DE112007001009B4

DE112007001009B4 - Motoremissionssteuersystem

Info

Publication number: DE112007001009B4
Application number: DE112007001009.6T
Authority: DE
Inventors: William Boley; Ryan E. Meister; Stuart Niese
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: CN101454548B; DE112007001009T5; AU2007248900B2; CN101454548A; WO2007130223A1; AU2007248900A1; US7255098B1

Abstract

Motoremissionssteuersystem (20), welches Folgendes aufweist:einen Abgas erzeugenden Motor (18);ein Abgassystem (21), durch welches das vom Motor erzeugte Abgas fließt;wobei das Abgassystem einen NOx-Sensor (26) aufweist, der konfiguriert ist, um eine NOx-Messung der Menge an NOxin dem vom Motor erzeugten Abgas aufzunehmen;ein Ladungsdichteabfühlsystem (28), welches konfiguriert ist, um die Ladungsdichte einer Verbrennungsmischung des Motors zu messen; undeine Steuervorrichtung (30), die konfiguriert ist, umInformationen bezüglich der Messungen der Menge an NOxund der Ladungsdichte aufzunehmen; undeine Ladungsdichte der Verbrennungsmischung, mit der der Motor arbeitet, basierend auf der NOx-Messung und der Ladungsdichtemessung zu steuern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Motoremissionssteuersystem gerichtet, und insbesondere auf ein Motoremissionssteuersystem mit einem NO_x-Sensor und einem Ladungsdichteabfühlsystem.
Hintergrund
Motoren, die Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere in der Technik bekannte Motoren aufweisen, können eine komplexe Mischung aus Luftverunreinigungen ausstoßen. Die Luftverunreinigungen können sowohl aus gasförmigem als auch aus festem Material zusammengesetzt sein, wie beispielsweise aus Stickoxyden (NO_x).
Aufgrund zunehmender Sorge um die Umwelt, sind Abgasemissionsstandards immer strenger geworden. Die Menge der Partikelstoffe und der gasförmigen Verunreinigungen, die aus einem Motor ausgestoßen werden, können abhängig von der Bauart, von der Größe und/oder von der Klasse eines Motors geregelt sein. Um diese Emissionsstandards zu erfüllen, haben Motorhersteller Verbesserungen bei verschiedenen unterschiedlichen Motortechnologien verfolgt, wie beispielsweise bei der Brennstoffeinspritzung, beim Motormanagement und der Lufteinleitung, um einige zu nennen. Zusätzlich haben Motorhersteller Vorrichtungen zur Behandlung von Motorabgas entwickelt, nachdem es den Motor verlässt.
Motorhersteller haben Abgassensoren, wie beispielsweise Sauerstoffsensoren und NO_x-Sensoren eingesetzt, die die Niveaus bzw. Anteile von Abgasbestandteilen detektieren können, auf welchen die Motorsteuerung basieren kann. Beispielsweise sind Systeme entwickelt worden, die einen Sauerstoffsensor aufweisen, der die Menge des Sauerstoffs im Abgas messen kann. Das Niveau des Sauerstoffs im Abgas kann anzeigen, ob das Luft-Brennstoff-Verhältnis (AFR = Air Fuel Ratio) innerhalb erwünschter Spezifikationen ist. Motorsteuerparameter, wie beispielsweise jene, die das Luft-Brennstoff-Verhältnis beeinflussen, können basierend auf Sauerstoffniveaus variiert werden, die von einem Sauerstoffsensor gemessen werden.
Andere Systeme können einen NO_x-Sensor zur Messung des Niveaus des NO_x im Abgas einsetzen. Es sind Systeme entwickelt worden, die Motorparameter basierend auf Messungen steuern, die von einem NO_x-Sensor aufgenommen wurden. Beispielsweise ist ein solches System in offenbart. A offenbart ein System, bei dem ein NO_x-Sensor verwendet wird, um die Menge des NO_x im Abgas zu messen. offenbart weiter, dass ein Luft-Brennstoff-Verhältnis (AFR) der Verbrennungsmischung durch Steuerung der Brennstoffversorgung basierend auf den Messungen gesteuert werden kann, die vom NO_x-Sensor aufgenommen wurden.
