DE102018116411B4

DE102018116411B4 - Steuervorrichtung für eine Maschine

Info

Publication number: DE102018116411B4
Application number: DE102018116411.4A
Authority: DE
Inventors: Yuya MATSUZAWA
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2023-01-05
Anticipated expiration: 2038-07-07
Also published as: JP2019015239A; US20190010886A1; DE102018116411A1; JP6772976B2; US10519885B2

Abstract

Steuergerät für eine Maschine (1), das folgendes aufweist:einen Rotationsdetektor (206), der eine Maschinendrehzahl (NE) misst;eine Kraftstoffzuführvorrichtung (16), die einen Kraftstoff in eine Brennkammer der Maschine (1) basierend auf einem Steuerbefehlswert für eine Kraftstoffeinspritzmenge zuführt; undein Ausgabesteuergerät (200), das einen erlaubten Bereich für eine Ausgabe der Maschine (1) einstellt und die Ausgabe der Maschine (1) innerhalb des erlaubten Bereichs steuert, dadurch gekennzeichnet, dassdas Ausgabesteuergerät (200) eine Emissionsmenge (E) eines Schadstoffs aus dem Steuerbefehlswert für die Kraftstoffeinspritzmenge für die Kraftstoffzuführvorrichtung (16) und der Maschinendrehzahl (NE) berechnet, die durch den Rotationsdetektor (206) gemessen ist,das Ausgabesteuergerät (200) eine akkumulierte Emissionsmenge (L) des Schadstoffs, die von der Maschine (1) für eine Zeitdauer von einem ersten Zeitpunkt zu einem vorliegenden Zeitpunkt emittiert ist, berechnet,das Ausgabesteuergerät (200) eine maximal erlaubte Emissionsmenge des Schadstoffs für eine Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt berechnet, an dem eine vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt aus verstrichen ist,das Ausgabesteuergerät (200) eine Differenz zwischen der berechneten akkumulierten Emissionsmenge (L) des Schadstoffs und der berechneten maximalen erlaubten Emissionsmenge (Lmax) des Schadstoffs berechnet,das Ausgabesteuergerät (200) einen ersten Ausgabeindex (D, D1) durch ein Dividieren der berechneten Differenz durch die Zeitdauer von dem vorliegenden Zeitpunkt zu dem zweiten Zeitpunkt berechnet, unddas Ausgabesteuergerät (200) den erlaubten Bereich für die Ausgabe der Maschine (1) auf der Basis des ersten Ausgabeindex (D, D1) derart einstellt, dass die akkumulierte Emissionsmenge (L) des Schadstoffs für die vorbestimmte Zeitdauer gleich wie oder geringer als die maximal erlaubte Emissionsmenge des Schadstoffs wird.

Description

Technischer Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuervorrichtung, die eine Maschine steuert.
In einer Dieselmaschine, die für eine Verwendung in einem Fahrzeug und einer Industriemaschine angepasst ist, ist eine sogenannte Ausgabebeschränkungssteuerung eingesetzt, um einem Emissionssteuerstandard zu entsprechen, der die Dichte oder die Menge von Schadstoffen in Abgas reguliert. In solch einer Ausgabebeschränkungssteuerung wird die Ausgabe der Maschine auf einen Grad beschränkt, der niedriger als deren maximale Leistung ist, die durch die Konfiguration der Hardware der Maschine bestimmt ist.
JP 2013- 50 083 A offenbart eine Maschinensteuervorrichtung, die die Ausgabe der Maschine beschränkt, wenn der Betrieb einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung gestoppt wird.
Falls die Ausgabe der Maschine einheitlich beschränkt wird, um den Emissionssteuerstandard bei einem beliebigen Antriebszustand bzw. Betriebszustand in der Ausgabebeschränkungssteuerung für die Maschine zu erfüllen, kann die Leistung der Maschine unnötigerweise beschränkt werden, was die Maschine davon abhält, auf eine augenblickliche Ausgabeerhöhungsanfrage, wie zum Beispiel eine rasche Beschleunigung, zu reagieren.
DE 10 2010 055 641 A1 , DE 103 18 116 A1 und DE 11 2005 002 682 B4 offenbaren jeweils ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einem Rotationsdetektor, der eine Maschinendrehzahl misst; einer Kraftstoffzuführvorrichtung, die einen Kraftstoff in eine Brennkammer der Maschine basierend auf einem Steuerbefehlswert für eine Kraftstoffeinspritzmenge zuführt; und einem Ausgabesteuergerät, das einen erlaubten Bereich für eine Ausgabe der Maschine einstellt und die Ausgabe der Maschine innerhalb des erlaubten Bereichs steuert. Das Steuergerät berechnet eine akkumulierte Emissionsmenge eines Schadstoffs aus Steuerbefehlswerten und ermittelt eine maximal erlaubte Emissionsmenge des Schadstoffs sowie ggf. eine Differenz zwischen akkumulierter Emissionsmenge und maximal erlaubter Emissionsmenge.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für eine Maschine vorzusehen, die ein Entsprechen mit dem Emissionssteuerstandard ermöglicht, während verhindert wird, dass die Maschinenleistung unnötigerweise beschränkt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Steuergerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Andere Aspekte und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen genommen wird, was beispielhaft die Prinzipien der Offenbarung darstellt.
Figurenliste
Die Offenbarung zusammen mit Aufgaben und Vorteilen davon kann am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen zusammen mit den angefügten Zeichnungen verstanden werden, in denen:

1 eine schematische Ansicht einer Maschine mit einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerungsprozess zeigt, der durch eine Steuervorrichtung des Steuergeräts von Anspruch 1 durchgeführt wird;
3 ein Kennfeld ist, das in der Form einer Tabelle gezeigt ist und eine Beziehung unter Kraftstoffeinspritzmenge, Drehzahl und Emissionsmenge von NOx beschreibt;
4 Zeitdiagramme zeigt, die Änderungen in der Kraftstoffeinspritzmenge und der Maschinendrehzahl jeweils über die Zeit darstellt;
5 ein Zeitdiagramm ist, das ein Beispiel einer Änderung in der akkumulierten Emissionsmenge von NOx mit der Zeit zeigt;
6A und 6B Diagramme zeigen, die eine Berechnung von Ausgabeindices beschreiben;
7 ein Diagramm zeigt, das eine Änderung in dem oberen Grenzwert eines Maschinendrehmoments zeigt; und
8 ein Zeitdiagramm ist, das den Betrieb der Steuervorrichtung gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschreibt.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Das Folgende wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschreiben. Es sei vermerkt, dass gleiche oder ähnliche Teile oder Elemente unter der Ausführungsform und deren Modifikationen durch die gleichen Bezugszeichen benannt bzw. bezeichnet sind und deren Beschreibung nicht wiederholt werden wird.
