300 urteilt, dass ein Zylinderducksensor vorgesehen ist, ist die Antwort ja, und das Verfahren 300 geht zu 310 über, wo die Biodieselkonzentration über den Zylinderducksensor bestimmt wird, ansonsten ist die Antwort nein, und das Verfahren 300 geht zu 332 über.
In einigen Beispielen kann die Biodieselkonzentration über den Sauerstoffsensor, den NOx-Sensor, den Zylinderdrucksensor und eine Abgasexothermie oder irgendeine Kombination des zuvor erwähnten Sensorsatzes geschätzt werden, obgleich 3 das Schätzen des Biodiesels lediglich durch Verlassen auf eine Abgasexothermie und einen Sauerstoffsensor oder NOx-Sensor oder Zylinderdrucksensor zeigt. Wenn kein Abgassauerstoffsensor, NOx-Sensor oder Zylinderdrucksensor eingesetzt wird oder zur Verfügung steht, kann die Biodieselkonzentration des Kraftstoffs über die Sensoren geschätzt werden, die eingesetzt werden und zur Verfügung stehen.
In einem Beispiel, in dem ein Sauerstoffsensor, ein NOx-Sensor, ein Zylinderducksensor und Abgastemperatursensoren zur Verfügung stehen, kann die Schätzung eines Biodieselanteils des Kraftstoffs über Mitteln der einzelnen Biodieselkonzentrationen, die auf den jeweiligen zur Verfügung stehenden Sensoren basieren, bestimmt werden. Wenn Sauerstoff-, NOx und Temperatursensoren zur Verfügung stehen, können zum Beispiel drei Schätzungen von Biodieselkonzentrationen, die erste Schätzung, die auf einer Sauerstoffsensorausgabe basiert, die zweite Schätzung, die auf einer NOx-Sensorausgabe basiert, und die dritte Schätzung, die auf einer Temperaturänderung an der Emissionsvorrichtung basiert, gemittelt werden, um die Biodieselkonzentration zu schätzen, wenn jede der drei Schätzungen in einem vorbestimmten Bereich der anderen Biodieselkonzentrationsschätzungen liegt. Wenn eine oder mehrere der Schätzungen außerhalb des vorbestimmten Biodieselkonzentrationsbereichs liegt, kann die Biodieselkonzentration auf den Biodieselkonzentrationen basiert werden, die innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegen. Wenn weniger oder mehr Sensoren zur Schätzung der Biodieselkonzentration zur Verfügung stehen, kann die geschätzte Biodieselkonzentration auf ähnliche Weise auf Informationsquellen basiert werden, die Biodieselkonzentrationschätzungen erzeugen, die innerhalb des vorbestimmten Konzentrationsbereichs liegen.
Bei 310 schätzt das Verfahren 300 die Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff. Wenn ein Sauerstoffsensor vorgesehen ist, bestimmt das Verfahren 300 eine Sauerstoffkonzentration im Abgas, und die Sauerstoffkonzentration wird zum Indexieren einer Tabelle oder Funktion verwendet, die empirisch bestimmte Werte von geschätzten Biodieselkonzentrationen basierend auf den aktuellen Motorbetriebsbedingungen und der erfassten Sauerstoffkonzentration im Abgas enthält. Wenn eine Sauerstoffkonzentration im Abgas im Vergleich zu einer durch verbrannten fossilen Dieselkraftstoff bereitgestellten Abgaskonzentration zunimmt, ist der Biodieselkonzentrationspegel erhöht.
Wenn andererseits ein NOx-Sensor vorgesehen ist, bestimmt das Verfahren 300 eine Abgas-NOx-Konzentration, und die NOx Konzentration wird zum Indexieren einer Tabelle oder Funktion verwendet, die empirisch bestimmte Werte von geschätzten Biodieselkonzentrationen basierend auf den aktuellen Motorbetriebsbedingungen und der erfassten Abgas-NOx-Konzentration enthält. Wenn eine Abgas-NOx-Konzentration im Vergleich zu einer durch verbrannten fossilen Dieselkraftstoff bereitgestellten Abgaskonzentration zunimmt, ist der Biodieselkonzentrationspegel erhöht.