Während das System gemäß einen NO_x-Sensor aufweisen kann und konfiguriert sein kann, um einen oder mehrere Motorparameter basierend auf Messungen zu steuern, die von dem NO_x-Sensor aufgenommen wurden, können NO_x-Niveaus von einer Anzahl von unterschiedlichen Betriebsparametern abhängig sein. Außer von dem Luft-Brennstoff-Verhältnis steuert das System gemäß keine dieser unterschiedlichen Betriebsparameter basierend auf der NO_x-Messung. In Situationen, wo ein nicht wünschenswertes NO_x-Niveau aufgrund eines anderen Betriebsparameters als dem Luft-Brennstoff-Verhältnis vorhanden ist, kann das System gemäß eventuell nicht das nicht wünschenswerte NO_x-Niveau ausgleichen. Beispielsweise misst nicht die Ladungsdichte, die einen signifikanten Effekt auf die NO_x-Niveaus haben kann. Wenn entsprechend ein nicht wünschenswertes NO_x-Niveau auf Variationen der Ladungsdichte begründet ist, könnte das System gemäß nicht den Ursprung des Problems detektieren und könnte es daher nicht korrigieren.
DE 102 56 241 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer eine Abgasrückführung aufweisenden Brennkraftmaschine. Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung ist zur verbesserten Reduktion der Abgasemission einschließlich der Partikelrohemission sowie der Emission weiterer Bestandteile des Abgases insbesondere vorgesehen, dass die Menge rückgeführten Abgases in Abhängigkeit von der vor und/oder nach einer Abgasenergierückführvorrichtung erfassten Abgasrohemission und/oder von weiteren Abgasbestandteilen geregelt wird.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben beschriebenen Probleme zu lösen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Motoremissionssteuersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zu Steuerung von Emissionen eines Abgas erzeugenden Motors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 vorgesehen.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Maschine gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
2 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Motoremissionssteuersystems gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
3 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Motoremissionssteuersystems gemäß einem weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
4 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Motoremissionssteuersystems gemäß einem weiteren beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.

Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen verwendet, um sich auf die gleichen oder auf ähnliche Teile zu beziehen.
1 veranschaulicht eine Maschine 10. Die Maschine 10 kann mindestens eine angetriebene Vorrichtung 12, einen Motor 18, der konfiguriert ist, um mindestens eine Komponenten der Maschine 10 anzutreiben, wie beispielsweise die angetriebene Vorrichtung 12, und ein Motoremissionssteuersystem 20 aufweisen.
Obwohl die Maschine 10 als ein stationärer Generatorsatz für elektrische Leistung gezeigt ist, könnte die Maschine 10 irgendeine Bauart einer Maschine sein, die einen Abgase erzeugenden Motor hat. Beispielsweise kann die Maschine 10 in einigen Ausführungsbeispielen mobil sein und kann ein Fahrzeug oder eine Komponente eines Fahrzeugs aufweisen.
Die angetriebene Vorrichtung 12 kann irgendeine Art einer angetriebenen Einrichtung aufweisen, wie beispielsweise einen elektrischen Generator, einen Kompressor, einen Kühler, eine Pumpe (beispielsweise für Wasser oder irgendein anderes Strömungsmittel) und/oder ein Fahrzeugantriebssystem (beispielsweise einen Antriebsstrang für ein Landfahrzeug, einen Propeller für ein Wasserfahrzeug oder irgendeine andere Bauart einer Antriebsvorrichtung). Die angetriebene Vorrichtung 12 kann auch andere Hilfsvorrichtungen steuern, wie beispielsweise Kühlventilatoren, Generatoren, Klimaanlageneinheiten usw.
Der Motor 18 kann irgendeine Art eines Motors aufweisen, die irgendeinen Auslassfluss der Abgase erzeugt. Beispielsweise kann der Motor 18 ein Verbrennungsmotor sein, wie beispielsweise ein Benzinmotor, ein Dieselmotor, ein gasförmigen Brennstoff verbrennender Motor oder irgendeinen anderen Abgase erzeugenden Motor.