1 bildet eine Maschine mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ab. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Common-Rail-Dieselmaschine als ein Beispiel der Maschine 1 beschrieben. Jedoch kann die Maschine 1 durch irgendeine andere Art von Maschine, wie zum Beispiel eine Benzinmaschine, vorgesehen sein.
Die Maschine 1 weist einen Maschinenkörper 10, einen Luftfilter 20, einen Ladeluftkühler (Intercooler) 26, einen Einlasskrümmer 28, einen Turbolader 30, einen Abgaskrümmer 50, eine Abgasbehandlungsvorrichtung 56, eine erste Abgasrezirkulationsvorrichtung 60 (hiernach als die erste AGR-Vorrichtung 60 bezeichnet), eine zweite Abgasrezirkulationsvorrichtung 70 (hiernach als die zweite AGR-Vorrichtung 70 bezeichnet), eine Steuervorrichtung 200 und einen Maschinendrehzahlsensor 206 auf. Der Maschinendrehzahlsensor 206 entspricht dem Rotationsdetektor bzw. Drehmelder der vorliegenden Offenbarung.
Der Maschinenkörper 10 weist eine Vielzahl von Zylindern 12, eine Common-Rail bzw. eine Sammelleitung 14 und eine Vielzahl von Kraftstoffinjektoren 16 auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Maschine 1 mit einer Reihenvierzylinderkonfiguration gezeigt, jedoch kann die Maschine 1 andere Zylinderkonfigurationen, wie zum Beispiel eine V-Maschine und eine flache Maschine bzw. einer Boxermaschine haben.
Jeder Kraftstoffinjektor 16 ist für dessen Zylinder 12 vorgesehen und mit der Common-Rail 16 verbunden. Der Kraftstoffinjektor 16 entspricht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die einen Kraftstoff in eine Brennkammer der Maschine 1 basierend auf einem Steuerbefehlswert für die Kraftstoffeinspritzmenge zuführt. Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank 214 gespeichert ist, strömt durch den Kraftstofffilter 212, wird durch die Kraftstoffpumpe 210 auf einen vorbestimmten Druck mit Druck beaufschlagt und zu der Common-Rail 14 zugeführt. Der Kraftstoff in der Common-Rail 14 wird durch jeden Kraftstoffinjektor 16 bei einer vorbestimmten Zeitgebung eingespritzt. Die Kraftstoffinjektoren 16 sind basierend auf Steuersignalen von der Steuervorrichtung 200 betriebsfähig.
Der Luftfilter 20 entfernt Fremdstoffe aus der Luft, die von der Außenseite der Maschine 1 aus eingeleitet wird. Der Luftfilter 20 ist mit einem Ende eines ersten Einlassrohrs bzw. einer ersten Einlassleitung 22 verbunden.
Das andere Ende des ersten Einlassrohrs 22 ist mit einem Einlass eines Kompressors 32 des Turboladers 30 verbunden. Ein Auslass des Kompressors 32 des Turboladers 30 ist mit einem Ende eines zweiten Einlassrohrs 24 verbunden. Der Kompressor 23 beaufschlagt Luft mit Druck, die dort hinein strömt von dem ersten Einlassrohr 22 aus, und führt die druckbeaufschlagte Luft zu dem zweiten Einlassrohr 24 zu. Der Betrieb des Kompressors 32 wird später im Detail beschrieben.
Das andere Ende des zweiten Einlassrohrs 24 ist mit einem Ende des Ladeluftkühlers 26 verbunden. Der Ladeluftkühler 26 ist ein Wärmetauscher einer Luftkühlungsart oder einer Wasserkühlungsart, der die Luft kühlt, die durch das zweite Einlassrohr 24 strömt.
Ein drittes Einlassrohr 27 ist an einem Ende von diesem mit dem anderen Ende des Ladeluftkühlers 26 verbunden. Das andere Ende des dritten Einlassrohrs 27 ist mit dem Einlasskrümmer 28 verbunden. Der Einlasskrümmer 28 ist mit einem Einlassanschluss von jedem Zylinder 12 des Maschinenkörpers 10 verbunden. Ein Einlassdrosselventil kann an einer Position stromaufwärts von dem Einlasskrümmer 28 vorgesehen sein, um Abgas zu ermöglichen, von dem Abgaskrümmer 50 aus zu strömen, um durch die erste AGR-Vorrichtung 60 zu rezirkulieren. In der folgenden Beschreibung wird solch rezirkuliertes Abgas in den Einlassdurchgang als das AGR-Gas bezeichnet.
Der Abgaskrümmer 50 ist mit einem Auslassanschluss von jedem Zylinder 12 des Maschinenkörpers 10 verbunden. Ein erstes Auslass- bzw. Abgasrohr 52 ist an einem Ende von diesem mit dem Auslasskrümmer 50 verbunden. Das andere Ende des ersten Auslassrohrs 52 ist mit einer Turbine 36 des Turboladers 30 verbunden. Dementsprechend wird Abgas, das von den Auslassanschlüssen der Zylinder 12 abgegeben wird, in dem Abgaskrümmer 50 gesammelt und zu der Turbine 36 durch das erste Auslass- bzw. Abgasrohr 52 zugeführt.
Ein zweites Abgasrohr 54 ist an einem Ende von diesem mit der Turbine 36 verbunden. Das andere Ende des zweiten Abgasrohrs 54 ist mit einem Einlass einer Abgasbehandlungsvorrichtung bzw. Abgasnachbehandlungsvorrichtung 56 verbunden. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 56 umfasst einen Oxidationskatalysator (nicht gezeigt), zum Beispiel einen Dieseloxydationskatalysator (DOC), der Stickoxide (NOx) und Kohlenstoffdioxide (COx) in dem Abgas oxidiert, und einen PM-Filter bzw. Partikelfilter (nicht gezeigt), der Partikel (PM) in Abgas sammelt.
Ein drittes Abgasrohr 58 ist an einem Ende von diesem mit dem Auslass der Abgasbehandlungsvorrichtung 56 verbunden. Dementsprechend ist die Abgasbehandlungsvorrichtung 56 in dem Abgasdurchgang der Maschine 1 angeordnet. Das andere Ende des dritten Abgasrohrs 58 ist mit einer zusätzlichen Abgasbehandlungsvorrichtung (zum Beispiel Katalysator) zum Entfernen von besonderen Komponenten aus dem Abgas und einem Schalldämpfer verbunden. Dementsprechend strömt Abgas, das von der Turbine 36 emittiert wird, durch das zweite Abgasrohr 54, die Abgasbehandlungsvorrichtung 56, das dritte Abgasrohr 58, die Katalysatoren und den Schalldämpfer und wird von dem Fahrzeug abgegeben.