Wenn ein Zylinderdrucksensor vorgesehen ist, bestimmt das Verfahren 300 einen indizierten mittleren Arbeitsdruck (IMEP – indicated mean effective pressure) während eines Zylinderzyklus, und der IMEP wird zum Indizieren einer Tabelle oder Funktion verwendet, die empirisch bestimmte Werte von geschätzten Biodieselkonzentrationen basierend auf den aktuellen Motorbetriebsbedingungen und dem erfassten Spitzenzylinderdruck enthält. Wenn der Zylinder-IMEP im Vergleich zu einem durch verbrannten fossilen Dieselkraftstoff bereitgestellten Zylinder-IMEP verringert ist, ist der Biodieselkonzentrationspegel erhöht. Das Verfahren 300 geht nach der Revision der Biodieselkonzentration zu 338 über.
Bei 330 wartet das Verfahren 300, bis eine Kraftstoffmenge in den Kraftstoffleitungen von dem Motor verbraucht worden ist. Da die Kraftstoffleitungen älteren Kraftstoff von vor dem Zeitpunkt, zu dem dem Fahrzeug Kraftstoff hinzugefügt worden war, enthält, wird der ältere Kraftstoff aus den Kraftstoffleitungen gespült, bevor bewertet wird, ob der hinzugefügte Kraftstoff die Biodieselkraftstoffkonzentration im Kraftstofftank geändert hat oder nicht. In einem Beispiel verzögert Verfahren 300 den Verlauf, bis der Motor eine Kraftstoffmenge verbraucht hat, die der Kraftstoffmasse in den Kraftstoffleitungen entspricht. Das Verfahren 300 geht nach dem Entfernen des älteren Kraftstoffs aus den Kraftstoffleitungen zu 332 über.
Bei 332 beurteilt das Verfahren 300, ob Bedingungen für eine Dieselpartikelfilter(DPF-)Regeneration wünschenswert sind oder ob ein intrusiver Biodieselkonzentrationstest angefordert wird. Eine intrusive Biodieselkonzentrationsanforderung kann erfolgen, wenn ausgewählte Bedingungen vorliegen. Zum Beispiel kann ein intrusiver Biodieseltest bei Auffüllen eines Kraftstofftanks angefordert werden. Als Alternative dazu kann ein intrusiver Test angefordert werden, wenn Biodiesel über einen Sauerstoffsensor und/oder NOx-Sensor und/oder Drucksensoren bestimmt wird. Die DPF-Regeneration kann als Reaktion auf ein Kraftstoffeinfüllereignis aktiviert werden. Als Alternative kann eine DPF-Regeneration als Reaktion auf einen Druckabfall am DPF eingeleitet werden. Wenn das Verfahren 300 urteilt, dass Bedingungen für eine DPF-Regeneration vorliegen, ist die Antwort ja, und das Verfahren 300 geht zu 334 über, ansonsten ist die Antwort nein, und das Verfahren 300 kehrt zu 302 zurück. Als Alternative dazu kann das Verfahren 300 enden, wenn die Anwort nein ist.
Bei 334 betreibt das Verfahren 300 den Motor zur Regeneration des DPF. In einem Beispiel kann der Motor gedrosselt werden, um die Motorabgastemperatur zu erhöhen. Weiterhin kann Kraftstoff nach der Verbrennung, und bevor sich die Zylinderauslassventile schließen, in die Motorzylinder eingespritzt werden. Somit wird eine vorgegebene Kraftstoffmenge in die Zylinder eingespritzt und unter geringer Oxidation zum Auslasssystem abgelassen, so dass der Kraftstoff am DPF oxidiert werden kann. Die Kraftstoffmenge basiert auf einer Wärmemenge, die durch Oxidieren von fossilem Dieselkraftstoff am DPF erwarteterweise erzeugt wird.
In einem anderen Beispiel kann die DPF-Regeneration über Direkteinspritzung von Kraftstoff in das Auslasssystem an einer stromaufwärts eines Oxidationskatalysators liegenden Stelle eingeleitet werden. In noch anderen Beispielen kann die DPF-Regeneration über Einspritzen von Kraftstoff in eine sich stromaufwärts des DPF befindende Kohlenwasserstoffverbrennungsvorrichtung eingeleitet werden. Das Verfahren 300 geht nach Beginn der DPF-Regeneration zu 336 über.
