DE102015117878A1 - Verfahren und Systeme zur Luftstromsteuerung - Google Patents

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Abstract

Es sind verschiedene Verfahren und Systeme zur Emissionssteuerung geschaffen. In einem Beispiel ist eine Steuereinrichtung eingerichtet, um auf eine(n) oder mehrere, von einer Ansaugverteilerlufttemperatur (VLT), einer Ansaugluftströmungsrate oder einem erfassten oder geschätzten Ansaugsauerstoffanteil zu reagieren, indem sie eine Abgasrückführungs(AGR)-Menge verändert, um Feinstaub (FS) und NOx innerhalb eines Bereiches zu halten, und anschließend die AGR-Menge basierend auf einer NOx-Sensor-Rückmeldung weiter anpasst.

Description

  • HINTERGRUND
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen die Steuerung des Motorabgasrückführungsstroms.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Motorsysteme können eingerichtet sein, um Emissionen innerhalb von geregelten Grenzen zu halten und dabei eine optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erzielen. Umgebungsbedingungen können die Emissionen beeinflussen, und somit können Motorsysteme eingerichtet sein, um Emissionen über eine Reihe von Umgebungsbedingungen hinweg aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel können der Luftdurchfluss durch einen Turbolader und die Wärmeabfuhr durch einen Zwischenkühler jeweils durch die Umgebungstemperatur und den Umgebungsdruck beeinflusst werden. Veränderungen des Luftdurchflusses können das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Ansaugverteilersauerstoffkonzentration beeinflussen, was wiederum die Feinstaub- und NOx-Erzeugung beeinflussen kann. Ebenso können Änderungen bei der Wärmeabfuhr von dem Zwischenkühler die Verteilerlufttemperatur beeinflussen, was wiederum die NOx- und Feinstauberzeugung beeinflussen kann.
  • KURZBESCHREIBUNG
  • In einem Aspekt ist eine Steuereinrichtung eingerichtet, um auf eine(n) oder mehrere von einer Ansaugverteilerlufttemperatur (VLT), einer Ansaugluftströmungsrate oder einem erfassten oder geschätzten Ansaugsauerstoffanteil durch Veränderung einer Abgasrückführungs(AGR)-Menge, um Feinstaub (FS) und NOx innerhalb eines Bereiches zu halten, und eine anschließende weitere Einstellung der AGR-Menge auf der Basis einer NOx-Sensor-Rückmeldung zu reagieren.
  • Die zuvor erwähnte Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um eine Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration zu bestimmen und die AGR-Menge auf der Basis einer Differenz zwischen der Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration und dem erfassten oder geschätzten Ansaugsauerstoffanteil zu verändern.
  • Ferner kann die Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration aus einer Karte ausgegeben werden, die die Ansaugsauerstoffreferenzmenge auf eine Motordrehzahl und Last abbildet.
  • Noch weiter kann die Karte aus mehreren Karten auf der Basis einer Umgebungstemperatur und eines Umgebungsdrucks ausgewählt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration auf der Basis der Verteilerlufttemperatur (VLT) eingestellt werden.
  • Die Steuereinrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann eingerichtet sein, um die AGR-Menge ferner auf der Basis einer NOx-Rückmeldung einzustellen, indem eine bremsspezifische NOx-Konzentration basierend auf der NOx-Sensor-Rückmeldung bestimmt und die AGR-Menge auf der Basis einer Differenz zwischen der bremsspezifischen NOx-Konzentration und einer NOx-Referenzkonzentration eingestellt wird.
  • Zusätzlich kann die bremsspezifische NOx-Konzentration ferner basierend auf einer Feuchtigkeit, Abgassauerstoffkonzentration, Kraftstoffmenge und Motorleistung bestimmt werden, und die NOx-Referenzkonzentration kann aus einer Karte ausgegeben werden, die die NOx-Konzentration auf die Motordrehzahl und Last abbildet, wobei die Karte aus mehreren Karten basierend auf dem Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur ausgewählt werden kann.
  • Die Steuereinrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eingerichtet sein, um die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung einzustellen, um den Feinstaub (FS) innerhalb des Bereiches zu halten, wobei die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung auf der Basis einer Referenzeinspritzzeitsteuerung, die aus einer Karte ausgegeben wird, bestimmt und basierend auf der VLT angepasst wird, wobei die Karte aus mehreren Karten basierend auf der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck ausgewählt wird.
  • In einem weiteren Aspekt ist eine Steuereinrichtung eingerichtet, um Abgasfeinstaub (FS) und Abgas-NOx-Konzentrationen zu bestimmen und falls die NOx-Konzentration oberhalb einer NOx-Schwelle liegt, eine Ansaugluftströmungsrate zu reduzieren, und falls die Feinstaubkonzentration oberhalb einer FS-Schwelle liegt, die Ansaugluftströmungsrate zu erhöhen.
  • Die zuvor erwähnte Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um die Ansaugluftströmungsrate durch Erhöhung einer Abgasrückführungs(AGR)-Strömungsrate zu reduzieren und die Ansaugluftströmungsrate durch Verringerung der AGR-Strömungsrate zu vergrößern.
  • Zusätzlich kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die Abgas-FS- und -NOx-Konzentrationen basierend auf einer/einem oder mehreren von einem Umgebungsdruck, einer Umgebungstemperatur, Motordrehzahl, Motorlast, feuchte, Abgassauerstoffkonzentration, Kraftstoffmenge oder NOx-Sensor-Rückmeldung zu bestimmen.
  • Ferner kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz von einer Karte zu wählen, wobei die Karte aus mehreren Karten basierend auf den bestimmten Abgas-FS- und -NOx-Konzentrationen ausgewählt wird, und die AGR-Strömungsrate auf der Basis der Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz einzustellen.
  • Noch weiter kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz basierend auf einer Verteilerlufttemperatur und ferner basierend auf einer korrigierten Abgas-NOx-Konzentration einzustellen.
  • In einem noch weiteren Aspekt ist ein Verfahren geschaffen, das die Schritte aufweist: Durchführen einer ersten Einstellung der Einspritzzeitsteuerung und der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielvorgaben auf der Basis jeweiliger Motorbetriebskarten, Durchführen einer zweiten Einstellung der Einspritzzeitsteuerung und der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielvorgaben auf der Basis einer Ansaugverteilertemperatur, Durchführen einer dritten Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielvorgabe auf der Basis einer NOx-Sensor-Rückmeldung und Durchführen einer vierten Einstellung einer Abgasrückführungs(AGR)-Menge auf der Basis einer Sauerstoffsensor-Rückmeldung.
  • In dem zuvor erwähnten Verfahren kann das Durchführen der dritten Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielvorgabe auf der Basis einer NOx-Sensor-Rückmeldung ein Anwenden einer geringeren Verstärkung und eines größeren Filters auf die dritte Einstellung als auf die zweite Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielvorgabe aufweisen.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann das Durchführen der vierten Einstellung ein Durchführen einer vierten Einstellung der AGR-Menge auf der Basis einer Sauerstoffsensor-Rückmeldung und einer Feuchtigkeit aufweisen.
  • Das Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner ein wahlweises Durchführen der dritten Einstellung auf der Basis eines Motorbetriebszustands aufweisen.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann das Verfahren ferner nach dem Durchführen der dritten Einstellung ein Umsetzen der Ansaugsauerstoffkonzentration in eine AGR-Strömungsreferenz und ein Durchführen der vierten Einstellung basierend auf der AGR-Strömungsreferenz aufweisen.
  • In dem Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das Durchführen der ersten Einstellung ein Auswählen einer ersten Karte zur Einstellung der Einspritzzeitsteuerungszielvorgabe und Auswählen einer zweiten Karte zur Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielvorgabe basierend auf Umgebungsbedingungen aufweisen.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann das Durchführen der zweiten Einstellung der Einspritzzeitsteuerung und der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielvorgaben auf der Basis der Ansaugverteilertemperatur (VLT) ein Auswählen einer ersten VLT-Kompensationskarte zur Einstellung der Einspritzzeitsteuerungszielvorgabe und Auswählen einer zweiten VLT-Kompensationskarte zur Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielvorgabe auf der Basis von Umgebungsbedingungen aufweisen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm auf hoher Ebene, das mehrere Einstellungen für Motorbetriebsparametern auf der Basis von Umgebungsbedingungen veranschaulicht.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen mehrerer Motorbetriebsparameterreferenzwerte basierend auf Umgebungsbedingungen veranschaulicht.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzung basierend auf Umgebungsbedingungen veranschaulicht.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen einer Abgasventilposition basierend auf Umgebungsbedingungen veranschaulicht.
  • 6–7 zeigen Steuerdiagramme, die eine Motorbetriebssteuerung entsprechend den Verfahren gemäß den 2–5 veranschaulichen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung betrifft Ausführungsformen zum Aufrechterhalten von Motorsystemabgasemissionen, wie beispielsweise Feinstaub (FS) und NOx, innerhalb jeweiliger Bereiche. Vielfältige Motorbetriebsparameter, zu denen der erfasste oder geschätzte Ansaugsauerstoffanteil, die Ansaugluftströmungsrate (und somit der Luftstrom durch einen Turbolader) und die Ansaugverteilertemperatur gehören, können die Erzeugung von aus dem Motor austretenden Emissionen beeinflussen. Um auf derartige sich ändernde Betriebsparameter zu reagieren, um die Emissionen innerhalb eines Bereiches zu halten, kann eine Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Abgasrückführungs(AGR)-Menge zu verändern, um FS und NOx innerhalb eines Bereiches zu halten, und dann weiter die AGR-Menge auf der Basis einer NOx-Sensor-Rückmeldung einzustellen. Die AGR-Menge kann z.B. durch Einstellung einer Auslassventilposition eingestellt werden.
  • Ein beispielhaftes System für einen in einem Fahrzeug installierten Motor, einschließlich einer Steuereinrichtung, ist in 1 veranschaulicht. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um die in den 2–5 veranschaulichten Verfahren auszuführen, um Motorbetriebsparameter, wie beispielsweise eine AGR-Menge und Kraftstoffeinspritzung, auf der Basis von Umgebungsbedingungen (z.B. Umgebungsdruck und -temperatur) einzustellen. 6–7 veranschaulichen Steuerdiagramme zur Einstellung einer AGR-Menge bzw. einer Kraftstoffeinspritzung basierend auf Umgebungsbedingungen. In einigen Beispielen kann die AGR-Menge ferner basierend auf einer Rückmeldung von einem NOx-Sensor eingestellt werden.
