DE112013004506T5 - Control of concentration / fraction of substances in an exhaust stream - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Konzentration/Fraktion einer oder mehrerer in einem Abgasstrom in einem Kraftfahrzeug enthaltenen Substanzen mittels der Steuerung dessen Antriebsstrangs, wobei das Kraftfahrzeug aufweist: einen Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor aufweist, der durch ein Kupplungsvorrichtung mit einem stufenlosen Getriebe (CVT/IVT) verbunden sein kann, und ein Abgassystem, das für das Entfernen eines Abgasstroms aus dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist; wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist: Steuern des stufenlosen Getriebes (CVT/IVT) und somit eines Betriebspunkts in dem Verbrennungsmotor auf Grundlage des einen oder der mehreren ersten Parameter für die Regelung der Konzentration/Fraktion CEx/XEx einer oder mehrerer in dem Abgasstrom enthaltenen Substanzen, wobei mindestens einer des einen oder der mehreren ersten Parameter P1 eine erste Konzentrations-/Fraktionsdifferenz zwischen der ersten Konzentration/Fraktion C1/X1 in dem Abgasstrom und einer Bezugskonzentration/-Fraktion CRef/XRef ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, ein System und ein Kraftfahrzeug, das solch ein System aufweist.The present invention relates to a method for controlling a concentration / fraction of one or more substances contained in an exhaust gas stream in a motor vehicle by means of the control of the drive train thereof, wherein the motor vehicle comprises: a drive train having an internal combustion engine, by a clutch device with a continuously variable transmission (CVT / IVT) and an exhaust system provided for removing an exhaust gas flow from the internal combustion engine; the method comprising the step of: controlling the continuously variable transmission (CVT / IVT) and thus an operating point in the internal combustion engine based on the one or more first parameters for controlling the concentration / fraction CEx / XEx of one or more substances contained in the exhaust gas flow wherein at least one of the one or more first parameters P1 is a first concentration / fraction difference between the first concentration / fraction C1 / X1 in the exhaust stream and a reference concentration / fraction CRef / XRef. The invention further relates to a computer program, a computer program product, a system and a motor vehicle having such a system.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Regelung einer Konzentration/Fraktion einer oder mehrerer Substanzen, die in einem Abgasstrom enthalten sind, mittels der Steuerung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, ein System und ein Kraftfahrzeug, das solch ein System aufweist.The present invention relates to a method for controlling a concentration / fraction of one or more substances contained in an exhaust gas stream by means of the control of a drive train of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a computer program, a computer program product, a system and a motor vehicle having such a system.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
In vielen Rechtssystemen sind Rechtsvorschriften und Bestimmungen für Abgasemission von Kraftfahrzeugen wegen Verschmutzung und Luftqualität, in erster Linie in Stadtgebieten, erlassen worden. Diese Rechtsvorschriften und Bestimmungen bestehen oft aus einer Reihe von Anforderungen, die akzeptable Grenzen für Abgasemissionen (Emissionsnormen) für Kraftfahrzeuge definieren, die mit Verbrennungsmotoren ausgestattet sind. Zum Beispiel sind Emissionspegel von Stickstoffoxiden (NOx), Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Partikeln für die meisten Fahrzeugtypen oft reguliert.Legislation and regulations on exhaust emissions from motor vehicles have been adopted in many jurisdictions for pollution and air quality, primarily in urban areas. These laws and regulations often consist of a series of requirements that set acceptable limits for exhaust emissions (emission standards) for motor vehicles equipped with internal combustion engines. For example, emission levels of nitrogen oxides (NO x ), hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and particulates are often regulated for most vehicle types.
Um solchen Emissionsnormen zu entsprechen, werden die von der Verbrennung in Verbrennungsmotoren verursachten Abgase nachbehandelt (gereinigt). Beispielsweise kann ein sogenannter katalytischer Reinigungsprozess verwendet werden, weshalb Nachbehandlungssysteme in der Regel einen Katalysator aufweisen. Nachbehandlungssysteme können ferner alternativ oder in Verbindung mit einem oder mehreren Katalysatoren andere Komponenten, wie z. B. einen oder mehrere Partikelfilter, aufweisen.In order to comply with such emission standards, the exhaust gases caused by combustion in internal combustion engines are aftertreated (purified). For example, a so-called catalytic purification process can be used, which is why aftertreatment systems usually have a catalyst. Aftertreatment systems may also, alternatively or in combination with one or more catalysts, other components, such as. B. have one or more particulate filter.
In Verbindung mit der Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer des Verbrennungsmotors (Zylinder) werden Rußpartikel gebildet. Deshalb wird der Partikelfilter benutzt, um Rußpartikel einzufangen und funktioniert dementsprechend so, dass der Abgasstrom durch eine Filterstruktur geführt wird, wo Rußpartikel von dem vorbeiströmenden Abgasstrom eingefangen und in dem Partikelfilter festgehalten werden. Der Partikelfilter füllt sich mit Ruß, wenn das Fahrzeug fährt, und der Filter muss früher oder später von dem Ruß geleert werden, was in der Regel mittels sogenannter Regeneration erreicht wird. Diese Regeneration führt dazu, dass die Rußpartikel (hauptsächlich Kohlenstoffpartikel) in einem oder mehreren chemischen Prozessen in Kohlendioxid und/oder Kohlenmonoxid umgewandelt werden. Die Regeneration kann auf verschiedene Weisen, zum Beispiel mittels der sogenannten NO2-basierten Regeneration, oft auch passive Regeneration genannt, oder der sogenannten Sauerstoff(O2)-basierte Regeneration, auch aktive Regeneration genannt, stattfinden.In connection with the combustion of fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine (cylinder) soot particles are formed. Therefore, the particulate filter is used to scavenge soot particles and accordingly functions to direct the exhaust gas flow through a filter structure where soot particles are trapped by the passing exhaust stream and retained in the particulate filter. The particulate filter fills up with soot when the vehicle is traveling, and sooner or later the filter has to be emptied of the soot, which is usually achieved by means of so-called regeneration. This regeneration results in the soot particles (mainly carbon particles) being converted into carbon dioxide and / or carbon monoxide in one or more chemical processes. The regeneration can take place in various ways, for example by means of the so-called NO 2 -based regeneration, often also called passive regeneration, or the so-called oxygen (O 2 ) -based regeneration, also called active regeneration.