Bei 336 schätzt das Verfahren 300 den Biodieselkonzentrationsanteil. In einem Beispiel werden Temperaturen stromaufwärts und stromabwärts einer Nachbehandlungsvorrichtung (zum Beispiel eines Oxidationskatalysators) überwacht, um die Temperaturänderung an der Emissionsvorrichtung zu bestimmen. Vor dem Einspritzen von Kohlenwasserstoffen in das Auslasssystem oder ihrem Einführen in das Auslasssystem über Kraftstoffeinspritzung in die Motorzylinder nach der Verbrennung wird zum Beispiel die Temperaturänderung an der Emissionsvorrichtung über Subtrahieren der stromaufwärtigen Temperatur von der stromabwärtigen Temperatur bestimmt. Wenn das Temperaturdifferenzial an der Emissionsvorrichtung innerhalb eines erwarteten Bereichs liegt, werden der Motor und das Auslasssystem als ordnungsgemäß arbeitend bestimmt. Wenn das Temperaturdifferenzial außerhalb des Bereichs liegt, können die Regeneration oder der intrusive Test abgebrochen werden. Wenn das Temperaturdifferenzial innerhalb des Bereichs liegt, wird Kraftstoff über den Zylinder oder ein Kraftstoffeinspritzventil in das Auslasssystem eingeführt. Das Temperaturdifferenzial an der Emissionsvorrichtung wird überwacht, und das an der Emissionsvorrichtung erzeugte Temperaturdifferential wird mit empirisch bestimmten Temperaturen verglichen, die auf der Zuführung von Kraftstoffen mit verschiedenen Biodieselkonzentrationen zum Auslasssystem unter ähnlichen Betriebsbedingungen basieren. Das vorliegende Temperaturdifferenzial an der Emissionsvorrichtung wird mit empirisch bestimmten Temperaturen in einer Tabelle oder Funktion verglichen, und die Tabelle oder die Funktion gibt als Reaktion auf das vorliegende Temperaturdifferenzial an der Nachbehandlungsvorrichtung eine Biodieselkonzentration an. Wenn Kraftstoff in das Auslasssystem eingeführt wird und das Temperaturdifferenzial außerhalb des Bereichs liegt, kann als Alternative dazu die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht werden, bis das Temperaturdifferenzial innerhalb des Bereichs liegt, und dann wird die eingespritzte Kraftstoffmenge zum Indizieren einer Tabelle oder Funktion verwendet, die eine Schätzung einer Biodieselkonzentration angibt.
In einem anderen Beispiel, in dem nur ein einziger Temperatursensor zur Verfügung steht, überwacht das Verfahren 300 die DPF-Temperatur während der Regeneration, und die DPF-Temperatur wird zum Indizieren einer Tabelle oder Funktion von empirisch bestimmten Werten verwendet, die Biodieselkonzentrationen in dem am DPF während der DPF-Regeneration verbrannten Kraftstoff darstellen. Wenn die DPF-Temperatur geringer als erwartet ist, wird die Biodieselkonzentrationsschätzung erhöht. Die Tabelle oder die Funktion gibt eine geschätzte Biodieselkonzentration des am DPF verbrannten Kraftstoffs an. Somit kann eine Biodieselkonzentrationsschätzung auf einem einzigen Abgastemperatursensor basieren. Das Verfahren 300 geht nach Erhöhung der Biodieselkonzentrationsschätzung zu 338 über.
Bei 338 stellt das Verfahren 300 die Kraftstoffeinspritzmenge für die Energiedichte des dem Motor zur Verbrennung zugeführten Kraftstoffs ein. Die Biodieselenergiedichte ist geringer als die Energiedichte von fossilem Dieselkraftstoff. Deshalb wird die in den Motor zur Verbrennung eingespritzte Kraftstoffmenge mit Zunahme der Biodieselkonzentration des dem Motor zugeführten Kraftstoffs erhöht. In einem Beispiel wird eine Kraftstoffbasismenge mit einem Kraftstofffaktor multipliziert, um die während eines Zylinderzyklus eingespritzte Kraftstoffmenge einzustellen. Der Kraftstofffaktor wird mit Änderung der Biodieselkonzentration im Kraftstoff geändert. Der Kraftstofffaktor kann zum Beispiel erhöht werden, um die während eines Zylinderzyklus eingespritzte Kraftstoffmenge zu erhöhen, wenn die Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff zunimmt. Ebenso kann der Kraftstofffaktor verringert werden, um die während eines Zylinderzyklus eingespritzte Kraftstoffmenge zu verringern, wenn die Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff verringert wird. Wenn die Basiskraftstoffmenge aus der Vor- und Haupteinspritzung besteht, wird die Kraftstoffmenge in den Kraftstoffvor- und -haupteinspritzungen mit dem Kraftstofffaktor multipliziert. Wenn die Basiskraftstoffmenge auch Kraftstoffeinspritzungen nach der Kraftstoffhaupteinspritzung enthält (zum Beispiel Einspritzungen nach der Verbrennung), wird die Kraftstoffmenge nach der Kraftstoffhaupteinspritzung auch mit dem Kraftstofffaktor multipliziert. Das Verfahren 300 geht nach der Einstellung der Kraftstoffmenge zur Verbrennung zu 340 über.