  • Die hierin beschriebene Methode kann in vielfältigen Motortypen und vielfältigen durch einen Motor angetriebenen Systemen angewandt werden. Einige von diesen Systemen können stationär sein, während andere teilweise mobile oder mobile Plattformen sein können. Teilweise mobile Plattformen können zwischen Betriebszeiträumen umpositioniert werden, indem sie beispielsweise auf Tiefladeranhängern montiert werden. Mobile Plattformen umfassen Fahrzeuge mit Eigenantrieb. Derartige Fahrzeuge können Straßentransportfahrzeuge sowie Bergbauausrüstung, Wasserfahrzeuge, Schienenfahrzeuge und andere geländetaugliche Fahrzeuge (OHV, Off-Highway Vehicles) umfassen. Der Klarheit der Darstellung wegen ist eine Lokomotive als ein Beispiel für eine mobile Plattform, die ein System trägt, das eine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet, gezeigt.
  • Vor einer weiteren Beschreibung der Methode, um Abgasemissionen innerhalb eines Bereichs zu halten, wird ein Beispiel einer Plattform offenbart, in der das Motorsystem in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Schienenfahrzeug, installiert sein kann. Zum Beispiel zeigt 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100 (z.B. eines Lokomotivensystems), das hierin als ein Schienenfahrzeug 106 dargestellt ist, das zum Fahren auf einer Schiene 102 mittels mehrerer Räder 110 eingerichtet ist. Wie dargestellt, enthält das Schienenfahrzeug einen Motor 104. In weiteren nicht beschränkenden Ausführungsformen kann der Motor ein stationärer Motor, beispielsweise in einer Kraftwerksanwendung, oder ein Motor in einem Wasserfahrzeug oder einem geländetauglichen Fahrzeugantriebssystem, wie vorstehend erwähnt, sein.
  • Der Motor erhält Ansaugluft zur Verbrennung von einem Einlass, wie beispielsweise einem Ansaugverteiler 115. Der Einlass kann eine beliebige geeignete Leitung oder beliebige geeignete Leitungen sein, durch die Gase strömen, um in den Motor einzutreten. Zum Beispiel kann der Einlass den Ansaugverteiler, den Ansaugkanal 114 und dergleichen enthalten. Der Ansaugkanal empfängt Umgebungsluft von einem (nicht veranschaulichten) Luftfilter, der die Luft von außerhalb eines Fahrzeugs, in dem der Motor positioniert sein kann, filtert. Abgase, die sich aus einer Verbrennung in dem Motor ergeben, werden zu einem Auslass, wie beispielsweise einem Auslasskanal 116, geliefert. Der Auslass kann eine beliebige geeignete Leitung sein, durch die Gase von dem Motor aus strömen. Zum Beispiel kann der Auslass einen Abgassammler, den Auslasskanal und dergleichen enthalten. Ein Abgas strömt durch den Auslasskanal und aus einem Abgasschacht des Schienenfahrzeugs heraus.
  • In einem Beispiel ist der Motor ein Dieselmotor, der Luft und Dieselkraftstoff durch Kompressionszündung verbrennt. An sich kann der Motor mehrere Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in jeden Zylinder des Motors enthalten. Zum Beispiel kann jeder Zylinder einen direkten Injektor enthalten, der Kraftstoff von einer Hochdruckkraftstoffzuführung empfängt. In anderen nicht beschränkenden Ausführungsformen kann der Motor Kraftstoff, einschließlich Benzin, Kerosin, Biodiesel oder anderen Erdöldestilaten mit ähnlicher Dichte, durch Kompressionszündung (und/oder Funkenzündung) verbrennen. In einem noch weiteren Beispiel kann der Motor einen gasförmigen Kraftstoff, wie beispielsweise Erdgas, verbrennen. Der gasförmige Kraftstoff kann über Kompressionszündung des injizierten Dieselkraftstoffs, was hierin als Multi-Kraftstoff-Betrieb bezeichnet wird, gezündet werden, oder der gasförmige Kraftstoff kann über Funkenzündung gezündet werden. Der gasförmige Kraftstoff kann den Zylindern z.B. über ein oder mehrere Gaseinlassventile zugeführt werden. In weiteren Beispielen kann der Kraftstoff den Zylindern durch Injektion über Injektionsöffnungen zugeführt werden. Der flüssige Kraftstoff (z.B. Diesel) kann in einem Kraftstofftank aufbewahrt werden, der sich an Bord des Schienenfahrzeugs befindet. Der gasförmige Kraftstoff kann in einem Aufbewahrungstank aufbewahrt werden, der sich an Bord des Schienenfahrzeugs oder an Bord eines anderen Fahrzeugs, der mit dem Schienenfahrzeug betriebsmäßig verbunden ist, befindet.
  • In einer Ausführungsform ist das Schienenfahrzeug ein dieselelektrisches Fahrzeug (oder ein Diesel-/Gaskraftstoff-basiertes elektrisches Hybridfahrzeug). Wie in 1 dargestellt, ist der Motor mit einem elektrischen Stromerzeugungssystem verbunden, das einen Wechselstromgenerator/ Generator 140 und elektrische Traktionsmotoren 112 enthält. Zum Beispiel erzeugt der Motor eine Drehmomentausgabe, die zu dem Wechselstromgenerator/Generator übertragen wird, der mit dem Motor mechanisch verbunden ist. Der Wechselstromgenerator/Generator erzeugt elektrische Leistung, die gespeichert und genutzt werden kann, um anschließend zu unterschiedlichen nachgeschalteten elektrischen Komponenten geleitet zu werden. Als ein Beispiel kann der Wechselstromgenerator/Generator mit mehreren Traktionsmotoren elektrisch verbunden sein, und der Wechselstromgenerator/Generator kann elektrische Leistung zu den mehreren Traktionsmotoren liefern. Wie dargestellt, sind die mehreren Traktionsmotoren jeweils mit einem von den mehreren Rädern verbunden, um Zugkraft zum Antreiben des Schienenfahrzeugs zu liefern. Eine beispielhafte Konfiguration umfasst einen einzigen Traktionsmotor pro Rad. Wie hierin dargestellt, entsprechen sechs Paare von Traktionsmotoren jeweils einem von sechs Paaren von Rädern des Schienenfahrzeugs. In einem weiteren Beispiel kann der Wechselstromgenerator/Generator mit einem oder mehreren Widerstandsnetzwerken 142 verbunden sein. Die Widerstandsnetzwerke können eingerichtet sein, um überschüssiges Motordrehmoment als Wärme abzuführen, die durch die Netzwerke aus der durch den Wechselstromgenerator/Generator erzeugten Elektrizität erzeugt wird.
  • In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Motor ein V12-Motor, der zwölf Zylinder aufweist. In anderen Beispielen kann der Motor ein V6-, V8-, V10-, V16-, I4-, I6-, I8-, ein Gegenkolben-4 oder ein anderer Motor sein. Wie dargestellt, enthält der Motor einen Teilsatz von Nicht-Geberzylindern 105, der sechs Zylinder enthält, die Abgas ausschließlich einem Nicht-Geberzylinder-Abgassammler 117 zuführen, und einen Teilsatz von Geberzylindern 107, der sechs Zylinder enthält, die ein Abgas ausschließlich zu einem Geberzylinder-Abgassammler 119 zuführen. In anderen Ausführungsformen kann der Motor wenigstens einen Geberzylinder und wenigstens einen Nicht-Geberzylinder enthalten. Zum Beispiel kann der Motor vier Geberzylinder und acht Nicht-Geberzylinder oder drei Geberzylinder und neun Nicht-Geberzylinder aufweisen. Es sollte verstanden werden, dass der Motor eine beliebige gewünschte Anzahl von Geberzylindern und Nicht-Geberzylindern aufweisen kann, wobei die Anzahl von Geberzylindern gewöhnlich geringer ist als die Anzahl von Nicht-Geberzylindern.
  • Wie in 1 dargestellt, sind die Nicht-Geberzylinder mit dem Auslasskanal verbunden, um das Abgas von dem Motor zu der Atmosphäre zu leiten (nachdem dieses ein Abgasnachbehandlungssystem 130 und einen ersten und zweiten Turbolader 120 und 124 durchströmt hat). Die Geberzylinder, die eine Motorabgasrückführung (AGR) bereitstellen, sind ausschließlich mit einem AGR-Kanal 162 eines AGR-Systems 160 verbunden, das ein Abgas aus den Geberzylindern zu dem Ansaugkanal des Motors und nicht zur Atmosphäre leitet. Durch das Einleiten von gekühltem Abgas in den Motor wird der Anteil des zur Verbrennung verfügbaren Sauerstoffs reduziert, wodurch Verbrennungsflammentemperaturen reduziert werden und die Bildung von Stickoxiden (z.B. NOx) verringert wird.
  • Ein Abgas, das von den Geberzylindern zu dem Ansaugkanal strömt, passiert einen Wärmetauscher, wie beispielsweise einen AGR-Kühler 166, um eine Temperatur des Abgases zu reduzieren (z.B. dieses zu kühlen), bevor das Abgas zu dem Ansaugkanal zurückkehrt. Der AGR-Kühler kann z.B. ein Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher sein. In einem derartigen Beispiel kann ein oder können mehrere Ladeluftkühler 132 und 134, der bzw. die in dem Ansaugkanal (z.B. stromaufwärts von der Stelle, an der das rückgeführte Abgas eintritt) angeordnet ist bzw. sind, eingestellt sein, um die Kühlung der Ladeluft weiter zu steigern, so dass eine Temperatur des Gemisches aus der Ladeluft und dem Abgas bei einer gewünschten Temperatur gehalten wird. In anderen Beispielen kann das AGR-System einen AGR-Kühlerbypass enthalten. Alternativ kann das AGR-System ein AGR-Kühler-Steuerelement enthalten. Das AGR-Kühler-Steuerelement kann derart betätigt werden, dass die Abgasströmung durch den AGR-Kühler reduziert wird; jedoch wird in einer derartigen Konfiguration ein Abgas, das nicht durch den AGR-Kühler strömt, eher zu dem Auslasskanal als zu dem Ansaugkanal geleitet.
  • Zusätzlich kann das AGR-System in einigen Ausführungsformen einen AGR-Bypasskanal 161 enthalten, der dazu eingerichtet ist, ein Abgas aus den Geberzylindern zurück zu dem Auslasskanal abzuleiten. Der AGR-Bypasskanal kann über ein Ventil 163 gesteuert werden. Das Ventil kann mit mehreren Drosselstellen eingerichtet sein, so dass eine variable Abgasmenge zu dem Auslass geleitet wird, um eine variable AGR-Menge dem Einlass zuzuführen.
