DE102018221370A1

DE102018221370A1 - Steuerungsverfahren für die kraftstoffeinspritzung eines kraftstoffreformers und kraftstoffreformierungssystem

Info

Publication number: DE102018221370A1
Application number: DE102018221370.4A
Authority: DE
Inventors: Seung Woo Lee; Tae Won Lee; Hong Kil Baek; Thomas HOLLOWELL
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2019-11-14
Also published as: KR102575182B1; US10619602B2; KR20190130093A; US20190345901A1

Abstract

Ein Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung enthält das Messen der EGR- (Abgasrückführung) mittels eines CO2-Sensors, der die an der Einlassseite eines Verbrennungsmotors einströmende CO2-Menge misst, das Einstellen eines optimalen SCR- (Dampf-/Kohlenstoffverhältnis) Wertes auf Basis der gemessenen EGR-Rate, das Berechnen der dem Verbrennungsmotor zugeführten Dampfmenge auf Basis der gemessenen EGR-Rate, das Berechnen eines tatsächlichen SCR-Wertes durch das Verhältnis der Dampfmenge zur Kohlenstoffkomponente des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs, das Vergleichen des tatsächlichen SCR-Wertes mit dem optimalen SCR-Wert, das Berechnen des SCR-Differenzwertes durch Subtrahieren des optimalen SCR-Wertes vom tatsächlichen SCR-Wert, wenn der tatsächliche SCR-Wert höher ist als der optimale SCR-Wert, das Berechnen einer zusätzlichen Kraftstoffmenge, die auf Basis des SCR-Differenzwertes zuzugeben ist, und das Einspritzen der zusätzlichen Kraftstoffmenge.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffreformers und ein Kraftstoffreformierungssystem.
Beschreibung der verwandten Technik
Wasserstoff, bei dem es sich um das leichteste Element mit der einfachsten Struktur der Erde handelt, hat die physikalische und chemische Eigenschaften einer etwa sechsfachen laminaren Flammengeschwindigkeit und einem etwa Dreifachen des unteren Heizwertes im Vergleich zu Benzin. Demnach können während der Verbrennung durch geeignetes Mischen von Benzin und Wasserstoff die Verbrennungsgeschwindigkeit und die Verbrennungsstabilität erhöht werden, um den thermischen Wirkungsgrad durch Erweitern der Mager-Grenze oder durch Vergrößern der Abgasrückführungsmenge zu verbessern.
Die obigen Ausführungen des Hintergrund-Abschnitts dienen nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds und können deshalb Informationen enthalten, die nicht Bestandteil des hierzulande dem Durchschnittsfachmann bereits bekannten Standes der Technik bilden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffreformers bereit, das die zu reformierende Kraftstoffeinspritzmenge auf Basis der Fahrbedingung und eines Kraftstoffreformierungssystems optimiert. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffreformers und ein Kraftstoffreformierungssystem bereit, das den SCR-Wert entsprechend der EGR-Rate gemäß den Fahrbedingungen während des Betriebs des Verbrennungsmotors berechnet und zusätzlichen Kraftstoff in Abhängigkeit von der Differenz zum optimalen SCR-Wert einspritzt.
Ein Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Messung der EGR- (Abgasrückführung) Rate mittels eines CO2-Sensors, der die an der Einlassseite des Verbrennungsmotors einströmende CO2-Menge misst, die Einstellung eines optimalen SCR-(Dampf-/Kohlenstoffverhältnis) Wertes auf Basis der gemessenen EGR-Rate, die Berechnung der dem Verbrennungsmotor zugeführten Dampfmenge auf Basis der gemessenen EGR-Rate, die Berechnung des tatsächlichen SCR-Wertes durch das Verhältnis der Dampfmenge und der Kohlenstoffkomponente des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs, den Vergleich des tatsächlichen SCR-Wertes mit dem optimalen SCR-Wert, die Berechnung des SCR-Differenzwertes durch Subtrahieren des optimalen SCR-Wertes vom tatsächlichen SCR-Wert, wenn der tatsächliche SCR-Wert höher ist als der optimale SCR-Wert, die Berechnung einer zusätzlichen Kraftstoffmenge, die auf Basis des SCR-Differenzwertes zuzugeben ist, und die Einspritzung von Kraftstoff in den Kraftstoffreformer auf Basis der berechneten zusätzlichen Kraftstoffmenge.