Bei 340 stellt das Verfahren 300 die in einer Kraftstoffhaupteinspritzung (zum Beispiel einer in einem Zylinderzyklus nach den Kraftstoffvoreinspritzungen erfolgenden Kraftstoffeinspritzung) eingespritzte Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Biodieselkonzentration ein. In einem Beispiel wird ein Kraftstoffhaupteinspritzungsmultiplikator X mit der während eines Zylinderzyklus einzuspritzenden Kraftstoffmenge multipliziert, um eine Kraftstoffhaupteinspritzmenge zu bestimmen. Der Wert von X kann auf zwischen 1 und 0 begrenzt werden. Ferner kann X in einigen Beispielen auf einen Wert von über 0,5 und kleiner gleich 1 begrenzt werden, so dass der Kraftstoffhauptimpuls mit einer schnelleren Rate zunimmt als die Kraftstoffvoreinspritzungen als Reaktion auf die Erhöhung der Biodieselkonzentration. Der Wert von X für fossilen Dieselkraftstoff ohne Biodiesel ist kleiner als der Wert von X für Kraftstoffe, die Biodiesel enthalten. Das Verfahren 300 geht zu 342 über, wenn die Kraftstoffhaupteinspritzungsimpulsbreite als Reaktion auf die Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff eingestellt ist.
Bei 342 stellt das Verfahren 300 als Reaktion auf die Biodieselkonzentration die in Kraftstoffvoreinspritzungen (zum Beispiel die in einem Zylinderzyklus vor Kraftstoffhaupteinspritzungen erfolgenden Kraftstoffeinspritzungen) eingespritzte Kraftstoffmenge ein. In einem Beispiel wird ein Kraftstoffvoreinspritzungsmultiplikator mit einem Wert von 1 – X mit der während eines Zylinderzyklus einzuspritzenden Kraftstoffmenge multipliziert, um eine zwischen Kraftstoffvoreinspritzungen aufzuteilende Kraftstoffmenge zu bestimmen. In einigen Beispielen, in denen X auf einen Wert von über 0,5 und kleiner gleich 1 begrenzt sein kann, nehmen die Kraftstoffvoreinspritzmengen als Reaktion auf die Biodieselkonzentrationen mit einer Rate zu, die langsamer ist als die Rate, mit der die Kraftstoffhaupteinspritzung zunimmt. Das Verfahren 300 geht nach Einstellung der Kraftstoffvoreinspritzungsimpulsbreiten als Reaktion auf die Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff zu 344 über.