Das dritte Einlassrohr 27 und der Abgaskrümmer bzw. Auslasskrümmer 50 sind durch die erste AGR-Vorrichtung 60 verbunden, ohne durch den Maschinenkörper 10 zu führen. Die erste AGR-Vorrichtung 60 weist ein erstes AGR-Ventil 62, einen ersten AGR-Kühler 64 und einen ersten AGR-Durchgang 66 auf. Der erste AGR-Durchgang 66 verbindet das dritte Einlassrohr 27 mit dem Abgas- bzw. Auslasskrümmer 50. Das erste AGR-Ventil 62 und der erste AGR-Kühler 64 sind in dem ersten AGR-Durchgang 66 angeordnet.
Das erste AGR-Ventil 62 ist betriebsfähig in Erwiderung auf ein Steuersignal von der Steuervorrichtung 200 und steuert die Strömungsrate von AGR-Gas, das durch den ersten AGR-Durchgang 66 tritt. Der erste AGR-Kühler 64 ist ein Wärmetauscher einer Luftkühlungsart oder Wasserkühlungsart, der die Luft kühlt, die durch den ersten AGR-Durchgang 66 strömt. Eine Verbrennungstemperatur in dem Zylinder 12 wird reduziert, indem es Abgas in dem Abgaskrümmer 50 ermöglicht wird, als das AGR-Gas durch die erste AGR-Vorrichtung 60 in den Einlass der Maschine 1 eingeleitet zu werden, was ein Reduzieren einer NOx-Bildung erlaubt.
Das erste Einlassrohr 22 und das dritte Auslassrohr 58 sind durch die zweite AGR-Vorrichtung 70 verbunden, ohne durch den Maschinenkörper 10 zu treten. Die zweite AGR-Vorrichtung 70 weist ein zweites AGR-Ventil 72, einen zweiten AGR-Kühler 74 und einen zweiten AGR-Durchgang 76 auf. Der zweite AGR-Durchgang 76 verbindet das erste Einlassrohr 22 mit dem dritten Auslassrohr 58. Das zweite AGR-Ventil 72 und der zweite AGR-Kühler 74 sind in dem zweiten AGR-Durchgang 76 angeordnet.
Das zweite AGR-Ventil 72 ist betriebsfähig in Erwiderung auf ein Steuersignal von der Steuervorrichtung 200 und steuert die Strömungsrate von AGR-Gas, das durch den zweiten AGR-Durchgang 76 tritt. Der zweite AGR-Kühler 74 ist ein Wärmetauscher einer Luftkühlungsart oder einer Wasserkühlungsart, der Luft kühlt, die durch den zweiten AGR-Durchgang 76 strömt. Eine Verbrennungstemperatur in dem Zylinder 12 wird reduziert, indem es Abgas in dem dritten Abgas- bzw. Auslassrohr 58 ermöglicht wird, als das AGR-Gas, das durch die zweite AGR-Vorrichtung 70 strömt, zu der Einlassseite der Maschine 1 eingeleitet zu werden, was ein Reduzieren einer NOx-Bildung erlaubt.
Der Turbolader (Supercharger) 30 weist den Kompressor 32 und die Turbine 36 auf. Der Kompressor 32 hat ein Gehäuse, das in sich ein Kompressorrad 34 beherbergt, und die Turbine 36 hat ein Gehäuse, das in sich ein Turbinenrad 38 beherbergt. Das Kompressorrad 34 und das Turbinenrad 38 sind durch eine Verbindungswelle bzw. einen Verbindungsschaft 42 verbunden und einstückig drehbar. Dementsprechend wird das Kompressorrad 34 angetrieben, um sich durch die Abgasenergie zu drehen, die auf das Turbinenrad 38 aufgebracht wird.
Die Steuervorrichtung 200 steuert den Betrieb der Maschine 1. Die Steuervorrichtung 200 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die verschiedenartige Prozesse durchführt, einen Speicher, der einen Nur-LeseSpeicher (ROM), der in sich Programme und Daten speichert, und einen Random-Access-Speicher bzw. Arbeitsspeicher (RAM) auf, der in sich Daten von Verarbeitungsergebnissen der CPU speichert, und Eingabe- und Ausgabeanschlüsse auf, durch die Informationen zu und von verschiedenen Sensoren und Vorrichtungen transferiert werden, die extern vorgesehen sind (keine davon sind gezeigt). Die Sensoren, die mit dem Einlassanschluss verbunden sind, umfassen den Maschinendrehzahlsensor 206. Die Vorrichtungen, die mit dem Auslassanschluss verbunden sind, um gesteuert zu werden, umfassen die Vielzahl von Kraftstoffinjektoren 16, das erste AGR-Ventil 62 und das zweite AGR-Ventil 72.
Die Steuervorrichtung 200 steuert verschiedene Vorrichtungen, um die gewünschten Antriebsbedingungen der Maschine 1 basierend auf Signalen von verschiedenen Sensoren und Vorrichtungen und den Kennfeldern und Programmen, die in dem Speicher gespeichert sind, zu erreichen. Es sei vermerkt, dass verschiedene Steuerungen nicht notwendigerweise durch ein Verwenden von Software ausgeführt werden, sondern unter Verwendung von besonders gestalteter Hardware, wie zum Beispiel einer elektronischen Schaltung, durchgeführt werden können. Außerdem hat die Steuervorrichtung 200 einen eingebauten Timerkreis bzw. Timerschaltung (nicht gezeigt) für die Messung der Zeit.
Der Maschinendrehzahlsensor 206 misst die Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine 1 als die Maschinendrehzahl NE. Der Maschinendrehzahlsensor 206 erzeugt ein Signal, das indikativ für die Maschinendrehzahl NE ist, und schickt solch ein Signal an die Steuervorrichtung 200.
In der Maschine 1, die für ein Fahrzeug oder eine Industriemaschine verwendet wird, wird eine sogenannte Ausgabebeschränkungssteuerung eingesetzt, um einem Emissionssteuerstandard bzw. Emissionssteuerungsstandard zu entsprechen, der die Dichte oder die Menge von Schadstoffen in dem Abgas reguliert. In solch einer Ausgabebeschränkungssteuerung wird die Ausgabe der Maschine 1 auf einen Grad beschränkt, der niedriger als deren maximale Leistungsgrenze der Maschine 1 ist, die durch die Konfiguration der Hardware bestimmt wird. Jedes Land hat seinen eigenen Satz von Emissionssteuerstandards, die die erlaubten Grenzen für Schadstoffe pro Entfernung oder pro Betriebsstunde setzen.