Das System 20 kann ein Auslass- bzw. Abgassystem 21 aufweisen, welches eine Abgasleitung 22, eine Nachbehandlungsvorrichtung 24 und einen NO_x-Sensor 26 aufweisen kann. Das System 20 kann auch ein Ladungsdichteabfühlsystem 28 und eine Steuervorrichtung 30 aufweisen. Diese und andere Komponenten des Systems 20 werden genauer unten in Verbindung mit den 2-4 besprochen.
Die Nachbehandlungsvorrichtung 24 kann irgendeine Bauart einer Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um einen oder mehrere Bestandteile aus dem Abgasfluss des Motors 18 zu entfernen. Die Nachbehandlungsvorrichtung 24 kann eine Partikelfalle, eine Katalysator basierte Vorrichtung (beispielsweise ein katalytischer Wandler), eine katalytische Partikelfalle, eine NO_x-Adsorptionsvorrichtung oder irgendeine andere Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um Abgase zu behandeln, nachdem sie den Motor 18 verlassen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Nachbehandlungsvorrichtung 24 Kombinationen dieser Arten von Vorrichtungen aufweisen. Obwohl das System 20 mit einer einzigen Nachbehandlungsvorrichtung 24 gezeigt ist, kann das System 20 zusätzlich mehr als eine Nachbehandlungsvorrichtung 24 aufweisen. Ausführungsbeispiele mit mehr als einer Nachbehandlungsvorrichtung können zwei oder mehr unterschiedliche Nachbehandlungsvorrichtungen oder zwei Nachbehandlungsvorrichtungen der gleichen Bauart aufweisen. Solche vielfachen Nachbehandlungsvorrichtungen können in Reihe (beispielsweise entlang der Abgasleitung 22) oder parallel (beispielsweise in doppelten Abgasleitungen, nicht gezeigt) positioniert sein.
2 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Systems 20. Der NO_x-Sensor 26 kann konfiguriert sein, um Messungen der Menge an NO_x in dem vom Motor 18 erzeugten Abgas aufzunehmen. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel kann konfiguriert sein, um kontinuierlich die Menge an NO_x im Abgas zu messen. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann der NO_x-Sensor 26 in einem Hauptabgasflusspfad gelegen sein, wie beispielsweise in der Abgasleitung 22, wie in 2 gezeigt. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck kontinuierlich auf wiederholte Messungen, die in enger Aufeinanderfolge aufgenommen wurden. Beispielsweise kann eine kontinuierliche Messung Messungen aufweisen, die alle paar Sekunden oder Millisekunden aufgenommen wurden. Obwohl das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel für eine kontinuierliche NO_x-Messung konfiguriert sein kann (d.h., dadurch, dass es in dem Hauptabgasflusspfad gelegen ist, könnte ein solches Ausführungsbeispiel für eine periodische Messung verwendet werden. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck periodisch auf Messungen, die in etwas längeren Intervallen aufgenommen wurden, wie beispielsweise alle paar Minuten, Stunden, Tage usw. Einige Ausführungsbeispiele können Konfigurationen einsetzen, die Vorteil aus diesen etwas längeren Zeitintervallen zwischen den Messungen ziehen. Verschiedene solcher Ausführungsbeispiele sind in 3 und in 4 gezeigt und werden genauer unten besprochen.
Der NO_x-Sensor 26 kann irgendwo entlang der Abgasleitung 22 gelegen sein. Beispielsweise kann der NO_x-Sensor 26 stromaufwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 24 gelegen sein, wie in 2 gezeigt. Die Anordnung des NO_x-Sensors 26 stromaufwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 24 kann die Messung von NO_x-Niveaus in der Abgasleitung 22 ermöglichen, die einem oder mehreren Motorbetriebsparametern zugeordnet sein kann (beispielsweise der Ladungsdichte, dem Luft-Brennstoff-Verhältnis, dem Zündzeitpunkt, der Ventilzeitsteuerung, der Motordrehzahl, der Motorbelastung, der Drossel- bzw. Gaspedalposition usw.).