Bei 344 stellt das Verfahren 300 die Menge des während eines Zylinderzyklus als Reaktion auf die Biodieselkonzentration eingespritzten Nachverbrennungskraftstoffs ein. Insbesondere nimmt die eingespritzte Kraftstoffmenge mit Zunahme der Biodieselkonzentration zu, so dass eine Soll-DPF-Temperatur erreicht werden kann, wenn die DPF-Regeneration angefordert wird. Die während eines Zylinderzyklus eingespritzte Nachverbrennungskraftstoffmenge wird proportional zu der Zunahme der Biodieselkonzentration in dem dem Zylinder zugeführten Kraftstoff erhöht. In einem Beispiel wird die Schätzung der Biodieselkonzentration zum Indizieren einer Tabelle oder Funktion, die eine Nachverbrennungskraftstoffmenge angibt, verwendet. Des Weiteren stellt das Verfahren 300 die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen nach der Verbrennung in einem Zylinderzyklus als Reaktion auf die Biodieselkonzentration ein. Insbesondere erhöht das Verfahren 300 die Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen nach der Verbrennung in einem Zylinderzyklus mit Zunahme der Biodieselkonzentration in dem dem Zylinder zugeführten Kraftstoff. Durch Erhöhen der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen nach der Verbrennung während eines Zylinderzyklus kann es möglich sein, eine Zylinderwandbenetzung und Zylinderwandbeeinträchtigung zu reduzieren. Als Alternative dazu wird die Menge von während eines Zylinderzyklus eingespritztem Nachverbrennungskraftstoff mit Abnahme der Biodieselkonzentration in dem dem Zylinder zugeführten Kraftstoff verringert. Ebenso verringert sich die Anzahl der einem Zylinder während eines Zylinderzyklus zugeführten Kraftstoffeinspritzungen nach der Verbrennung mit Abnahme der Biodieselkonzentration in dem dem Zylinder zugeführten Kraftstoff. Nach der Einstellung der Nachverbrennungskraftstoffmenge geht das Verfahren 300 zu 346 über.
Bei 346 spritzt das Verfahren 300 die eingestellten Kraftstoffvor- und -haupteinspritzungen in den Motor ein. Wenn DPF-Regeneration angefordert wird, werden weiterhin die Kraftstoffeinspritzungen nach der Verbrennung während Zylinderzyklen zwischen Verbrennungsereignissen in jeweiligen Zylindern und vor Schließen der Auslassventile der jeweiligen Zylinder eingespritzt. Die eingestellten Kraftstoffvor- und -haupteinspritzungen werden an Kraftstoffeinspritzventile jedes Zylinders ausgegeben. Nach Revision und Ausgabe der Kraftstoffeinspritzungen geht das Verfahren 300 zu 348 über.
Bei 348 stellt das Verfahren 300 den Kraftstoffeinspritzdruck als Reaktion auf die Biodieselkonzentration ein. In einem Beispiel indiziert die Biodieselkonzentrationsschätzung eine Tabelle oder Funktion, in der Werte empirisch bestimmter Kraftstoffeinspritzdrücke enthalten sind. Der Kraftstoffeinspritzdruck verringert sich mit Zunahme der Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff. Der Kraftstoffeinspritzdruck erhöht sich mit Abnahme der Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff. Der Kraftstoffeinspritzdruck kann reduziert werden, da Partikelemissionen bei der Verbrennung von Biodiesel im Vergleich zur Verbrennung von fossilem Dieselkraftstoff unter ähnlichen Bedingungen reduziert werden können. Das Verfahren 300 geht nach der Einstellung des Kraftstoffeinspritzdrucks als Reaktion auf die Biodieselkonzentration zu 350 über.
Bei 350 stellt das Verfahren 300 den Ladedruck als Reaktion auf die Biodieselkonzentration ein. In einem Beispiel indiziert die Biodieselkonzentrationsschätzung eine Tabelle oder Funktion, in der Werte empirisch bestimmter Ladedrücke enthalten sind. Der Ladedruck nimmt ab und die Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff nimmt zu. Der Ladedruck nimmt mit Abnahme der Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff zu. Nach Einstellung des Ladedrucks als Reaktion auf die Biodieselkonzentration geht das Verfahren 300 zu 352 über.
Bei 352 stellt das Verfahren 300 die AGR als Reaktion auf die Biodieselkonzentration ein. In einem Beispiel indiziert die Biodieselkonzentrationsschätzung eine Tabelle oder Funktion, in der Werte empirisch bestimmter AGR-Mengen enthalten sind. Die AGR-Menge nimmt mit Zunahme der Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff zu. Die AGR-Menge nimmt mit Abnahme der Biodieselkonzentration in dem dem Motor zugeführten Kraftstoff ab. Nach Einstellung der AGR-Menge als Reaktion auf die Biodieselkonzentration geht das Verfahren 300 zu 354 über.