Falls die Ausgabeleistung der Maschine 1 einheitlich beschränkt wird, um den Emissionssteuerungsstandard bei einer beliebigen Betriebsbedingung bzw. einem beliebigen Betriebszustand zu erfüllen, um den Emissionssteuerungsstandard mit einem Sicherheitsabstand zu erfüllen, wird die Leistung der Maschine unnötigerweise beschränkt, was die Maschine 1 davon abhält, auf eine augenblickliche Ausgabeerhöhungsanfrage, wie zum Beispiel eine rasche Beschleunigung, zu reagieren.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 200 gestaltet, um in der folgenden Art und Weise zu arbeiten. Die Steuervorrichtung 200 berechnet eine Emissionsmenge von Schadstoffen aus dem Steuerbefehlswert für eine Menge an Kraftstoff, der von dem Kraftstoffinjektor 16 (hiernach als die Kraftstoffeinspritzmenge bezeichnet) zugeführt wird, und der Maschinendrehzahl, die von dem Maschinendrehzahlsensor 206 gemessen wird. Die Steuervorrichtung 200 berechnet den Wert einer akkumulierten Emissionsmenge von Schadstoffen, die von der Maschine 1 emittiert wird (Emissionsmenge) für die Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt bis zu dem vorliegenden Zeitpunkt. Der erste Zeitpunkt repräsentiert einen Zeitpunkt, der auf eine Zeit eingestellt ist, die früher als der vorliegende Zeitpunkt ist. Die Steuervorrichtung 200 berechnet eine erlaubte Emissionsmenge von Schadstoff für die Zeitdauer von dem Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt, an dem eine vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt aus verstrichen ist. Die Steuervorrichtung 200 berechnet die Differenz zwischen der berechneten akkumulierten Emissionsmenge und der berechneten erlaubten Emissionsmenge des Schadstoffs. Die Steuervorrichtung 200 berechnet den Ausgabeindex durch ein Dividieren der berechneten Differenz durch die Zeitdauer von dem vorliegenden Zeitpunkt zu dem zweiten Zeitpunkt. Die Steuervorrichtung 200 stellt den erlaubten Bereich für die Ausgabe der Maschine 1 von dem vorliegenden Zeitpunkt an derart ein, dass die Schadstoffemissionsmenge nicht den Ausgabeindex übersteigt. Die Steuervorrichtung 200 entspricht dem Ausgabesteuergerät der vorliegenden Offenbarung. Der Maschinendrehzahlsensor 206, der Kraftstoffinjektor 16 und die Steuervorrichtung 200 entsprechen dem Steuergerät für die Maschine der vorliegenden Offenbarung.
Solch eine Konfiguration erlaubt ein Einhalten des Emissionssteuerstandards, während verhindert wird, dass die Maschinenleistung unnötigerweise beschränkt wird. In der folgenden Beschreibung werden Stickoxide (NOx) als ein Beispiel eines Schadstoffs behandelt, dessen Emissionsmenge zu berechnen ist.
Das Folgende wird einen Steuerprozess beschreiben, der durch die Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, mit Bezug auf das Flussdiagramm, das in 2 gezeigt ist. Die Steuervorrichtung 200 führt den Steuerprozess von 2 in einem vorbestimmten Zeitintervall A durch.
Bei Schritt S100 erlangt die Steuervorrichtung 200 die Kraftstoffeinspritzmenge Q. Zum Beispiel erlangt die Steuervorrichtung 200 die Kraftstoffeinspritzmenge Q basierend auf dem Steuerbefehlswert für die Kraftstoffeinspritzmenge (zum Beispiel Einspritzdauer).
Bei Schritt S102 erlangt die Steuervorrichtung 200 die Maschinendrehzahl NE. Die Steuervorrichtung 200 erlangt die Maschinendrehzahl NE basierend auf dem Messergebnis des Maschinendrehzahlsensors 206.
Bei Schritt S104 berechnet die Steuervorrichtung 200 die Emissionsmenge E von NOx. Die Steuervorrichtung 200 berechnet die Emissionsmenge E von NOx basierend auf der erlangten Kraftstoffeinspritzmenge Q, der erlangten Maschinendrehzahl NE und einem vorbestimmten Kennfeld. Das vorbestimmte Kennfeld hat Daten von Werten der Emissionsmenge von NOx für jede von einer Vielzahl von Betriebsbedingungen, die Kraftstoffeinspritzmenge und Maschinendrehzahl umfassen.
3 zeigt ein Beispiel des Kennfelds, das in der Form einer Tabelle gezeigt ist, die die Beziehung unter der Kraftstoffeinspritzmenge, der Maschinendrehzahl und der Emissionsmenge von NOx pro Einheitszeit anzeigt. Bezugnehmend auf 3 werden die Werte der Emissionsmenge E von NOx für die entsprechenden Kombinationen der Maschinendrehzahl NE1, NE2, NE3 und den Kraftstoffeinspritzmengen Q1, Q2, Q3 und Q4 eingestellt bzw. gesetzt. Die Werte der Emissionsmenge E von NOx werden basierend auf experimentellen Ergebnissen bestimmt.
Es sei vermerkt, dass der Wert der Maschinendrehzahl NE1 geringer als NE2 ist und NE2 geringer als NE3 ist und die Werte der Kraftstoffeinspritzmenge Q1 geringer als Q2 ist, Q2 geringer als Q3 ist und Q3 geringer als Q4 ist. In 3 repräsentieren die Werte 1 bis 6 die Emissionsmenge E von NOx für die verschiedenen Kombinationen der Maschinendrehzahlen NE1 bis NE3 mit der Kraftstoffeinspritzmenge Q1 bis Q4. Die Kombinationen der Maschinendrehzahlen und der Kraftstoffeinspritzmengen entsprechen den Betriebsbedingungen der vorliegenden Offenbarung. Die Werte 1 bis 6 sind Beispiele, die anzeigen, dass die Emissionsmenge E von NOx dazu neigt, zu steigen, wenn die Betriebsbedingungen steigen, das heißt, je höher die Drehzahl ist, desto größer ist die Kraftstoffeinspritzmenge.
Wenn die erlangte Maschinendrehzahl NE ein Zwischenwert ist, zum Beispiel zwischen NE1 und NE2, oder wenn die Kraftstoffeinspritzmenge Q ein Zwischenwert ist, zum Beispiel zwischen Q1 und Q2, berechnet die Steuervorrichtung 200 die Emissionsmenge E von NOx mittels einer linearen Interpolation.