Alternativ kann der NO_x-Sensor 26 stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 24 gelegen sein, wie von einem gestrichelten NO_x-Sensor-Umriss 32 veranschaulicht. Die Anordnung des NO_x-Sensors 26 stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 24 kann die Messung von NO_x-Niveaus in der Abgasleitung 22 ermöglichen, die dem kombinierten Effekt von Motorbetriebsparametern, wie beispielsweise jenen, die oben erwähnt wurden, und der Behandlung des Abgases durch die Nachbehandlungsvorrichtung 24 zugeordnet werden können. In einem Ausführungsbeispiel, wo die Nachbehandlungsvorrichtung 24 eine NO_x-Adsorptionsvorrichtung ist, kann beispielsweise die Anordnung des NO_x-Sensors 26 die Messung der Menge an NO_x in der Abgasleitung 22 ermöglichen, nachdem die NO_x-Adsorptionsvorrichtung einen Teil des vom Motor 18 erzeugen NO_x entfernt hat. Eine solche Messung kann das Niveau an NO_x anzeigen, welches in die Atmosphäre abgegeben wird.
Einige Ausführungsbeispiele des Systems 20 können mehr als einen NO_x-Sensor 26 aufweisen. Beispielsweise kann ein Ausführungsbeispiel einen NO_x-Sensor 26 aufweisen, der stromaufwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 24 gelegen ist, und einen NO_x-Sensor 26, der stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 24 gelegen ist, wie durch den gestrichelten NO_x-Sensor-Umriss 32 veranschaulicht. Das Vorsehen von beiden dieser Sensoren kann Messungen des vom Motor 18 ausgegebenen NO_x, genauso wie Messungen des NO_x-Gehaltes eines Abgases ermöglichen, welches von der Nachbehandlungsvorrichtung 24 behandelt worden ist, wie oben besprochen. Zusätzlich kann das Vorsehen von beiden dieser Sensoren die Überwachung der Leistung der Nachbehandlungsvorrichtung 24 ermöglichen. Durch Überwachung der NO_x-Niveaus sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts einer NO_x-Adsorptionsvorrichtung kann das System 20 beispielsweise konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob die NO_x-Adsorptionsvorrichtung so viel NO_x aus dem Abgas entfernt, wie erwünscht ist. Dies kann ermöglichen, dass die Steuervorrichtung 30 bestimmt, ob eine abnorm hohe NO_x-Messung das Ergebnis von Motorbetriebsparametern oder das Ergebnis einer Verringerung der Leistung der NO_x-Adsorptionsvorrichtung ist. Basierend auf einer solchen Bestimmung kann die Steuervorrichtung 30 konfiguriert sein, um geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um das abnorm hohe NO_x-Niveau auszugleichen.
Wenn bestimmt wird, dass die Ursache des hohen NO_x-Niveaus Motorbetriebsparameter sind, dann kann die Steuervorrichtung 30 einen oder mehrere dieser Parameter einstellen, um das NO_x-Niveau zu verringern. Wenn die Quelle des hohen NO_x-Niveaus eine verringerte Leistung der NO_x-Adsorptionsvorrichtung ist, dann kann die Steuervorrichtung 30 eine gewisse Art eines Alarms einleiten, wie beispielsweise ein Warnlicht, einen hörbaren Alarm und/oder einen Fehlercode, um Eigentümer, Bediener, Servicetechniker usw. zu benachrichtigen, dass es ein Problem mit der NO_x-Adsorptionsvorrichtung geben könnte.
Das Ladungsdichteabfühlsystem 28 kann konfiguriert sein, um die Ladungsdichte einer Verbrennungsmischung des Motors 18 zu messen. Das Ladungsdichteabfühlsystem 28 kann irgendwelche Abfühlvorrichtungen und/oder Einrichtungen aufweisen, die geeignet sind, um die Dichte der Verbrennungsmischung zu messen, wenn sie zu den Brennkammern des Motors 18 geliefert wird. Eine solche Messung kann an irgendeiner geeigneten Stelle entlang des Einlassflusspfades des Motors 18 aufgenommen werden. Beispielsweise kann das Ladungsdichteabfühlsystem 28 eine Druckabfühlvorrichtung und eine Temperaturabfühlvorrichtung aufweisen, die in einer (nicht gezeigten) Einlasssammelleitung des Motors 18 gelegen ist. Das Ladungsdichteabfühlsystem 28 kann auch eine Einrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um die Motordrehzahl, die Motorbelastung und andere solche Parameter zu überwachen.