Die EGR-Rate kann durch das Verhältnis des EGR-Gasdurchsatzes zur Summe aus dem EGR-Gasdurchsatz und dem Einlass-Luftdurchsatz an der Einlassseite des Verbrennungsmotors berechnet werden, und der EGR-Gasdurchsatz wird anhand der Konzentration des vom CO2-Sensor gemessenen CO2-Konzentration gemessen.
Der optimale SCR-Wert kann ein durch Experimente vorgegebener Wert mit einem maximalen Wasserstoff-Wandlungswirkungsgrad bei der gemessenen EGR-Rate sein.
Die in den Verbrennungsmotor strömende Dampfmenge kann durch Multiplizieren des Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors mit der gemessenen EGR-Rate berechnet werden.
Die zusätzliche Kraftstoffmenge kann durch einen PI- (Proportional-Integral) Regler durch die nachstehende Gleichung (1) berechnet werden. $F_{a d} (t) = K_{p} S C R_{d} (t) + K_{i} \int_{0}^{t} S C R_{d} (t) d t$
Dabei ist F_ad(t) die zusätzliche Kraftstoffmenge, SCR_d(t) ist ein SCR-Differenzwert, K_p und K_i sind Verstärkungswerte und t ist eine Zeit.
Das Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann nach dem Vergleich des tatsächlichen SCR-Wertes mit dem optimalen SCR-Wert ferner die Beendigung ohne Berechnung des SCR-Differenzwertes enthalten, wenn der tatsächliche SCR-Wert nicht höher ist als der optimale SCR-Wert.
Ein Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält einen reformiertes Gas verbrennenden Verbrennungsmotor, um mechanische Leistung zu erzeugen, eine mit dem Verbrennungsmotor verbundene Einlassleitung zur Zufuhr von reformiertem Gas und Luft zum Verbrennungsmotor, eine mit dem Verbrennungsmotor verbundene Abgasleitung zur Rückführung des Abgases aus dem Verbrennungsmotor, einen stromaufwärts der Einlassleitung angeordneten CO2-Sensor zum Messen der im reformierten Gas enthaltenen CO2-Menge, einen Kraftstoffreformer zum Wandeln des mit dem Kraftstoff gemischten EGR-Gases zu einem reformierten Gas, das in einer von der Abgasleitung abzweigenden Abgasrückführungs-(EGR) leitung bereitgestellt wird, einen zusätzlichen Kraftstoffinjektor, der zusätzlichen Kraftstoff in den Motor mit innerer Verbrennung einspritzt und das in die EGR-Leitung abgezweigte EGR-Gas mit dem Kraftstoff mischt, und eine Steuerung, die die dem Verbrennungsmotor auf Basis der vom CO2-Sensor gemessenen EGR-Rate gelieferte Dampfmenge, den tatsächlichen SCR-Wert anhand des Verhältnisses der Dampfmenge zur Kohlenstoffkomponente des dem Verbrennungsmotor gelieferten Kraftstoffs und eine zusätzliche Kraftstoffmenge berechnet, die auf Basis der Differenz zwischen dem tatsächlichen SCR-Wert und einem optimalen SCR-Wert auf Basis der gemessenen EGR-Rate in den Kraftstoffreformer eingespritzt wird.
Das Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner einen mit der Einlassleitung verbundenen Kompressor enthalten, der reformiertes Gas und Luft verdichtet und dem Verbrennungsmotor zuführt, und eine mit der Abgasleitung verbundene Turbine, die vom Abgas zur Leistungserzeugung in Rotation versetzt wird.
Das Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner einen in einer Abgasleitung stromaufwärts des Kraftstoffreformers angeordneten Katalysator zur Reinigung der Stickoxide im Abgas enthalten.
Der Katalysator kann eine Mager-NOx-Falle (LNT) enthalten, die das Stickoxid im Abgas im mageren Zustand zurückhält und den zurückgehaltenen Stickstoff im fetten Zustand desorbiert und das im Abgas enthaltene Stickoxid oder das desorbierte Stickoxid regeneriert.
Der Katalysator kann ein selektives katalytisches Reduktionsmittel (SCR) enthalten, das das im Abgas enthaltene Stickoxid durch ein Reduktionsmittel regeneriert.
An der EGR-Leitung können ein EGR-Ventil zum Einregeln des Durchsatzes des reformierten Gases und ein EGR-Kühler am hinteren Ende des EGR-Ventils zum Kühlen des reformierten Gases installiert sein.
Der Kraftstoffreformer kann vor dem EGR-Kühler der EGR-Leitung installiert sein.