Bezugnehmend auf 2 berechnet die Steuervorrichtung 200 bei Schritt S106 eine akkumulierte Emissionsmenge L von NOx, die dem Wert der Emissionsmenge E von NOx entspricht, die während der Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt bis zu dem vorliegenden Zeitpunkt bzw. Ist-Zeitpunkt akkumuliert bzw. angesammelt ist. Der erste Zeitpunkt ist ein Zeitpunkt, der auf einen Punkt vor dem vorliegenden Zeitpunkt eingestellt ist. Die Steuervorrichtung 200 resettet den Wert der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx auf den Anfangswert (Null) jedes mal, wenn die vorbestimmte Zeitdauer verstreicht. Der Zeitpunkt, bei dem der Wert der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx resettet wird bzw. zurückgesetzt wird, entspricht dem ersten Zeitpunkt. Die Steuervorrichtung 200 wiederholt einen Prozess eines Berechnens der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx durch ein Addieren der Emissionsmenge E von NOx, die bei Schritt S102 berechnet ist, zu dem vorangehenden Wert (den Anfangswert) während einer Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt zu dem Zeitpunkt, an dem die vorbestimmte Zeitdauer verstreicht.
Bei Schritt S108 berechnet die Steuervorrichtung 200 einen Ausgabeindex D. Die Steuervorrichtung 200 berechnet eine maximal erlaubte Emissionsmenge Lmax von NOx für eine Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt, an dem eine vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt an verstrichen ist. Die Steuervorrichtung 200 berechnet eine Differenz zwischen der maximal erlaubten Emissionsmenge Lmax von NOx und der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx durch ein Subtrahieren des Werts der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx an dem vorliegenden Zeitpunkt von dem Wert der maximal erlaubten Emissionsmenge Lmax. Die Steuervorrichtung berechnet einen Wert, der durch ein Dividieren der Differenz zwischen der maximal erlaubten Emissionsmenge Lmax von NOx und der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx durch die Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt zu dem zweiten Zeitpunkt als den Ausgabeindex D. Der Ausgabeindex D entspricht dem ersten Ausgabeindex der vorliegenden Offenbarung.
Bei Schritt S110 stellt die Steuervorrichtung 200 den erlaubten Bereich für die Ausgabe der Maschine 1 basierend auf dem berechneten Ausgabeindex D ein. Genauer gesagt stellt die Steuervorrichtung 200 den erlaubten Bereich für die Ausgabe der Maschine 1 derart ein, dass die Emissionsmenge E von NOx gleich wie oder geringer als der berechnete Ausgabeindex D wird. Die Steuervorrichtung 200 steuert die Ausgabe der Maschine 1 innerhalb des erlaubten Bereichs. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Steuervorrichtung 200 einen erlaubten Bereich für die Betriebsbedingungen derart ein, dass die Emissionsmenge E von NOx gleich wie oder geringer als der berechnete Ausgabeindex D wird. Die Betriebsbedingungen umfassen die Kraftstoffeinspritzmenge und die Maschinendrehzahl.
Zum Beispiel stellt die Steuervorrichtung 200 den erlaubten Bereich für die Betriebsbedingungen derart ein, dass die Emissionsmenge E von NOx für die vorbestimmte Zeitdauer gleich wie oder geringer als die Emissionsmenge von NOx für die vorbestimmte Zeitdauer ist, die basierend auf dem Ausgabeindex D berechnet ist.
Der erlaubte Bereich für die Betriebsbedingungen ist basierend auf den Experimentergebnissen voreingestellt, die mit der Annahme gemacht sind, dass der Wert der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx steigt gemäß der Steigung bzw. Neigung, die durch den Ausgabeindex D angezeigt ist. Die Steuervorrichtung 200 stellt die Betriebsbedingungen entsprechend dem Ausgabeindex D als den oberen Grenzwert (maximaler Steuerwert) des erlaubten Bereichs für die Betriebsbedingungen ein.
Außerdem ändert die Steuervorrichtung 200 den maximalen Steuerwert für die Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von dem Ausgabeindex D. Zum Beispiel, falls der Ausgabeindex D größer als ein Schwellenwert ist, erhöht die Steuervorrichtung 200 den maximalen Steuerwert für zumindest eine von der Kraftstoffeinspritzmenge und der Maschinendrehzahl auf einen Wert, der größer als der maximale Steuerwert ist, wenn der Ausgabeindex D geringer als der Schwellenwert ist.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Ausgabeindex D größer als der Schwellenwert ist, erhöht die Steuervorrichtung 200 den maximalen Steuerwert für die Kraftstoffeinspritzmenge auf ein Niveau, das höher ist als dann, wenn der Ausgabeindex kleiner als der Schwellenwert ist, um dadurch das durch die Maschine 1 zu erzeugende Drehmoment zu erhöhen.
Das Folgende wird den Betrieb der Steuervorrichtung 200 mit der vorangehend beschriebenen Konfiguration gemäß dem Flussdiagramm, das in 2 gezeigt ist, mit Bezug auf 4 bis 6 beschreiben.
4 zeigt Zeitdiagramme, die Änderungen in der Kraftstoffeinspritzmenge und der Maschinendrehzahl jeweils über die Zeit zeigen. Das obere Schaubild bzw. Diagramm in 4 zeigt die Änderung in der Kraftstoffeinspritzmenge, in dem die vertikale und horizontale Achse des Schaubilds die Kraftstoffeinspritzmenge Q bzw. die Zeit anzeigen. Das untere Schaubild bzw. Diagramm in 4 zeigt die Änderung der Maschinendrehzahl NE, in dem die vertikale und horizontale Achse des Schaubilds die Maschinendrehzahl NE bzw. die Zeit anzeigen. In 4 entspricht Null (Zeit Null) und T(n) dem ersten Zeitpunkt bzw. dem vorliegenden Zeitpunkt.
Während des Betriebs der Maschine 1 erlangt die Steuervorrichtung 200 die Kraftstoffeinspritzmenge Q (Schritt S100) und die Maschinendrehzahl NE (Schritt S102). Bezugnehmend auf 4 erlangt die Steuervorrichtung 200 die vorliegende Kraftstoffeinspritzmenge Q(n) und die vorliegende Maschinendrehzahl NE(n) zu dem vorliegenden Zeitpunkt.
Wie in 4 gezeigt ist, berechnet die Steuervorrichtung 200 die vorliegende Emissionsmenge E(n) von NOx basierend auf der erlangten vorliegenden Kraftstoffeinspritzmenge Q(n), der vorliegenden Maschinendrehzahl NE(n) und dem Kennfeld, das in 3 gezeigt ist (S104). Die Steuervorrichtung 200 berechnet die vorliegende akkumulierte Emissionsmenge L(n) von NOx durch ein Addieren der berechneten Emissionsmenge E(n) von NOx zu der vorangehend akkumulierten Emissionsmenge L(n-1) von NOx (Schritt S106).