Das Ladungsdichteabfühlsystem 28 kann stromabwärts irgendwelcher Zwangseinleitungsvorrichtungen (beispielsweise Kompressor oder Turbolader; nicht gezeigt) gelegen sein, die mit dem Motor 18 assoziiert sind. Mehr Details bezüglich beispielhafter Systeme und Verfahren zur Überwachung der Ladungsdichte sind in dem US-Patent 6,728,625 offenbart, dessen gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen sei. Der Fachmann wird erkennen, dass die Ladungsdichte auf andere Arten neben jenen gemessen werden könnte, die in dieser Anmeldung und in dem US-Patent beschrieben wurden.
Die Steuervorrichtung 30 kann irgendwelche Mittel aufweisen, um mit Maschinenbetriebsparametern in Beziehung stehende Informationen aufzunehmen und/oder um solche Informationen zu überwachen, aufzuzeichnen, zu speichern, zu indexieren, zu verarbeiten und/oder zu übermitteln. Diese Mittel können Komponenten aufweisen, wie beispielsweise einen Speicher, eine oder mehrere Datenspeichervorrichtungen, eine zentrale Verarbeitungseinheit oder irgendwelche anderen Komponenten, die verwendet werden können, um eine Anwendung laufen zu lassen.
Obwohl Aspekte der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen derart beschrieben sein können, dass sie im Speicher gespeichert sind, wird der Fachmann erkennen, dass diese Aspekte auf anderen Arten von Computerprogrammprodukten oder Computer lesbaren Medien gespeichert sein können oder von diesen gelesen werden können, wie beispielsweise Computerchips und sekundäre Speichervorrichtungen, die Festplatten, Disketten, optische Medien, CD-ROMs oder andere Formen von RAM bzw. Arbeitsspeicher oder ROM bzw. Lesespeicher aufweisen. Verschiedene andere bekannte Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 30 assoziiert sein, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung, eine Elektromagnettreiberschaltung, eine Kommunikationsschaltung und andere geeignete Schaltungen.
Die Steuervorrichtung 30 kann konfiguriert sein, um mehrere Verarbeitungs- und Steuerfunktionen auszuführen, wie beispielsweise Motormanagement (beispielsweise kann die Steuervorrichtung 30 ein Motorsteuermodul aufweisen, welches auch als ECM bekannt ist (ECM = Engine Control Module)), weiter die Überwachung/Berechnung von verschiedenen Parametern, die mit dem Ausstoß von Abgas und dessen Nachbehandlung in Beziehung stehen, usw. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Maschine 10 mehrere Steuervorrichtungen aufweisen (eine nicht gezeigte Konfiguration), wobei jede extra dafür vorgesehen ist, um eine oder mehrere dieser anderen Funktionen auszuführen. Diese mehreren Steuervorrichtungen können konfiguriert sein, um miteinander zu kommunizieren. Diese Kommunikation kann über eine Datenverbindung bzw. ein Datalink ausgeführt werden. Eine beispielhafte Datenverbindung kann das Controller Area Network (CAN) aufweisen.
