DE112009005026T5

DE112009005026T5 - Gerät zur Steuerung der Eigenschaften von Motorsystemen

Info

Publication number: DE112009005026T5
Application number: DE112009005026T
Authority: DE
Inventors: Lisa A. Farrell; Timothy R. Frazier; Hasan Mohammed
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Intellectual Property Inc
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2012-09-06
Also published as: WO2010126521A1

Abstract

Es werden verschiedene Ausführungsformen einer Vorrichtung, eines Systems und einer Methode zur Beeinflussung der Eigenschaften von Motorabgasen zumindest teilweise über das Steuersystem des Motors zur Steigerung des Wirkungsgrads und der Leistung des Abgasnachbehandlungssystems offen gelegt. Einer charakteristischen Ausführungsform entsprechend besteht ein Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen (300) aus einem Abgasnachbehandlungssystemmodul (310), einem Antriebsstrangmodul (320) und einem Verbrennungsmodul (330). Das Abgasnachbehandlungssystemmodul ist so konfiguriert, dass es eine Vektorabfrage des Abgaszustands generiert (470). Das Antriebsstrangmodul ist so konfiguriert, dass es vom Abgasnachbehandlungssystemmodul die Vektorabfrage des Abgaszustands empfängt und, basierend auf der Vektorabfrage des Abgaszustands, mindestens einen Motorsollbetriebszustand (522) generiert. Das Verbrennungsmodul ist so konfiguriert, dass es mindestens einen Motorsollbetriebszustand empfängt und auf der Grundlage mindestens eines Motorsollbetriebszustands mindestens einen Motorsteuerungsbefehl (304) generiert.

Description

GEBIET
Diese Erfindung betrifft ein Steuergerät der Eigenschaften von Abgasen eines Verbrennungsmotors, genauer gesagt, ein Steuergerät eines Motorsystems für einen Verbrennungsmotor, gekoppelt mit einem Abgasnachbehandlungssystem.
HINTERGRUND
Die Abgasvorschriften für Verbrennungsmotoren haben sich in den letzten Jahren zunehmend verschärft. Die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte für NO_x und Partikel aus Verbrennungsmotoren sind so niedrig, dass diese Emissionsgrenzwerte in vielen Fällen mit verbesserten Verbrennungstechnologien nicht erreicht werden können. Aus diesem Grund nimmt der Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen bei Motoren zur Verringerung der Emissionen zu. Typische Abgasnachbehandlungssysteme können aus einem Oxidationskatalysator, einem Partikelfilter, einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) oder einem Ammoniak-Oxidationskatalysator (AMOX) bestehen. Der Oxidationskatalysator wird zur Senkung der flüssigen Kohlenwasserstoffe (beispielsweise organisch löslicher Partikelanteile (SOF)) im Abgasstrom eingesetzt. Der Partikelfilter wird zur Filterung von Partikeln aus den Abgasen benutzt. Das SCR-System kommt zur Verringerung von NO_x im Abgasstrom zum Einsatz. Der AMOX-Katalysator wird zur Senkung des im Abgasstrom nach der Behandlung durch das SCR-System verbliebenen nicht verbrauchten Ammoniaks verwendet.
Die Leistung von Abgasnachbehandlungssystemen hängt von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase ab. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Abgasen beruhen zumindest teilweise auf dem Steuersystem des Motors für Verbrennung, Luftaufbereitung und Kraftstoff. In typischen Systemen nehmen das Motorsteuersystem und damit die Eigenschaften der vom Motor ausgestoßenen Abgase bei der Steuerung der Eigenschaften der vom Motorausgestoßenen Abgase keine Rücksicht auf die Leistung des Abgasnachbehandlungssystems. Vielmehr werden die Abgaseigenschaften vom Motorsteuersystem auf der Grundlage von Erwägungen gesteuert, in denen die Leistung eines Abgasnachbehandlungssystems keine Berücksichtigung findet. Daher werden die Komponenten konventioneller Abgasnachbehandlungssysteme so konfiguriert, dass sie auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Abgase den gewünschten Abgasemissions-Sollwerten entsprechend reagieren. Häufig weiden Wirkungsgrad und Leistung des Abgasnachbehandlungssystems durch die Reaktionscharakteristik herkömmlicher Abgasnachbehandlungssysteme verringert, aufgrund der transitorischen Charakteristik von Verbrennungsmotoren und den inhärenten Verzögerungen, die verbunden sind mit dem umfassenden Nachverbrennungsausgleich der Eigenschaften der Abgasnachbehandlungssysteme.
So erzeugen beispielsweise SCR-Systeme zur Senkung des Ausstoßes von NO_x Ammoniak. Wenn im SCR-Katalysator genau die richtige Menge Ammoniak unter den richtigen Bedingungen zur Verfügung steht, wird das Ammoniak zur Senkung des NO_x verbraucht. Ist jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit zur Senkung zu gering oder aber zu viel Ammoniak im Abgas vorhanden, dann kann Ammoniak durch den Auspuff austreten. Darüber hinaus sind bei herkömmlichen SCR-Systemen, in denen eingespritzter Harnstoff zur Erzeugung von Ammoniak verwendet wird, potenzielle Verzögerungen bei der Verdampfung und Hydrolyse von Harnstoff zu Ammoniak zu berücksichtigen. Daneben hängen SCR-Systeme, bei denen zur Erzeugung von Ammoniak eine Harnstoffdosierung zum Einsatz kommt, bei Austritt der NO_x-Emissionen aus dem Motor von der Zufuhr von Harnstoff zum SCR-Katalysator in Echtzeit ab. Harnstoffdosiervorrichtungen weisen im Vergleich zu anderen Chemikalieninjektoren, z. B. zu Kohlenwasserstoffinjektoren, eine relativ langsame physikalische Dynamik auf. Daher können Nachverbrennungskorrekturen bei der Harnstoffdosierung aufgrund der Dynamik der Harnstoffdosierung konventioneller SCR-Steuersysteme verzögert einsetzen.
Die den konventionellen Abgasnachbehandlungs-Steuersystemen eigenen Reaktionsverzögerungen werden durch kurzlebige und nicht vorhersagbare Abgaseigenschaften verschärft, die mit Abgasnachbehandlungssystemen einhergehen, bei denen die Eigenschaften der vom Motor ausgestoßenen Abgase nicht geregelt werden. Daher besteht Bedarf für ein Abgasnachbehandlungs-Steuersystem, das zur Steigerung des Wirkungsgrads und der Leistung des Abgasnachbehandlungssystems die Eigenschaften der Motorabgase zumindest zum Teil über das Steuersystem des Motors beeinflusst.
ZUSAMMENFASSUNG
Der Gegenstand des vorliegenden Antrags wurde als Reaktion auf den gegenwärtigen Stand der Technik und insbesondere als Reaktion auf Probleme und Bedürfnisse des Stands der Technik entwickelt, die mit den derzeit erhältlichen Abgasnachbehandlungs-Steuersystemen noch nicht vollständig gelöst werden konnten. Aus diesem Grund wurde der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung entwickelt, um eine Steuerung der Abgaseigenschaften zu schaffen, die zumindest einige Unzulänglichkeiten der Abgasnachbehandlungs-Steuersysteme nach dem derzeitigen Stand der Technik überwindet. So ist beispielsweise in einigen Ausführungsformen ein Abgasnachbehandlungs-Steuersystem beschrieben, das zur Steigerung des Wirkungsgrads und der Leistung des Abgasnachbehandlungssystems die Eigenschaften der Motorabgase zumindest zum Teil über das Steuersystem des Motors beeinflusst.
In einer charakteristischen Ausführungsform besteht ein Gerät zur Steuerung der Eigenschaften von Motorsystemen aus einem Abgasnachbehandlungssystemmodul, einem Antriebsstrangmodul und einem Verbrennungsmodul. Das Abgasnachbehandlungssystemmodul ist so konfiguriert, dass es eine Vektorabfrage des Abgaszustands generiert. Das Antriebsstrangmodul ist so konfiguriert, dass es vom Abgasnachbehandlungssystemmodul die Vektorabfrage des Abgaszustands empfängt und, basierend auf der Vektorabfrage des Abgaszustands, mindestens einen Motorsollbetriebszustand generiert. Das Verbrennungsmodul ist so konfiguriert, dass es mindestens einen Motorsollbetriebszustand empfängt und auf der Grundlage mindestens eines Motorsollbetriebszustands mindestens einen Motorsteuerungsbefehl generiert.
In einer Ausformung stellt die Vektorabfrage des Abgaszustands Abgasbedingungen dar, von denen angenommen wird, dass sie den gewünschten Wirkungsgrad eines Abgasnachbehandlungssystems ermöglichen.
In einer anderen Ausformung umfasst das Abgasnachbehandlungssystemmodul ein selektives katalytisches Reduktionsmodul (SCR-Modul), konfiguriert auf die Generierung einer Abgaszustandsabfrage der Abgaszustände an einem Einlass des SCR-Katalysators, die zum gewünschten Wirkungsgrad des SCR-Katalysators führen würden. Dementsprechend wird die Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Grundlage der vom SCR-Modul erzeugten Abgaszustandsabfrage generiert. Auf ähnliche Weise umfasst in einer weiteren Ausformung das Abgasnachbehandlungssystemmodul ein Oxidationskatalysatormodul, konfiguriert auf die Generierung einer Abgaszustandsabfrage, die die Abgaszustände am Einlass des Oxidationskatalysators darstellt, die zum gewünschten Wirkungsgrad des Oxidationskatalysators führen würden. Die Vektorabfrage des Abgaszustands wird dann auf der Basis der vom Oxidationskatalysatormodul erzeugten Abgaszustandsabfrage generiert. In einer weiteren Ausformung umfasst das Abgasnachbehandlungssystemmodul ein Filtermodul, konfiguriert auf die Generierung einer Abgaszustandsabfrage von Abgaszuständen an einem Einlass eines Partikelfilters, die zum gewünschten Wirkungsgrad des Partikelfilters führen würden. Die Vektorabfrage des Abgaszustands wird dann auf der Basis der vom Filtermodul erzeugten Abgaszustandsabfrage generiert.