Der Prozess eines Berechnens des vorliegenden Werts der akkumulierten Emissionsmenge L(n) wird nun mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist ein Zeitdiagramm, das eine Änderung in der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx mit der Zeit während des Betriebs der Maschine 1 zeigt. Die vertikale und horizontale Linie des Schaubilds bzw. des Diagramms repräsentieren die akkumulierte Emissionsmenge L von NOx bzw. die Zeit. T(n) und Zeit Null entsprechen dem vorliegenden Zeitpunkt bzw. dem ersten Zeitpunkt. T entspricht dem zweiten Zeitpunkt, an dem die vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt aus verstrichen ist.
Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge Q und die Maschinendrehzahl NE sich in einer Art und Weise, die in 4 gezeigt ist, während der Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt (Zeit Null) zu dem vorliegenden Zeitpunkt (T(n)) ändern, wird der Wert der Emissionsmenge E von NOx, die jedes mal berechnet wird, wenn die vorbestimmte Zeit A verstreicht, zu dem Wert der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx hinzugefügt, so dass die akkumulierte Emissionsmenge L von NOx monoton erhöht wird, wie durch die durchgezogene Linie in 5 angezeigt ist. Zu dem vorliegenden Zeitpunkt T(n) berechnet die Steuervorrichtung 200 die Emissionsmenge E(n) von NOx basierend auf der Kraftstoffeinspritzmenge Q(n) und der Maschinendrehzahl NE(n) und berechnet dann den vorliegenden Wert der akkumulierten Emissionsmenge L(n) von NOx durch ein Addieren des berechneten Werts der Emissionsmenge E(n) von NOx zu dem vorhergehenden Wert der akkumulierten Emissionsmenge L(n-1) von NOx.
Die dicke Strichlinie in 5 zeigt eine Änderung in der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx an, wenn die Maschine 1 von der Zeit Null unter einer Bedingung betrieben wird, dass die Emissionsmenge von NOx maximal wird (maximale Emissionsbedingung). Die einfach gestrichene Punktlinie in 5 zeigt eine Änderung in der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx, wenn der Betrieb der Maschine 1 auf der maximalen Betriebsbedingung gehalten wird, nachdem die Maschine 1 unter der maximalen Emissionsbedingung bis zu T1 betrieben wird. Die doppelt gestrichene Strichlinie in 5 zeigt eine Änderung in der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx, wenn die Betriebsbedingung der Maschine 1 auf der minimalen Betriebsbedingung von der Zeit Null ausgehalten wird.
Da der Betrieb der Maschine 1 sich zwischen der maximalen Emissionsbedingung und der minimalen Betriebsbedingung ändert, ändert sich die akkumulierte Emissionsmenge L von NOx innerhalb eines Bereichs, der höher ist als die doppelt gestrichene Strichlinie und niedriger ist als die einfach gestrichene Strichlinie wie auch den Strichlinien in 5.
Der Ausgabeindex D wird basierend auf dem Wert der vorliegenden akkumulierten Emissionsmenge L(n) von NOx berechnet (S108). Das Folgende wird einen Prozess eines Berechnens des Ausgabeindexes D mit Bezug auf 6A und 6B beschreiben.
6A und 6B sind Diagramme bzw. Schaubilder, die die Berechnung des Ausgabeindexes D beschreiben. 6A zeigt eine Änderung in der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx bis hinauf zu der vorbestimmten Berechnungszeit T(n-1) an. 6B zeigt eine Änderung in der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx bis zu der vorliegenden Berechnungszeit T(n) an. Die vertikale und die horizontale Linie in den Schaubildern in 6A und 6B zeigen die akkumulierte Emissionsmenge L von NOx bzw. die Zeit an.
Bezugnehmend auf 6A, falls der vorliegende Zeitpunkt zu dem Zeitpunkt T(n-1) ist, wird die Neigung bzw. Steigung, die durch ein Dividieren der Differenz (Lmax-L(n-1)) zwischen der maximal erlaubten Emissionsmenge Lmax und der akkumulierten Emissionsmenge L(n-1) von NOx an dem Zeitpunkt T(n-1) durch die Zeitdauer (T-T(n-1)) berechnet ist, als der Ausgabeindex D(n-1) berechnet.
Bezugnehmend auf 6B, falls der vorliegende Zeitpunkt an dem Punkt T(n) ist, der der Punkt ist, an dem die vorbestimmte Zeit A von dem Zeitpunkt T(n-1) an verstrichen ist, wird die Neigung bzw. Steigung, die durch ein Dividieren der Differenz (Lmax-L(n)) zwischen der maximal erlaubten Emissionsmenge Lmax und der akkumulierten Emissionsmenge L(n) von NOx zu dem Zeitpunkt T(n) durch die Zeitdauer (T-T(n)) berechnet ist, als der Ausgabeindex D(n) berechnet.
Falls die Änderung der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx (die Neigung bzw. Steigung) während der Zeitdauer von dem Punkt T(n-1) zu dem Punkt T(n) geringer als der Ausgabeindex D(n-1) ist, neigt sich die dick gestrichene Linie bzw. dicke Punktlinie in 6B während der gleichen Zeitdauer noch steiler als der Ausgabeindex D(n-1), weshalb der Ausgabeindex D erhöht wird.
Der erlaubte Bereich für die Ausgabe der Maschine 1 wird basierend auf dem berechneten Ausgabeindex D eingestellt (S110). Das Folgende wird einen Steuerprozess zum Einstellen des erlaubten Bereichs für Ausgabe der Maschine 1 mit Bezug auf 7 beschreiben.
7 ist ein Diagramm bzw. Schaubild, das die Beziehung zwischen dem Maschinendrehmoment und der Maschinendrehzahl zeigt. In 7 repräsentieren die vertikale und die horizontale Achse des Schaubilds das Maschinendrehmoment Tq bzw. die Maschinendrehzahl NE. Die durchgezogene Linie in 7 stellt den oberen Grenzwert des Maschinendrehmoments Tq relativ zu der Maschinendrehzahl NE dar, wenn der Ausgabeindex D geringer als der Schwellenwert ist. Die gepunktete Linie in 7 stellt die obere Grenze des Maschinendrehmoments Tq relativ zu der Maschinendrehzahl NE dar, wenn der Ausgabeindex D gleich wie oder größer als der Schwellenwert ist.