Bei 354 stellt das Verfahren 300 den Zeitpunkt des Spritzbeginns (SOI – start of injection) und den Zeitpunkt des Spritzendes (EOI – end of injection) als Reaktion auf die Biodieselkonzentration ein. In einem Beispiel indiziert die Biodieselkonzentrationsschätzung eine Tabelle oder Funktion, in der Werte empirisch bestimmter SOI- und EOI-Einstellungen enthalten sind. Der SOI-Zeitpunkt wird mit Zunahme der Biodieselkonzentration bezüglich der Kurbelwellenstellung nach früh verstellt, und der EOI-Zeitpunkt wird basierend auf der eingespritzten Kraftstoffmenge revidiert. Nach Einstellung der SOI- und EOI-Zeiten als Reaktion auf die Biodieselkonzentration geht das Verfahren 300 zum Ende.
Somit stellt das Verfahren von 3 ein Motorverfahren bereit, das Folgendes umfasst: Einstellen einer eingespritzten Kraftstoffmenge als Reaktion auf eine Biodieselkonzentration in einem Motor zugeführtem Kraftstoff; und Einstellen einer in Kraftstoffvoreinspritzungen eingespritzten Kraftstoffmenge und einer in einer Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Biodieselkonzentration, wobei die Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung mit einer schnelleren Rate ansteigt als die während der Kraftstoffvoreinspritzungen eingespritzte Kraftstoffmenge. Das Verfahren umfasst, dass die Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Temperatur während der DPF-Regeneration geschätzt wird.
In einigen Beispielen umfasst das Verfahren, dass die Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration im Abgas geschätzt wird. Das Verfahren umfasst auch, dass die Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine NOx-Konzentration im Abgas geschätzt wird. Weiterhin umfasst das Verfahren, dass die Biodieselkonzentration als Reaktion auf einen Druck in einem Zylinder geschätzt wird. Das Verfahren umfasst, dass der Kraftstoff in einen Zylinder eingespritzt wird. Ferner umfasst das Verfahren das Nachfrühverstellen des Zeitpunkts der Kraftstoffvoreinspritzungen als Reaktion auf die Biodieselkonzentration.
Weiterhin stellt das Verfahren von 3 ein Motorverfahren bereit, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Menge von in einen Motor eingespritztem Kraftstoff als Reaktion auf eine durch einen NOx-Sensor geschätzte Biodieselkonzentration; und Einstellen einer Menge einer Kraftstoffhaupteinspritzung mit einer schnelleren Rate als eine während Kraftstoffvoreinspritzungen eingespritzte Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Biodieselkonzentration. Ferner umfasst das Verfahren Verringern eines Ladedrucks als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration. Ferner umfasst das Verfahren Verringern eines Kraftstoffeinspritzdrucks als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration.
In einem Beispiel umfasst das Verfahren ferner Erhöhen einer dem Motor zugeführten AGR-Menge als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration. Ferner umfasst das Verfahren Nachfrühverstellen des Zeitpunkts der Kraftstoffvoreinspritzungen als Reaktion auf die Biodieselkonzentration. Ferner umfasst das Verfahren Erhöhen einer während eines Zylinderzyklus eingespritzten Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration.
Wie für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich, kann das in 3 beschriebene Verfahren eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso muss die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise die hier beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Obgleich dies nicht explizit dargestellt wird, liegt für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass eine(r/s) oder mehrere der dargestellten Schritte, Verfahren oder Funktionen in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden kann/können.
Dies schließt die Beschreibung ab. Ihre Lektüre durch den Fachmann würde viele Änderungen und Modifikationen ohne Verlassen des Gedankens und Schutzbereichs der Beschreibung erkennen lassen. Zum Beispiel könnten Einzylinder-, I2-, I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10-, V12- und V16-Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder mit alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen.
Bezugszeichenliste
Fig. 3

302: KRAFTSTOFFEINFÜLLEREIGNIS?
304: INTERVALL SEIT KRAFTSTOFFEINFÜLLUNG GERINGER ALS SCHWELLWERT?
306: BIODIESELSCHÄTZUNG KONVERGIERT?
308: BIODIESEL ÜBER O₂-SENSOR SCHÄTZEN?
310: BIODIESELKONZENTRATION SCHÄTZEN
312: BIODIESEL ÜBER NOX-SENSOR SCHÄTZEN?
314: BIODIESEL ÜBER ZYLINDERDRUCKSENSOR SCHÄTZEN?
330: VORHERIGES KRAFTSTOFFGEMISCH AUS KRAFSTOFFLEITUNGEN ENTFERNEN
332: LIEGEN BEDINGUNGEN FÜR DPF-REGENERATION ODER INTRUSIVEN TEST VOR?