  • In einer modifizierten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, können die Geberzylinder mit einem modifizierten AGR-Kanal 165 (der mit Strichlinien veranschaulicht ist) verbunden sein, der eingerichtet ist, um ein Abgas wahlweise zu dem Einlass- oder zu dem Auslasskanal zu leiten. Wenn z.B. ein zweites Ventil 170 offen ist, kann ein Abgas aus den Geberzylindern zu dem AGR-Kühler und/oder zusätzlichen Elementen geleitet werden, bevor es zu dem Einlasskanal geleitet wird. Ferner enthält das modifizierte AGR-System ein erstes Ventil 164, das zwischen dem Auslasskanal und dem modifizierten AGR-Kanal angeordnet ist.
  • Das erste Ventil und das zweite Ventil können Ein/Aus-Ventile sein, die durch die Steuereinheit 180 (zur Ein- oder Ausschaltung der AGR-Strömung) gesteuert werden, oder sie können beispielsweise eine variable Menge von AGR steuern. In einigen Beispielen kann das erste Ventil derart betätigt werden, dass eine AGR-Menge reduziert wird (Abgas strömt von dem AGR-Kanal zu dem Auslasskanal). In anderen Beispielen kann das erste Ventil derart betätigt werden, dass die AGR-Menge vergrößert wird (z.B. strömt ein Abgas von dem Auslasskanal zu dem AGR-Kanal). In einigen Ausführungsformen kann das modifizierte AGR-System mehrere AGR-Ventile oder andere Strömungssteuerungselemente enthalten, um die Menge an AGR zu steuern.
  • In einer derartigen Konfiguration ist das erste Ventil betreibbar, um Abgas aus den Geberzylindern zu dem Auslasskanal des Motors zu leiten, und das zweite Ventil ist betreibbar, um Abgas aus den Geberzylindern zu dem Einlasskanal des Motors zu leiten. An sich kann das erste Ventil als ein AGR-Bypassventil bezeichnet werden, während das zweite Ventil als ein AGR-Dosierventil bezeichnet werden kann. In der in 1 dargestellten Ausführungsform können das erste Ventil und das zweite Ventil beispielsweise durch Motoröl oder hydraulisch betätigte Ventile mit einem (nicht gezeigten) Wechselventil, um das Motoröl zu modulieren, sein. In einigen Beispielen können die Ventile derart betätigt werden, dass eines von dem ersten und zweiten Ventil normalerweise offen ist, während das andere normalerweise geschlossen ist. In anderen Beispielen können das erste und das zweite Ventil pneumatische Ventile, elektrische Ventile oder ein anderes geeignetes Ventil sein.
  • Wie in 1 veranschaulicht, enthält das Fahrzeugsystem ferner einen AGR-Mischer 172, der das rückgeführte Abgas mit Ladeluft vermischt, so dass das Abgas in dem Gemisch aus Ladeluft und Abgas gleichmäßig verteilt werden kann. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das AGR-System ein Hochdruck-AGR-System, das ein Abgas aus einer Stelle stromaufwärts von den Turboladern 120 und 124 in dem Auslasskanal zu einer Stelle stromabwärts von den Turboladern in dem Einlasskanal leitet. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-AGR-System enthalten, das ein Abgas von einer Stelle stromabwärts von den Turboladern in dem Auslasskanal zu einer Stelle stromaufwärts von den Turboladern in dem Einlasskanal leitet.
  • Wie in 1 dargestellt, enthält das Fahrzeugsystem ferner einen zweistufigen Turbolader mit dem ersten Turbolader 120 und dem zweiten Turbolader 124, die in Reihe angeordnet sind, wobei jeder von den Turboladern zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal angeordnet ist. Der zweistufige Turbolader steigert die Luftaufladung mit Umgebungsluft, die in den Ansaugkanal 114 angesaugt wird, um eine größere Ladedichte während einer Verbrennung bereitzustellen, um die Ausgangsleistung und/oder den Motorbetriebswirkungsgrad zu erhöhen. Der erste Turbolader arbeitet bei einem relativ geringen Druck und enthält eine erste Turbine 121, die einen ersten Verdichter 122 antreibt. Die erste Turbine und der erste Verdichter sind über eine erste Welle 123 mechanisch miteinander verbunden. Der erste Turbolader kann als die „Niederdruckstufe“ des Turboladers bezeichnet werden. Der zweite Turbolader arbeitet bei einem relativ höheren Druck und enthält eine zweite Turbine 125, die einen zweiten Verdichter 126 antreibt. Der zweite Turbolader kann als die „Hochdruckstufe“ des Turboladers bezeichnet werden. Die zweite Turbine und der zweite Verdichter sind über eine zweite Welle 127 mechanisch miteinander verbunden.
  • Wie vorstehend erläutert, sind die Begriffe „Hochdruck“ und „Niederdruck“ relativ, was bedeutet, dass ein „Hoch“-Druck ein Druck ist, der höher ist als ein „Nieder“-Druck. Umgekehrt ist ein „Nieder“-Druck ein Druck, der geringer ist als ein „Hoch“-Druck.
  • Wie hierin verwendet, kann der „zweistufige Turbolader“ sich allgemein auf eine mehrstufige Turboladerkonfiguration beziehen, die zwei oder mehrere Turbolader enthält. Zum Beispiel kann ein zweistufiger Turbolader einen Hochdruck-Turbolader und einen Niederdruck-Turbolader, die in Reihe angeordnet sind, drei in Reihe angeordnete Turbolader, zwei Niederdruck-Turbolader, die einen Hochdruck-Turbolader speisen, einen einzigen Niederdruck-Turbolader, der zwei Hochdruck-Turbolader speist, etc. umfassen. In einer Ausführungsform werden drei Turbolader in Reihe zueinander verwendet. In einem weiteren Beispiel werden nur zwei Turbolader in Reihe zueinander verwendet.
  • In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist der zweite Turbolader mit einem Turbinenbypassventil 128 versehen, der einem Abgas ermöglicht, den zweiten Turbolader zu umströmen. Das Turbinenbypassventil kann z.B. geöffnet werden, um die Abgasströmung von der zweiten Turbine weg abzuzweigen. Auf diese Weise kann die Drehzahl des Verdichters und somit die durch die Turbolader erzielte Verstärkung für den Motor während stationärer Bedingungen reguliert werden. Zusätzlich kann der erste Turbolader auch mit einem Turbinenbypassventil versehen sein. In anderen Ausführungsformen kann lediglich der erste Turbolader mit einem Turbinenbypassventil versehen sein, oder nur der zweite Turbolader kann mit einem Turbinenbypassventil versehen sein. Außerdem kann der zweite Turbolader mit einem Verdichterbypassventil 129 versehen sein, das einem Gas ermöglicht, den zweiten Verdichter zu umströmen, um z.B. Verdichterpumpen zu vermeiden. In einigen Ausführungsformen kann der erste Turbolader auch mit einem Verdichterbypassventil versehen sein, während in anderen Ausführungsformen nur der erste Turbolader mit einem Verdichterbypassventil versehen sein kann.
  • Das Fahrzeugsystem enthält ferner ein Abgasnachbehandlungssystem 130, das in dem Auslasskanal angeschlossen ist, um limitierte Emissionen zu reduzieren. Wie in 1 dargestellt, ist das Abgasnachbehandlungssystem stromabwärts von der Turbine des ersten (Niederdruck-)turboladers angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann ein Abgasnachbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ stromaufwärts von dem ersten Turbolader angeordnet sein. Das Abgasnachbehandlungssystem kann eine oder mehrere Komponenten enthalten. Zum Beispiel kann das Abgasnachbehandlungssystem eines oder mehrere von einem Rußpartikelfilter (DPF), einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator, einem Dreiwegekatalysator, einem NOx-Abscheider und/oder verschiedenen anderen Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen von diesen enthalten. In einigen Beispielen kann das Abgasnachbehandlungssystem weggelassen sein.
  • Das Fahrzeugsystem enthält ferner die Steuereinheit 180 (die auch als ein Controller bezeichnet wird), die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, verschiedene Komponenten im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem zu steuern. In einem Beispiel enthält die Steuereinheit ein Computersteuerungssystem. Die Steuereinheit enthält ferner nicht transitorische computerlesbare Speichermedien (nicht veranschaulicht), die einen Code enthalten, der eine Überwachung und Steuerung des Motorbetriebs an Bord ermöglicht. Die Steuereinheit kann, während sie die Steuerung und das Management des Fahrzeugsystems beaufsichtigt, dazu eingerichtet sein, Signale von vielfältigen Motorsensoren zu empfangen, wie dies hier weiter ausgeführt ist, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu bestimmen und entsprechend verschiedene Motoraktuatoren zur Steuerung des Betriebs des Fahrzeugsystems einzustellen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit Signale von verschiedenen Motorsensoren aufnehmen, zu denen gehören: ein Sensor 181, der in dem Einlass der Hochdruckturbine angeordnet ist, ein Sensor 182, der in dem Einlass der Niederdruckturbine angeordnet ist, ein Sensor 183, der in dem Einlass des Niederdruckverdichters angeordnet ist, und ein Sensor 184, der in dem Einlass des Hochdruckverdichters angeordnet ist. Die Sensoren, die in den Einlässen der Turbolader angeordnet sind, können die Lufttemperatur und/oder den Luftdruck erfassen. Zusätzliche Sensoren können beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, die Motordrehzahl, Motorlast, den Ladedruck, Umgebungsdruck, die Abgastemperatur, den Abgasdruck, etc. umfassen. Ferner kann die Steuereinheit Signale von einem Einlasssensor 185 empfangen, der einen oder mehrere Sensoren zur Messung des Ansaugverteilerdrucks, des Ansaugverteilerdrucks oder anderer Parameter enthalten kann, von einem Abgassensor 186, der einen oder mehrere Sensoren zur Messung des Abgassauerstoffs, Abgas-NOx, Abgasfeinstaubs oder anderer Parameter enthalten kann, und von einem Umgebungssensor 187, der einen oder mehrere Sensoren zur Messung einer Umgebungstemperatur eines Umgebungsdrucks, einer Umgebungsfeuchtigkeit (spezifischen und/oder relativen) oder anderer Parameter enthalten kann. In dem hierin verwendeten Sinne kann eine Umgebung sich auf Bedingungen der Luft außerhalb des Motorsystems beziehen, was eine Luft außerhalb des Fahrzeugs, eine Luft innerhalb des Fahrzeugs und/oder eine Luft, die in den Motor eingespeist wird, umfassen kann. Dementsprechend kann die Steuereinheit das Fahrzeugsystem steuern, indem sie Befehle zu verschiedenen Komponenten, wie beispielsweise zu Traktionsmotoren, zum Wechselstromgenerator, zu Zylinderventilen, einer Drossel, zu Wärmetauschern, Ladedruckregelventilen oder anderen Ventilen oder Strömungssteuerungselementen, etc., sendet.