In Verbindung mit passiver Regeneration werden Stickstoffoxid und Kohlenstoffoxid in einer Reaktion zwischen Kohlenstoff und Stickstoffdioxid gebildet, z. B. gemäß Gleichung 1:
Die passive Regeneration ist jedoch stark von der Verfügbarkeit von Stickstoffdioxid abhängig. Wenn die Zufuhr von Stickstoffdioxid reduziert wird, wird die Regenerationsgeschwindigkeit auch reduziert. Die Zufuhr von Stickstoffdioxid kann z. B. reduziert werden, wenn die Bildung von Stickstoffdioxid behindert/wird, was z. B. stattfinden kann, wenn eine oder mehrere Komponenten in dem Nachbehandlungssystem von Schwefel kontaminiert werden, was in der Regel bei mindestens einigen Typen von Kraftstoff, z. B. Diesel, auftritt. Konkurrierende chemische Reaktionen behindern/die Stickstoffdioxidtransformation ebenfalls.However, passive regeneration strongly depends on the availability of nitrogen dioxide. As the supply of nitrogen dioxide is reduced, the rate of regeneration is also reduced. The supply of nitrogen dioxide may, for. B. can be reduced if the formation of nitrogen dioxide obstructs / what z. B. can take place when one or more components in the aftertreatment system of sulfur are contaminated, which is usually at least some types of fuel, for. B. diesel, occurs. Competing chemical reactions also hinder the nitrogen dioxide transformation.
Der Vorteil von passiver Regeneration besteht darin, dass erwünschte Reaktionsgeschwindigkeiten und somit die Geschwindigkeit, mit der der Filter geleert wird, bei einer niedrigeren Temperatur erreicht werden. Typischerweise findet die Regeneration der Partikelfilter während passiver Regeneration bei Temperaturen im Bereich von 200°C bis 500°C statt, obwohl Temperaturen im oberen Bereich dieser Spanne in der Regel vorzuziehen sind. Nichtsdestotrotz stellt dies, verglichen mit dem bedeutend niedrigeren Temperaturintervall bei aktiver Regeneration, einen großen Vorteil dar, wenn z. B. ein SCR-Katalysator vorhanden ist, da kein Risiko besteht, dass solch ein hoher Temperaturpegel erreicht wird, dass ein Risiko einer Beschädigung des SCR-Katalysators besteht. Dennoch ist es wichtig, dass eine relativ hohe Temperatur erreicht wird, damit eine effektive passive Regeneration stattfindet.The advantage of passive regeneration is that desired reaction rates, and thus the rate at which the filter is emptied, are achieved at a lower temperature. Typically, regeneration of the particulate filters during passive regeneration occurs at temperatures in the range of 200 ° C to 500 ° C Although temperatures in the upper range of this range are usually preferable. Nevertheless, this is a great advantage compared to the significantly lower temperature interval with active regeneration, e.g. As an SCR catalyst is present, since there is no risk that such a high temperature level is reached, that there is a risk of damage to the SCR catalyst. Nevertheless, it is important that a relatively high temperature is achieved for effective passive regeneration to take place.
Im Fall von aktiver Regeneration, sogenannter Sauerstoff(O2)-basierter Regeneration, findet ein chemischer Prozess hauptsächlich gemäß Gleichung 2 statt:
Somit werden Kohlenstoff plus Sauerstoff bei aktiver Regeneration in Kohlendioxid plus Hitze umgewandelt. Diese chemische Reaktion ist jedoch stark temperaturabhängig und erfordert relativ hohe Filtertemperaturen, damit überhaupt eine bedeutsame Reaktionsgeschwindigkeit zustande kommt. In der Regel ist eine Mindestpartikelfiltertemperatur von 500°C erforderlich, aber die Filtertemperatur sollte vorzugsweise noch höher sein, damit bei der erwünschten Geschwindigkeit Regeneration auftritt. Die Reaktionsgeschwindigkeit für chemische Reaktionen, z. B. die Reaktionen gemäß vorstehend genannten Gleichungen 1 und 2, sind auch von der Konzentration des Reaktants abhängig. Wenn zum Beispiel die Konzentration eines Reaktants niedrig ist, wird die Reaktionsgeschwindigkeit niedrig sein, und wenn ein Reaktant fehlt, wird überhaupt keine Reaktion stattfinden.Thus, with active regeneration, carbon plus oxygen is converted to carbon dioxide plus heat. However, this chemical reaction is highly temperature dependent and requires relatively high filter temperatures for any meaningful rate of reaction to occur. Typically, a minimum particulate filter temperature of 500 ° C is required, but the filter temperature should preferably be even higher for regeneration to occur at the desired rate. The reaction rate for chemical reactions, eg. As the reactions according to
Oft ist die Höchsttemperatur, die bei aktiver Regeneration verwendet werden kann, durch Toleranzen für einige der in dem Nachbehandlungssystem/Abgassystem enthaltenen Komponenten eingegrenzt. Zum Beispiel unterliegen der Partikelfilter
Es ist deshalb von größter Bedeutung, eine rasche Zunahme der Temperatur in den Abgasen vor dem SCR-Katalysator zu verhindern. Solch eine rasch zunehmende Temperatur kann z. B. das Ergebnis einer Überhitzungs-Oxidation in dem Partikelfilter (DFP) sein, welche verhindert oder gestoppt werden kann, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Partikelfilter auf einen niedrigen Pegel oder auf null reduziert wird. Wie vorstehend erwähnt, ist es jedoch auch wichtig, die Temperatur in anderen Komponenten in dem Abgassystem zu regulieren, zum Beispiel, um lokale oder globale Übertemperatur in dem Partikelfilter (DPF) usw. zu verhindern oder zu hemmen usw.It is therefore of paramount importance to prevent a rapid increase in the temperature in the exhaust gases upstream of the SCR catalyst. Such a rapidly increasing temperature may e.g. B. may be the result of overheat oxidation in the particulate filter (DFP), which may be prevented or stopped when the oxygen concentration in the particulate filter is reduced to a low level or to zero. However, as mentioned above, it is also important to control the temperature in other components in the exhaust system, for example, to prevent or inhibit local or global over-temperature in the particulate filter (DPF), etc., etc.