In einigen Ausformungen wird die Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Grundlage einer Vielzahl von Abgaszustandsabfragen generiert, die jede von einem entsprechenden der Vielzahl der Abgasnachbehandlungs-Komponentenmodule eingehen. Jedes Komponentenmodul gehört zu einer entsprechenden Abgasnachbehandlungskomponente. Darüber hinaus stellt jede Abgaszustandsabfrage Abgaszustände dar, die zu einer optimalen Leistung der Abgasnachbehandlungskomponente führen, die zu dem Abgasnachbehandlungs-Komponentenmodul gehört, das die Abgaszustandsabfrage generiert hat. Das Abgasnachbehandlungssystemmodul kann die Vektorabfrage des Abgaszustands durch Gewichtung der Vielzahl von Abgaszustandsabfragen generieren.
In einigen Ausformungen umfasst das Antriebsstrangmodul ein Abgaszustandsoptimierungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es mindestens einen Motorsollbetriebszustand auf der Grundlage der aktuellen Abgaseigenschaften, eine aktuelle Leistungskapazität eines Abgasnachbehandlungssystems und einen objektiven Faktor bestimmt. Der objektive Faktor kann eine gewichtete Kombination aus den berechneten Kosten des Betriebs des Abgasnachbehandlungssystems und einer berechneten Leistung des Abgasnachbehandlungssystems umfassen.
Nach einer weiteren Ausformung besteht das Antriebsstrangmodul aus einem leistungsbasierten Systemmodellmodul, einem kostenbasierten Systemmodellmodul und einem Vergleichsmodul der objektiven Faktoren. Das leistungsbasierte Systemmodellmodul ist so konfiguriert, dass es die zur Höchstleistung des Motorsystems erforderlichen Betriebsbedingungen des Motorsystems berechnet. Das kostenbasierte Systemmodellmodul ist so konfiguriert, dass es die zum Betrieb des Motorsystems bei geringsten Kosten erforderlichen Betriebsbedingungen des Motorsystems berechnet. Das Vergleichsmodul der objektiven Faktoren ist so konfiguriert, dass es auf der Grundlage einer gewichteten Kombination aus berechneten leistungsbasierten Betriebsbedingungen und berechneten kostenbasierten Betriebsbedingungen mindestens einen Motorsollbetriebszustand bestimmt. Die gewichtete Kombination kann eine Funktion des relativen Stellenwerts von Leistung im Vergleich zu Kosten beim Betrieb des Motorsystems sein. Der relative Stellenwert von Leistung im Vergleich zu Kosten beim Betrieb des Motorsystems kann auf einer Eingabe des Benutzers basieren. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der relative Stellenwert von Leistung im Vergleich zu Kosten beim Betrieb des Motorsystems automatisch bestimmt werden.
Laut einer anderen Ausführungsform besteht ein Motorsystem aus einem Verbrennungsmotor, einem in der Abgasaufnahme mit dem Verbrennungsmotor kommunikabel in Verbindung stehenden Abgasnachbehandlungssystem und einem im Datenempfang mit dem Abgasnachbehandlungssystem und in der Befehlsübertragung mit dem Verbrennungsmotor kommunikabel in Verbindung stehenden Steuergerät. Das Steuergerät ist auf die Erzeugung einer Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Basis der vom Abgasnachbehandlungssystem eingehenden Daten konfiguriert. Darüber hinaus ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es zur Erzielung der gewünschten, der Vektorabfrage des Abgaszustands entsprechenden Eigenschaften der Motorabgase Befehle an den Verbrennungsmotor übermittelt.
In einigen Ausformungen des Motorsystems stellt die Vektorabfrage des Abgaszustands einen Durchschnitt aus einer Vielzahl von zu einzelnen Abgaszuständen gehörenden Abgaszustandsabfragen dar, die in der optimalen Leistung der betreffenden Abgasnachbehandlungssystemkomponente aus einer Vielzahl von Abgasnachbehandlungssystemkomponenten resultieren. In weiteren Ausformungen ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es in Reaktion auf die Vektorabfrage des Abgaszustands den Verbrennungsmotor neu einstellt. In bestimmten Ausformungen ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es die Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Grundlage mindestens eines der Betriebskostenaspekte und der Betriebsleistungsaspekte des Motorsystems verändert.
In bestimmten Ausformungen ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es in jeder der Vielzahl von Stufen entlang des Abgasnachbehandlungssystems einen Vektor der aktuellen Abgaseigenschaften sowie auf der Grundlage der aktuellen Abgaseigenschaftsvektoren einen aktuellen Abgasnachbehandlungssystem-Leistungsvektor bestimmt. Die Vektorabfrage des Abgaszustands kann zumindest teilweise auf dem aktuellen Abgasnachbehandlungssystem-Leistungsvektor basieren.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Methode zur Steuerung der Eigenschaften des Motorsystems in der Bestimmung einer Vektorabfrage des Abgaszustands aus einem Abgasnachbehandlungssystem und in der Bestimmung der Motorsollbetriebsbedingungen, basierend zumindest teilweise auf der Vektorabfrage des Abgaszustands und einem objektiven Faktor, bestehen. Ferner umfasst die Methode die Befehlserteilung an mindestens eine Komponente des Motorsystems auf der Grundlage der Motorsollbetriebsbedingungen.
In einigen Ausformungen besteht der objektive Faktor aus der gewichteten Kombination aus Motorsystem-Betriebskostenfaktor und Motorsystem-Betriebsleistungsfaktor. Die Methode umfasst auch die Bestimmung leistungsbasierter Motorsollbetriebsbedingungen, die Bestimmung kostenbasierter Sollbetriebsbedingungen und die Gewichtung der leistungsbasierten Motorsollbetriebsbedingungen und der kostenbasierten Sollbetriebsbedingungen, basierend auf dem objektiven Faktor. Die Motorsollbetriebsbedingungen werden basierend zumindest teilweise auf gewichteten leistungsbasierten Motorsollbetriebsbedingungen und kostenbasierten Sollbetriebsbedingungen bestimmt.
In bestimmten Ausformungen umfasst die Methode auch die Interpretation von Abgaszuständen, die von einem Verbrennungsmotor erzeugt werden, sowie die Berechnung einer gewünschten Abgasnachbehandlungssystemleistung auf der Grundlage der Motorsollbetriebsbedingungen und der interpretierten Abgaszustände. Darüber hinaus kann eine Methode auch die Bestimmung einer aktuellen Leistungskapazität des Abgasnachbehandlungssystems umfassen. Zusätzlich dazu kann die Methode aus der Veränderung des objektiven Faktors zur Reduktion der gewünschten Leistung des Abgasnachbehandlungssystems bestehen, wenn die gewünschte Leistung des Nachbehandlungssystems höher ist als die aktuelle Leistungskapazität des Abgasnachbehandlungssystems.
Verweise in dieser gesamten Spezifikation auf Merkmale, Vorteile oder ähnliche Ausdrücke bedeuten nicht, dass alle jene Merkmale oder Vorteile, die mit dem Gegenstand der vorliegenden Offenlegung umgesetzt werden können, gemeinsam in ein und derselben Ausführungsform vorhanden sind oder sein müssten. Vielmehr sollen Ausdrücke, die sich auf die Funktionen und Vorteile beziehen, anzeigen, dass in Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene bestimmte einzelne Funktionen, Vorteile oder Merkmale in mindestens einer Ausführungsform der gegenständlichen Offenlegung vorhanden sind. Daher können sich die Erörterung der Funktionen und Vorteile oder ähnliche Aussagen in dieser Spezifikation auf die gleiche Ausführungsform beziehen, müssen dies jedoch nicht.
Darüber hinaus können die beschriebenen Funktionen, Vorteile und Charakteristika des Gegenstands der vorliegenden Offenlegung in geeigneter Weise in einem einzelnen oder in mehreren Ausführungsformen kombiniert werden. Einschlägige Fachleute werden erkennen, dass der Gegenstand auch ohne ein oder mehrere spezifische Funktionen und Vorteile einer bestimmten Ausführungsform genutzt werden kann. In anderen Fällen lassen sich in bestimmten Ausführungsformen unter Umständen zusätzliche Funktionen und Vorteile erkennen, die gegebenenfalls nicht in allen Ausführungsformen vorhanden sind. Diese Funktionen und Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen in höherem Maße offensichtlich oder lassen sich aus der praktischen Umsetzung des in der Folge dargestellten Gegenstands erkennen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der Vorteile des Gegenstands erfolgt eine detailliertere Beschreibung des oben in Kürze beschriebenen Gegenstands durch Verweis auf bestimmte Ausführungsformen, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Mit dem Hinweis, dass in diesen Zeichnungen nur typische Ausführungsformen des Gegenstands dargestellt und diese daher nicht als Einschränkung des Anwendungsbereichs zu betrachten sind, wird der Gegenstand durch die Verwendung dieser Zeichnungen mit zusätzlicher Genauigkeit und Detailtiefe beschrieben und erläutert; in diesen Zeichnungen ist:
das schematische Blockdiagramm eines Motorsystems, das ein einer charakteristischen Ausführungsform entsprechendes Abgasnachbehandlungssystem aufweist,
das schematische Blockdiagramm eines Steuergeräts des Motorsystems von laut einer charakteristischen Ausführungsform;
das schematische Blockdiagramm eines Abgasnachbehandlungssystemmoduls des Steuergeräts von laut einer charakteristischen Ausführungsform;
das schematische Blockdiagramm eines Antriebsstrangmoduls des Steuergeräts von laut einer charakteristischen Ausführungsform;
ein Abgaszustandsoptimierungsmodul des Antriebsstrangmoduls von laut einer charakteristischen Ausführungsform;
das schematische Flussdiagramm einer Methode zur Steuerung der Betriebsbedingungen des Motorsystems von laut einer charakteristischen Ausführungsform;
das schematische Flussdiagramm einer Methode zur Bestimmung der Motorsollbetriebsbedingungen, basierend zumindest teilweise auf dem relativen Stellenwert der Kosten des Betriebs des Motorsystems von und der Leistung des Motorsystems von .