  • Das Fahrzeugsystem kann eingerichtet sein, um Motorausgangsemissionen über eine weiten Reihe von Umgebungsbedingungen hinweg unter geregelten Grenzwerten zu halten und dabei eine optimale Kraftstoffeffizienz zu erhalten. Die Umgebungsbedingungen, nämlich die Umgebungstemperatur und der Umgebungsdruck, können zahlreiche Betriebsparameter beeinflussen, die sich schließlich auf die Emissionen auswirken. Als ein erstes Beispiel kann der Turboladerluftstrom durch den Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur beeinflusst werden, was die Strömungsrate, Dichte oder andere Parameter der Luftströmung beeinflussen kann. Der Turboladerluftstrom wirkt sich auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus, was sich wiederum auf die FS-Erzeugung auswirkt. Zum Beispiel nimmt die FS-Erzeugung ab, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis steigt. Ein Turboladerluftstrom beeinflusst ferner die Ansaugverteilersauerstoffkonzentration in einem Motor mit AGR, was sich wiederum sowohl auf die FS- als auch auf die NOx-Erzeugung auswirkt. Zum Beispiel steigt bei steigender Sauerstoffkonzentration die NOx-Erzeugung, während die FS-Erzeugung sinkt. In einem zweiten Beispiel kann eine Wärmeabfuhr eines Zwischenkühlers durch die Umgebungstemperatur und den Umgebungsdruck beeinflusst sein, was sich wiederum auf die Temperaturdifferenz zwischen dem Zwischenkühler und der Ansaugluft auswirken kann. Die Wärmeabfuhr wirkt sich auf die Ansaugverteilerlufttemperatur aus, was wiederum sowohl die NOx als auch die FS-Emissionen beeinflusst. Zum Beispiel nimmt bei steigender Verteilerlufttemperatur NOx zu, während FS abnimmt.
  • Wie anhand der obigen Beispiele erkannt werden kann, kann ein Ausgleich zwischen NOx und FS-Emissionen über vielfältige Umgebungsbedingungen hinweg schwierig sein, da eine Veränderung der Umgebungsbedingungen bewirken kann, dass eine Emission steigt, während sie bewirkt, dass die andere Emission sinkt. Ferner kann in dem Fall, dass an den Motorbetriebsparametern (wie beispielsweise der AGR-Strömung) Einstellungen vorgenommen werden, um gewünschte Emissionen aufrechtzuerhalten, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit in einigen Beispielen beeinträchtigt sein.
  • Somit kann gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen eine Reihe von Einstellungen auf der Basis von Umgebungsbedingungen beginnend von einer ersten, „groben“ Einstellung bis zu einer letzten, „feinen“ Einstellung vorgenommen werden, um Emissionen innerhalb eines Bereiches zu halten und dabei eine optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erzielen. Die erste Einstellung kann eine Auswahl einer oder mehrerer Referenzwertekarten aus mehreren möglichen Karten auf der Basis von Umgebungsbedingungen enthalten, um den Einfluss der Umgebungsbedingungen auf die Luftströmung und Wärmeabfuhr zu berücksichtigen. Die aus den Karten ausgegebenen Werte können wiederum vielfältigen jeweiligen Berechnungen und/oder Steuereinrichtungen zugeführt werden, die schließlich verwendet werden, um den Motorbetrieb anzupassen. Eine zweite Einstellung kann eine Einstellung einer Ansaugverteilersauerstoffkonzentrationszielvorgabe und Einspritzzeitsteuerung auf der Basis der Ansaugverteilertemperatur enthalten, um den Einfluss der Umgebungsbedingungen auf die Wärmeabfuhr des Zwischenkühlers zu berücksichtigen. In dem hierin verwendeten Sinne kann eine „Ansaugverteilersauerstoffkonzentration“ einen Konzentrationswert (z.B. basierend auf dem Gewicht oder Volumen der Ansaugluft) umfassen oder kann einen Prozentwert des Ansaugluftvolumens oder -gewichts umfassen. An sich kann die Ansaugverteilersauerstoffkonzentration auch als ein Ansaugsauerstoffanteil bezeichnet werden.
  • Eine dritte Einstellung kann eine Steuerung der AGR-Strömung durch eine Einstellung eines oder mehrerer Abgasventile auf die Ansaugverteilersauerstoffzielkonzentration enthalten. Für die obigen drei Einstellungen kann eine Steuerung der Einspritzzeitsteuerung und der Abgasventilposition auf Sensordaten, einschließlich der Abgassauerstoffkonzentration oder des AGR-Durchflusses, basieren.
  • Die oben beschriebenen Einstellungen können Emissionen während einer weiten Vielfalt von Umgebungsbedingungen in vernünftiger Weise steuern. Wie oben erwähnt, kann die AGR-Strömung gesteuert werden, um die Ansaugverteilersauerstoffzielkonzentration zu erreichen. Jedoch werden wenigstens in einigen Beispielen sowohl die AGR-Strömung als auch die Ansaugsauerstoffkonzentration auf der Basis von Modellen bestimmt, die einen Fehler in die Einstellungen einbringen können. Ferner kann die Beziehung zwischen NOx-Emissionen und der Ansaugverteilersauerstoffkonzentration veränderlich sein. Eine Reduktion der Fehlerquellen und Variation kann zur Erfüllung der gewünschten Emissionsziele wichtig sein.
  • Somit kann zur Reduktion der vorstehend beschriebenen Fehlerquellen und Variation eine vierte Einstellung durchgeführt werden. Die vierte Einstellung kann eine Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielvorgabe auf der Basis einer Rückmeldung von einem NOx-Sensor enthalten. Indem erfasstes NOx direkt eingegeben wird, kann die Abweichung zwischen der Ansaugsauerstoffkonzentration und NOx reduziert werden. Da jedoch NOx-Pegel in dem Abgas durch andere Parameter beeinflusst werden können, kann ein bremsspezifisches NOx (BSNOx) verwendet werden, wobei das erfasste NOx hinsichtlich der Feuchtigkeit, der Abgassauerstoffkonzentration und anderer Parameter korrigiert wird. In dem hier verwendeten Sinne bezieht sich BSNOx auf eine Abgas-NOx-Konzentration, die auf die Motorleistungsausgabe (z.B. die durch Pferdestärke gekennzeichnete Motorleistung) normiert ist. Auf diese Weise nimmt der Offenbarungsgegenstand eine Steuerung an dem vor, was tatsächlich durch die Vorschrift begrenzt ist (z.B. das bezüglich der Feuchtigkeit korrigierte bremsspezifische NOx).
  • Demgemäß kann die Steuereinheit (z.B. Steuereinrichtung) eingerichtet sein, um Abgas-Feinstaub(FS)- und Abgas-NOx-Konzentrationen zu bestimmen. Falls die NOx-Konzentration oberhalb einer NOx-Schwelle liegt, kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Ansaugluftströmungsrate zu reduzieren, und falls die Feinstaubkonzentration oberhalb einer FS-Schwelle liegt, kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die Ansaugluftströmungsrate zu erhöhen. In einigen Beispielen kann die Steuereinrichtung die NOx- und FS-Konzentrationen basierend auf erfassten Daten, z.B. von Abgas-NOx- und/oder -FS-Sensoren, bestimmen. In anderen Beispielen kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die FS- und NOx-Konzentrationen des Abgases basierend auf einer/einem oder mehreren von einem Umgebungsdruck, einer Umgebungstemperatur, einer Motordrehzahl, einer Motorlast, Feuchtigkeit, Abgassauerstoffkonzentration und einer NOx-Sensor-Rückmeldung zu bestimmen.
  • Um die Ansaugluftströmungsrate zu reduzieren, kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine AGR-Strömungsrate zu erhöhen, und um die Ansaugluftströmungsrate zu erhöhen, kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die AGR-Strömungsrate zu verringern. Um die AGR-Strömungsrate anzupassen, kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um ein oder mehrere Auslassventile, die die AGR-Strömung steuern, wie beispielsweise die AGR-Ventile 163, 164 und/oder 170, das Turbinenbypassventil 128 oder ein anderes Ventil, einzustellen.
  • Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um eine Ansaugsauerstoffkonzentrationreferenz aus einer Karte auszuwählen, wobei die Karte selbst aus mehreren Karten basierend auf den ermittelten FS- und NOx-Konzentrationen des Abgases ausgewählt wird. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um die AGR-Strömungsrate basierend auf der Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz einzustellen. Ferner kann die Steuereinrichtung in einigen Beispielen eingerichtet sein, um die Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz basierend auf einer Verteilerlufttemperatur und ferner basierend auf einer korrigierten Abgas-NOx-Konzentration einzustellen.
  • Indem nun auf 2 verwiesen wird, ist ein Verfahren 200 zur Steuerung von Emissionen auf hoher Ebene veranschaulicht. Das Verfahren 200 kann durch eine Steuereinrichtung, wie beispielsweise die Steuereinheit 180, entsprechend darin gespeicherten Instruktionen durchgeführt werden. Bei 202 enthält das Verfahren 200 ein Durchführen einer ersten Einstellung der Einspritzzeitsteuerung und der Zielvorgaben bezüglich der Ansaugsauerstoffkonzentration ([O2]) basierend auf Motorbetriebskarten. Die erste Einstellung ist in größeren Einzelheiten nachstehend in Bezug auf 3 erläutert. Kurz gesagt, enthält die Einstellung eine Eingabe von Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise der Temperatur und des Drucks, in eine Nachschlageeinrichtung eines Kartenselektors, der mehrere Motorbetriebskarten basierend auf den Umgebungsbedingungen auswählt. Die Karten können Referenz- oder Zielwerte für die Ansaugsauerstoffkonzentration, die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung, Drehzahl, Last, etc. enthalten. Der Motorbetrieb, einschließlich der Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung, der Auslassventilposition, etc., kann anschließend gesteuert werden, um die Zielwerte einzuhalten.