Das Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner einen an der EGR-Leitung am hinteren Ende des Kraftstoffreformers angeordneten Wasserstoffsensor zum Messen der erzeugten Wasserstoffmenge des Kraftstoffreformers enthalten.
Das Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Umgehungs-EGR-Leitung zur Umgehung des Abgases und des EGR-Gases enthalten, die von der Abgasleitung am hinteren Ende des Katalysators abzweigt und mit dem Kraftstoffreformer verbunden ist.
Das Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Restwärme-Regelventil enthalten, das so geöffnet und geschlossen wird, dass das den Katalysator passierende Abgas und das EGR-Gas die Umgehungs-EGR-Leitung umgehen oder direkt in den Kraftstoffreformer auf Basis ihrer Temperatur an der Umgehungs-EGR-Leitung eingeleitet werden.
Der Verbrennungsmotor kann ferner einen Kraftstoffmengensensor zum Messen der Kraftstoffmenge des Verbrennungsmotors enthalten, und der Kraftstoffreformer kann ferner einen EGR-Mengensensor zum Messen der Menges des EGR-Gases enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Wandlungswirkungsgrad des Wasserstoffs des Kraftstoffreformierungssystems zu verbessern, um den Reformierungswirkungsgrad und die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern, indem die Menge des in den Kraftstoffreformer eingespritzten Kraftstoffs anhand des optimalen SCR-Werte und des tatsächlichen SCR-Wertes, der durch die Fahrbedingungen des Fahrzeugs bestimmt wird, in Echtzeit berechnet wird.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm eines Steuerungsverfahrens für die Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffreformers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht eines Kraftstoffreformierungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein beispielhafter Graph zur Einstellung eines optimalen SCR-Wertes auf Basis einer EGR-Rate im Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Bezugszeichenliste

2:	CO2-Sensor	3:	Kraftstoffmengensensor
5:	Einlassleitung	6:	Kompressor
7:	Turbine	8:	Zwischenkühler
9:	Drosselventil	10:	Verbrennungsmotor
15:	Abgasleitung	16:	Restwärme-Regelventil
17:	EGR-Leitung	18:	Umgehungs-EGR-Leitung
19:	Wasserstoffsensor	20:	Kraftstoffreformer
22:	EGR-Mengensensor	24:	zusätzlicher Kraftstoffinjektor
25:	EGR-Kühler	26:	EGR-Ventil
30:	Katalysator	32:	Abgasdruck-Steuerventil

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, ausführlicher beschrieben. Wie es für den Fachmann ersichtlich ist, können die beschriebenen Ausführungsformen auf unterschiedliche Weise modifiziert werden, ohne von Geist oder Gültigkeitsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Da ferner in den Ausführungsformen identische Bezugszeichen gleiche Elemente mit gleicher Konfiguration kennzeichnen, wird eine erste Ausführungsform repräsentativ beschrieben, und bei anderen Ausführungsformen werden nur Konfigurationen, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden, beschrieben.
Die Zeichnungen sind schematisch und nicht maßstäblich ausgeführt. Relative Abmessungen und Verhältnisse in den Zeichnungen sind der Übersichtlichkeit und Einfachheit halber vergrößert oder verkleinert dargestellt, und die Abmessungen sind nur beispielhaft und nicht einschränkend. Außerdem tragen gleiche Strukturen, Elemente oder Komponenten, die in zwei oder mehr Zeichnungen dargestellt sind, identische Bezugszeichen um ähnliche Merkmale zu zeigen. Es versteht sich, dass dann, wenn für ein Element wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat angegeben wird, dass es sich „auf, an“ einem anderen Element befindet, es direkt auf bzw. an diesem angeordnet sein kann, oder dazwischen ebenfalls Elements vorhanden sein können.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail. Als Ergebnis sind verschiedene Modifikationen der Zeichnungen zu erwarten. Die Ausführungsform ist deshalb nicht auf einen spezifischen Aspekt des dargestellten Bereichs beschränkt und umfasst beispielsweise Modifikationen eines herstellungsbedingten Aspekts.
Ein Kraftstoffreformer ist typischerweise ein System, das Wasserstoff erzeugt. Der Wasserstoff wird erzeugt, indem dem Reformer separat zugeführter Benzin-Kraftstoff mit einem Katalysator im Reformer durch Nutzung der Wärmeenergie des heißen Abgases aus einem Verbrennungsmotor zur Reaktion gebracht wird.