Abhängig davon, wie ein Fahrzeug gefahren wird, variiert die Konzentration/Fraktion für den Abgasstrom, der aus der Verbrennung entsteht. Wenn der Verbrennungsmotor intensiv arbeitet, hat der Abgasstrom eine höhere Konzentration/Fraktion von Verbrennungsprodukten und niedrigere Konzentrationen/Fraktionen von Verbrennungsreaktanten, und wenn die Belastung des Verbrennungsmotors relativ niedrig ist, ist die Konzentration/Fraktion des Abgasstroms im Wesentlichen das Gegenteil. Wenn das Fahrzeug für einen längeren Zeitraum so gefahren wird, dass der Abgasstrom relativ hohe Konzentrationen/Fraktionen an unerwünschten Verbrennungsprodukten, wie z. B. Schwefeloxiden, enthält, kommt es zu einer Verschlechterung der Funktion des Dieseloxidationskatalysators
Die Konzentration C einer Substanz in einem Gas kann gemäß der folgenden Gleichung ausgedrückt werden: C = N/V, wobei N die Anzahl von Molekülen einer vorgegebenen Substanz ist und V das Volumen ist, d. h. die Anzahl von Molekülen einer vorgegebenen Substanz in einem vorgegebenen Volumen. Die Gesamtkonzentration CTot, die in einem idealen Gas zunimmt, wenn der Druck zugenommen hat und die Temperatur fällt, wird vom allgemeinen Gasgesetz ausgedrückt, als CTot = NTot/V, wobei NTot die Gesamtzahl von Molekülen ist. Die Fraktion X einer Substanz wird als die Beziehung zwischen der Konzentration C und der Fraktion X ausgedrückt als C = X·CTot. Wenn keine chemischen Reaktionen stattfinden, wird die Fraktion, die den Anteil von Molekülen in einem Volumen spezifiziert, das zu einer gewissen Substanz gehört, nicht geändert, es sei denn, es werden zusätzliche Moleküle mit dem Originalvolumen vermischt. Dies kann z. B. durch Diffusion und/oder durch Mischung von Gaselementen durch sogenannte Turbulenz stattfinden. Die neuen eingemischten Moleküle können z. B. von in das Auspuffrohr injiziertem Kohlensäurediamid und/oder Diesel kommen, die zum Verdunsten oder Reagieren gebracht werden können. Sie können auch von zuvor angelagerten Substanzen kommen, die freigesetzt werden, z. B. kondensiertes Wasser, das mit dem Abgasstrom mitgezogen wird und/oder verdunstet. Beispiele für Substanzen in dem Abgassystem, die reguliert werden können, sind: Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxid (NO), die z. B. mit Sauerstoff zu Kohlendioxid (CO2) beziehungsweise Stickstoffdioxid (NO2) reagieren.The concentration C of a substance in a gas can be expressed according to the following equation: C = N / V, where N is the number of Molecules of a given substance and V is the volume, ie the number of molecules of a given substance in a given volume. The total concentration C Tot , which increases in an ideal gas when the pressure has increased and the temperature drops, is expressed by the general gas law, as C Tot = N Tot / V, where N Tot is the total number of molecules. The fraction X of a substance is expressed as the relationship between the concentration C and the fraction X as C = X · C Tot . When no chemical reactions take place, the fraction which specifies the proportion of molecules in a volume belonging to a certain substance is not changed, unless additional molecules are mixed with the original volume. This can be z. B. by diffusion and / or by mixing of gas elements by so-called turbulence. The new mixed molecules can, for. B. from injected into the exhaust pipe carbonic acid diamide and / or diesel, which can be made to evaporate or react. They can also come from previously deposited substances that are released, eg. B. condensed water, which is entrained with the exhaust stream and / or evaporated. Examples of substances in the exhaust system that can be regulated are: carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (NO), e.g. B. react with oxygen to carbon dioxide (CO2) or nitrogen dioxide (NO2).
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die die Probleme und/oder Nachteile von Lösungen für die Regelung einer Konzentration/Fraktion einer oder mehrerer in einem Abgasstrom enthaltenen Substanzen gemäß dem Stand der Technik gänzlich oder teilweise löst.An object of the present invention is to provide a solution which solves, in whole or in part, the problems and / or disadvantages of solutions for controlling a concentration / fraction of one or more substances contained in an exhaust gas stream according to the prior art.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe mit einem Verfahren für die Regelung einer Konzentration/Fraktion einer oder mehrerer in einem Abgasstrom in einem Kraftfahrzeug enthaltenen Substanzen durch Steuerung dessen Antriebsstrangs erreicht, wobei das Kraftfahrzeug aufweist: einen Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor aufweist, der durch eine Kupplungsvorrichtung mit einem stufenlosen Getriebe (CVT/IVT) verbunden sein kann, und ein Abgassystem, das zum Entfernen eines Abgasstroms aus dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist; wobei das Verfahren folgenden Schritt beinhaltet:
- – Steuern des stufenlosen Getriebes (CVT/IVT) und somit eines Betriebspunkts in dem Verbrennungsmotor auf Grundlage eines oder mehrerer erster Parameter P1 für die Regelung einer Konzentration/Fraktion CEx/XEx einer oder mehrerer in dem Auspuffsystem enthaltenen Substanzen, wobei mindestens einer des einen oder der mehreren ersten Parameter P1 eine erste Konzentrations-/Fraktionsdifferenz zwischen der ersten Konzentration/Fraktion C1/X1 in dem Abgasstrom und einer Bezugskonzentration/Fraktion CRef/XRef ist.
- - Controlling the continuously variable transmission (CVT / IVT) and thus an operating point in the internal combustion engine based on one or more first parameters P 1 for controlling a concentration / fraction C Ex / X Ex one or more substances contained in the exhaust system, wherein at least one of the one or more first parameters P 1 is a first concentration / fraction difference between the first concentration / fraction C 1 / X 1 in the exhaust stream and a reference concentration / fraction C Ref / X Ref .