  • Bei 204 enthält das Verfahren 200 ein Durchführen einer zweiten Einstellung der Einspritzzeitsteuerung und der Ansaug-[O2]-Zielvorgaben basierend auf einer Ansaugverteilertemperatur (VLT). Die zweite Einstellung umfasst jeweilige VLT-Kompensationsfaktoren, die aus jeweiligen Karten ausgegeben werden, die entsprechend den Umgebungsbedingungen ausgewählt werden, und die verwendet werden, um die angestrebte Einspritzzeitsteuerung und die Ansaug-[O2]-Zielgrößen anzupassen. Die zweite Einstellung ist in größeren Einzelheiten nachstehend in Bezug auf die 4–5 erläutert. Bei 206 enthält das Verfahren 200 ein Durchführen einer dritten Einstellung der Ansaug-[O2]-Zielvorgabe basierend auf einer NOx-Sensor-Rückmeldung, wie in größeren Einzelheiten nachstehend in Bezug auf 5 erläutert ist. Kurz gesagt, kann eine Rückmeldung von einem NOx-Sensor verwendet werden, um die Ansaug-[O2]-Zielgröße fein abzustimmen, um die Variation und den Fehler zu reduzieren. Bei 208 wird eine vierte Einstellung einer AGR-Menge basierend auf einer Abgassauerstoffsensorrückmeldung durchgeführt, wie in größeren Einzelheiten nachstehend in Bezug auf 5 erläutert ist. Diese vierte Einstellung umfasst eine Umsetzung des angestrebten Ansaug-[O2] zu einer angestrebten AGR-Strömung, wobei die Auslassventileinstellung, die vorgenommen wird, um die angestrebte AGR-Strömung zu erreichen, wenigstens zum Teil auf einer Rückmeldung von dem Abgassauerstoffsensor basiert. Das Verfahren 200 endet anschließend.
  • Somit umfasst das Verfahren 200 nach 2 eine Reihe von Einstellungen, die im Einzelnen nachstehend erläutert sind und die durchgeführt werden können, um schließlich die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung und AGR-Strömung derart zu steuern, dass Zielvorgaben hinsichtlich der Kraftstoffeinspritzung und Ansaugsauerstoffkonzentration erfüllt werden. Dabei können Emissionen, insbesondere von FS und NOx, innerhalb geregelter Grenzen gehalten werden. In einigen Beispielen können alle vier Einstellungen vorgenommen werden, während in anderen Beispielen gegebenenfalls nur ein Teil der Einstellungen vorgenommen wird. Zum Beispiel kann die dritte Einstellung basierend auf dem Motorbetriebszustand durchgeführt werden. Dies kann unter einigen Bedingungen, wie beispielsweise während eines Kaltstarts, eines Übergangsbetriebs oder anderer Bedingungen, wenn eine Rückmeldung von dem NOx-Sensor unzuverlässig sein kann, einen Verzicht auf die dritte Einstellung umfassen.
  • Auf diese Weise kann eine Reihe von Einstellungen von einer groben bis zu einer feinen angewandt werden, um die Einspritzzeitsteuerung und Ansaugsauerstoffkonzentration zu steuern. Die erste, gröbste Einstellung kann das größte Ausmaß der Auswirkung auf die AGR-Strömungszielvorgabe haben, während die vierte, feinste Einstellung das geringste Ausmaß der Auswirkung auf die AGR-Strömungszielvorgabe haben kann. In einigen Fällen kann die grobe bis feine Einstellung schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten auf Veränderungen der Betriebsbedingungen ermöglichen, die ansonsten zu grob (obwohl schnell) oder zu langsam (aber hochgenau) sein würden. Um den Ausgleich zwischen schnellen Reaktionsgeschwindigkeiten und der Genauigkeit zu erreichen, kann in einigen Beispielen eine kleinere Verstärkung und ein größeres Filter auf die dritte Einstellung als auf die zweite Einstellung des Ansaugsauerstoffkonzentrationszielwertes angewandt werden.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 300 zur Durchführung der ersten Einstellung des Verfahrens 200 veranschaulicht. Bei 302 enthält das Verfahren 300 ein Bestimmen von Motorbetriebsparametern. Das Bestimmen von Motorbetriebsparametern kann den Umgebungsdruck, die Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit (die z.B. anhand des Umgebungssensors 187 nach 1 bestimmt werden), die Abgas-Sauerstoff- und/oder -NOx-Konzentration (die z.B. anhand des Abgassensors 186 bestimmt werden), den Ansaugverteilerdruck und/oder die Ansaugverteilertemperatur (die z.B. anhand des Ansaugsensors 185 bestimmt werden), die Motordrehzahl, Motorlast, die Stufe oder eine andere Drosseleinstellung und/oder andere Parameter enthalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
  • Bei 304 enthält das Verfahren 300 ein Auswählen einer oder mehrerer Karten auf der Basis des Umgebungsdrucks und der Umgebungstemperatur. Die Karten können eine Motordrehzahl- und Lastreferenz als Funktion der Stufe, Kraftstoffeinspritzzeitsteuerungs-Zielwerte und Ansaug-[O2]-Zielwerte als Funktion der Drehzahl und Last und/oder andere Karten enthalten. Die Kartenausgabe liefert Referenzwerte, die zu einer optimalen Kraftstoffwirtschaftlichkeit führen, während die Emissionsziele innerhalb des Umgebungsbereiches dieser Karte bleiben. Beispielhafte Kartenauswahlvorgänge könnten für jede Referenzkarte eine Basiskarte, eine Karte für kalte Umgebung, eine Karte für heiße Umgebung und eine Karte für große Höhe enthalten.
  • Die ausgewählten Karten können eine Basis-[O2]-Zielkarte 306, eine VLT-[O2]-Kompensationskarte 308, eine Basis-Einspritzzeitsteuerungs-Zielkarte 310, eine VLT-Einspritzzeitsteuerungs-Kompensationskarte 312, eine Drehzahlreferenzkarte 314, eine Lastreferenzkarte 316 und eine BSNOx-Referenzkarte 318 enthalten. Jedoch können zusätzliche und/oder alternative Karten möglich sein.
  • Bei 320 kann eine Lastreferenz und eine Drehzahlreferenz basierend auf der momentanen Stufeneinstellung und jeweiligen ausgewählten Karten (z.B. der Drehzahlreferenzkarte 314 und der Lastreferenzkarte 316) bestimmt werden. Auf diese Weise kann der Motor gesteuert werden, um die Zieldrehzahl und -last basierend auf Umgebungsbedingungen und ferner basierend auf der momentanen Drosseleinstellung zu erreichen.
  • Bei 322 können ein Basis-[O2]-Zielwert, ein VLT-[O2]-Kompensationsreferenzwert, ein Basis-Einspritzzeitsteuerungs-Zielwert, ein VLT-Einspritzzeitsteuerungs-Kompensationsreferenzwert und ein BSNOx-Referenzwert basierend auf der momentanen Motordrehzahl und -last und der jeweiligen ausgewählten Karte (z.B. der Basis-[O2]-Zielkarte 306, der VLT-[O2]-Kompensationskarte 308, der Basis-Einspritzzeitsteuerungs-Zielkarte 310, der VLT-Einspritzzeitsteuerungs-Kompensationskarte 312 und der BSNOx-Referenzkarte 318) bestimmt werden.
  • Bei 324 wird jeder Referenz- oder Zielwert, der aus den ausgewählten Karten ausgegeben wird, in jeweilige Recheneinrichtungen und/oder Steuereinrichtungen eingegeben, um den Motorbetrieb zu steuern, um Emissionsziele zu erfüllen, wie dies nachstehend in Bezug auf die 4–5 erläutert ist.
  • 4 zeigt ein Verfahren 400 zur Steuerung der Einspritzzeitsteuerung. Das Verfahren 400 enthält die zweite Einstellung des Verfahrens 200. Ferner verwendet das Verfahren 400 Karten, die entsprechend dem Verfahren 300 ausgewählt werden. Bei 402 enthält das Verfahren 400 ein Bestimmen eines Kraftstoffmengenbefehls basierend auf der Motordrehzahl und der Motordrehzahlreferenzausgabe aus der vorstehend beschriebenen Motordrehzahlreferenzkarte 314. Bei 404 wird ein Kraftstoffeinspritzzeitsteuerungsbefehl bestimmt. Der Kraftstoffeinspritzzeitsteuerungsbefehl wird entsprechend einer Basis-Zeitsteuerungs-Zielausgabe aus der Einspritzzeitsteuerungs-Zielkarte 310 bestimmt, wie bei 406 angezeigt. Der Zeitsteuerungszielwert wird basierend auf der VLT und basierend auf der Ausgabe aus der VLT-Zeitsteuerungs-Kompensationskarte 312 eingestellt, wie bei 408 angezeigt. Bei 410 wird der Kraftstoffinjektorstrom gesteuert, um den (die) Kraftstoffinjektorventil(e) basierend auf den vorstehend bestimmten Kraftstoffeinspritzzeitsteuerungs- und Kraftstoffmengenbefehlen einzustellen. Das Verfahren 400 endet anschließend.
  • Somit können, wie vorstehend erläutert, Kraftstoffeinspritzparameter basierend auf Umgebungsbedingungen eingestellt werden. Dies kann eine erste Einstellung, die vorstehend in Bezug auf 3 beschrieben ist, umfassen, bei der eine Basis-Kraftstoffeinspritzzeitsteuerungskarte sowie eine VLT-Kompensationskarte basierend auf Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise der Temperatur und dem Druck, ausgewählt werden. Die ausgewählte Basis-Einspritzzeitsteuerungskarte gibt eine Kraftstoffeinspritzzeitsteuerungs-Zielvorgabe als Funktion einer Motordrehzahl und -last aus. Die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerungs-Zielvorgabe wird anschließend einer zweiten Einstellung auf der Basis der VLT unterworfen, wobei die Zielvorgabe basierend auf einem Kompensationsfaktor angepasst wird, der durch die VLT-Kompensationskarte als Funktion der VLT ausgegeben wird. Der (die) Kraftstoffinjektor(en) werden gesteuert, um die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerungs-Zielvorgabe zu erfüllen, und wird gesteuert, um den Kraftstoffmengenbefehl zu erfüllen.