Die Steuervorrichtung 30 kann konfiguriert sein, um Informationen von verschiedenen Quellen aufzunehmen und eine oder mehrere Komponenten des Systems 20 basierend auf diesen Informationen zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 30 konfiguriert sein, um Informationen bezüglich der Messung der Menge an NO_x genauso wie Informationen bezüglich Messungen aufzunehmen, die von dem Ladungsdichteabfühlsystem 28 aufgenommen wurden. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 30 konfiguriert sein, um eine Ladungsdichte zu bestimmen, wie oben besprochen. Die Steuervorrichtung 30 kann auch konfiguriert sein, um die Ladungsdichte der Verbrennungsmischung zu steuern, mit der der Motor 18 arbeitet, und zwar basierend auf der NO_x-Messung und/oder der Ladungsdichte, die von dem Ladungsdichteabfühlsystem 28 gemessen wurde. Die Steuervorrichtung 30 kann konfiguriert sein, um die Ladungsdichte durch Variieren von einem oder mehreren Aspekten der Brennstofflieferung durch die Steuerung eines Brennstoffsystems 34 zu steuern. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein, um die Ladungsdichte durch Variieren von einem oder mehreren Aspekten des Ladungsluftflusses zu steuern. Durch Steuerung von einem oder mehreren Aspekten der Brennstofflieferung und/oder von einem oder mehreren Aspekten des Ladungsluftflusses kann auch das Luft-Brennstoff-Verhältnis beeinflusst werden.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Funktionen der Steuervorrichtung 30 vor Manipulation geschützt werden. Beispielsweise können die Struktur, die Elektronik und/oder die Software bzw. Programme der Steuervorrichtung 30 konfiguriert sein, um einer Person, die für den Betrieb und/oder die Instandhaltung der Maschine 10 ausgebildet ist, davon abzuhalten, Einstellungen für verschiedene Betriebsparameter zu verändern, die mit einer oder mehreren Komponenten des Systems 20 assoziiert sind. In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung 30 gegen Manipulation geschützt sein, die eine Veränderung der Einstellpunkte für das Luft-Brennstoff-Verhältnis und/oder die Zeitsteuerung einschließt.
3 und 4 veranschaulichen alternative Ausführungsbeispiele des Systems 20. Wie oben erwähnt, zeigen die 3 und 4 Konfigurationen des Systems 20, die Vorteil aus den längeren Zeitintervallen zwischen periodischen NO_x-Messungen ziehen können. Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, kann das Abgassystem 21 einen Hauptflusspfad 38 und einen Bypass- bzw. Überleitungsflusspfad 40 aufweisen. Der NO_x-Sensor 26 kann im Überleitungsflusspfad 40 gelegen sein. Der Überleitungsflusspfad 40 kann ein Ventil 42 aufweisen, welches von der Steuervorrichtung 30 steuerbar ist, um periodisch zu öffnen, was gestattet, dass eine Probe bzw. Aufnahmemenge des Abgases in den Überleitungsflusspfad 40 eintritt, sodass der NO_x-Sensor 26 die Menge an NO_x in der Abgasprobe messen kann. Indem der NO_x-Sensor 26 nur periodisch den Abgasen ausgesetzt wird, kann die Funktionslebensdauer des NO_x-Sensors 26 verlängert werden.
Weiterhin mit Bezug auf 3 kann in Ausführungsbeispielen, die den Überleitungsflusspfad 40 aufweisen, die Nachbehandlungsvorrichtung 24 stromabwärts des Überleitungsflusspfades 40 positioniert sein. Alternativ kann die Nachbehandlungsvorrichtung 24 stromaufwärts des Überleitungsflusspfades 40 positioniert sein, wie von einem gestrichelten Kasten 44 veranschaulicht.
4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, welches mehr als einen Überleitungsflusspfad aufweisen kann. Beispielsweise kann das System 21 zwei Überleitungsflusspfade aufweisen. Der Bypass- bzw. Überleitungsflusspfad 40 kann stromaufwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 24 gelegen sein. Ein zweiter Überleitungsflusspfad 46 kann stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 24 gelegen sein. Ein solches Ausführungsbeispiel kann Anwendungen erleichtern, die ähnlich jenen sind, die oben bezüglich der in 2 gezeigten Konfiguration mit zwei Sensoren sind.
Das System 20 kann eine Anzeige 48 aufweisen. Die Anzeige 48 kann an irgendeiner geeigneten Stelle an der Maschine 10 gelegen sein. Die Anzeige 48 kann irgendeine Art einer Anzeige sein, die Bildschirmanzeigen aufweist, wie beispielsweise Kathodenstrahlröhren (CRTs = Cathode Ray Tubes), Flüssigkristallanzeigen (LCDs = Liquid Crystal Displays), Plasmabildschirme usw. Die Anzeige 48 kann konfiguriert sein, um Informationen über Betriebsparameter des Systems 20 anzuzeigen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Anzeige 48 einen Warnindikator 50 aufweisen (beispielsweise eine Warnlampe, eine Warnnachricht usw.). Die Steuervorrichtung 30 kann konfiguriert sein, um den Warnindikator 50 auf die Detektion von einem oder mehreren Fehlern zu beleuchten. Als eine Alternative zur Anzeige 48 oder zusätzlich zu dieser kann das System 20 einen oder mehrere hörbare Alarme aufweisen, um Informationen über Betriebsparameter des Systems 20 an einen Bediener zu liefern. Zusätzlich dazu, dass ein visuelle Rückmeldung bezüglich Betriebsparametern des Systems 20 vorgesehen wird, kann die Anzeige 48 auch konfiguriert sein, um andere Informationen bezüglich des Systems 20 anzuzeigen, oder bezüglich irgendeiner anderen Vorrichtung und/oder irgendeines anderen Systems, die mit der Maschine 10 assoziiert sind.