Verschiedene Ausführungsformen des vorstehend genannten Verfahrens werden in den anhängenden nicht unabhängigen Patentansprüchen zu dem Verfahren definiert. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann auch in einem Computerprogramm implementiert werden, das bei Ausführung auf einem Computer erreicht, dass der Computer das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.Various embodiments of the above method are defined in the appended non-independent claims to the method. A method according to the invention can also be implemented in a computer program which, when executed on a computer, ensures that the computer carries out the method according to the invention.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe mit einem System erreicht, das für die Steuerung einer oder mehrerer Funktionen in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, wobei das Kraftfahrzeug aufweist: einen Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor, der über eine Kupplungsvorrichtung mit einem stufenlosen Getriebe (CVT/IVT) verbunden werden kann, und ein Abgassystem, das zur Entfernung eines Abgasstroms aus dem Verbrennungsmotor vorgesehen ist, aufweist; wobei das System eine Steuervorrichtung aufweist, die vorgesehen ist, um das stufenlose Getriebe (CVT/IVT) und somit einen Betriebspunkt in dem Verbrennungsmotor auf Grundlage des einen oder der mehreren ersten Parameter P1 für die Regelung einer Konzentration/Fraktion CEx/XEx einer oder mehrerer in dem Auspuffsystem enthaltenen Substanzen zu steuern, wobei mindestens einer des einen oder der mehreren ersten Parameter P1 eine erste Konzentrations-/Fraktionsdifferenz zwischen der ersten Konzentration/Fraktion C1/X1 in dem Abgasstrom und einer Bezugskonzentration/Fraktion CRef/XRef ist.According to a second aspect of the invention, the above object is achieved with a system intended for the control of one or more functions in a motor vehicle, the motor vehicle comprising: a drive train comprising an internal combustion engine, which via a clutch device with a continuously variable transmission (CVT / IVT), and an exhaust system, which is provided for removing an exhaust gas stream from the internal combustion engine, having; wherein the system comprises a control device provided to control the continuously variable transmission (CVT / IVT) and thus an operating point in the internal combustion engine based on the one or more first parameters P 1 for controlling a concentration / fraction C Ex / X Ex one or more substances contained in the exhaust system, at least one of the one or more first parameters P 1 having a first concentration / fraction difference between the first concentration / fraction C 1 / X 1 in the exhaust stream and a reference concentration / fraction C Ref / X Ref is.
Das vorstehend genannte System ist vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, wie z. B. einem Bus, Lkw oder sonstigem ähnlichen Kraftfahrzeug.The above system is preferably provided in a motor vehicle, such as. As a bus, truck or other similar motor vehicle.
Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren oder System wird eine verbesserte Lösung für die Regelung/Steuerung einer oder mehrerer in einem Abgasstrom enthaltenen Substanzen in einem Kraftfahrzeug erreicht. Die Erfindung ermöglicht beispielsweise die Regelung der Konzentration/Fraktion einer oder mehrerer Substanzen, die unter solchen Betriebsbedingungen vorhanden sind, bei denen die Regelung der Konzentration/Fraktion mit Lösungen aus dem Stand der Technik nicht möglich oder ungenügend war.With a method or system according to the invention, an improved solution for the regulation / control of one or more substances contained in an exhaust gas stream in a motor vehicle is achieved. For example, the invention makes it possible to control the concentration / fraction of one or more substances present under such operating conditions where the concentration / fraction control with solutions of the prior art was not possible or insufficient.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren oder System für die Regelung der Konzentration/Fraktion von enthaltenen Substanzen ermöglicht, dass Komponenten in dem Abgassystem, wie z. B. Partikelfilter und Katalysatoren, effektiv arbeiten können, da die Konzentration/Fraktion von in dem Abgasstrom enthaltenen Substanzen effektiv und genau an die optimale Betriebs-Konzentration/Fraktion der Komponenten angepasst werden kann. Das Risiko, dass Komponenten in dem Abgassystem aufgrund von z. B. Überhitzung und Verschmutzung beschädigt werden, wird somit auch reduziert.An inventive method or system for controlling the concentration / fraction of substances contained allows components in the exhaust system, such as. As particle filters and catalysts can work effectively, as the Concentration / fraction of substances contained in the exhaust stream can be adapted effectively and accurately to the optimum operating concentration / fraction of the components. The risk that components in the exhaust system due to z. As overheating and pollution are damaged, is thus reduced.
Ferner stellt die Erfindung ein kraftstoffeffizienteres Verfahren zum Erlangen einer erwünschten Konzentration/Fraktion von enthaltenen Substanzen oder zur Aufrechterhaltung einer gegenwärtigen Konzentration/Fraktion von in dem Abgassystem enthaltenen Substanzen im Vergleich zum Stand der Technik bereit. Durch Regelung der Konzentration/Fraktion von enthaltenen Substanzen durch Steuerung des Antriebsstrangs mit einem oder mehreren Parametern P1 gemäß der Erfindung können Maßnahmen, die zu einem hohen Kraftstoffverbrauch führen, verhindert werden, wie z. B. die Aktivierung einer externen Heizvorrichtung oder Motorsteuerung, die der Konzentration/Fraktion Vorrang vor der Effizienz des Motors gibt.Further, the invention provides a more fuel efficient method for obtaining a desired concentration / fraction of contained substances or for maintaining a current concentration / fraction of substances contained in the exhaust system compared to the prior art. By controlling the concentration / fraction of substances contained by controlling the drive train with one or more parameters P 1 according to the invention, measures that lead to high fuel consumption can be prevented, such. For example, the activation of an external heater or engine control gives the concentration / fraction priority over the efficiency of the engine.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es nicht erforderlich ist, das Fahrzeug mit weiteren Teilen/Komponenten auszustatten, um die Vorteile der Erfindung zu erreichen, da bereits bestehende Teile/Komponenten verwendet werden können, was eine große Kostenersparnis mit sich bringt.A further advantage of the invention is that it is not necessary to equip the vehicle with further parts / components in order to achieve the advantages of the invention, since already existing parts / components can be used, which results in a large cost saving.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung ausgeführt.Further advantages and embodiments of the invention are set forth in the following detailed description.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In denen ist:The present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In which is:
Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Das Fahrzeug
Das Getriebe
Ein Schaltgetriebe
Ein Automatikgetriebe hat auch eine Anzahl von Gängen, d. h. es weist mehrere diskrete Gänge auf. Jedoch unterscheidet es sich von einem Schaltgetriebe darin, dass es von einem Steuersystem gesteuert/betätigt wird, das eine oder mehrere Steuervorrichtungen aufweist, auch als ECU (elektronische Steuereinheit) bezeichnet. Die Steuervorrichtung oder ECU ist vorgesehen, um das Getriebe
Das Getriebe
Ein stufenloses Getriebe, auch als CVT/-Getriebe oder IVT/-Getriebe bezeichnet, entspricht einem anderen Typen von bekanntem Getriebe, das sich von den vorherigen Getriebetypen darin unterscheidet, dass es keine Anzahl von diskreten Gängen hat, die verschiedenen Auslegungen der Gänge entspricht, sondern stattdessen eine stufenlose Auslegung hat. Bei diesem Typen von Getriebe kann die Auslegung somit innerhalb bestimmter Grenzen auf die erwünschte genaue Auslegung gesteuert werden.A continuously variable transmission, also referred to as a CVT / transmission or IVT / transmission, corresponds to another type of known transmission that differs from the previous transmission types in that it does not have a number of discrete gears corresponding to different gears' layouts. but instead has a stepless design. In this type of transmission, the design can thus be controlled within certain limits to the desired precise design.