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Viele der in dieser Spezifikation beschriebenen Funktionseinheiten wurden als Module bezeichnet, um ihre Eigenständigkeit bei der Ausformung noch genauer hervorzuheben. So kann ein Modul beispielsweise als Hardwareschaltkreis ausgeführt sein, der aus speziell angefertigten Schaltkreisen oder Gate Arrays von sehr hohem Integrationsgrad (VLSI-Schaltkreisen), Standard-Halbleitern wie Logikchips, Transistoren oder anderen diskreten Komponenten besteht. Ebenso kann ein Modul als programmierbare Hardwarevorrichtung wie Field Programmable Gate Arrays, Programmable Array Logic, programmierbaren Logikvorrichtungen oder Ähnlichem ausgebildet sein.
Module können auch als Software zur Ausführung durch verschiedene Prozessorarten ausgebildet sein. Ein bezeichnetes Modul mit ausführbarem Code kann beispielsweise aus einem oder mehreren physikalischen oder logischen Blocks von Computeranweisungen bestehen, die z. B. als Objekt, Prozedur oder Funktion geordnet sein können. Trotzdem müssen die ausführbaren Elemente eines bezeichneten Moduls nicht physisch nebeneinander angeordnet sein, sondern können aus an verschiedenen Orten gespeicherten verschiedenartigen Anweisungen bestehen, die, wenn sie logisch miteinander verbunden sind, das Modul bilden und den für das Modul angeführten Zweck erreichen.
Tatsächlich kann ein Modul ausführbaren Codes aus einer einzigen Anweisung oder aus vielen Anweisungen bestehen und kann sogar über mehrere verschiedene Codesegmente, unter verschiedenen Programmen und über verschiedene Speichergeräte verteilt sein. In gleicher Weise können Betriebsdaten innerhalb von Modulen in diesem Dokument benannt und dargestellt, in jeder geeigneten Form ausgeformt und innerhalb jeder geeigneten Art von Datenstruktur geordnet sein. Die Betriebsdaten können in einem einzigen Dataset gesammelt oder auf verschiedene Orte, insbesondere auf verschiedene Datenspeichergeräte verteilt sein und können zumindest teilweise lediglich als elektronische Signale in einem System oder Netzwerk existieren.
In dieser gesamten Spezifikation bedeuten „eine Ausführungsform”, „Ausführungsformen” oder ähnliche Begriffe, dass ein(e) in Verbindung mit der Ausführungsform beschriebene(s) Merkmal, Struktur oder Charakteristikum in mindestens einer Ausführungsform der gegenständlichen Erfindung vorhanden ist. Daher beziehen sich in dieser gesamten Spezifikation die Ausdrücke „in einer Ausführungsform”, „in einer einzelnen Ausführungsform” oder ähnliche Ausdrücke gegebenenfalls, jedoch nicht zwingend, auf ein und dieselbe Ausführungsform.
Darüber hinaus können die beschriebenen Funktionen, Vorteile und Merkmale des hier beschriebenen Gegenstands in geeigneter Weise in einer einzelnen oder in mehreren Ausführungsformen kombiniert werden. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details geliefert, unter anderem Beispiele von Steuervorrichtungen, Strukturen, Algorithmen, Programmierung, Softwaremodulen, Anwenderauswahlen, Netzwerktransaktionen, Datenbankabfragen, Datenbankstrukturen, Hardwaremodulen, Hardwareschaltkreisen, Hardware-Chips usw., die einer gründlichen Erläuterung der Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands dienen. Einschlägige Fachleute werden jedoch erkennen, dass der Gegenstand der Offenlegung auch ohne ein oder mehrere der spezifischen Details oder aber mit anderen Methoden, Bauelementen, Materialien usw. genutzt werden kann. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen, Materialien oder Wirkungsweisen nicht im Detail abgebildet oder beschrieben, um eine Verdeckung anderer Aspekte des offen gelegten Gegenstands zu vermeiden.
ist die Abbildung einer Ausführungsform eines Verbrennungsmotorsystems 10. Zu den Hauptkomponenten des Motorsystems 10 zählen ein Verbrennungsmotor 100, ein mit dem Abgasauspuff des Motors gekoppeltes Abgasnachbehandlungssystem 200 und ein Steuergerät 300.
Beim Verbrennungsmotor 100 kann es sich um einen durch Kompression gezündeten Verbrennungsmotor, beispielsweise um einen mit Dieselkraftstoff betriebenen Motor handeln, oder um einen mithilfe eines Zündfunkens gezündeten Verbrennungsmotor, wie einen mit Benzin mager betriebenen Motor. Der Motor 100 besteht aus einem Motorblock 111, einem Luftsystem 150, bestehend aus Lufteinlass 112, Einlasskrümmer 114, Abgasrückführungssystem 130 sowie aus einem Kraftstoffzufuhrsystem 140 mit einer Kraftstoffversorgung 142. Das Motorsystem 100 umfasst auch Auslasskrümmer 116, Turboladerturbine 118, Turboladerkompressor 120, Temperaturfühler (z. B. Temperaturfühler 124), Drucksensoren (z. B. Drucksensor 126), Luftstromsensor 156, NO_x-Sensoren (z. B. NO_x-Sensor 172) und Massendurchfluss-Sensoren (z. B. Abgas-Durchflusssensor 174). Der Lufteinlass 112 wird in die Atmosphäre entlüftet und ist mit einem Einlass des Ansaugkrümmers 114 verbunden, damit Luft in den Ansaugkrümmer eintreten kann. Der Ansaugkrümmer 114 umfasst einen Auslass, der im Betrieb mit den Verdichtungskammern 113 des Motorblocks 111 zur Einführung der Ansaugladung, z. B. von Luft, und des Abgasrückführungsgases in die Kompressionskammern gekoppelt ist. Das Luftsystem 150 kann auch ein Kompressor-Bypass-Ventil 152 umfassen, das wahlweise betätigt werden kann, um entweder Ansaugluft des Lufteinlasses 112 sowie Abgasrückführungsgas bei geöffnetem Ventil 132 durch den Kompressor 120 strömen oder den Kompressor umgehen zu lassen. Das Kraftstoffzufuhrsystem 140 führt Kraftstoff in den Zylinder ein, wo er sich vor einem Verbrennungsereignis im Zylinder mit der Ansaugladung und der Abgasrückführung vermischt.
In den Zylindern 113 des Motorblocks 111 wird die Luft aus der Atmosphäre und auf Wunsch das Abgasrückführungsgas zum Antrieb des Motors mit dem Kraftstoff vermengt. Die Verbrennung des Kraftstoffs und der Luft erzeugt Abgas, das im Betrieb zum Abgaskrümmer 116 geleitet wird. Vom Abgaskrümmer 116 kann ein Teil der Abgase zum Antrieb der Turboladerturbine 118 verwendet werden. Die Turbine 118 treibt den Turboladerkompressor 120 an, der zumindest einen Teil der am Lufteinlass 112 eintretenden Luft komprimiert, bevor er sie an den Ansaugkrümmer 114 und in die Kompressionskammern 113 des Motorblocks 111 weiterleitet. Der Motor 100 umfasst auch ein Bypass-Ventil 119 der Turbine 118, das wahlweise geöffnet werden kann, um den Antrieb der Turbine 118 durch das Abgas zuzulassen, und das wahlweise geschlossen werden kann, damit die Abgase die Turbine 118 umgehen und in ein der Turbine nachgelagert angeordnetes Auspuffrohr 160 strömen.
Das Abgasnachbehandlungssystem 200 ist an das Auslassrohr 160 des Abgaskrümmers 116 gekoppelt. Zumindest ein Teil des aus dem Abgaskrümmer 116 austretenden Gases kann durch das Abgasnachbehandlungssystem 200 strömen. Wie oben erwähnt, umfasst der Motor 100 das Abgasrückführungssystem 130, welches ein Abgasrückführungsventil 132 aufweist, das so konfiguriert ist, dass es geöffnet werden kann, um einen Teil der Abgase zur Veränderung der Verbrennungseigenschaften des Motors 100 in die Kompressionskammern 113 zurückströmen zu lassen.
Allgemein ist das Abgasnachbehandlungssystem 200 so konfiguriert, dass es verschiedene in dem aus dem Abgaskrümmer 116 austretenden und nicht in die Zylinder 113 des Motorblocks 111 zurückströmenden Abgas enthaltenen Emissionen von chemischen Verbindungen und Partikelemissionen abscheidet. Das Abgasnachbehandlungssystem 200 umfasst einen Oxidationskatalysator 210, einen Partikelfilter 220, ein SCR-System 230, das ein Reduktionszufuhrsystem 232 und einen SCR-Katalysator 234 aufweist sowie einen Ammoniak-Oxidationskatalysator (AMOX-Katalysator) 240. In der vom Richtungspfeil 244 angezeigten Strömungsrichtung der Abgase kann Abgas aus dem Abgaskrümmerrohr 160 durch den Oxidationskatalysator 210, durch den Partikelfilter 220, durch den SCR-Katalysator 234, durch den AMOX-Katalysator 240 strömen und dann in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Anders ausgedrückt: Der Partikelfilter 220 ist dem Oxidationskatalysator 210 nachgeordnet positioniert, der SCR-Katalysator 234 dem Partikelfilter 220, und der AMOX-Katalysator 240 dem SCR-Katalysator 234. Allgemein enthalten im Abgasnachbehandlungssystem 200 behandelte und anschließend in die Atmosphäre freigesetzte Abgase erheblich weniger Schadstoffe, beispielsweise Dieselpartikel, NO_x, Kohlenwasserstoffe wie Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, als unbehandelte Abgase.
Der Oxidationskatalysator 210 kann ein beliebiger nach dem derzeitigen Stand der Technik bekannter Dieseloxidations-Durchflusskatalysator sein. Allgemein ist der Oxidationskatalysator 210 so konfiguriert, dass er zumindest einige Partikel, z. B. die lösliche organische Fraktion von Ruß, im Auspuff oxidiert und die unverbrannten Kohlenwasserstoffe sowie CO im Auspuff zu weniger umweltschädlichen Verbindungen reduziert. So reduziert beispielsweise der Oxidationskatalysator 210 gegebenenfalls die Kohlenwasserstoff- und CO-Konzentrationen im Abgas in ausreichendem Maß, damit die erforderlichen Emissionsnormen erfüllt werden.