Industrielle Anwendbarkeit
Das offenbarte Motoremissionssteuersystem 20 kann geeignet sein, um die Abgasemissionssteuerung für Motoren zu verbessern. Das System 20 kann für irgendeine Anwendung eines Motors verwendet werden. Solche Anwendungen können die Lieferung von Leistung für Maschinen, wie beispielsweise stationäre Einrichtungen, wie beispielsweise Leistungserzeugungssätze, oder für mobile Einrichtungen, wie beispielsweise Fahrzeuge, aufweisen. Das offenbarte System kann für irgendeine Art eines Fahrzeugs verwendet werden, wie beispielsweise für Automobile, Busse, Lastwägen, Baumaschinen (einschließlich jenen für den Gebrauch auf der Straße genauso wie jenen für den Gebrauch im Gelände) und andere schwere Maschinen.
Das offenbarte System kann nicht nur auf verschiedene Anwendungen eines Motors anwendbar sein, sondern das offenbarte System kann auch für verschiedene Arten von Motoren anwendbar sein. Beispielsweise kann das System 20 für irgendeinen Abgas erzeugenden Motor anwendbar sein, was Benzinmotoren, Dieselmotoren, gasförmigen Brennstoff verbrennende Motoren usw. einschließen kann. Beispielhafte gasförmigen Brennstoff verbrennende Motoren können Motoren aufweisen, die mit irgendeinem von einer Vielzahl von gasförmigen Brennstoffen laufen, beispielsweise mit Erdgas, mit Biogas, mit Deponiegas, mit Propan, mit Kohlenflözmethan, mit Brunnen- bzw. Grubengas usw., sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Das System 20 kann auch bei einer Vielzahl von Motorkonfigurationen anwendbar sein, die verschiedene Zylinderkonfigurationen aufweisen, wie beispielsweise „V-Zylinderkonfigurationen“ (beispielsweise V6, V8, V12 usw.) weiter Reihenzylinderkonfigurationen und Konfigurationen mit horizontal gegenüberliegenden Zylindern bzw. Boxerzylinderkonfigurationen. Das System 20 kann auch auf Motoren mit einer Vielzahl von Einleitungsarten anwendbar sein. Beispielsweise kann das System 20 auf normal beatmete Motoren genauso wie auf jene mit gezwungener Einleitung (beispielsweise Turboaufladung oder Kompressoraufladung) anwendbar sein. Motoren, bei denen das System 20 anwendbar sein kann, können Kombinationen von diesen Konfigurationen aufweisen (beispielsweise einen turboaufgeladenen Reihen-6-Zylinder-Dieselmotor).
Ein Vorteil des offenbarten Systems kann die Anpassungsfähigkeit an Variationen der Zusammensetzung der gasförmigen Brennstoffe aufweisen. Die Zusammensetzung von gasförmigen Brennstoffen kann beträchtlich auf der Welt variieren, und sogar innerhalb eines gegebenen Landes. Das offenbarte System kann eine Ladungsdichterückkoppelungsschleife aufweisen, die es ermöglichen kann, dass der Motor 18 automatisch die Ladungsdichte und/oder irgendwelche anderen Motorbetriebsparameter entsprechend dem einstellt, und zwar dem entsprechend, wie auch immer die Brennstoffzusammensetzung sein mag. Das offenbarte System kann in einem großen Bereich von Zusammensetzungen von gasförmigem Brennstoff arbeiten, und zwar ohne die Notwendigkeit einer Einstellung am Einsatzort oder die Notwendigkeit von anderen Arten von Anpassungen von verschiedenen Motorparametern (beispielsweise Zeitsteuerung, Luft-Brennstoff-Verhältnis usw.). Das offenbarte System kann auch eine NO_x-Sensor-Rückkoppelungsschleife einsetzen, die es ermöglichen kann, dass der Motor 18 automatisch die Ladungsdichte noch präziser einstellt.