In Bezug auf Hochschalten und Herunterschalten bedeutet Hochschalten, dass ein höherer möglicher Gang im Getriebe gewählt wird, während Herunterschalten bedeutet, dass ein niedrigerer möglicher Gang im Getriebe gewählt wird. Dies gilt für Getriebe mit mehreren diskreten Gängen. Für stufenlose Getriebe können „fiktive” Gangstufen definiert werden und das Schalten von Gängen kann auf dieselbe Art wie bei einem Getriebe mit diskreten Gangstufen stattfinden. Jedoch ist die übliche Art, solch ein stufenloses Getriebe zu steuern, die Auslegung abhängig von anderen Parametern variieren zu lassen, was nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die Steuerung solch eines Getriebes ist in der Regel mit der Steuerung der Geschwindigkeit und des Drehmoments des Verbrennungsmotors, d. h. seinem Betriebspunkt, integriert. Ein übliches Verfahren ist die Steuerung des stufenlosen Getriebes auf einer gegenwärtigen Antriebsleistungsanforderung, die z. B. auf Grundlage einer Gaspedalposition und einer Geschwindigkeit für das Fahrzeug berechnet wird, und dem Betriebspunkt, der am effektivsten ist, um die Antriebsleistungsanforderung zu erreichen, basieren zu lassen. Die Auslegung in dem stufenlosen Getriebe wird somit ein Ergebnis davon, welche Motordrehzahl zum optimalen Betriebspunkt für die gegenwärtige Antriebsleistungsanforderung führt. Andere Aspekte als die Effizienz werden bei der Auswahl des Betriebspunkts für den Motor auch oft berücksichtigt. Dies können z. B. Aspekte im Zusammenhang mit dem Fahrverhalten sein, wie z. B. Drehmomentansprechzeiten, d. h. wie lange es dauern würde, ein höheres Antriebsraddrehmoment zu erreichen, oder um wie viel mehr Drehmoment während eines gewissen Zeitraums erlangt werden kann.With regard to upshifting and downshifting, upshifting means that a higher possible gearshift in the transmission is selected, while downshifting means that a lower possible gearshift in the transmission is selected. This applies to gears with several discrete gears. For continuously variable transmissions, "notional" gear ratios can be defined and gear shifting can take place in the same way as a discrete gear ratio transmission. However, the common way to control such a continuously variable transmission is to vary the design depending on other parameters, which will be described in more detail below. The control of such a transmission is usually associated with the control of the speed and torque of the internal combustion engine, i. H. its operating point, integrated. A common method is the control of the continuously variable transmission on a current drive power requirement, the z. Based on an accelerator pedal position and a speed for the vehicle, and the operating point that is most effective to achieve the drive power demand. The design in the continuously variable transmission thus becomes a result of which engine speed leads to the optimum operating point for the current drive power request. Aspects other than efficiency are also often considered when selecting the operating point for the engine. This can z. B. aspects related to driving behavior, such. B. Torque response times, d. H. how long it would take to get a higher drive wheel torque, or how much more torque can be gained over a period of time.
Ferner führt eine sogenannte Aktivierung des Freilaufs dazu, dass der Motor
In der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für die Regelung der Konzentration/Fraktion einer oder mehrerer in dem Abgasstrom enthaltenen Substanzen beinhaltet folgenden Schritt: Steuerung eines stufenlosen Getriebes (CVT/IVT) und somit eines Betriebspunkts in einem Verbrennungsmotor auf Grundlage einer oder mehrerer erster Parameter P1 für die Regelung einer Konzentration/Fraktion CEx/XEx einer oder mehrerer in dem Abgasstrom enthaltenen Substanzen, wobei mindestens einer des einen oder der mehreren ersten Parameter P1 eine erste Konzentrations-/Fraktionsdifferenz zwischen der ersten Konzentration/Fraktion C1X1 in dem Abgasstrom und einer Bezugskonzentration/Fraktion CRef/XRef ist. Die Bezugskonzentration/Fraktion CRef/XRef ist die erwünschte Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom.A method according to the present invention for controlling the concentration / fraction of one or more substances contained in the exhaust stream includes the following step: controlling a continuously variable transmission (CVT / IVT) and thus an operating point in an internal combustion engine based on one or more first parameters P 1 for controlling a concentration / fraction C Ex / X Ex of one or more substances contained in the exhaust stream, at least one of the one or more first parameters P 1 having a first concentration / fraction difference between the first concentration / fraction C 1 X 1 in the exhaust gas flow and a reference concentration / fraction C Ref / X Ref . The reference concentration / fraction C Ref / X Ref is the desired concentration / fraction in the exhaust stream.