Zur Verbesserung des Kraftstoff-Reformierungswirkungsgrads wird der Wert des Verhältnisses Dampf zu Kohlenstoff (SCR) des Verbrennungsmotors berechnet oder gemessen und zusätzlicher Kraftstoff in den Kraftstoffreformer eingespritzt, um die Kraftstoffeffizienz des Kraftstoffreformierungssystems zu verbessern. Wenn jedoch keine eigene Steuerlogik zum Einspritzen des zusätzlichen Kraftstoffs in einen typischen Reformer vorhanden ist, kann die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs durch gesondertes Berechnen des zusätzlichen Kraftstoffs auf Basis der Fahrbedingung abgestimmt werden.
Nunmehr wird ein Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffreformers und eines Kraftstoffreformierungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der 1 bis 3 beschrieben.
1 ist ein Flussdiagramm eines Steuerungsverfahrens für die Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffreformers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine schematische Ansicht eines Kraftstoffreformierungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3 ist ein beispielhafter Graph zur Einstellung eines optimalen SCR-Wertes auf Basis einer EGR-Rate im Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Zunächst sei auf 2 verwiesen, wonach ein Reformierungssystem einen Verbrennungsmotor 10, eine Einlassleitung 5, eine Abgasleitung 15, einen CO2-Sensor 2, einen Kraftstoffreformer 20, einen Katalysator 30 und eine Steuerung enthält.
Der Verbrennungsmotor 10 verbrennt ein Luft-/Kraftstoffgemisch, in dem Kraftstoff und Luft gemischt sind, um chemische Energie in mechanische Energie zu wandeln. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Saugrohr zur Aufnahme der Luft in einem Brennraum und mit einem Abgaskrümmer verbunden, um das im Verbrennungsprozess entstandene Abgas im Abgaskrümmer zu sammeln und nach außen zu leiten. Ein Injektor ist zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum im Brennraum eingebaut.
Hierin wird ein Diesel-Verbrennungsmotor als Beispiel behandelt, aber es kann auch ein Benzin-Magermotor verwendet werden. Im Fall der Verwendung des Benzin- -Verbrennungsmotors strömt das Luft-/Kraftstoffgemisch durch das Saugrohr in den Brennraum, und eine Zündkerze ist an einem oberen Abschnitt des Brennraums installiert. Im Fall der Verwendung des Benzin-Verbrennungsmotors strömt das Luft-/Kraftstoffgemisch durch den Ansaugkrümmer in den Brennraum und eine Zündkerze ist an einem oberen Abschnitt des Brennraums installiert.
Da außerdem die Verbrennungsmotoren verschiedene Verdichtungsverhältnisse haben, kann in Ausführungsformen ein Verdichtungsverhältnis unter oder gleich 16,5 verwendet werden.
Der Verbrennungsmotor 10 kann ferner einen Kraftstoffmengensensor 3 zum Messen der Menge des Kraftstoffs des Verbrennungsmotors enthalten, und der Kraftstoffreformer 20 kann ferner einen EGR-Mengensensor 22 zum Messen der Menge des EGR-Gases enthalten.
Die Einlassleitung 5 ist mit dem Einlass des Verbrennungsmotors 10 verbunden, um dem Verbrennungsmotor 10 reformiertes Gas und Luft zu liefern, und die Abgasleitung 15 ist mit dem Auslass des Verbrennungsmotors 10 zur Rückführung des Abgases aus dem Verbrennungsmotor 10 verbunden.
Ein Teil des Abgases aus dem Verbrennungsmotor wird dem Verbrennungsmotor 10 durch die EGR-Leitung 17 zugeführt. Außerdem ist die EGR-Leitung 17 mit dem Saugrohr verbunden, so dass die Verbrennungstemperatur durch Mischen eines Teils des Abgases mit Luft geregelt wird. Diese Regelung der Verbrennungstemperatur erfolgt durch Anpassen der dem Saugrohr zugeführten Abgasmenge. Deshalb kann ein den Durchsatz des reformierten Gases regelndes EGR-Ventil 26 in der EGR-Leitung 17 installiert werden.
Ein durch die EGR-Leitung 17 gebildetes Abgasrückführungssystem liefert in das Einlasssystem einen Teil des dann in den Brennraum strömenden Abgases, wenn die Stickoxidmenge im Abgas auf Basis der Fahrbedingung reduziert werden muss. Dann senkt das Abgas, das ein reaktionsträges Gas ist, dessen Volumen sich nicht ändert, die Dichte des Luft-/Kraftstoffgemischs und die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit wird während der Kraftstoffverbrennung geringer. Deshalb nimmt die Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs ab, und der Anstieg und der Verbrennungstemperatur wird verlangsamt, um die Erzeugung von Stickoxid zu verringern.