Die Steuervorrichtung 200 bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge zum Beispiel basierend auf der Ausgabeanforderung gemäß der Beschleunigeröffnung. Falls der Ausgabeindex D geringer als der Schwellenwert ist, bestimmt die Steuervorrichtung 200 die Kraftstoffeinspritzmenge mit einem ersten Wert, der als der maximale Steuerwert eingestellt ist. Falls der Ausgabeindex D gleich wie oder größer als der Schwellenwert ist, bestimmt die Steuervorrichtung 200 die Kraftstoffeinspritzmenge mit einem zweiten Wert, der größer als der erste Wert ist, der als der maximale Steuerwert eingestellt ist. Da der maximale Steuerwert in zwei Stufen gemäß den Vergleichsergebnissen zwischen dem Ausgabeindex D und dem Schwellenwert geändert wird, wird auch der obere Grenzwert des Maschinendrehmoments Tq in zwei Stufen gemäß den Vergleichsergebnissen zwischen dem Ausgabeindex D und dem Schwellenwert geändert, wie durch die durchgezogene und gestrichene Linie in 7 gezeigt ist.
Bezugnehmend auf 7, in dem Fall, in dem die Maschinendrehzahl NE konstant bei NEa vor und nach der Änderung des Ausgabeindexes D beispielsweise verbleibt, wird die Kraftstoffeinspritzmenge mit dem ersten Wert bestimmt, der als der maximale Steuerwert eingestellt ist, wenn der Ausgabeindex D geringer als der Schwellenwert ist. In diesem Fall wird der obere Grenzwert des Maschinendrehmoments Tq auf Tq(0) eingestellt.
Wenn der Ausgabeindex D gleich wie oder größer als der Schwellenwert ist, wird andererseits die Kraftstoffeinspritzmenge mit dem zweiten Wert bestimmt, der als der maximale Steuerwert eingestellt ist. In diesem Fall wird der obere Grenzwert des Maschinendrehmoments Tq auf Tq(1) eingestellt, das größer ist als Tq(0).
Die Ausgabe der Maschine 1 wird derart gesteuert, dass der Wert der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx für die vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt (Zeit Null) zu dem zweiten Zeitpunkt nicht den Wert der maximal erlaubten Emissionsmenge Lmax übersteigt. Dies erlaubt es der Maschine 1, die NOx-Emissionssteuerstandards zu erfüllen.
Auf diese Weise stellt das Maschinensteuergerät der vorliegenden Ausführungsform den erlaubten Bereich für die Ausgabe der Maschine 1 derart ein, dass die NOx-Emissionsmenge nicht den Ausgabeindex D übersteigt.
Entsprechend sieht die vorliegende Offenbarung ein Maschinensteuergerät vor, das es einer Maschine erlaubt, den Emissionssteuerstandard zu erfüllen, während eine unnötige Beschränkung der Leistung der Maschine 1 verhindert wird.
Das Folgende wird eine modifizierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Obwohl die vorangehende Beschreibung sich mit dem NOx als ein Beispiel von Schadstoffen beschäftigt hat, ist der Schadstoff nicht auf NOx begrenzt. Zum Beispiel können Partikel (particulate matter) für die Berechnung des erlaubten Ausgabebereichs verwendet werden.
In der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird das obere Steuerlimit bzw. der obere Steuergrenzwert für die Kraftstoffeinspritzung in den zwei Stufen geändert in Abhängigkeit davon, ob der Ausgabeindex D gleich wie oder größer als der Schwellenwert ist, jedoch kann eine Vielzahl von Schwellenwerten für den Ausgabeindex D eingestellt werden und kann der obere Steuergrenzwert in einer Vielzahl von Niveaus bzw. Stufen geändert werden. Der obere Steuergrenzwert für die Kraftstoffeinspritzmenge kann linear oder nicht linear geändert werden gemäß der Änderung in dem Ausgabeindex D.
In der vorangehenden Ausführungsform wurde es beschrieben, dass der Wert, der durch ein Dividieren der Differenz zwischen der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx von dem ersten Zeitpunkt an zu dem vorliegenden Zeitpunkt und der maximal erlaubten Emissionsmenge Lmax durch die Zeitdauer von dem vorliegenden Zeitpunkt zu dem zweiten Zeitpunkt als der Ausgabeindex D berechnet wird. Gemäß der vorliegenden Offenbarung muss jedoch der Ausgabeindex nicht auf eins begrenzt sein. Zusätzlich zu dem vorangehenden Ausgabeindex kann ein anderer Ausgabeindex als D2 berechnet werden. Insbesondere kann der Ausgabeindex D2 durch ein Dividieren der Differenz zwischen der akkumulierten Emissionsmenge L von NOx von dem dritten Zeitpunkt, der auf einen Zeitpunkt vor dem vorliegenden Zeitpunkt nach dem ersten Zeitpunkt eingestellt ist, zu dem vierten Zeitpunkt, der auf einen Zeitpunkt nach dem zweiten Zeitpunkt eingestellt ist und an dem die vorbestimmte Zeitdauer von dem dritten Zeitpunkt an verstrichen ist, und der maximal erlaubten Emissionsmenge durch die Zeitdauer von dem vorliegenden Zeitpunkt zu dem vierten Zeitpunkt ausgerechnet werden. In dem Fall, in dem eine Vielzahl von Ausgabeindices, wie zum Beispiel D1, D2 an dem vorliegenden Zeitpunkt berechnet wird, berechnet die Steuervorrichtung 200 den erlaubten Bereich für die Ausgabe der Maschine 1 basierend auf dem kleinsten Wert von den mehreren Indices. Der Ausgabeindex D1 und der Ausgabeindex D2 entsprechen dem ersten Ausgabeindex bzw. dem zweiten Ausgabeindex.
8 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Steuervorrichtung 200 gemäß der modifizierten Ausführungsform beschreibt. Die vertikale und die horizontale Achse in 8 stellen die akkumulierte Emissionsmenge L von NOx bzw. die Zeit dar.
Die folgende Beschreibung wird basierend auf der Annahme gemacht, dass der vorliegende Zeitpunkt zu dem Punkt T(n) in 8 ist. Der erste Ausgabeindex D1 entspricht dem Wert, der für die Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt (Zeit Null) zu dem zweiten Zeitpunkt berechnet ist, an dem die vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt aus verstrichen ist. Insbesondere wird der erste Ausgabeindex D1 berechnet durch ein Dividieren der Differenz (Lmax-L(n)) zwischen der maximal erlaubten Emissionsmenge Lmax und der akkumulierten Emissionsmenge L(n) von NOx durch die Zeitdauer (T-T(n)).