Der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 werden vorzugsweise als In-Parameter für einen Steueralgorithmus verwendet, der vorgesehen ist, um die Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom durch Steuerung des Antriebsstrangs (z. B. Getriebe und Kupplung) auf einen erwünschten Wert zu steuern. Der Steueralgorithmus kann von vielen verschiedenen Typen sein und kann ein Algorithmus sein, der nur den ersten Parameter berücksichtigt und einen oder mehrere Schwellenwerte verwendet (z. B. einen höheren und einen niedrigeren Schwellenwert), um zu bestimmen, welche Steuermaßnahme ergriffen werden sollte. Ein fortschrittlicherer Steueralgorithmus berücksichtigt auch andere Variablen, wie nachstehend in der Beschreibung erklärt.The one or more first parameters P 1 are preferably used as in-parameters for a control algorithm provided to adjust the concentration / fraction in the exhaust flow to a desired value by controlling the powertrain (eg, transmission and clutch) to control. The control algorithm may be of many different types and may be an algorithm that takes into account only the first parameter and uses one or more thresholds (eg, a higher and a lower threshold) to determine which control action should be taken. A more advanced control algorithm also takes into account other variables, as explained below in the description.
Unter Verwendung eines oder mehrerer Parameter P1 für die Regelung einer Konzentration/Fraktion einer oder mehrerer in dem Abgasstrom enthaltenen Substanzen durch Steuerung des Antriebsstrangs wird die Möglichkeit der Aufrechterhaltung der Konzentration/Fraktion beispielsweise in einen oder aus einem Katalysator auf dem erwünschten Pegel erreicht, wodurch garantiert wird, dass bestimmte Emissionspegel des Fahrzeugs unterhalb der gesetzlichen Grenzen bleiben. Dies ist im Vergleich zu anderen Maßnahmen, wie z. B. der Verschlechterung der Verbrennungseffizienz in dem Motor, auch eine kraftstoffeffiziente Art, die Konzentration/Fraktion von Substanzen zu steuern.Using one or more parameters P 1 for controlling a concentration / fraction of one or more substances contained in the exhaust stream by controlling the powertrain, the possibility of maintaining the concentration / fraction, for example, in or out of a catalyst at the desired level is achieved it is guaranteed that certain emission levels of the vehicle will remain below the legal limits. This is compared to other measures, such. Deterioration of combustion efficiency in the engine, also a fuel-efficient way of controlling the concentration / fraction of substances.
Der Abgasstrom ist der Gasstrom, der einen Verbrennungsmotor verlässt und über die verschiedenen Komponenten des Abgassystems in die Umgebungsatmosphäre hinaus geführt wird. Der Abgasstrom kann in einem gewissen Ausmaß rückgeführt werden (sogenannte AGR), über einer Turbine ausgedehnt werden, um eine mechanische Energie zu erzeugen (z. B. zu einem Turbokompressor oder für den Antrieb des Fahrzeugs), über einem Auspuffbremsendämpfer ausgedehnt werden (um Verluste in dem Motor zu erhöhen und das Fahrzeug zu bremsen, oder um wärmere Abgase zu erzeugen, um die Abgasbehandlung zu optimieren), über einer Wärmerückgewinnungsanlage gekühlt werden und/oder in einer mehr oder weniger fortschrittlichen Abgasbehandlungsanlage gereinigt werden.The exhaust gas stream is the gas stream leaving an internal combustion engine and being directed beyond the various components of the exhaust system into the ambient atmosphere. The exhaust stream may be recirculated to some extent (so-called EGR), expanded over a turbine to generate mechanical energy (eg, to a turbo-compressor or for propulsion of the vehicle), extended over an exhaust brake damper (for losses in the engine and to brake the vehicle, or to produce warmer exhaust gases to optimize exhaust treatment), are cooled via a heat recovery system and / or cleaned in a more or less advanced exhaust treatment plant.
Die Komponenten in dem Abgassystem, in dem die Konzentration/Fraktion und die Temperatur in/an dem Abgasstrom (oder dem Massenstrom des Abgasstroms) möglicherweise reguliert werden müssen, sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung: der Hochdruckteil des Abgas- und AGR-Systems (stromaufwärts der Turboturbine) und Rohrelemente in dem Niedrigdruckteil vor und nach Beschränkungen, wie z. B. einer Auspuffbremse, einem Katalysator oder Katalysator-Bypass und nach Kohlensäurediamid- und HC-Dosierungssystemen. Die Konzentration/Fraktion in dem Gas in Katalysatoren (z. B. DOC, ASC und SCR), Abscheidern (z. B. Stickstoff-Abscheidern) und Filtern, sowohl große als auch diejenigen innerhalb der Grenzschicht gegen die Komponentenoberfläche, muss möglicherweise reguliert werden.The components in the exhaust system in which the concentration / fraction and the temperature in the exhaust stream (or the mass flow of the exhaust stream) may need to be regulated are, in accordance with one embodiment of the invention: the high pressure portion of the exhaust and EGR system (upstream) the turbine turbine) and pipe elements in the low pressure part before and after restrictions such. An exhaust brake, a catalyst or catalyst bypass, and carbon dioxide diamide and HC dosing systems. The concentration / fraction in the gas in catalysts (eg, DOC, ASC, and SCR), precipitators (eg, nitrogen traps), and filters, both large and those within the boundary layer against the component surface, may need to be regulated ,
Ferner ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die erste Konzentration/Fraktion C1/X1 und/oder die zweite Konzentration/Fraktion C2/X2 eine Konzentration/Fraktion einer oder mehrerer Substanzen aus der Gruppe, die umfasst: Sauerstoff O2, Kohlendioxid CO2, Kohlenstoffoxid CO, Schwefeloxide SOx, Stickstoffoxide NOx, Stickstoffoxid NO, Stickstoffdioxid NO2, Distickstoffmonoxid N2O, Ammoniak NH3; und Partikel wie z. B. Ruß, HC-Tropfen und Asche.Furthermore, according to one embodiment of the invention, the first concentration / fraction C 1 / X 1 and / or the second concentration / fraction C 2 / X 2 is a concentration / fraction of one or more substances from the group comprising: oxygen O 2 , carbon dioxide CO 2 , Carbon oxides CO, Sulfur oxides SOx, Nitrogen oxides NOx, Nitrogen oxides NO, Nitrogen dioxide NO2, Nitrous oxide N2O, Ammonia NH3; and particles such. As soot, HC drops and ash.