Der Partikelfilter 220 kann einer von vielen nach dem derzeitigen Stand der Technik bekannten Partikelfilter sein, der auf die Senkung des Anteils an Partikeln, z. B. Ruß und Asche, im Abgas zur Erfüllung der vorgeschriebenen Abgasemissionsnormen konfiguriert ist. Der Partikelfilter 220 kann elektrisch mit einem Steuergerät, beispielsweise dem Steuergerät 300, verbunden sein, das die verschiedenen Merkmale des Partikelfilters, z. B. Taktung und Dauer von Filterregenerationsereignissen, steuert. In einigen Ausformungen ist der Partikelfilter 220 und das dazugehörige Steuersystem ähnlich oder gleich den in den US-Patentanmeldungen 11/227,320, 11/227,403, 11/227,857 und 11/301,998 beschriebenen entsprechenden Partikelfiltern und Steuersystemen; diese (nachfolgend „zum Bestandteil gemachte Partikelfilteranmeldungen”) werden hiermit durch Bezugnahme auf selbige zum Bestandteil dieser Offenlegung gemacht.
Das SCR-System 230 kann dem in US-Patentanmeldung Nr. 12/112,500, eingereicht am 30. April 2008, US-Patentanmeldung Nr. 12/112,622, eingereicht am 30. April 2008, US-Patentanmeldung Nr. 12/112,678, eingereicht am 30. April 2008, und in US-Patentanmeldung Nr. 12/112,795, eingereicht am 30. April 2008, beschriebenen SCR-System ähnlich sein; diese (nachfolgend „zum Bestandteil gemachte SCR-Patentanmeldungen”) werden alle hiermit durch Bezugnahme auf selbige zum Bestandteil dieser Offenlegung gemacht.
So umfasst beispielsweise das SCR-System 230 ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 232, das aus Reduktionsmittelquelle, -pumpe und -zufuhrmechanismus oder -einspritzung besteht, die nicht dargestellt sind. Die Reduktionsmittelquelle kann ein Behälter oder Tank sein, der in der Lage ist, Reduktionsmittel, wie beispielsweise Ammoniak (NH₃), Harnstoff, Dieselkraftstoff oder Dieselöl aufzunehmen. Die Reduktionsmittelquelle steht in Reduktionsmittel liefernder Verbindung mit der Pumpe, die so konfiguriert ist, dass sie Reduktionsmittel von der Reduktionsmittelquelle zum Zufuhrmechanismus pumpt. Der Zufuhrmechanismus kann einen dem SCR-Katalysator 234 vorgeschalteten Reduktionsmittelinjektor umfassen. Der Injektor ist wahlweise so steuerbar, dass er Reduktionsmittel direkt in den Abgasstrom einspritzt, bevor dieses in den SCR-Katalysator 234 eintritt. In einigen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittel entweder Ammoniak oder Harnstoff sein, der zu Ammoniak zerfällt. Das Ammoniak reagiert in Anwesenheit des SCR-Katalysators 234 mit dem NO_x und reduziert das NO_x zu weniger schädliche Emissionen wie N₂ und H₂O. Der SCR-Katalysator 234 kann ein beliebiger nach dem derzeitigen Stand der Technik bekannter Katalysator sein. So ist der SCR-Katalysator 234 beispielsweise in einigen Ausformungen ein Katalysator auf Vanadiumbasis, in anderen Ausformungen ist der SCR-Katalysator ein Katalysator auf Zeolithbasis, z. B. ein Cu-Zeolith- oder Fe-Zeolith-Katalysator. In einer charakteristischen Ausführungsform ist das Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung, der SCR-Katalysator 234 hingegen ein Katalysator auf Zeolithbasis.
Der AMOX-Katalysator 240 kann ein beliebiger Durchflusskatalysator sein, der so konfiguriert ist, dass er mit Ammoniak reagiert und hauptsächlich Stickstoff erzeugt. Allgemein wird der AMOX-Katalysator 240 zur Abscheidung von Ammoniak eingesetzt, das den SCR-Katalysator 234 durchlaufen hat oder aus ihm ausgetreten ist, ohne mit dem NO_x im Abgas zu reagieren. In bestimmten Fällen kann das Abgasnachbehandlungssystem 200 mit oder ohne AMOX-Katalysator betriebsfähig sein. Darüber hinaus kann der AMOX-Katalysator 240 in einigen Ausformungen, obwohl er als eine vom SCR-Katalysator 234 separate Einheit dargestellt ist, mit dem SCR-Katalysator zusammengelegt sein; z. B. können der AMOX-Katalysator und der SCR-Katalysator im selben Gehäuse untergebracht sein.
Wie in dargestellt, besteht das Abgasnachbehandlungssystem 200 aus verschiedenen Sensoren wie Temperaturfühlern, Drucksensoren, Sauerstoffsensoren (z. B. Sauerstoffsensor 270), NO_x-Sensoren (z. B. NO_x-Sensor 272), NH₃-Sensoren (z. B. NH₃-Sensor 274), Ammoniak-/NO_x-Doppelsensoren (nicht dargestellt) und ähnlichen, die über das gesamte Abgasnachbehandlungssystem hin angeordnet sind. Zur Überwachung der Betriebsbedingungen und zur Steuerung des Motorsystems 10, einschließlich des Abgasnachbehandlungssystems 200, können die verschiedenen Sensoren des Abgasnachbehandlungssystems 200 mit dem Steuergerät 300 in elektrischer Verbindung stehen.
Obwohl das dargestellte Abgasnachbehandlungssystem 200 jeweils einen Oxidationskatalysator 210, Partikelfilter 220, SCR-Katalysator 234 und AMOX-Katalysator 240, angeordnet an bestimmten Positionen relativ zueinander entlang des Abgasströmungswegs, umfasst, kann das Abgasnachbehandlungssystem in anderen Ausführungsformen nach Belieben mehr als einen der verschiedenen, an unterschiedlichen Positionen der relativ zueinander entlang des Abgasströmungswegs angeordneten Katalysatoren umfassen. Daneben können der dargestellte Oxidationskatalysator 210 und der dargestellte AMOX-Katalysator 240, obwohl sie nicht-selektive Katalysatoren sind, in einigen Ausführungsformen selektive Katalysatoren sein.
Das Steuergerät 300 in ist als einzelne physische Einheit dargestellt, kann jedoch in einigen Ausführungsformen auf Wunsch aus zwei oder mehr physisch separaten Einheiten oder Komponenten bestehen. Allgemein empfängt das Steuergerät 300 mehrere Eingangssignale, verarbeitet die Eingangssignale und überträgt mehrere Ausgangssignale. Zu den mehrfachen Eingangssignalen können durch Sensoren vorgenommene Messungen, virtuelle Sensoreingangssignale und verschiedene Eingaben von Benutzern zählen. Die Eingangssignale werden vom Steuergerät 300 unter Einsatzverschiedener Algorithmen, gespeicherter Daten und anderer Eingaben zur Aktualisierung der gespeicherten Daten bzw. zur Generierung von Ausgabedaten verarbeitet. Die generierten Ausgabewerte bzw. Befehle werden an andere Komponenten des Steuergeräts bzw. an ein oder mehrere Elemente des Motorsystems 10 übertragen, um das System zu steuern und die gewünschten Ergebnisse zu erhalten und, noch genauer, die gewünschten Abgasemissionen am Auspuff zu erzielen.
In umfasst das Steuergerät 300 ein Abgasnachbehandlungssystemmodul 310, ein Antriebsstrangmodul 320 und ein Verbrennungsmodul 330. Das Steuergerät 300 empfängt Eingangssignale 302 von verschiedenen Sensoren des Motorsystems 10 und generiert Motorsteuerungsbefehle 304. Allgemein werden die Befehle 304 an verschiedene Komponenten des Motorsystems 10 weitergegeben; die Komponenten werden den Befehlen entsprechend so in Betrieb gesetzt, dass die gewünschten Betriebsparameter erreicht werden. Wie unten näher beschrieben, basieren die Befehle zumindest zum Teil auf den gewünschten Ausgaben des Motorsystems und den von einem Abgaszustandsoptimierungsmodul 520 des Antriebsstrangmoduls 320 bestimmten Abgaszuständen.
In umfasst das Abgasnachbehandlungssystemmodul 310 ein Rohrmodul 400, ein Oxidationskatalysatormodul 410, ein Filtermodul 420, ein SCR-Katalysatormodul 430, ein Reduktionsmitteleinspritzmodul 440 und ein AMOX-Katalysatormodul 450. Jedes Modul erhält ein Signal 302 von verschiedenen Sensoren des Motorsystems 10 und interpretiert die Signale zur Bestimmung verschiedener Betriebsbedingungen der entsprechenden Abgasnachbehandlungskomponenten. Auf der Grundlage der Betriebszustände steuern die Module 410, 420, 430, 440, 450 die entsprechenden Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 200.
Das Rohrmodul 400 bestimmt die Eigenschaften des Rohrauslasses des Abgasstroms, der in das Rohr 160, durch dieses und aus diesem strömt, indem es Eingangssignale von einem der vorgeschalteten, nachgeschalteten oder entlang des Rohres 160 positionierten verschiedenen Sensoren empfängt. In bestimmten Ausformungen ist das Rohrmodul 400 so konfiguriert, dass es die Temperatur des in das Rohr 160 eintretenden Abgases, die Temperatur des aus dem Rohr austretenden Abgases und die Temperatur der Rohrwand bestimmt. In einigen Ausformungen ist das Rohrmodul 400 so konfiguriert, dass es auf der Basis der bestimmten Eigenschaften des durch das Rohr 160 strömenden Abgases eine Abgaszustandsabfrage generiert.
Das Oxidationskatalysatormodul 410 meldet dem Abgasnachbehandlungs-Befehlsmodul 460 einen Zustand des Oxidationskatalysators 210 und generiert eine Abgaszustandsabfrage, welche Abgaszustände darstellt, die zum gewünschten Oxidationswirkungsgrad des Katalysators führen würden.