Ein beispielhaftes Verfahren der Anwendung des Systems 20 kann aufweisen, Abgas, welches vom Motor 18 erzeugt wurde, durch das System 20 zu leiten. Das Verfahren kann auch aufweisen, eine NO_x-Messung der Menge an NO_x in dem vom Motor 18 erzeugten Abgas aufzunehmen und die Ladungsdichte einer Verbrennungsmischung des Motors zu messen. Das Verfahren kann weiter aufweisen, eine Ladungsdichte der Verbrennungsmischung basierend auf der NO_x-Messung und der gemessenen Ladungsdichte zu steuern. Die Ladungsdichtesteuerung kann durch das Variieren von einem oder mehreren Aspekten der Brennstofflieferung erreicht werden (beispielsweise des Druckes, der Lieferrate usw.).
Ein beispielhaftes Verfahren zur Anwendung des Systems 20 kann aufweisen, die Menge an NO_x im Abgas kontinuierlich zu messen. Alternativ kann das Verfahren aufweisen, die Menge an NO_x im Abgas periodisch zu messen.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Motoremissionssteuersystem vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims

Motoremissionssteuersystem (20), welches Folgendes aufweist: einen Abgas erzeugenden Motor (18); ein Abgassystem (21), durch welches das vom Motor erzeugte Abgas fließt; wobei das Abgassystem einen NO_x-Sensor (26) aufweist, der konfiguriert ist, um eine NO_x-Messung der Menge an NO_x in dem vom Motor erzeugten Abgas aufzunehmen; ein Ladungsdichteabfühlsystem (28), welches konfiguriert ist, um die Ladungsdichte einer Verbrennungsmischung des Motors zu messen; und eine Steuervorrichtung (30), die konfiguriert ist, um Informationen bezüglich der Messungen der Menge an NO_x und der Ladungsdichte aufzunehmen; und eine Ladungsdichte der Verbrennungsmischung, mit der der Motor arbeitet, basierend auf der NO_x-Messung und der Ladungsdichtemessung zu steuern.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um die Ladungsdichte durch Variieren von einem oder mehreren Aspekten der Brennstofflieferung und/oder einem oder mehreren Aspekten des Ladungsluftflusses zu steuern.
System nach Anspruch 1, wobei das System konfiguriert ist, um kontinuierlich die Menge an NO_x im Abgas zu messen.
System nach Anspruch 1, wobei das System konfiguriert ist, um periodisch die Menge an NO_x im Abgas zu messen.
System nach Anspruch 4, wobei das Abgassystem einen Hauptflusspfad (38) und einen Bypass- bzw. Überleitungsflusspfad (40) aufweist, und wobei der NO_x-Sensor in dem Überleitungsflusspfad gelegen ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Motor einen gasförmigen Brennstoff verbrennender Motor ist.
Verfahren zur Steuerung von Emissionen eines Abgas erzeugenden Motors (18), welches Folgendes aufweist: Leiten von durch den Motor erzeugtem Abgas durch ein Abgassystem (21); Aufnehmen einer NO_x-Messung der Menge an NO_x in dem vom Motor erzeugten Abgas; Messung der Ladungsdichte einer Verbrennungsmischung des Motors; Steuern einer Ladungsdichte der Verbrennungsmischung basierend auf der NO_x-Messung und der gemessenen Ladungsdichte.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Steuerung der Ladungsdichte durch Variieren von einem oder mehreren Aspekten der Brennstofflieferung oder einem oder mehreren Aspekten des Ladungsluftflusses erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter aufweist, kontinuierlich die Menge an NO_x im Abgas zu messen.
Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter aufweist, periodisch die Menge an NO_x im Abgas zu messen.