Bevorzugte Konzentrationen/Fraktionen im Auspuffrohr nach dem letzten Schritt der Abgasbehandlung (der Schritt unmittelbar, bevor die Abgase das Auspuffrohr verlassen, d. h. der Schritt, auf den hin die Abgasemissionen den gesetzlichen Anforderungen entsprechen müssen) sind diejenigen, die mit einem minimalen Gesamtkraftstoff- und Kohlensäurediamidverbrauch die gesetzlichen Emissionsanforderungen erfüllen. Die bevorzugten Werte für ein NO2/NOx-Verhältnis, das in den SCR-Katalysator eintritt, sind etwa 50%, zum Beispiel zwischen 40–60%, um den besten Umwandlungsgrad von NOx zu erreichen. Der bevorzugte NO2-Gehalt stromaufwärts des Partikelfilters (DPF) ist jedoch stark von der Temperatur und dem NOx/PM-Verhältnis abhängig. Ferner sind bestimmte Komponenten in dem Abgassystem bezüglich bestimmter Substanzen in bestimmten Phasen empfindlich. Zum Beispiel sind NOx-Sensoren bezüglich Wasser in flüssiger Form empfindlich. Wenn die Sensoren in Kontakt mit flüssigem Wasser kommen, besteht das Risiko, dass sie beschädigt werden, weshalb die bevorzugte Konzentration von flüssigen Wassertropfen in diesem Fall null ist. Um diese bevorzugte Konzentration von flüssigen Wassertropfen, die bevorzugte Konzentrationsspanne, zu erreichen, d. h. die Differenz zwischen der Konzentration des Wassers in gasförmiger Form in den Abgasen und der Konzentration von verdampftem Wasser auf der Flüssigkeitsoberfläche wird während einer Integrationszeit maximiert.Preferred concentrations / fractions in the exhaust pipe after the last step of the exhaust treatment (the step immediately before the exhaust leaves the exhaust pipe, ie the step to which the exhaust emissions must comply with legal requirements) are those with a minimum total fuel and carbon dioxide consumption meet the legal emission requirements. The preferred values for a
Andere Arten der Regelung der Konzentration/Fraktion mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind zum Beispiel die Reduzierung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgassystem, so dass eine lokale oder globale Übertemperatur in Komponenten, wie z. B. dem Partikelfilter, dem Dieseloxidationskatalysator, der SCR-Dosierungsvorrichtung und dem SCR-Katalysator, verhindert wird.Other ways of controlling the concentration / fraction by means of a method according to the invention are, for example, the reduction of the oxygen concentration in the exhaust system, so that a local or global excess temperature in components, such. As the particulate filter, the diesel oxidation catalyst, the SCR metering device and the SCR catalyst is prevented.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 aus einer Gruppe ausgewählt, die umfasst:
- – eine erste Konzentration/Fraktion C1/X1, die eine Konzentration/Fraktion in einem Bereich des Abgasstroms oder einer Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom an/am nächsten an einer Oberfläche oder einem Substrat in irgendeinem Teil oder irgendeiner Komponente des Abgassystems, wie z. B. Partikelfilter, Katalysator, Schalldämpfer, Sensor, usw. sein kann; und
- – eine zweite gegenwärtige Konzentrations-/Fraktionsdifferenz zwischen der ersten Konzentration/Fraktion C1/X1 und einer Konzentration/Fraktion C2/X2 in dem Abgassystem. Die zweite Konzentration/Fraktion C2/X2 ist eine andere Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom als die erste Konzentration/Fraktion C1/X1. Jedoch kann die zweite Konzentration/Fraktion C2/X2 eine Konzentration/Fraktion in einem Bereich des Abgasstroms sein.
- A first concentration / fraction C 1 / X 1 containing a concentration / fraction in a region of the exhaust gas stream or a concentration / fraction in the exhaust stream at / closest to a surface or substrate in any part or component of the Exhaust system, such. As particulate filter, catalyst, muffler, sensor, etc. may be; and
- A second current concentration / fraction difference between the first concentration / fraction C 1 / X 1 and a concentration / fraction C 2 / X 2 in the exhaust system. The second concentration / fraction C 2 / X 2 is a different concentration / fraction in the exhaust stream than the first concentration / fraction C 1 / X 1 . However, the second concentration / fraction C 2 / X 2 may be a concentration / fraction in a range of the exhaust gas flow.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind einer oder mehrere der ersten Parameter P1 ein Zeitderivat und/oder Zeitintegral der ersten Konzentration/Fraktion C1/X1 oder der ersten Konzentrations-/Fraktionsdifferenz/? oder der zweiten Konzentrations-/Fraktionsdifferenz. Die Verwendung eines Zeitderivats ist vorteilhaft, wenn das Steuersystem schnell auf eine Konzentrations-/Fraktionsveränderung reagieren soll, während die Verwendung eines Zeitintegrals stattdessen dazu führt, dass das Steuersystem langfristige Trends in der Konzentrations-/Fraktionsänderung berücksichtigt, was vorteilhaft für eine langfristige Steuerung der Konzentration/Fraktion in dem Abgassystem ist.According to another embodiment of the invention, one or more of the first parameters P1 is a time derivative and / or time integral of the first concentration / fraction C 1 / X 1 or the first concentration / fraction difference /? or the second concentration / fraction difference. The use of a time derivative is advantageous if the control system is to respond quickly to a concentration / fraction change, whereas the use of a time integral instead results in the control system taking into account long-term concentration / fraction change trends, which is advantageous for long-term concentration control / Fraction in the exhaust system.