Der zweite Ausgabeindex D2 wird für die Zeitdauer von dem dritten Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt S entspricht, zu dem vierten Zeitpunkt berechnet, an dem die vorbestimmte Zeitdauer von dem dritten Zeitpunkt an (T+S) verstrichen ist. Insbesondere wird der zweite Ausgabeindex D2 berechnet durch ein Dividieren der Differenz (Lmax'-L(n)) zwischen der maximal erlaubten Emissionsmenge Lmax' von NOx und der akkumulierten Emissionsmenge L(n) von NOx durch die Zeitdauer (T+S-T(n)). Es sei vermerkt, dass LS in 8 die akkumulierte Emissionsmenge L von NOx zu dem Zeitpunkt S anzeigt. Die maximal erlaubte Emissionsmenge Lmax' entspricht der erlaubten akkumulierten Emissionsmenge von NOx, auf die der Wert der akkumulierten Emissionsmenge von NOx erhöht werden kann von der akkumulierten Emissionsmenge LS von NOx zu dem Zeitpunkt S. Die maximal erlaubte Emissionsmenge Lmax' entspricht der Summe der akkumulierten Emissionsmenge LS von NOx und der maximalen Emissionsmenge Lmax von NOx.
In dem Fall, in dem zwei Ausgabeindices D1, D2 an dem vorliegenden Zeitpunkt T(n) basierend auf den zwei unterschiedlichen Zeitdauern berechnet werden, wird der erlaubte Bereich für die Ausgabe der Maschine 1 basierend auf dem kleineren Wert, das heißt dem zweiten Ausgabeindex D2, bestimmt. Dies verhindert, dass die akkumulierte Emissionsmenge L von NOx die maximale Emissionsmenge Lmax für die Zeitdauern von dem ersten Zeitpunkt zu dem zweiten Zeitpunkt und von dem dritten Zeitpunkt zu dem vierten Zeitpunkt übersteigt, während die Leistung der Maschine 1 daran gehindert wird, unnötig beschränkt zu werden.
Die modifizierte Ausführungsform kann mit der Kombination von allen oder einem Teil der vorangehend beschriebenen Merkmale praktiziert werden. Die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind Beispiele und nicht gedacht, den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht durch die vorangehende Beschreibung, sondern durch Ansprüche, und ist dazu gedacht, beliebige Modifikationen zu umfassen, die dem Schutzumfang der Ansprüche entsprechen.

Claims

Steuergerät für eine Maschine (1), das folgendes aufweist: einen Rotationsdetektor (206), der eine Maschinendrehzahl (NE) misst; eine Kraftstoffzuführvorrichtung (16), die einen Kraftstoff in eine Brennkammer der Maschine (1) basierend auf einem Steuerbefehlswert für eine Kraftstoffeinspritzmenge zuführt; und ein Ausgabesteuergerät (200), das einen erlaubten Bereich für eine Ausgabe der Maschine (1) einstellt und die Ausgabe der Maschine (1) innerhalb des erlaubten Bereichs steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesteuergerät (200) eine Emissionsmenge (E) eines Schadstoffs aus dem Steuerbefehlswert für die Kraftstoffeinspritzmenge für die Kraftstoffzuführvorrichtung (16) und der Maschinendrehzahl (NE) berechnet, die durch den Rotationsdetektor (206) gemessen ist, das Ausgabesteuergerät (200) eine akkumulierte Emissionsmenge (L) des Schadstoffs, die von der Maschine (1) für eine Zeitdauer von einem ersten Zeitpunkt zu einem vorliegenden Zeitpunkt emittiert ist, berechnet, das Ausgabesteuergerät (200) eine maximal erlaubte Emissionsmenge des Schadstoffs für eine Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt berechnet, an dem eine vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zeitpunkt aus verstrichen ist, das Ausgabesteuergerät (200) eine Differenz zwischen der berechneten akkumulierten Emissionsmenge (L) des Schadstoffs und der berechneten maximalen erlaubten Emissionsmenge (Lmax) des Schadstoffs berechnet, das Ausgabesteuergerät (200) einen ersten Ausgabeindex (D, D1) durch ein Dividieren der berechneten Differenz durch die Zeitdauer von dem vorliegenden Zeitpunkt zu dem zweiten Zeitpunkt berechnet, und das Ausgabesteuergerät (200) den erlaubten Bereich für die Ausgabe der Maschine (1) auf der Basis des ersten Ausgabeindex (D, D1) derart einstellt, dass die akkumulierte Emissionsmenge (L) des Schadstoffs für die vorbestimmte Zeitdauer gleich wie oder geringer als die maximal erlaubte Emissionsmenge des Schadstoffs wird.
Steuergerät für die Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesteuergerät (200) die Emissionsmenge (E) des Schadstoffs basierend auf dem Steuerbefehlswert für die Kraftstoffeinspritzmenge, der Maschinendrehzahl (NE) und einem vorbestimmten Kennfeld berechnet, das Daten von Werten der Emissionsmenge (E) für jede von einer Vielzahl von Betriebsbedingungen hat, wobei die Betriebsbedingungen die Kraftstoffeinspritzmenge und die Maschinendrehzahl (NE) umfassen und wobei das Ausgabesteuergerät (200) einen erlaubten Bereich für die Betriebsbedingungen auf der Basis des ersten Ausgabeindex (D, D1) derart einstellt, dass die akkumulierte Emissionsmenge (L) des Schadstoffs für die vorbestimmte Zeitdauer gleich wie oder geringer als die maximal erlaubte Emissionsmenge des Schadstoffs wird.
Steuergerät für die Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesteuergerät (200) einen maximalen Steuerwert für die Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von dem ersten Ausgabeindex (D, D1) ändert und wobei das Ausgabesteuergerät (200) den maximalen Steuerwert für zumindest eine von der Kraftstoffeinspritzmenge und der Maschinendrehzahl (NE) erhöht, wenn der erste Ausgabeindex (D, D1) größer als ein Schwellenwert ist.
Steuergerät für die Maschine (1) nach einem von Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadstoff Partikel und / oder Stickoxide umfasst.
Steuergerät für die Maschine (1) nach einem von Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesteuergerät (200) einen zweiten Ausgabeindex (D2) durch ein Dividieren der Differenz zwischen der akkumulierten Emissionsmenge (L) des Schadstoffs für eine Zeitdauer von einem dritten Zeitpunkt, der vor dem vorliegenden Zeitpunkt und nach dem ersten Zeitpunkt ist, zu dem vorliegenden Zeitpunkt und der maximal erlaubten Emissionsmenge (Lmax) des Schadstoffs für eine Zeitdauer von dem dritten Zeitpunkt zu einem vierten Zeitpunkt, an dem die vorbestimmte Zeitdauer von dem dritten Zeitpunkt aus verstrichen ist, durch die Zeitdauer von dem vorliegenden Zeitpunkt zu dem vierten Zeitpunkt berechnet und wobei das Ausgabesteuergerät (200) den erlaubten Bereich für eine Ausgabe der Maschine (1) basierend auf einem kleineren Wert von dem ersten Ausgabeindex (D, D1) und dem zweiten Ausgabeindex (D2) einstellt.