Der CO2-Sensor 2 ist stromaufwärts der Einlassleitung 5 angeordnet und misst die im reformierten Gas enthaltene CO2-Menge.
Der Kraftstoffreformer 20 ist in der Abgasrückführungs- (EGR) leitung 17 angeordnet, die von der Abgasleitung 15 abzweigt, ein zusätzlicher Kraftstoffinjektor 22, der zusätzlichen Kraftstoff in den Motor mit innerer Verbrennung 10 einspritzt, mischt das in die EGR-Leitung 17 abgezweigte EGR-Gas mit dem Kraftstoff und wandelt den mit dem EGR-Gas gemischten Kraftstoff in ein reformiertes Gas.
Der Kraftstoffreformer 20 kann einen Einlass enthalten, in den das Abgas strömt, einen Mischabschnitt, in dem das Abgas und der Kraftstoff gemischt werden, einen Reformierungsabschnitt, in dem der Kraftstoff reformiert wird, und einen Auslass, aus dem das Abgas strömt.
Ein Abgas-Druckregelventil 32, das den Durchsatz des Abgases regelt, kann am hinteren Ende des Kraftstoffreformers 20 in der Abgasleitung 15 vorgesehen werden.
Die Steuerung kann die dem Verbrennungsmotor 10 zugeführte Dampfmenge auf Basis der EGR-Rate, die auf Basis der Information über die CO2-Mengen, die durch den CO2-Sensor 2 gemessen wurde, berechnen, berechnet den tatsächlichen SCR-Wert anhand des Verhältnisses der Dampfmenge zur Kohlenstoffkomponente des dem Verbrennungsmotor 10 zugeführten Kraftstoffs und berechnet eine zusätzliche Kraftstoffmenge, die in den Kraftstoffreformer 20 auf Basis der Differenz zwischen dem tatsächlichen SCR-Wert und einem optimalen SCR-Wert auf Basis der gemessenen der berechneten EGR-Rate eingespritzt wird.
Das Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Kompressor 6 enthalten, der mit der Einlassleitung 5 verbunden ist, und das reformierte Gas und die Luft verdichtet, die dem Verbrennungsmotor 10 zuzuführen sind, und eine Turbine 7, die mit der Abgasleitung 15 verbunden ist, und die vom Abgas zur Leistungserzeugung in Rotation versetzt wird.
Das Reformierungssystem kann außerdem einen Zwischenkühler 8 enthalten, der mit dem Kompressor 6 verbunden ist und Luft sowie in die Einlassleitung 5 des Verbrennungsmotors 10 strömendes reformiertes Gas wieder kühlt, und ein Drosselventil 9, das den Durchsatz der Luft und des reformierten Gases regelt.
Das Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner einen in der Abgasleitung 15 stromaufwärts des Kraftstoffreformers 20 angeordneten Katalysator 30 zum Reinigen der im Abgas enthaltenen Stickoxide aufweisen.
Der Katalysator 30 kann eine Mager-NOx-Falle (LNT) enthalten, die das Stickoxid im Abgas im mageren Zustand zurückhält und den zurückgehaltenen Stickstoff im fetten Zustand desorbiert und das im Abgas enthaltene Stickoxid oder das desorbierte Stickoxid regeneriert. Die LNT kann im Abgas enthaltenen Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC) oxidieren. Dabei versteht es sich, dass mit Kohlenwasserstoff eine Verbindung bezeichnet wird, die Kohlenstoff und Wasserstoff im Abgas enthält sowie Kraftstoff.
Der Katalysator 30 kann außerdem ein selektives katalytisches Reduktionsmittel (SCR) enthalten, das das im Abgas enthaltene Stickoxid mittels eines Reduktionsmittels regeneriert. Das Reduktionsmittel kann Harnsäure sein, die von einem Einspritzmodul eingespritzt wird.
An der EGR-Leitung 17 können ein EGR-Ventil 25 zum Anpassen des Durchsatzes des reformierten Gases und ein EGR-Kühler 25 am hinteren Ende des EGR-Ventils 25 zum Kühlen des reformierten Gases installiert werden.
Dabei kann der Kraftstoffreformer 20 vor dem EGR-Kühler 25 der EGR-Leitung 17 installiert werden, und ein Wasserstoffsensor 19 kann an der EGR-Leitung 17 am hinteren Ende des Kraftstoffreformers 20 zum Messen der erzeugten Wasserstoffmenge des Kraftstoffreformers 20 angeordnet werden.