334: MOTOR FÜR DPF-REGENERATION BETREIBEN UND FESTGELEGTE KRAFTSTOFFMENGE ZU AUSLASS EINSPRITZEN
336: BIODIESELKONZENTRATION SCHÄTZEN
338: KRAFTSTOFFEINSPRITZMENGE FÜR KRAFTSTOFFENERGIEDICHTE EINSTELLEN
340: HAUPTEINSPRITZUNGSFAKTOR MAIN = (X) EINSTELLEN
342: VOREINSPRITZUNGSFAKTOR PILOT = (1 – X) EINSTELLEN
344: KRAFTSTOFFEINSPRITZMENGE NACH VERBRENNUNG UND ANZAHL VON NACHEINSPRITZUNGEN EINSTELLEN
346: EINGESTELLTE VOR-, HAUPT- UND NACHVERBRENNUNGSKRAFTSTOFFEINSPRITZUNGEN EINSPRITZEN
348: KRAFTSTOFFEINSPRITZDRUCK FÜR BIODIESEL EINSTELLEN
350: AUFLADUNG FÜR BIODIESEL EINSTELLEN
352: AGR FÜR BIODIESEL EINSTELLEN
354: SPRITZBEGINN UND SPRITZENDE FÜR BIODIESEL EINSTELLEN

Claims

Motorverfahren, umfassend: Einstellen einer eingespritzten Kraftstoffmenge als Reaktion auf eine Biodieselkonzentration in einem Motor zugeführtem Kraftstoff; und Einstellen einer in Kraftstoffvoreinspritzungen eingespritzten Kraftstoffmenge und einer in einer Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Biodieselkonzentration, wobei die Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung mit einer schnelleren Rate ansteigt als die während der Kraftstoffvoreinspritzungen eingespritzte Kraftstoffmenge.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Temperatur während der DPF-Regeneration geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration im Abgas geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine NOx-Konzentration im Abgas geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Biodieselkonzentration als Reaktion auf einen Druck in einem Zylinder geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoff in einen Zylinder eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Nachfrühverstellen des Zeitpunkts der Kraftstoffvoreinspritzungen als Reaktion auf die Biodieselkonzentration.
Motorverfahren, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Menge von in einen Motor eingespritztem Kraftstoff als Reaktion auf eine durch einen NOx-Sensor geschätzte Biodieselkonzentration; und Einstellen einer Menge einer Kraftstoffhaupteinspritzung mit einer schnelleren Rate als eine während Kraftstoffvoreinspritzungen eingespritzte Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Biodieselkonzentration.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Verringern eines Ladedrucks als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Verringern eines Kraftstoffeinspritzdrucks als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Erhöhen einer dem Motor zugeführten AGR-Menge als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Nachfrühverstellen des Zeitpunkts der Kraftstoffvoreinspritzungen als Reaktion auf die Biodieselkonzentration.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Erhöhen einer während eines Zylinderzyklus eingespritzten Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Zunahme der Biodieselkonzentration.
Motorsystem, umfassend: einen Kompressionszündungsmotor, der eine Brennkammer enthält; ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff direkt in die Brennkammer einspritzt; und ein Steuersystem, das ein in einem nichtflüchtigen Medium gespeichertes Computerprogramm mit ausführbaren Anweisungen zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder, einschließlich Kraftstoffvoreinspritzungen, eine Kraftstoffhaupteinspritzung und Nachverbrennungskraftstoffeinspritzungen als Reaktion auf eine Biodieselkonzentration von dem Motor zugeführtem Kraftstoff, enthält.
Motorsystem nach Anspruch 14, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Temperatur während Dieselpartikelfilterregeneration.
Motorsystem nach Anspruch 14, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Ausgabe von einem Sauerstoffsensor.
Motorsystem nach Anspruch 14, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Ausgabe von einem NOx-Sensor.
Motorsystem nach Anspruch 14, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf eine Ausgabe von einem Zylinderdrucksensor.
Motorsystem nach Anspruch 14, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zur Verstellung der Kraftstoffeinspritzsteuerung nach früh als Reaktion auf eine zunehmende Biodieselkonzentration.
Motorsystem nach Anspruch 14, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zur Schätzung der Biodieselkonzentration als Reaktion auf ein Kraftstoffeinfüllereignis.