  • 5 zeigt ein Verfahren 500 zur Steuerung einer Position eines oder mehrerer Auslassventile, um ein Ansaug-[O2]-Ziel zu erfüllen. Das Verfahren 500 enthält die zweite, dritte und vierte Einstellung des Verfahrens 200. Ferner nutzt das Verfahren 500 Karten, die entsprechend dem Verfahren 300 ausgewählt werden. Bei 502 enthält das Verfahren 500 ein Bestimmen von BSNOx auf der Basis einer NOx-Sensor-Rückmeldung, von Feuchtigkeit und anderen Parametern. In einem Beispiel können die anderen Parameter die Abgassauerstoffsensorausgabe, Motorleistung und den Kraftstofffluss enthalten. Die Motorleistung und der Kraftstofffluss können modelliert oder erfasst werden. In einem weiteren Beispiel können die weiteren Parameter einen gemessenen Frischluftstrom oder eine gemessene AGR-Strömung und ein Zylinderströmungsmodell anstelle des Kraftstoffflusses und des Abgas-[O2] enthalten. Die Auswahl, welche Parameter verwendet werden, um das BSNOx zu bestimmen, kann von der Sensorkonfiguration des Motors abhängen.
  • Bei 504 wird ein Ansaug-[O2]-Ziel bestimmt. Ein Bestimmen des Ansaug-[O2]-Ziels umfasst ein Bestimmen eines Ansaug-[O2]-Ziels entsprechend einer Basis-Ansaug-[O2]-Zielausgabe aus der Ansaug-[O2]-Zielkarte 306, wie bei 506 angezeigt. Das Basis-Ansaug-[O2]-Ziel wird basierend auf einer VLT und einer VLT-Kompensationsfaktorausgabe aus der Karte 306 eingestellt, wie bei 508 angezeigt. Das Ansaug-[O2]-Ziel wird ferner bei 510 basierend auf dem BSNOx und der BSNOx-Referenzausgabe aus der Karte 318 eingestellt.
  • Bei 512 wird der Ansaug-[O2]-Zielwert in eine AGR-Strömungsreferenz umgesetzt. Dies kann ein Bestimmen der AGR-Strömung auf der Basis des Ansaug-[O2]-Zielwertes, eines Frischluftströmungsmodells und eines Kraftstoffmengenbefehls enthalten, wie bei 514 angezeigt. Bei 516 wird die tatsächliche AGR-Strömung basierend auf dem Abgas-[O2], der VLT, dem Verteilerdruck, der Drehzahl und der Kraftstoffmenge bestimmt. Bei 518 werden ein oder mehrere Auslassventile basierend auf dem Fehler zwischen der AGR-Strömung und den vorstehend bestimmten AGR-Strömungs-Referenzwerten angepasst. Das Verfahren 500 endet anschließend.
  • Somit kann, wie vorstehend erläutert, die Auslassventilposition basierend auf Umgebungsbedingungen eingestellt werden. Dies kann eine erste Einstellung, wie sie vorstehend in Bezug auf 3 beschrieben ist, umfassen, bei der eine Basis-Ansaug-[O2]-Zielkarte sowie eine VLT-Kompensationskarte basierend auf Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperatur und Druck, ausgewählt werden. Die ausgewählte Basis-Ansaug-[O2]-Zielkarte gibt einen Ansaug-[O2]-Zielwert als Funktion der Motordrehzahl und -last aus. Der Ansaug-[O2]-Zielwert wird anschließend einer zweiten Einstellung basierend auf der VLT unterworfen, bei der der Zielwert basierend auf einem durch die VLT-Kompensationskarte als Funktion der VLT ausgegebenen Kompensationsfaktor angepasst wird. Der Ansaug-[O2]-Zielwert wird einer dritten Einstellung auf der Basis des BSNOx unterworfen, bei der der Zielwert basierend auf einem BSNOx-Einstellfaktor eingestellt wird, der durch die BSNOx-Karte als Funktion von BSNOx ausgegeben wird. Anschließend wird eine vierte Einstellung vorgenommen, um die Ansaug-[O2]-Zielvorgabe in eine AGR-Strömungsreferenz umzuwandeln. Eine tatsächliche AGR-Strömung wird bestimmt, und das (die) Auslassventil(e) werden basierend auf dem Fehler zwischen der tatsächlichen und der Referenz-AGR-Strömung gesteuert.
  • 6–7 zeigen eine Reihe von Steuerdiagrammen, die in graphischer Weise die Verfahren gemäß den 2–5 veranschaulichen. Insbesondere veranschaulicht 6 ein erstes Steuerdiagramm 600, das eine Steuerung der Auslassventilposition betrifft, während 7 ein zweites Steuerdiagramm 700 veranschaulicht, das eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzparameter betrifft. Während die Steuerungssequenz in gesonderte Diagramme aufgeteilt ist, versteht es sich, dass beide Steuerungen gleichzeitig durchgeführt werden könnten und dass einige der gleichen Steuerblöcke, Eingaben und Ausgaben in beiden Steuerdiagrammen vorhanden sind. In einem Beispiel werden gesonderte Steuerdiagramme lediglich der Klarheit der Darstellung wegen dargestellt.
  • Das erste Steuerdiagramm 600 nach 6 enthält einen Kartennachschlageselektor 602, der eine oder mehrere Karten aus mehreren möglichen Karten basierend auf der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck auswählt. In dem Diagramm 600 wählt der Kartennachschlageselektor eine geeignete Basis-Ansaug-[O2]-Zielkarte 604, eine geeignete VLT-Kompensationskarte 608 und eine geeignete BSNOx-Referenzkarte 610 auf der Basis der Umgebungstemperatur und des Umgebungsdruckes aus. Die Basis-Ansaug-[O2]-Zielkarte gibt einen Basis-[O2]-Zielwert als Funktion der Drehzahl und Last aus (wobei Drehzahl und Last als die Motordrehzahl und Motorlast verstanden werden, die modelliert und/oder erfasst werden). In ähnlicher Weise gibt die VLT-Kompensationskarte einen Konversationsfaktor auf der Basis der Drehzahl und der Last aus. Sowohl das Basis-[O2]-Ziel als auch der VLT-Kompensationsfaktor werden gemeinsam mit der gemessenen VLT in einen [O2]-Referenzberechnungsblock 612 eingegeben.
  • Die BSNOx-Referenzkarte gibt ein Referenz-BSNOx als Funktion der Drehzahl und Last aus. Das Referenz-BSNOx wird in einen BSNOx-[O2]-Einstellungsberechnungsblock 614 gemeinsam mit dem ermittelten BSNOx eingespeist. Der BSNOx-O2-Einstellungsberechnungsblock gibt eine BSNOx-Einstellung an den [O2]-Referenzberechnungsblock aus, was in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben ist.
  • Erneut bezugnehmend auf das tatsächliche BSNOx wird dieses in dem BSNOx-Berechnungsblock 622 bestimmt. Wie veranschaulicht, berechnet der BSNOx-Berechnungsblock das BSNOx auf der Basis der Drehzahl, der Last, des NOx (z.B. NOx-ppm, wie anhand eines NOx-Sensors erfasst), der Feuchtigkeit (z.B. der anhand eines Umgebungsfeuchtigkeitssensors bestimmten spezifischen Feuchtigkeit), des Abgas-[O2] und eines Kraftstoffmengenbefehls. Die Bestimmung des Kraftstoffmengenbefehls ist nachstehend in Bezug auf 7 erläutert.
  • Der [O2]-Referenzberechnungsblock führt eine Reihe von Anpassungen an der Basis-[O2]-Zielausgabe durch die Basis-Ansaug-[O2]-Zielkarte durch. Eine Einstellung umfasst eine Einstellung auf der Basis der VLT entsprechend der gemessenen VLT und dem ausgegebenen VLT-Kompensationsfaktor. Eine weitere Einstellung enthält eine Einstellung auf der Basis von BSNOx entsprechend der BSNOx-Einstellfaktorausgabe durch den BSNOx-[O2]-Einstellungsberechnungsblock. Der O2-Referenzberechnungsblock gibt eine Ansaug-[O2]-Referenz (die auch als ein Ziel bezeichnet wird) für einen AGR-Strömungs-Referenzberechnungsblock 618 aus. Hier wird die Ansaug-[O2]-Referenz gemeinsam mit der Drehzahl, der VLT, dem Verteilerluftdruck (VLD), dem Abgas-[O2] und der Kraftstoffmenge verwendet, um eine AGR-Strömungsreferenz zu bestimmen, die in die AGR-Steuereinrichtung 620 eingegeben wird.
  • Die AGR-Steuereinrichtung empfängt ferner eine AGR-Strömungsmenge (z.B. -rate) von dem AGR-Strömungsberechnungsblock 616. Der AGR-Strömungsberechnungsblock bestimmt eine AGR-Strömungsmenge auf der Basis einer Drehzahl, der VLT, des VLDs, des Abgas-[O2]- und der Kraftstoffmenge. Jedoch kann in einigen Ausführungsformen ein AGR-Strömungssensor verwendet werden, um die AGR-Strömungsmenge zu bestimmen.
  • Die AGR-Steuereinrichtung bestimmt die Differenz (z.B. den Fehler) zwischen dem AGR-Strömungs-Ziel (aus der AGR-Strömungs-Referenzberechnung) und der tatsächlichen AGR-Strömung (aus der AGR-Strömungsberechnung) und stellt ein oder mehrere Auslassventile auf der Basis des Fehlers ein. In einigen Beispielen kann eine Verstärkung und/oder ein Filter auf den Fehler angewandt werden. Das eine oder die mehreren Auslassventile können geeignete Ventile sein, die den AGR-Fluss steuern, wie beispielsweise die AGR-Ventile 163, 164 und/oder 170, das Turbinenbypassventil 128, etc.
  • Das vorstehend beschriebene Steuerdiagramm kann in einem System mit einer geeigneten AGR-Konfiguration verwendet werden. In der in Bezug auf 1 beschriebenen AGR-Konfiguration wird die AGR ausschließlich in einem Teilsatz von Zylindern des Motors, insbesondere in den Geberzylindern, erzeugt. In den Geberzylinderkonfigurationen kann das vorstehend beschriebene Steuerdiagramm geringfügig modifiziert werden, um den Unterschied der Geber- im Vergleich zu den Nicht-Geber-Abgassammlerdrücken und andere Parameter wiederzugeben. Somit enthält der AGR-Strömungs-Berechnungsblock 616, die zusätzlichen Eingaben des Abgasdrucks (Pexh, des Drucks des Nicht-Geber-Abgassammlers) und des AGR-Drucks (Pegr, des Drucks des Geber-Abgassammlers). Der AGR-Strömungs-Referenzberechnungsblock 618 kann als eine Eingabe die Geberzylinder-Kraftstoffmenge anstatt der Kraftstoffmenge für den gesamten Motor enthalten. Schließlich kann die Ausgabe aus der AGR-Steuereinrichtung 620 einen Ventilstrom sowohl für das AGR-Dosierventil als auch für das AGR-Bypassventil enthalten.