Das Filtermodul 420 steuert Taktung, Dauer und Intensität der Regenerationsereignisse am Partikelfilter 220 in einer Weise, die der in den integrierten Partikelfilter-Anwendungen beschriebenen ähnlich ist. In bestimmten Fällen werden die Regenerationsereignisse am Partikelfilter 220 den Abgaszuständen des Abgasstroms entsprechend gesteuert. Daher ist das Filtermodul 420 so konfiguriert, dass es eine Abgaszustandsabfrage generiert, welche Abgaszustände darstellt, die in einem gewünschten Wirkungsgrad der Partikelfiltration und in den gewünschten Merkmalen eines Regenerationsereignisses resultieren würden.
Das SCR-Katalysatormodul 430 und das Reduktionsmitteleinspritzmodul 440 wirken im Betrieb bei der Steuerung der Senkungseffizienz von NO_x im Abgasstrom auf eine Art und Weise zusammen, die den in den zum Bestandteil dieses Dokuments gemachten SCR-Patentanmeldungen beschriebenen ähnlich sind. In bestimmten Fällen bestimmt das SCR-Katalysatormodul 430 die Menge des zur Erzielung einer gewünschten NOx-Reduktionswirkung und von NOx-Emissionen am Auspuffrohr erforderlichen Reduktionsmittels, basierend zumindest teilweise auf den Abgaszuständen des Abgasstroms. Basierend zumindest teilweise auf der vom SCR-Katalysatormodul 430 bestimmten Menge an Reduktionsmittel steuert das Reduktionsmitteleinspritzmodul 440 die Einspritzung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom. Das SCR-Katalysatormodul 430 ist so konfiguriert, dass es eine Abgaszustandsabfrage generiert, welche wünschenswerte Abgaszustände darstellt, die in einer gewünschten bzw. optimalen SCR-Systemeffizienz und -leistung resultieren würden. Die vom SCR-Katalysatormodul 430 generierte Abgaszustandsabfrage umfasst gegebenenfalls die gewünschten Abgaszustände am Ausgang einer vorgeschalteten Abgasnachbehandlungskomponente, beispielsweise eines Dieseloxidationskatalysators oder eines Dieselpartikelfilters. In bestimmten Ausformungen ist die NO_x-Umwandlungseffizienz des SCR-Systems 230 unter Umständen dann am höchsten, wenn die Temperatur des am SCR-Katalysator 234 eintretenden Abgases bei ungefähr 350°C liegt und das Verhältnis von NO₂/NO_x des in den SCR-Katalysator eintretenden Abgases ca. 0,5 beträgt. Daher würde in dieser Ausformung das SCR-Katalysatormodul 430 diese Abgaszustände abfragen, um dadurch den höchsten Wirkungsgrad bei der NO_x-Umwandlung zu erzielen. Wie unten näher beschrieben, kann die Abfrage vom Abgaszustandsoptimierungsmodul 520 je nach unterschiedlichen Kompromissen auf der Basis der Durchführbarkeit der Abfrage zumindest teilweise in Anbetracht der aktuellen Betriebsbedingungen des Motors zugelassen oder abgeändert werden.
Das AMOX-Katalysatormodul 450 meldet dem Abgasnachbehandlungs-Befehlsmodul 460 einen Zustand des AMOX-Katalysators 240 und generiert eine Abgaszustandsabfrage, welche Abgaszustände darstellt, die zum gewünschten Wirkungsgrad der Ammoniakreduktion des Katalysators führen würden.
Es ist wünschenswert, dass jedes der Systemkomponentenmodule 400, 410, 420, 430, 450 eine Abgaszustandsabfrage auf Basis der gewünschten oder optimalen Leistung der entsprechenden Komponente ungeachtet der Anfragen anderer Module bestimmt. Zum Beispiel generiert das SCR-Katalysatormodul 430 eine Abfrage der mit der optimalen Leistung des SCR-Systems 230 verbundenen Abgaszustände ungeachtet der von anderen Systemmoduln generierten Abgaseigenschaftsabfragen. In einigen Ausführungsformen werden die abgefragten Abgaszustände auf der Basis charakteristischer Leistungskurven oder -tabellen für jede einzelne Abgasnachbehandlungskomponente bestimmt. Die charakteristischen Leistungskurven oder -tabellen für jede einzelne Komponente können experimentell bestimmt oder im Steuergerät 300 (z. B. im entsprechenden Komponentenmodul des Steuergeräts) gespeichert werden.
Basierend auf den vom Rohrmodul 400 bestimmten Abgaseigenschaften und den von den Modulen 400, 410, 420, 430, 450 eingegangenen Abgaszustandsabfragen generiert das Abgasnachbehandlungs-Befehlsmodul 460 eine Vektorabfrage des Abgaszustands 470. Die Vektorabfrage des Abgaszustands 470 stellt die Abgaszustände dar, von denen angenommen wird, dass sie einen gewünschten Gesamtwirkungsgrad und eine gewünschte Leistung des Abgasnachbehandlungssystems 200 ermöglichen. In spezifischeren Ausformungen stellt die Vektorabfrage des Abgaszustands 470 die Abgaszustände des Abgasnachbehandlungssystems dar, die dazu angetan sind, die Abgasemissionsnormen zu erfüllen oder zu übertreffen. Allgemein generiert das Abgasnachbehandlungs-Befehlsmodul 460 die Vektorabfrage des Abgaszustands 470 durch Gewichtung, beispielsweise durch Bildung des Durchschnitts der Abgaszustandsabfragen der Module 400, 410, 420, 430, 450. Die vom Abgasnachbehandlungssystem 200 generierte Vektorabfrage des Abgaszustands 470 wird an das Antriebsstrangmodul 320 weitergegeben. Da die Leistung, z. B. der Wirkungsgrad der Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 200 eine Funktion der Abgaszustände sind, fördert die Steuerung der Abgaszustände basierend zumindest zum Teil auf den von den Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems abgefragten Abgaszuständen, wie sie durch die Vektorabfrage des Abgaszustands 470 dargestellt werden, die Leistung des Abgasnachbehandlungssystems.
In ist das Motorabgaseigenschaftsmodul 500 des Antriebsstrangmoduls 320 so konfiguriert, dass es die aktuellen Zustände der in und durch das Abgasnachbehandlungssystem 200 strömenden Abgase berechnet. Genauer gesagt, berechnet das Motorabgaseigenschaftsmodul 500 den aktuellen Zustand der Motorabgase an verschiedenen Stufen des Abgasnachbehandlungssystems 200. Der aktuelle Zustand der Motorabgase an jeder Stufe lässt sich als eine aus einer Vielzahl von Vektoren oder Matrizen 502 der aktuellen Abgaseigenschaften darstellen, von denen jede(r) verschiedene berechnete Eigenschaften des Abgases an der jeweiligen Stufe umfasst. Die verschiedenen berechneten Eigenschaften des Abgases können Daten über spezifische Abgaseigenschaftsparameter wie Abgastemperatur, Abgas-Massenfließgeschwindigkeit, Abgasdruck sowie Verbrennungsnebenprodukt- oder Massenfraktionen verschiedener Gasarten (z. B. NO, O₂, UHC, NO₂, Partikel, SO₂, H₂O, CO₂, CO, H₂ usw.) umfassen. Das Motorabgaseigenschaftsmodul 500 kann die verschiedenen aktuellen Abgaseigenschaften an den einzelnen Stufen durch physische Sensoren wie die oben beschriebenen oder über virtuelle Sensoren durch Anwendung von nach dem aktuellen Stand der Technik bekannter Modellierungsmethoden oder durch beide veranschlagen.
Im Betrieb bestimmt das aktuelle Motorabgaseigenschaftsmodul 500 zunächst den Abgaseigenschaftsvektor 502 der Abgase an einer ersten Stufe, d. h. den Motorabgaseigenschaftsvektor 502A. Die erste Stufe umfasst die aus dem Motor 100 austretenden und in das Rohr 160 des Abgasnachbehandlungssystems 200 eintretenden Abgase. In einer zweiten Stufe, z. B. nach dem Rohr 160, jedoch vor dem Oxidationskatalysator 210, wird der Motorabgaseigenschaftsvektor 502A zur Erstellung eines Abgaseigenschaftsvektors 502B im Rohr durch das aktuelle Motorabgaseigenschaftsmodul 500 mit den aktuellen Motorabgaszuständen an der zweiten Stufe aktualisiert. In einer dritten Stufe, z. B. nach dem Oxidationskatalysator 210, jedoch vor dem Partikelfilter 220, wird der Rohrabgaseigenschaftsvektor 502B zur Erstellung eines Oxidationskatalysator-Abgaseigenschaftsvektors 502C durch das aktuelle Motorabgaseigenschaftsmodul 500 mit den aktuellen Motorabgaszuständen an der dritten Stufe aktualisiert. In der vierten Stufe, z. B. nach dem Partikelfilter 220, jedoch vor dem SCR-Katalysator 234, wird der Oxidationskatalysator-Abgaseigenschaftsvektor 502C zur Erstellung eines Filterabgaseigenschaftsvektors 502D durch das Motorabgaseigenschaftsmodul 500 mit den aktuellen Motorabgaszuständen an der vierten Stufe aktualisiert. In einer fünften Stufe, z. B. nach dem SCR-Katalysator 234, jedoch vor dem AMOX-Katalysator 240, wird der Filterkatalysator-Abgaseigenschaftsvektor 502D zur Erstellung eines SCR-Abgaseigenschaftsvektors 502E durch das aktuelle Motorabgaseigenschaftsmodul 500 mit den aktuellen Motorabgaszuständen an der fünften Stufe aktualisiert. In einer sechsten Stufe, z. B. nach dem AMOX-Katalysator 240, wird der SCR-Katalysator-Abgaseigenschaftsvektor 502E zur Erstellung eines Auspuffabgaseigenschaftsvektors 502F durch das aktuelle Motorabgaseigenschaftsmodul 500 mit den aktuellen Motorabgaszuständen an der sechsten Stufe aktualisiert. So wird auf diese Weise der Motorabgaseigenschaftsvektor 502 während des Durchlaufs der Abgase vom Motor 100 zum Auspuff kontinuierlich aktualisiert.