Das Kraftstoffreformierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Umgehungs-EGR-Leitung 18 enthalten, die von der Abgasleitung 15 am hinteren Ende des Katalysators abzweigt und mit dem Kraftstoffreformer verbunden ist, wobei das Abgas und das EGR-Gas umgangen werden.
Ferner ist an der Umgehungs-EGR-Leitung 18 ein Restwärme-Regelventil 16 bereitgestellt, das so geöffnet und geschlossen wird, dass das den Katalysator passierende Abgas und das EGR-Gas die Umgehungs-EGR-Leitung 18 umgehen oder direkt in den Kraftstoffreformer 20 auf Basis ihrer Temperatur an der Umgehungs-EGR- -Leitung eingeleitet werden.
Wie in 1 dargestellt ist, wird in einem Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zuerst eine EGR-Rate auf Basis von Informationen berechnet, die von einem CO2-Sensor erhalten oder gemessen werden, der die an der Einlassseite des Verbrennungsmotors eintretende CO2-Menge misst; S101. Die EGR-Rate wird anhand des Verhältnisses des EGR-Gasdurchsatzes zur Summe aus EGR-Gasdurchsatz und Eintrittsluft-Durchsatz an der Einlassseite des Verbrennungsmotors berechnet, und der EGR-Gasdurchsatz kann anhand der vom CO2-Sensor gemessenen CO2-Konzentration gemessen oder berechnet werden.
Dann wird ein optimaler SCR- (Verhältnis Dampf zu Kohlenstoff) Wert auf Basis der gemessenen EGR-Rate eingestellt; S102. Der optimale SCR-Wert ist ein durch Experimente vorgegebener Wert als ein SCR-Wert mit einem maximalen Wasserstoff- -Wandlungswirkungsgrad bei der gemessenen EGR-Rate.
Wenn z. B. wie im Graphen von 3 dargestellt die gemessene EGR-Rate 20% unter einer Bedingung des Verbrennungsmotors liegt, bei der die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2000 U/min und der effektive Mitteldruck (BMEP) 8 bar beträgt, wird der optimale SCR-Wert als ein SCR-Wert mit dem maximalen Wasserstoff-Wandlungswirkungsgrad eingestellt, bei dem es sich um die Spitze der Kurve des Wasserstoff-Wandlungswirkungsgrades handelt.
Danach wird die dem Verbrennungsmotor zugeführte Dampfmenge auf Basis der gemessenen EGR-Rate berechnet; S103. Die in den Verbrennungsmotor strömende Dampfmenge kann durch Multiplizieren des Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors mit der gemessenen EGR-Rate berechnet werden. Die Kraftstoffmenge des Verbrennungsmotors kann von einem am Verbrennungsmotor installierten Kraftstoffmengensensor gemessen werden.
Dann wird der tatsächliche SCR-Wert durch das Verhältnis von Dampfmenge zur Kohlenstoffkomponente des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs berechnet; S104.
Danach wird der tatsächliche SCR-Wert mit dem optimalen SCR-Wert verglichen; S105, und der SCR-Differenzwert wird durch Subtrahieren des optimalen SCR-Wertes vom tatsächlichen SCR-Wert berechnet, wenn der tatsächliche SCR-Wert höher ist als der optimale SCR-Wert; S106.
Dann wird eine zuzufügende zusätzliche Kraftstoffmenge auf Basis des SCR- -Differenzwertes berechnet; S107. Die zusätzliche Kraftstoffmenge kann durch einen PI-(Proportional-Inteqral) Regler durch die nachstehende Gleichung (1) berechnet werden. $F_{a d} (t) = K_{p} S C R_{d} (t) + K_{i} \int_{0}^{t} S C R_{d} (t) d t$
Dabei ist F_ad(t) die zusätzliche Kraftstoffmenge, SCR_d(t) ist ein SCR-Differenzwert, K_p und K_i sind Verstärkungswerte und t ist eine Zeit.
Danach wird der Kraftstoff auf Basis der berechneten zusätzlichen Kraftstoffmenge in den Kraftstoffreformer eingespritzt; S108.
Nach dem Vergleich des tatsächlichen SCR-Wertes mit dem optimalen SCR-Wert; S105 wird das Verfahren beendet ohne einen SCR-Differenzwert zu berechnen, wenn der tatsächliche SCR-Wert nicht höher ist als der optimale SCR-Wert.