  • Das zweite Steuerdiagramm 700 nach 7 enthält den Kartennachschlageselektor 602, der eine oder mehrere Karten unter mehreren möglichen Karten auf der Basis der Umgebungstemperatur und des Umgebungsdruckes auswählt. In dem Diagramm 700 wählt der Kartennachschlageselektor eine Basis-Einspritzzeitsteuerungs-Zielkarte 702, eine VLT-Kompensationskarte 704 (spezifisch für eine Einstellung der Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung und somit gesondert und verschieden von der VLT-Kompensationskarte 608 des Diagramms 600), eine Drehzahlreferenzkarte 706 und eine Lastreferenzkarte 708 aus.
  • Die Basis-Einspritzzeitsteuerungs-Zielkarte gibt einen Basis-Einspritzzeitsteuerungs-Zielwert als Funktion der Drehzahl und Last aus, wobei die Drehzahl und Last als die Motordrehzahl und -last verstanden werden, die modelliert und/oder erfasst werden). In ähnlicher Weise gibt die VLT-Kompensationskarte 704 einen Kompensationsfaktor auf der Basis der Drehzahl und der Last aus. Sowohl das Basis-Einspritzzeitsteuerungs-Ziel als auch der VLT-Kompensationsfaktor werden gemeinsam mit der gemessenen VLT in einen Zeitsteuerungsbefehlsberechnungsblock 710 eingegeben. Der Zeitsteuerungsbefehlsberechnungsblock gibt einen Zeitsteuerungsbefehl an die Kraftstoffsteuerung 716 aus.
  • Die Kraftstoffsteuerung empfängt den Zeitsteuerungsbefehl gemeinsam mit einer Kraftstoffmengenbefehlsausgabe von der Drehzahlsteuerung 712. Die Kraftstoffsteuerung steuert den Kraftstoffinjektorstrom, um die befohlene Kraftstoffmenge mit der befohlenen Zeitsteuerung zu liefern. Die Drehzahlsteuerung bestimmt den Kraftstoffmengenbefehl auf der Basis der Differenz zwischen der gemessenen Motordrehzahl und einer Drehzahlreferenz (gemeinsam mit jeglichen angezeigten angewandten Verstärkungen und/oder Filtern). Die Drehzahlreferenz wird anhand der Ausgabe aus der Drehzahlreferenzkarte bestimmt, die die Drehzahlreferenz als Funktion der Stufe oder einer anderen Drosseleinstellung ausgibt.
  • Zusätzlich gibt der Kartennachschlageselektor eine Lastreferenzkarte aus, die eine Lastreferenz als Funktion einer Stufe oder einer anderen Drosseleinstellung ausgibt. Die Lastreferenz wird in eine Laststeuerung 714 gemeinsam mit der gemessenen Last eingegeben. Die Laststeuerung gibt einen Wechselstromgeneratorfeldstrom auf der Basis der Differenz zwischen der gemessenen und der Referenzlast aus und passt die Last an dem Wechselstromgenerator 140 an, um die Referenzlast zu erreichen.
  • Auf diese Weise können mehrere Referenzwerte auf der Basis der jeweiligen Karten bestimmt werden, die jeweils als Funktion der Umgebungsbedingungen ausgewählt werden. Die Referenzwerte können in vielfältigen Berechnungsblöcken und/oder Eingaben in Steuerungen verwendet werden, um schließlich verschiedene Motorbetriebsparameter, einschließlich der Auslassventilposition (um die AGR-Strömung und somit die Ansaugsauerstoffkonzentration zu steuern), der Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung und -menge, der Motordrehzahl und der Motorlast, zu steuern. Wie vorstehend erläutert, beeinflussen die Ansaugsauerstoffkonzentration, die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung und -menge, die Motordrehzahl und die Motorlast jeweils die Emissionen und die Kraftstoffeffizienz in unterschiedlichem Maße. Durch Einstellung jedes Motorbetriebsparameters basierend wenigstens zum Teil auf Umgebungsbedingungen können Abgasemissionen (einschließlich FS und NOx) innerhalb Zielbereiche gehalten werden, ohne die Kraftstoffeffizienz zu beeinträchtigen. Außerdem kann durch Aufnahme einer Abgassensorrückmeldung von einem NOx- und/oder einem Sauerstoffsensor eine geschlossene Regelung in Echtzeit erzielt werden, um den Fehler und die Abweichung zu reduzieren, was die Emissionssteuerung weiter verbessert.
  • In einigen Beispielen kann eine BSNOx-Regelung bei einer stationären Drehzahl und Last nur unter belasteten Bedingungen verwendet werden. Die Ausgabe aus der BSNOx-Schleife kann gehalten (z.B. wieder abgerufen) oder zu Null zurückgesetzt werden, wenn die Schleife deaktiviert ist. Da das BSNOx ins Unendliche wächst, während die Bremsleistung sich Null annähert, kann die BSNOx-Schleife während Bedingungen mit niedriger Last nicht sinnvoll sein. In einige Beispielen kann eine NOx-ppm-Steuerschleife bei niedrigen Lasten, wie beispielsweise im Leerlauf, implementiert sein, oder es kann eine angezeigte spezifische NOx-Steuerschleife bei niedrigen Lasten verwendet werden. Ferner kann die NOx-Steuerung während Übergangsbedingungen aufgrund von Schwankungen bei der Beziehung zwischen der Ansaugsauerstoffkonzentration und dem BSNOx deaktiviert werden.
  • Somit ergeben die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren eine Ausführungsform einer Steuereinrichtung, wie beispielsweise der Steuereinheit 480. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert, um auf eine/einen oder mehrere von einer Ansaugverteilerlufttemperatur (VLT), einer Ansaugluftströmungsrate oder einem erfassten oder geschätzten Ansaugsauerstoffanteil dadurch zu reagieren, dass eine Abgasrückführungs(AGR)-Menge verändert wird, um Feinstaub (FS) und NOx innerhalb eines Bereiches zu halten, und dann die AGR-Menge basierend auf einer NOx-Sensorrückmeldung weiter angepasst wird.
  • Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um eine Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration zu bestimmen und die AGR-Menge basierend auf einer Differenz zwischen der Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration und dem erfassten oder geschätzten Ansaugsauerstoffanteil zu verändern. Die Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration wird aus einer Karte ausgegeben, die die Ansaugsauerstoffreferenzmenge auf eine Motordrehzahl und -last abbildet. Die Karte wird aus mehreren Karten basierend auf einer Umgebungstemperatur und einem Umgebungsdruck ausgewählt. Die Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration wird basierend auf der VLT angepasst.
  • Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die AGR-Menge ferner auf der Basis einer NOx-Rückmeldung einzustellen, indem sie eine bremsspezifische NOx-Konzentration auf der Basis der NOx-Sensorrückmeldung bestimmt und die AGR-Menge basierend auf einer Differenz zwischen der bremsspezifischen NOx-Konzentration und einer NOx-Referenzkonzentration anpasst.
  • Die bremsspezifische NOx-Konzentration wird ferner basierend auf einer Feuchtigkeit, einer Abgassauerstoffkonzentration und einer Motorleistung bestimmt, und die NOx-Referenzkonzentration wird aus einer Karte ausgegeben, die die NOx-Konzentration auf eine Motordrehzahl und -last abbildet, wobei die Karte aus mehreren Karten basierend auf einem Umgebungsdruck und einer Umgebungstemperatur ausgewählt wird.
  • Die Steuereinrichtung ist ferner eingerichtet, um die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung einzustellen, um den FS innerhalb des Bereiches zu halten, wobei die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung basierend auf einer Referenzeinspritzzeitsteuerungsausgabe aus einer Karte bestimmt und basierend auf der VLT angepasst wird, wobei die Karte aus mehrere Karten basierend auf einer Umgebungstemperatur und einem Umgebungsdruck ausgewählt wird.
  • Eine weitere Ausführungsform enthält eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um Feinstaub(FS)- und Abgas-NOx-Konzentrationen zu bestimmen und für den Fall, dass die NOx-Konzentration oberhalb einer NOx-Schwelle liegt, eine Ansaugluftströmungsrate zu reduzieren, und für den Fall, dass die Feinstaubkonzentration oberhalb einer FS-Schwelle liegt, die Ansaugluftströmungsrate zu erhöhen.
  • Die Steuereinrichtung ist konfiguriert, um die Ansaugluftströmungsrate durch Erhöhung einer Abgasrückführungs(AGR)-Strömungsrate zu reduzieren und die Ansaugluftströmungsrate durch Verringerung der AGR-Strömungsrate zu erhöhen. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die FS- und NOx-Konzentrationen des Abgases basierend auf einer/einem oder mehreren von einem Umgebungsdruck, einer Umgebungstemperatur, einer Motordrehzahl, einer Motorlast, Feuchtigkeit, Abgassauerstoffkonzentration oder NOx-Sensor-Rückmeldung zu bestimmen. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um eine Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz aus einer Karte auszuwählen, wobei die Karte unter mehreren Karten basierend auf den ermittelten FS- und NOx-Konzentrationen des Abgases ausgewählt wird, und die AGR-Strömungsrate basierend auf der Ansaugsauerstsoffkonzentrationsreferenz anzupassen. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz basierend auf einer Verteilerlufttemperatur und ferner basierend auf einer korrigierten Abgas-NOx-Konzentration einzustellen.
  • Eine Ausführungsform für ein Verfahren weist ein Durchführen einer ersten Einstellung einer Ansaugzeitsteuerungszielgröße und einer Ansaugsauerstoffkonzentrationzielgröße basierend auf jeweiligen Motorbetriebskarten, Durchführen einer zweiten Einstellung der Einspritzzeitsteuerungs- und Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgrößen basierend auf einer Ansaugverteilertemperatur, Durchführen einer dritten Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße basierend auf einer NOx-Sensorrückmeldung und Durchführen einer vierten Einstellung einer Abgasrückführungs(AGR)-Menge basierend auf einer Sauerstoffsensorrückmeldung auf. Das Verfahren kann unter Verwendung einer Steuereinrichtung automatisch durchgeführt werden.