In bestimmten Ausführungsformen werden die Abgaseigenschaftsvektoren 502A–502F an den verschiedenen Stufen entlang des Abgasnachbehandlungssystems mithilfe physischer Sensoren bzw. virtueller Sensoren bestimmt. Physische Sensoren wie Temperaturfühler, Druck-, Sauerstoff-, Ammoniak-, Massendurchsatz- und NO_x-Sensoren können im gesamten Abgasnachbehandlungssystem strategisch angeordnet werden, um zumindest einige der Abgaseigenschaften eines oder mehrerer Vektoren direkt zu messen. Andere Abgaseigenschaften wie NO₂ lassen sich mithilfe auf Steuermodellen von Komponenten- und Systemleistung basierender virtueller Sensoren bestimmen. Die virtuellen Sensoren können zum Betrieb in Echtzeit in das Steuergerät 300 integriert werden.
Das Systemleistungsmodul 510 bestimmt einen aktuellen Abgasnachbehandlungssystem-Leistungsvektor 512, basierend zumindest teilweise auf den aktuellen Abgaseigenschaftsvektoren 502A–F (z. B. Eingangssignale vom Rohrmodul 400, Oxidationskatalysatormodul 410, Filtermodul 420, SCR-Katalysatormodul 430, Reduktionsmitteleinspritzmodul 440 und AMOX-Katalysatormodul 450). Der aktuelle Abgasnachbehandlungssystem-Leistungsvektor 512 repräsentiert die maximale Betriebseffizienz oder Betriebskapazität der einzelnen Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems.
Das Abgaszustandsoptimierungsmodul 520 generiert Motorsollbetriebsbedingungen 522. Die Motorsollbetriebsbedingungen 522 stellen die Betriebsbedingungen des Motors dar, die für die gewünschten Systemausgaben, z. B. die Abgaseigenschaften am Motorausgang, und die gewünschten Systemeingaben, z. B. die Abgaseigenschaften an Auslass und Einlass von Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems, erforderlich sind. Die Motorsollbetriebsbedingungen 522 sind eine Funktion der aktuellen Abgaseigenschaften (ausgedrückt durch die aktuellen Abgaseigenschaftsvektoren 502A–F), der aktuellen Leistungskapazität des Abgasnachbehandlungssystems (ausgedrückt durch den aktuellen Abgasnachbehandlung-Leistungsvektor 512), der vom Abgasnachbehandlungssystem 200 abgefragten Abgaszustände (ausgedrückt durch die aktuelle Abgaszustands-Vektorabfrage 470) und eines objektiven Faktors, der die Optimierung der Abgaseigenschaften steuert. Der objektive Faktor kann einer von verschiedenen Faktoren oder eine Kombination aus Faktoren sein. So ist z. B. in den dargestellten Ausführungsformen der objektive Faktor die Kosten (z. B. Kosten des Kraftstoffs bzw. Harnstoffs), die Leistung (z. B. Fahrverhalten bzw. Emissionen), oder eine Kombination aus beiden.
In einer spezifischen Ausführungsform generiert das Abgaszustandsoptimierungsmodul 520 die Motorsollbetriebsbedingungen 522 durch Einsatz eines Steuerungsalgorithmus, der die aktuellen Abgaseigenschaften mit den dem objektiven Faktor entsprechend veränderten abgefragten Abgaszuständen zur Bestimmung der gewünschten Leistung des Abgasnachbehandlungssystems vergleicht. Anschließend vergleicht der Algorithmus die gewünschte Leistung des Abgasnachbehandlungssystems mit der Leistungskapazität des Abgasnachbehandlungssystems, die vorher festgelegt und im Steuergerät 300 eingebettet oder in Echtzeit vom aktuellen Abgasnachbehandlungssystem-Leistungsmodul 510 des Steuergeräts bestimmt werden kann. Ist das Abgasnachbehandlungssystem in der Lage, die gewünschte Abgasnachbehandlungssystemleistung herzustellen, dann erteilt das Steuergerät 300 dem Motorsystem den Vorgaben 522 entsprechend Befehle bzw. kalibriert das Motorsystem entsprechend neu. Ist das Abgasnachbehandlungssystem nicht in der Lage, die gewünschte Abgasnachbehandlungssystemleistung herzustellen, dann wird der objektive Faktor so korrigiert, dass er die gewünschte Abgasnachbehandlungssystemleistung verändert, damit sie die Kapazitätsbeschränkungen des Systems nicht überschreitet.
In umfasst das Abgaszustandsoptimierungsmodul 520 ein leistungsbasiertes Systemmodellmodul 524, ein kostenbasiertes Systemmodellmodul 526 und ein Objektivfaktoren-Vergleichsmodul 528. Das leistungsbasierte Systemmodellmodul 524 ist so konfiguriert, dass es das Motorsystem 10 als Funktion der Leistung des Motorsystems 10 modelliert. So kann beispielsweise das leistungsbasierte Systemmodellmodul 524 die Betriebsbedingungen des Motorsystems bestimmen, die für die Maximalleistung des Motorsystems 10 erforderlich sind, z. B. maximale Leistungsabgabe oder maximales Drehmoment des Motors sowie maximale Effizienz bei der Senkung der Abgasemissionen des Abgasnachbehandlungssystems 200 bei gleichzeitiger Erfüllung oder Übererfüllung der Emissionsnormen. Das kostenbasierte Systemmodellmodul 526 ist so konfiguriert, dass es das Motorsystem 10 als Funktion der Kosten des Betriebs des Motorsystems 10 modelliert. So kann beispielsweise das kostenbasierte Systemmodellmodul 526 die Betriebsbedingungen des Motorsystems bestimmen, die für den Betrieb des Motorsystems 10 mit minimalen Kosten erforderlich sind, z. B. minimaler Kraftstoffverbrauch durch den Motor 100, minimale Einspritzung von Kraftstoff in Abgase für Regenerationsereignisse am Partikelfilter 220, und minimales Reduktionsmittel zur Senkung von NO_x am SCR-Katalysator 234 bei gleichzeitiger Erfüllung oder Übererfüllung der Emissionsnormen. Der in diesem Dokument verwendete Ausdruck „maximal” kann auch die Bedeutung „verbessert” haben, der Ausdruck „minimal” kann auch „reduziert” bedeuten. In anderen Worten: mit den Ausdrücken „maximal” und „minimal” sind nicht unbedingt die äußersten Ober- bzw. Untergrenzen eines Parameterwertbereichs gemeint.
Das leistungsbasierte Systemmodellmodul 524 und das kostenbasierte Systemmodellmodul 526 modellieren jedes für sich das Motorsystem 10 zur Berechnung des Ausstoßes und der Zufuhr des Systems 10, basierend auf unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Motors. Zum Ausstoß des Motors 100 des Motorsystems zählen nebst anderen Ausbringungen die Abgaseigenschaften, der Kraftstoffverbrauch und die Leistungsabgabe des Motors. Zum Ausstoß des Abgasnachbehandlungssystems 200 zählen nebst anderen Ausbringungen die Temperatur des SCR-Katalysatorbetts, das NO_x am Auspuff, die Umwandlungskapazität des AMOX-Katalysators, die Beanspruchung des Partikelfilters, der Verbrauch von Reduktionsmittel und der mit Regenerationsereignissen verbundene Kraftstoffverbrauch. Die oben aufgeführten Ausbringungen stehen nur beispielhaft für die verschiedenen gewünschten und nach dem gegenwärtigen Stand der Technik bekannten Leistungsparameter.
Allgemein zählt zu den von den Modulen 524, 526 bestimmten Betriebsbedingungen die für den Betrieb des Motors 100 erforderlichen Eigenschaften und die Eigenschaften der vom Motor erzeugten Abgase. Die für den Betrieb des Motors 100 erforderlichen Eigenschaften stehen in direktem Zusammenhang mit der Leistung des Motors und den Betriebskosten des Motors. Die Eigenschaften des Abgases stehen in direktem Zusammenhang mit der Leistung des Abgasnachbehandlungssystems 200 und den Betriebskosten des Abgasnachbehandlungssystems. Da sich der Betrieb des Motors 100 direkt auf die Eigenschaften des Abgases auswirkt, werden die Bedingungen für den Betrieb des Motors 100 nicht nur zur Erzielung des gewünschten Ausstoßes in Anbetracht der Betriebskosten bzw. der Leistung des Motors gesteuert, sondern ebenso zur Erzielung der gewünschten Abgaszustände in Anbetracht der Betriebskosten bzw. der Leistung des Abgasnachbehandlungssystems 200.
Das Objektivfaktoren-Vergleichsmodul 528 ist so konfiguriert, dass es den relativen Stellenwert von Kosten im Verhältnis zur Leistung beim Betrieb des Motorsystems 10 bestimmt. Daneben bestimmt das Objektivfaktoren-Vergleichsmodul 528 die Motorsollbetriebsbedingungen 522 auf der Basis der Ergebnisse des Stellenwertvergleichs von Kosten im Verhältnis zur Leistung. Wenn beispielsweise das Vergleichsmodul 528 bestimmt, dass Kosten der einzige Gesichtspunkt sind, dann werden die Motorsollbetriebsbedingungen 522 vom Abgaszustandsmodul 520 so berechnet, dass sie die vom kostenbasierten Systemmodellmodul 526 bestimmten Betriebsbedingungen darstellen. Wenn hingegen das Vergleichsmodul 528 bestimmt, dass Leistung der einzige Gesichtspunkt ist, dann stellen die Motorsollbetriebsbedingungen 522 die vom leistungsbasierten Systemmodellmodul 524 bestimmten Betriebsbedingungen dar.
Alternativ kann das Vergleichsmodul 528 bestimmen, dass sowohl Kosten als auch Leistung wichtig sind. In diesen Fällen werden der Stellenwert von Kosten und jener von Leistung ihrer jeweiligen Wichtigkeit entsprechend gesichtet. Die Motorsollbetriebsbedingungen 522 wären ein gesichteter Durchschnitt der vom kostenbasierten Systemmodellmodul 526 und vom leistungsbasierten Systemmodellmodul 524 bestimmten Betriebsbedingungen. In einem spezifischen Beispiel können die Betriebskosten des Motorsystems 25% der gesamten Wichtigkeit, die Leistung des Motors 75% der gesamten Wichtigkeit ausmachen. Daher hätten die leistungsbasierten Betriebsbedingungen einen stärkeren Einfluss auf die Sollbetriebsbedingungen 522 als die kostenbasierten Betriebsbedingungen, z. B. in einem Verhältnis von 3:1.