Dadurch ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, den Wasserstoff-Wandlungswirkungsgrad des Kraftstoffreformierungssystems zu verbessern, um den Reformierungswirkungsgrad und die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern, indem die Menge des in den Kraftstoffreformer eingespritzten Kraftstoffs anhand des optimalen SCR-Wertes und des tatsächlichen SCR-Wertes, der durch die Fahrbedingungen des Fahrzeugs bestimmt wird, in Echtzeit berechnet wird.
Die hierin in Zusammenhang mit den hier offenbarten Ausführungsformen beschriebenen logischen Blöcke, Module oder Einheiten können von einer Recheneinrichtung implementiert oder ausgeführt werden, die mindestens einen Prozessor, mindestens einen Speicher und mindestens eine Kommunikationsschnittstelle hat. Die Elemente eines Verfahrens, eines Prozesses oder eines Algorithmus, die in Zusammenhang mit den hier offenbarten Ausführungsformen beschriebenen werden, können direkt in Hardware, in einem Softwaremodul, das von mindestens einem Prozessor ausgeführt wird, verwirklicht werden oder in einer Kombination der beiden. Von einem Computer ausführbare Anweisungen für die Implementierung eines Verfahrens, eines Prozesses oder eines Algorithmus, die in Zusammenhang mit den hier offenbarten Ausführungsformen beschrieben werden, können in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden.
Obwohl diese Erfindung in Zusammenhang mit für derzeit als praktikabel geltenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen innerhalb von Geist und Gültigkeitsbereich der beigefügten Ansprüche abdecken soll.

Claims

Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung, aufweisend: Berechnen der EGR- (Abgasrückführung) Rate anhand der Informationen von einem CO2-Sensor, der die an der Einlassseite eines Verbrennungsmotors einströmende CO2-Menge misst; Einstellen eines optimalen SCR- (Dampf-/Kohlenstoffverhältnis) Wertes auf Basis der gemessenen EGR-Rate; Berechnen der dem Verbrennungsmotor zugeführten Dampfmenge auf Basis der gemessenen EGR-Rate; Berechnen des tatsächlichen SCR-Wertes durch das Verhältnis der Dampfmenge und der Kohlenstoffkomponente des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs; Vergleichen des tatsächlichen SCR-Wertes mit dem optimalen SCR-Wert; Berechnen des SCR-Differenzwertes durch Subtrahieren des optimalen SCR- -Wertes vom tatsächlichen SCR-Wert, wenn der tatsächliche SCR-Wert höher ist als der optimale SCR-Wert; Berechnen einer zusätzlichen Kraftstoffmenge, die auf Basis des SCR-Differenzwertes zuzugeben ist; und Einspritzen von Kraftstoff in den Kraftstoffreformer auf Basis der berechneten zusätzlichen Kraftstoffmenge.
Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung nach Anspruch 1, wobei die EGR-Rate auf Basis eines Verhältnisses eines EGR-Gasdurchsatzes zur Summe aus dem EGR-Gasdurchsatz und einem Einlass-Luftdurchsatz an der Einlassseite des Verbrennungsmotors berechnet wird, und der EGR-Gasdurchsatz anhand der vom CO2-Sensor gemessenen CO2-Konzentration berechnet wird.
Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung nach Anspruch 1, wobei der optimale SCR-Wert ein bestimmter SCR-Wert ist, der durch Experimente bestimmt wird und bei der berechneten EGR-Rate einen maximalen Wasserstoff- -Wandlungswirkungsgrad hat.
Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung nach Anspruch 1, wobei die in den Verbrennungsmotor strömende Dampfmenge durch Multiplizieren des Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors mit der berechneten EGR-Rate berechnet wird.
Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung nach Anspruch 1, wobei die zusätzliche Kraftstoffmenge durch die nachstehende Gleichung (1) berechnet wird. $F_{a d} (t) = K_{p} S C R_{d} (t) + K_{i} \int_{0}^{t} S C R_{d} (t) d t$
(Dabei ist F_ad(t) die zusätzliche Kraftstoffmenge, SCR_d(t) ist ein SCR-Differenzwert, K_p und K_i sind Verstärkungswerte und t ist eine Zeit.)
Steuerungsverfahren für die Kraftstoffeinspritzung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: nach dem Vergleich des tatsächlichen SCR-Wertes mit dem optimalen SCR-Wert Beenden ohne Berechnen eines SCR-Differenzwertes, wenn der tatsächliche SCR-Wert nicht höher ist als der optimale SCR-Wert.