  • Das Durchführen der dritten Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße basierend auf einer NOx-Sensorrückmeldung weist ein Anwenden einer geringeren Verstärkung und eines größeren Filters auf die dritte Einstellung als auf die zweite Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße auf.
  • Das Durchführen der vierten Einstellung weist ein Durchführen einer vierten Einstellung der AGR-Menge basierend auf einer Sauerstoffsensorrückmeldung und einer Feuchtigkeit auf. Das Verfahren weist ferner ein wahlweises Durchführen der dritten Einstellung basierend auf einem Motorbetriebszustand auf.
  • Das Verfahren weist ferner nach dem Durchführen der dritten Einstellung ein Umsetzen der Ansaugsauerstoffkonzentration in eine AGR-Strömungsreferenz und ein Durchführen der vierten Einstellung an der AGR-Strömungsreferenz auf. Das Durchführen der ersten Einstellung weist ein Auswählen einer ersten Karte zur Einstellung der Einspritzzeitsteuerungszielgröße und ein Auswählen einer zweiten Karte zur Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße basierend auf Umgebungsbedingungen auf.
  • Ein Durchführen der zweiten Einstellung der Einspritzzeitsteuerungs- und Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgrößen basierend auf der Ansaugverteilertemperatur (VLT) weist ein Auswählen einer ersten VLT-Kompensationskarte zur Einstellung der Einspritzzeitsteuerungszielgröße und ein Auswählen einer zweiten VLT-Kompensationskarte zur Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße basierend auf Umgebungsbedingungen auf.
  • Eine Ausführungsform für ein System weist einen Motor mit einem Ansaugverteiler und mehreren Zylindern, einen Abgasrückführungs(AGR)-Kanal zur Leitung der AGR von wenigstens einem Teilsatz der mehreren Zylinder zu dem Einlassverteiler und eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um eine AGR-Strömungsmenge zu dem Einlassverteiler basierend auf einer Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration einzustellen, wobei die Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration basierend auf einer ausgewählten Karte bestimmt und basierend auf einer korrigierten Abgas-NOx-Konzentration angepasst wird.
  • Die Karte wird aus mehreren verschiedenen Karten basierend auf einer Umgebungstemperatur und einem Umgebungsdruck ausgewählt. Die Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration wird ferner basierend auf der Ansaugverteilertemperatur angepasst. Die Abgas-NOx-Konzentration wird anhand eines Abgas-NOx-Sensors erfasst und basierend auf einer Feuchtigkeit, einer Abgassauerstoffkonzentration, einer Motordrehzahl, einer Motorlast und einer Kraftstoffeinspritzmenge korrigiert.
  • Wie hierin verwendet, sollte ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl angegeben ist und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorangestellt ist, nicht derart verstanden werden, dass es mehrere derartige Elemente oder Schritte ausschließt, sofern ein derartiger Ausschluss nicht explizit angegeben ist. Ferner schließen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ der Erfindung nicht die Existenz weiterer Ausführungsformen aus, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten. Außerdem können, sofern nicht explizit das Gegenteil angegeben ist, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen“, „enthalten“ oder „haben“, zusätzlich solche Elemente enthalten, die diese Eigenschaft nicht aufweisen. Die Ausdrücke „enthalten“ und „in dem/der“ werden als die sprachlichen Äquivalente der jeweiligen Ausdrücke „aufweisend“ und „worin“ verwendet. Außerdem werden die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“ lediglich als Bezeichnungen verwendet, und sie sollen ihren Objekten keine nummerischen Anforderungen oder keine bestimmte Positionsreihenfolge auferlegen.
  • Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um einen Fachmann auf dem relevanten Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
  • Es sind verschiedene Verfahren und Systeme zur Emissionssteuerung geschaffen. In einem Beispiel ist eine Steuereinrichtung eingerichtet, um auf eine(n) oder mehrere, von einer Ansaugverteilerlufttemperatur (VLT), einer Ansaugluftströmungsrate oder einem erfassten oder geschätzten Ansaugsauerstoffanteil zu reagieren, indem sie eine Abgasrückführungs(AGR)-Menge verändert, um Feinstaub (FS) und NOx innerhalb eines Bereiches zu halten, und anschließend die AGR-Menge basierend auf einer NOx-Sensor-Rückmeldung weiter anpasst.

Claims (15)

  1. Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um auf eine(n) oder mehrere von einer Ansaugverteilerlufttemperatur (VLT), einer Ansaugluftströmungsrate oder einem erfassten oder geschätzten Ansaugsauerstoffanteil zu reagieren, indem sie eine Abgasrückführungs(AGR)-Menge verändert, um Feinstaub (FS) und NOx innerhalb eines Bereiches zu halten, und anschließend die AGR-Menge basierend auf einer NOx-Sensorrückmeldung weiter anpasst.
  2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um eine Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration zu bestimmen und die AGR-Menge auf der Basis einer Differenz zwischen der Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration und dem erfassten oder geschätzten Ansaugsauerstoffanteil zu verändern.
  3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration aus einer Karte ausgegeben wird, die eine Ansaugsauerstoffreferenzmenge auf eine Motordrehzahl und -last abbildet; wobei die Karte aus mehreren Karten basierend auf einer Umgebungstemperatur und einem Umgebungsdruck ausgewählt sein kann.
  4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Ansaugsauerstoffreferenzkonzentration basierend auf der VLT eingestellt wird.
  5. Steuereinrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die AGR-Menge basierend auf einer NOx-Rückmeldung weitern anzupassen, indem sie eine bremsspezifische NOx-Konzentration basierend auf der NOx-Sensorrückmeldung bestimmt und die AGR-Menge basierend auf einer Differenz zwischen der bremsspezifischen NOx-Konzentration und einer NOx-Referenzkonzentration einstellt; wobei die bremsspezifische NOx-Konzentration ferner basierend auf einer Feuchtigkeit, einer Abgassauerstoffkonzentration, einer Kraftstoffmenge und einer Motorleistung bestimmt werden kann und wobei die NOx-Referenzkonzentration aus einer Karte ausgegeben werden kann, die eine NOx-Konzentration auf eine Motordrehzahl und -last abbildet, wobei die Karte aus mehreren Karten basierend auf einem Umgebungsdruck und einer Umgebungstemperatur ausgewählt werden kann.
  6. Steuereinrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung ferner eingerichtet ist, um die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung einzustellen, um den FS innerhalb des Bereiches zu halten, wobei die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung basierend auf einer Einspritzzeitsteuerungsreferenzausgabe aus einer Karte bestimmt und basierend auf der VLT angepasst wird, wobei die Karte aus mehreren Karten basierend auf einer Umgebungstemperatur und einem Umgebungsdruck ausgewählt wird.
  7. Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um Abgas-Feinstaub(FS)- und Abgas-NOx-Konzentrationen zu bestimmen und für den Fall, dass die NOx-Konzentration oberhalb einer NOx-Schwelle liegt, eine Ansaugluftströmungsrate zu reduzieren, und für den Fall, dass die Feinstaubkonzentration oberhalb einer FS-Schwelle liegt, die Ansaugluftströmungsrate zu erhöhen.
  8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die Ansaugluftströmungsrate durch Erhöhung einer Abgasrückführungs(AGR)-Strömungsrate zu reduzieren und die Ansaugluftströmungsrate durch Verringerung der AGR-Strömungsrate zu erhöhen.
  9. Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die FS- und NOx-Konzentrationen des Abgases basierend auf einer/einem oder mehreren von einem Umgebungsdruck, einer Umgebungstemperatur, einer Motordrehzahl, einer Motorlast, Feuchtigkeit, Abgassauerstoffkonzentration, Kraftstoffmenge oder NOx-Sensor-Rückmeldung zu bestimmen.
  10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um eine Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz aus einer Karte auszuwählen, wobei die Karte aus mehreren Karten basierend auf den bestimmten FS- und NOx-Konzentrationen des Abgases ausgewählt wird, und die AGR-Strömungsrate basierend auf der Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz anzupassen; wobei die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um die Ansaugsauerstoffkonzentrationsreferenz basierend auf einer Verteilerlufttemperatur und ferner basierend auf einer korrigierten Abgas-NOx-Konzentration anzupassen.
  11. Verfahren, das aufweist: Durchführen einer ersten Einstellung von Einspritzzeitsteuerungs- und Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgrößen basierend auf jeweiligen Motorbetriebskarten; Durchführen einer zweiten Einstellung der Einspritzzeitsteuerungs- und Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgrößen basierend auf einer Ansaugverteilertemperatur; Durchführen einer dritten Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße basierend auf einer NOx-Sensor-Rückmeldung; und Durchführen einer vierten Einstellung einer Abgasrückführungs(AGR)-Menge basierend auf einer Sauerstoffsensor-Rückmeldung.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Durchführen der dritten Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße basierend auf einer NOx-Sensor-Rückmeldung ein Anwenden einer geringeren Verstärkung und eines größeren Filters auf die dritte Einstellung als auf die zweite Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Durchführen der vierten Einstellung ein Durchführen einer vierten Einstellung der AGR-Menge basierend auf einer Sauerstoffsensorrückmeldung und einer Feuchtigkeit aufweist.
  14. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11–13, das ferner ein wahlweises Durchführen der dritten Einstellung basierend auf einem Motorbetriebszustand aufweist; und/oder das ferner nach dem Durchführen der dritten Einstellung ein Umsetzen der Ansaugsauerstoffkonzentration in eine AGR-Strömungsreferenz und Durchführen der vierten Einstellung an der AGR-Strömungsreferenz aufweist.
  15. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11–14, wobei das Durchführen der ersten Einstellung ein Auswählen einer ersten Karte zur Einstellung der Einspritzzeitsteuerungszielgröße und Auswählen einer zweiten Karte zur Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße basierend auf Umgebungsbedingungen aufweist; und/oder wobei das Durchführen der zweiten Einstellung der Einspritzzeitsteuerungs- und Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgrößen basierend auf der Ansaugverteilertemperatur (VLT) ein Auswählen einer ersten VLT-Kompensationskarte zur Einstellung der Einspritzzeitsteuerungszielgröße und ein Auswählen einer zweiten VLT-Kompensationskarte zur Einstellung der Ansaugsauerstoffkonzentrationszielgröße basierend auf Umgebungsbedingungen aufweist.
DE102015117878.8A 2014-10-22 2015-10-21 Verfahren und Systeme zur Luftstromsteuerung Active DE102015117878B4 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/520,539 US10508606B2 (en) 2014-10-22 2014-10-22 Method and systems for airflow control
US14/520,539 2014-10-22

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