In bestimmten Ausformungen wird der relative Stellenwert von Kosten im Verhältnis zur Leistung manuell ermittelt. So kann beispielsweise der Betreiber eines Motorsystems 10 manuell entscheiden, das Motorsystem bei maximaler Leistung oder minimalen Kosten zu betreiben, indem er z. B. einen eingebauten Schalter betätigt oder eine andere Art von Benutzerschnittstelle in Anspruch nimmt. In einigen Ausformungen kann der relative Stellenwert von Kosten im Verhältnis zur Leistung automatisch ohne Bedienereingabe über die Anwendung eines einfachen Regressionsmodellalgorithmus auf der Grundlage verschiedener Betriebsparameter wie aktuelle oder zukünftige Fahrbedingungen, Kraftstoffkosten, Reduktionsmittelkosten, Motortyp, Fahrlasten, Emissionsnormen, Umgebungsbedingungen bei Betrieb des Motors, Bevorzugung eines bestimmten Fahrzeugs oder einer bestimmten Fahrzeugflotte durch den Kunden usw. bestimmt werden. Alternativ ließe sich ein zweckmäßiger Kompromiss zwischen Kosten und Leistung einer Motorfamilie auf der Grundlage des prognostizierten Arbeitszyklus bzw. der Eingaben des Kunden ermitteln, bevor der Motor einer Motorfamilie in Betrieb genommen wird.
Zurückverweisend auf , generiert das Verbrennungsmodul 330 die Motosteuerungsbefehle 304 auf der Basis der Motorsollbetriebsbedingungen 522. Wie oben beschrieben, werden die Befehle 304 an die verschiedenen Komponenten des Motorsystems 10 weitergegeben, worauf die Komponenten ihrerseits die Befehle zur Herstellung der Motorsollbetriebsbedingungen 522 auslösen. Als Befehle 304 kann jeder beliebige der verschiedenen Befehle verwendet werden, der den jeweiligen Komponenten entspricht. So umfassen beispielsweise die Befehle 304 einen Lufteinlass-Handhabungsbefehl, einen Kraftstoffeinspritzbefehl, einen Abgasrückführungssystembefehl, einen Turbinen-Bypassventil-Befehl und einen Kompressor-Bypassventil-Befehl. Der Lufteinlass-Handhabungsbefehl weist den Ansaugkrümmer an, die in die Zylinder 113 eintretende Luft einer befohlenen Lufteinlass-Fließgeschwindigkeit entsprechend zu regulieren. Der Kraftstoffeinspritzbefehl weist die Mechanismen der Kraftstoffeinspritzung an, die gewünschten kraftstoffbezogenen Betriebsbedingungen wie Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit, Haupteinspritztaktung, Schienendruck, Piloteinspritzung, Pilottaktung, Nacheinspritzung und Taktung der Nacheinspritzung herzustellen. Der Abgasrückführungssystembefehl weist das Abgasrückführungsventil 132 an, die Menge des in die Zylinder 113 eintretenden Abgasrückführungsgases einer befohlenen Abgasrückführungsgas-Fließgeschwindigkeit entsprechend zu regulieren. Der Turbinen-Bypass-Befehl weist das Bypass-Ventil 119 an, die Menge des durch die Turbine strömenden Abgases einer befohlenen Turbinenabgas-Fließgeschwindigkeit entsprechend zu regulieren. Der Kompressor-Bypass-Befehl weist das Bypass-Ventil 152 an, die Menge der durch den Kompressor strömenden Luft und des entsprechenden Abgasrückführungsgases einer befohlenen Kompressorabgas-Fließgeschwindigkeit entsprechend zu regulieren. In anderen Ausformungen können die Befehle 304 verschiedene beliebige andere Befehle zur Steuerung der verschiedenen anderen Motorsystemkomponenten umfassen, die Auswirkungen auf die Leistungsabgabe des Motors und auf die Abgaseigenschaften haben.
Unter Verweis auf kann eine Methode 600 zur Steuerung der Betriebsbedingungen eines Motorsystems mit einem Abgasnachbehandlungssystem die Interpretation 610 des aktuellen Zustands der von Motor 100 generierten Abgase umfassen. Die Methode 600 umfasst die Bestimmung 620 der aktuellen Leistung des Abgasnachbehandlungssystems 200. Daneben umfasst die Methode 600 die Bestimmung 630 einer Vektorabfrage des Abgaszustands durch das Abgasnachbehandlungssystem 200, die zu Abgaszuständen im Auspuff führen würde, die die Emissionsvorschriften erfüllen. Basierend zumindest teilweise auf der Vektorabfrage des Abgaszustands bestimmt 640 die Methode 600 die Motorsollbetriebsbedingungen. Daneben befehligt 650 die Methode 600 verschiedene Komponenten des Motorsystems 10 auf der Basis der Motorsollbetriebsbedingungen.
Laut einer in dargestellten bestimmten Ausführungsform umfasst eine Methode 700 zur Bestimmung der Motorsollbetriebsbedingungen das Bestimmen 710 eines Kostenfaktors und eines Leistungsfaktors. Die Kostenfaktoren und die Leistungsfaktoren können den relativen Stellenwert der Steuerung der Kosten des Betriebs des Motorsystems 10 und der Leistung des Motorsystems umfassen. Die Methode 700 findet ihre Fortsetzung durch das Bestimmen 720 kostenbasierter Motorsollbetriebsbedingungen und das Bestimmen 730 leistungsbasierter Motorsollbetriebsbedingungen. Die kostenbasierten Motorsollbetriebsbedingungen stellen die Betriebsbedingungen des Motorsystems dar, die in den niedrigsten Betriebskosten des Motorsystems resultieren, gleichzeitig jedoch die vorgeschriebenen Abgasemissionsnormen erfüllen oder übererfüllen. Auf ähnliche Weise stellen die leistungsbasierten Motorsollbetriebsbedingungen die Betriebsbedingungen des Motorsystems dar, die in der höchsten Leistung des Motorsystems resultieren, gleichzeitig jedoch die vorgeschriebenen Abgasemissionsnormen erfüllen oder übererfüllen.
Die Methode 700 findet ihre Fortsetzung durch das Gewichten 740 der leistungsbasierten Motorsollbetriebsbedingungen und der kostenbasierten Motorsollbetriebsbedingungen anhand eines Vergleichs des Kostenfaktors mit dem Leistungsfaktor. In einigen Ausführungsformen kann die Gewichtung zwischen leistungsbasierten und kostenbasierten Sollgrößen durch ein Leistungs-/Kostenverhältnis oder durch einen anderen Vergleichsindikator dargestellt sein. In einer Ausführungsform kann das Leistungs-/Kostenverhältnis 0,5 betragen. In anderen Ausführungsformen kann das Leistungs-/Kostenverhältnis höher oder niedriger als 0,5 sein. Generell lässt sich das Leistungs-/Kostenverhältnis auf der Grundlage beliebiger oben besprochener Faktoren unter Anwendung einer von verschiedenen Methoden wie einfache Berechnungen oder komplexe Algorithmen bestimmen. In einer bestimmten Ausformung werden die leistungsbasierten und die kostenbasierten Motorsollbetriebsbedingungen durch den Vergleich des in den jeweiligen eingebauten Tanks verbliebenen Kraftstoffs bzw. Harnstoffs mit den gegenwärtigen Preisen von Kraftstoff und Harnstoff wie auch mit der Notwendigkeit einer höheren Leistungsabgabe des Motors für eine bestimmte Anwendung gewichtet. In einer weiteren bestimmten Ausformung kann der relative Stellenwert zwischen leistungsbasierten und kostenbasierten Sollwerten unter Einsatz der Kompromissbeziehung zwischen Kraftstoffeinsparung und Leistung bestimmt werden; er ist in folgender Formel dargestellt: G(bsfc, bmep) = a₁(bsfc – bsfc_opt) – a₂(bmep – bmep_opt)² (1) wobei G die Objektivfaktorfunktion darstellt, bsfc den bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch, der einen Maßstab für den sparsamen Kraftstoffverbrauch des Motors liefert; bsfc_opt ist der optimale bremsspezifische Kraftstoffverbrauch, bmep ist der effektive bremsspezifische Mitteldruck, der einen Maßstab der Motorleistung darstellt, bmep_opt ist der optimale effektive bremsspezifische Mitteldruck, und a₁ sowie a₂ sind Gewichtungskoeffizienten. Die Gewichtungskoeffizienten a₁ und a₂ stellen den relativen Stellenwert des Betriebs des Motorsystems im kostenbasierten Betriebsmodus bzw. im leistungsbasierten Betriebsmodus dar.
Ferner umfasst die Methode das Bestimmen 750 der Motorsollbetriebsbedingungen auf der Basis der gewichteten leistungsbasierten und kostenbasierten Sollbetriebsbedingungen, die die vorgeschriebenen Emissionsnormen erfüllen oder übererfüllen.
Die oben beschriebenen schematischen Flussdiagramme und schematischen Methodendiagramme sind generell als logische Flussdiagramme dargestellt. Als solche sind die abgebildete Reihenfolge und die gekennzeichneten Schritte Indikatoren der repräsentativen Ausführungsformen. Es können auch andere Schritte und Methoden konfiguriert werden, die in Funktion, Logik oder Wirkung mit einem oder mehreren Schritten oder Teilen derselben der in den schematischen Darstellungen abgebildeten Methoden gleichwertig sind. Darüber hinaus dienen das benutzte Format und die verwendeten Symbole der Erläuterung der logischen Schritte in den schematischen Darstellungen, sind jedoch so aufzufassen, dass sie den Umfang der in den Darstellungen abgebildeten Methoden nicht beschränken. Zwar werden in den schematischen Darstellungen gegebenenfalls verschiedene Arten von Pfeilen und Linien verwendet, sie sind jedoch so aufzufassen, dass sie den Umfang der entsprechenden Methoden nicht beschränken. Tatsächlich können einige Pfeile oder andere Verbindungselemente lediglich zur Anzeige der logischen Abfolge einer Methode dienen. So kann beispielsweise ein Pfeil Anzeige für eine Wartezeit oder Kontrollzeit unbestimmter Dauer zwischen aufgezählten Schritten einer abgebildeten Methode sein. Daneben kann die Reihenfolge, in welcher eine bestimmte Methode auftritt, gegebenenfalls die Reihenfolge der dargestellten entsprechenden Schritte strikt befolgen oder nicht.