Kraftstoffreformierungssystem, aufweisend: einen Verbrennungsmotor, der zur Verbrennung von reformiertem Gas zur Erzeugung mechanischer Leistung konfiguriert ist; eine mit dem Verbrennungsmotor verbundene Einlassleitung zur Zufuhr von reformiertem Gas und Luft zum Verbrennungsmotor; eine mit dem Verbrennungsmotor verbundene Abgasleitung zur Rückführung des Abgases aus dem Verbrennungsmotor; einen stromaufwärts der Einlassleitung angeordneten CO2-Sensor, der zum Messen der im reformierten Gas enthaltenen CO2-Menge konfiguriert ist; einen Kraftstoffreformer, der zum Wandeln des mit dem rückgeführten Abgases (EGR) gemischten Kraftstoffs zu einem reformierten Gas, das in einer von der Abgasleitung abzweigenden EGR-Leitung bereitgestellt wird, konfiguriert ist, wobei ein zusätzlicher Kraftstoffinjektor, der zum Einspritzen von zusätzlichen Kraftstoff in den Motor mit innerer Verbrennung installiert und konfiguriert ist, und zum Mischen des in die EGR-Leitung abgezweigte EGR-Gas mit dem Kraftstoff konfiguriert ist; und eine Steuerung, die zum Berechnen einer dem Verbrennungsmotor gelieferten Dampfmenge auf Basis der vom CO2-Sensor berechneten Informationen über die EGR-Rate, eines tatsächlichen SCR-Wertes anhand des Verhältnisses der Dampfmenge zur Kohlenstoffkomponente des dem Verbrennungsmotor gelieferten Kraftstoffs und zum Berechnen einer zusätzlichen Kraftstoffmenge, die auf Basis der Differenz zwischen dem tatsächlichen SCR-Wert und einem optimalen SCR-Wert auf Basis der gemessenen EGR-Rate in den Kraftstoffreformer eingespritzt wird, konfiguriert ist.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 7, ferner aufweisend: einen mit der Einlassleitung verbundenen Kompressor, der das reformierte Gas und Luft verdichtet, und dem Verbrennungsmotor zuführt; und eine mit der Abgasleitung verbundene Turbine, die vom Abgas in Rotation versetzt wird, um Leistung zu erzeugen.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 7, ferner aufweisend: einen in einer Abgasleitung stromaufwärts des Kraftstoffreformers angeordneten Katalysator, der zum Reinigen der im Abgas enthaltenen Stickoxide konfiguriert ist.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 9, wobei der Katalysator includes a Mager-NOx-Falle (LNT), die das Stickoxid im Abgas im mageren Zustand zurückhält und den zurückgehaltenen Stickstoff im fetten Zustand desorbiert und das im Abgas enthaltene Stickoxid oder das desorbierte Stickoxid regeneriert.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 9, wobei der Katalysator ein selektives katalytisches Reduktionsmittel (SCR) enthält, das das im Abgas enthaltene Stickoxid durch ein Reduktionsmittel regeneriert.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 7, wobei die EGR-Leitung aufweist: ein EGR-Ventil, das zum Anpassen des Durchsatzes des reformierten Gases konfiguriert ist, und einen EGR-Kühler, der am hinteren Ende des EGR-Ventils angeordnet und zum Kühlen des reformierten Gases konfiguriert ist.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 12, wobei der Kraftstoffreformer vor dem EGR-Kühler der EGR-Leitung installiert ist.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 7, ferner aufweisend: einen Wasserstoffsensor an der EGR-Leitung am hinteren Ende des Kraftstoffreformers, der zum Messen einer erzeugten Wasserstoffmenge des Kraftstoffreformers konfiguriert ist.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 7, ferner aufweisend: eine Umgehungs-EGR-Leitung zur Umgehung des Abgases und des EGR-Gases enthalten, die von der Abgasleitung am hinteren Ende des Katalysators abzweigt und mit dem Kraftstoffreformer verbunden ist.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 15, ferner aufweisend: ein Restwärme-Regelventil, das so geöffnet und geschlossen wird, dass das den Katalysator passierende Abgas und das EGR-Gas die Umgehungs-EGR-Leitung umgehen oder direkt in den Kraftstoffreformer auf Basis ihrer Temperatur an der Umgehungs- -EGR-Leitung eingeleitet werden.
Kraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 7, wobei der Verbrennungsmotor ferner einen Kraftstoffmengensensor enthält, der zum Messen einer Kraftstoffmenge des Verbrennungsmotors konfiguriert ist, und der Kraftstoffreformer ferner einen EGR-Mengensensor enthält, der zum Messen einer EGR-Gasmenge konfiguriert ist.