Die gegenständliche Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne von ihrem Geist oder ihren wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht als illustrativ, nicht jedoch als einschränkend zu betrachten. Der Umfang der Erfindung wird daher nicht durch die vorgehende Beschreibung sondern vielmehr durch die beiliegenden Ansprüche gekennzeichnet. Alle innerhalb des Sinns der Ansprüche und des Bereichs der Gleichwertigkeit mit diesen fallenden Änderungen sind in ihren Umfang aufzunehmen.

Claims

Ein Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen, bestehend aus: einem Abgasnachbehandlungssystemmodul, so konfiguriert, dass es eine Vektorabfrage des Abgaszustands generiert, einem Antriebsstrangmodul, so konfiguriert, dass es vom Abgasnachbehandlungssystemmodul die Vektorabfrage des Abgaszustands empfängt und, basierend auf der Vektorabfrage des Abgaszustands, mindestens einen Motorsollbetriebszustand generiert, sowie einem Verbrennungsmodul, so konfiguriert, dass es mindestens einen Motorsollbetriebszustand empfängt und auf der Grundlage mindestens eines Motorsollbetriebszustands mindestens einen Motorsteuerungsbefehl generiert.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 1, in welchem die Vektorabfrage des Abgaszustands Abgasbedingungen darstellt, von denen angenommen wird, dass sie den gewünschten Wirkungsgrad eines Abgasnachbehandlungssystems ermöglichen.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 1, in welchem das Abgasnachbehandlungssystemmodul aus einem selektiven katalytischen Reduktionsmodul (SCR-Modul) besteht, konfiguriert auf die Generierung einer die Abgaszustände an einem Einlass des SCR-Katalysators darstellenden Abgaszustandsabfrage, die zum gewünschten Wirkungsgrad des SCR-Katalysators führen würde, und in welchem die Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Grundlage der vom SCR-Modul erzeugten Abgaszustandsabfrage generiert wird.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 1, in welchem das Abgasnachbehandlungssystemmodul aus einem Oxidationskatalysatormodul besteht, konfiguriert auf die Generierung einer die Abgaszustände an einem Einlass des Oxidationskatalysators darstellenden Abgaszustandsabfrage, die zum gewünschten Wirkungsgrad des Oxidationskatalysators führen würde, und in welchem die Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Grundlage der vom Oxidationskatalysatormodul erzeugten Abgaszustandsabfrage generiert wird.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 1, in welchem das Abgasnachbehandlungssystemmodul aus einem Filtermodul besteht, konfiguriert auf die Generierung einer die Abgaszustände an einem Einlass des Partikelfiltermoduls darstellenden Abgaszustandsabfrage, die zum gewünschten Wirkungsgrad des Partikelfilters führen würde, und in welchem die Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Grundlage der vom Filtermodul erzeugten Abgaszustandsabfrage generiert wird.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 1, in welchem die Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Grundlage einer Vielzahl von Abgaszustandsabfragen basiert, die jede von einem entsprechenden der Vielzahl der Abgasnachbehandlungs-Komponentenmodule eingehen, jedes von ihnen zur entsprechenden Abgasnachbehandlungskomponente gehörig, und bei dem jede Abgaszustandsabfrage Abgaszustände darstellt, die zu einer optimalen Leistung der Abgasnachbehandlungskomponente führen, die zu dem Abgasnachbehandlungs-Komponentenmodul gehört, das die Abgaszustandsabfrage generiert hat.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 6, in welchem das Abgasnachbehandlungssystemmodul die Vektorabfrage des Abgaszustands durch Gewichtung der Vielzahl der Abgaszustandsabfragen generiert.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 1, in welchem das Antriebsstrangmodul aus einem Abgaszustandsoptimierungsmodul besteht, das so konfiguriert ist, dass es mindestens einen Motorsollbetriebszustand auf der Grundlage der aktuellen Abgaseigenschaften, eine aktuelle Leistungskapazität eines Abgasnachbehandlungssystems und einen objektiven Faktor bestimmt.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 8, in welchem der objektive Faktor aus einer gewichteten Kombination aus den berechneten Kosten des Betriebs des Abgasnachbehandlungssystems und einer berechneten Leistung des Abgasnachbehandlungssystems besteht.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 1, in welchem das Antriebsstrangmodul aus einem leistungsbasierten Systemmodellmodul, einem kostenbasierten Systemmodellmodul und einem Objektivfaktoren-Vergleichsmodul besteht, das leistungsbasierte Systemmodellmodul so konfiguriert, dass es die zur Höchstleistung des Motorsystems erforderlichen Betriebsbedingungen des Motorsystems berechnet, das kostenbasierte Systemmodellmodul so konfiguriert, dass es die zum Betrieb des Motorsystems mit geringsten Kosten erforderlichen Betriebsbedingungen des Motorsystems berechnet, und das Objektivfaktoren-Vergleichsmodul so konfiguriert, dass es auf der Grundlage einer gewichteten Kombination aus berechneten leistungsbasierten Betriebsbedingungen und berechneten kostenbasierten Betriebsbedingungen mindestens einen Motorsollbetriebszustand bestimmt, wobei die gewichtete Kombination eine Funktion des relativen Stellenwerts von Leistung im Vergleich zu Kosten beim Betrieb des Motorsystems ist.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 10, in welchem der relative Stellenwert von Leistung im Vergleich zu Kosten beim Betrieb des Motorsystems auf einer Benutzereingabe basiert.
Das Steuergerät der Eigenschaften von Motorsystemen nach Anspruch 10, in welchem der relative Stellenwert von Leistung im Vergleich zu Kosten beim Betrieb des Motorsystems automatisch bestimmt wird.
Ein Motorsystem, bestehend aus: einem Verbrennungsmotor, einem Abgasnachbehandlungssystem, das mit dem Verbrennungsmotor in der Abgasaufnahme kommunikabel in Verbindung steht, und ein Steuergerät, das im Datenempfang mit dem Abgasnachbehandlungssystem und in der Befehlsübertragung mit dem Verbrennungsmotor kommunikabel in Verbindung steht, in welchen das Steuergerät für die Erzeugung einer Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Basis der vom Abgasnachbehandlungssystem eingehenden Daten und für die Übermittlung von Befehlen an den Verbrennungsmotor zur Erzielung der gewünschten, der Vektorabfrage des Abgaszustands entsprechenden Eigenschaften der Motorabgase konfiguriert ist.
Das Motorsystem nach Anspruch 13, in welchem die Vektorabfrage des Abgaszustands einen Durchschnitt aus einer Vielzahl von zu einzelnen Abgaszuständen gehörenden Abgaszustandsabfragen darstellt, die in der optimalen Leistung der betreffenden Abgasnachbehandlungssystemkomponente einer Vielzahl von Abgasnachbehandlungssystemkomponenten resultieren.
Das Motorsystem nach Anspruch 13, in welchem das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es in Reaktion auf die Vektorabfrage des Abgaszustands den Verbrennungsmotor neu einstellt.
Das Motorsystem nach Anspruch 13, in welchem das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es die Vektorabfrage des Abgaszustands auf der Grundlage mindestens eines der Betriebskostenaspekte und der Betriebsleistungsaspekte des Motorsystems verändert.
Das Motorsystem nach Anspruch 13, in welchem das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es in jeder der Vielzahl von Stufen entlang des Abgasnachbehandlungssystems einen Vektor der aktuellen Abgaseigenschaften sowie auf der Grundlage der aktuellen Abgaseigenschaftsvektoren einen aktuellen Abgasnachbehandlungssystem-Leistungsvektor bestimmt, und in welchem die Vektorabfrage des Abgaszustands zumindest teilweise auf dem aktuellen Abgasnachbehandlungssystem-Leistungsvektor basiert.
Eine Methode zur Steuerung von Motorsystemeigenschaften, bestehend aus: der Bestimmung einer von einem Abgasnachbehandlungssystem getätigten Vektorabfrage des Abgaszustands, der Bestimmung der Motorsollbetriebsbedingungen, basierend zumindest teilweise auf der Vektorabfrage des Abgaszustands und einem objektiven Faktor sowie der Befehlserteilung an mindestens eine Komponente des Motorsystems auf der Grundlage der Motorsollbetriebsbedingungen.
Die Methode nach Anspruch 18, in welcher der objektive Faktor aus der gewichteten Kombination aus Motorsystem-Betriebskostenfaktor und Motorsystem-Betriebsleistungsfaktor besteht, die Methode darüber hinaus bestehend aus: der Bestimmung leistungsbasierter Motorsollbetriebsbedingungen, der Bestimmung kostenbasierter Sollbetriebsbedingungen sowie der Gewichtung der leistungsbasierten Motorsollbetriebsbedingungen und kostenbasierten Sollbetriebsbedingungen auf der Grundlage des objektiven Faktors, wobei die Motorsollbetriebsbedingungen basierend zumindest teilweise auf gewichteten leistungsbasierten Motorsollbetriebsbedingungen und kostenbasierten Sollbetriebsbedingungen bestimmt werden.
Die Methode nach Anspruch 19, ferner bestehend aus: der Interpretation der von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgaszustände, der Berechnung einer gewünschten Abgasnachbehandlungssystemleistung auf der Grundlage der Motorsollbetriebsbedingungen und der interpretierten Abgaszustände, der Bestimmung einer aktuellen Leistungskapazität des Abgasnachbehandlungssystems sowie der Veränderung des objektiven Faktors zur Reduktion der gewünschten Leistung des Abgasnachbehandlungssystems, wenn die gewünschte Leistung des Nachbehandlungssystems höher ist als die aktuelle Leistungskapazität des Abgasnachbehandlungssystems.