Die oben erwähnten gegenwärtigen Konzentrationen/Fraktionen und Konzentrations-/Fraktionsdifferenzen und Funktionen davon können auf Sensorwerten basieren, die von einem oder mehreren Sensoren erlangt werden können, die an, in Verbindung mit dem, oder innerhalb des Abgassystems angeordnet sind. Signale von Sensoren können zum Beispiel über einen Kommunikationsbus oder eine drahtlose Verbindung zu einer oder mehreren Steuervorrichtungen für Signalverarbeitung geschickt werden. Die Konzentrationen/Fraktionen und Konzentrations-/Fraktionsdifferenzen sowie Funktionen davon können auf sogenannten virtuellen Sensoren, d. h. (gegenwärtigen) Sensorwerten basieren, die mit anderen realen Sensorsignalen unter Verwendung einer oder mehrerer Sensormodelle berechnet werden.The above-noted present concentrations / fractions and concentration / fraction differences and functions thereof may be based on sensor values that may be obtained from one or more sensors disposed on, in conjunction with, or within the exhaust system. For example, signals from sensors may be sent over a communication bus or wireless connection to one or more signal processing controllers. The concentrations / fractions and concentration / fraction differences, as well as functions thereof, may be based on so-called virtual sensors, i. H. based on (actual) sensor values calculated with other real sensor signals using one or more sensor models.
Der Vorteil der Verwendung gegenwärtiger Konzentrationen/Fraktionen und Konzentrations-/Fraktionsdifferenzen sowie Funktionen davon besteht darin, dass diese unter Verwendung verschiedener Simulationsmodelle direkt für die Bestimmung des ersten Parameters P1 ohne komplexe oder ressourcenaufwendige Berechnungen verwendet werden können. Somit können diese gegenwärtigen Werte auch schnell erlangt werden.The advantage of using current concentrations / fractions and concentration / fraction differences, as well as functions thereof, is that they can be directly used for determining the first parameter P 1 using complex simulation models without complex or resource-intensive calculations. Thus, these present values can also be obtained quickly.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind einer des einen oder der mehreren ersten Parameter P1 berechnete (vorhergesagte) Werte, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aufweist:
- – eine berechnete erste Konzentration/Fraktion C1/X1, die eine Konzentration/Fraktion in einem Bereich des Abgasstroms oder eine Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom an/am nächsten an einer Oberfläche oder einem Substrat in irgendeinem Teil oder irgendeiner Komponente des Abgassystems, wie z. B. Partikelfilter, Katalysator, Schalldämpfer, Sensor, usw. sein kann;
- – eine erste berechnete Konzentrations-/Fraktionsdifferenz zwischen der ersten Konzentration/Fraktion C1/X1 und einer zweiten Bezugskonzentration/-Fraktion CRef2/XRef2 in dem Abgasstrom. Die zweite Bezugskonzentration/-Fraktion CRef2/XRef2 ist die erwünschte Konzentration/Fraktion in z. B. einer Komponente wie einem Partikelfilter oder einem Katalysator in dem Abgassystem, damit diese so gut wie möglich funktioniert bzw. nicht beschädigt wird;
- – eine zweite berechnete Konzentrations-/Fraktionsdifferenz zwischen der ersten Konzentration/Fraktion C1/X1 und einer Konzentration/Fraktion C2/X2 in dem Abgasstrom. Die zweite Konzentration/Fraktion C2/X2 ist eine andere Konzentration/Fraktion in dem Abgassystem als die erste Konzentration/Fraktion C1/X1. Jedoch kann die zweite Konzentration/Fraktion C2/X2 auch eine Konzentration/Fraktion in einem Bereich des Abgasstroms oder eine Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom an/am nächsten an einer Oberfläche oder einem Substrat in irgendeinem Teil oder irgendeiner Komponente des Abgasstroms, wie z. B. Partikelfilter, Katalysator, Schalldämpfer, Sensor, usw., sein;
- – eine dritte berechnete Konzentrations-/Fraktionsdifferenz zwischen der zweiten vorhergesagten Konzentrations-/Fraktionsdifferenz und einer Bezugskonzentration/-Fraktion CRef/XRef in dem Abgassystem; und
- – ein Zeitderivat und/oder ein Zeitintegral der berechneten ersten Konzentration/Fraktion C1/X1 oder der ersten berechneten Konzentrations-/Fraktionsdifferenz oder der zweiten berechneten Konzentrations-/Fraktionsdifferenz oder der dritten berechneten Konzentrations-/Fraktionsdifferenz. Die Verwendung eines Zeitderivats ist vorteilhaft, wenn das Steuersystem schnell auf eine Konzentrations-/Fraktionsänderung reagieren soll, während die Verwendung eines Zeitintegrals dazu führt, dass das Steuersystem langfristige Trends in der Konzentrations-/Fraktionsänderung berücksichtigt, was vorteilhaft für die langfristige Steuerung der Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom ist.
- A calculated first concentration / fraction C 1 / X 1 containing a concentration / fraction in an area of the exhaust stream or a concentration / fraction in the exhaust stream at / closest to a surface or substrate in any part or component of the exhaust system, such as As particulate filter, catalyst, muffler, sensor, etc. may be;
- A first calculated concentration / fraction difference between the first concentration / fraction C 1 / X 1 and a second reference concentration / fraction C Ref2 / X Ref2 in the exhaust stream. The second reference concentration / fraction C Ref2 / X Ref2 is the desired concentration / fraction in z. B. a component such as a particulate filter or a catalyst in the exhaust system, so that it works as well as possible or is not damaged;
- A second calculated concentration / fraction difference between the first concentration / fraction C 1 / X 1 and a concentration / fraction C 2 / X 2 in the exhaust stream. The second concentration / fraction C 2 / X 2 is a different concentration / fraction in the exhaust system than the first concentration / fraction C 1 / X 1 . However, the second concentration / fraction C 2 / X 2 may also include a concentration / fraction in a region of the exhaust stream or a concentration / fraction in the exhaust stream at / closest to a surface or substrate in any part or component of the exhaust stream, such as z. As particle filter, catalyst, muffler, sensor, etc., be;
- A third calculated concentration / fraction difference between the second predicted concentration / fraction difference and a reference concentration / fraction C Ref / X Ref in the exhaust system; and
- A time derivative and / or a time integral of the calculated first concentration / fraction C 1 / X 1 or the first calculated concentration / fraction difference or the second calculated concentration / fraction difference or the third calculated concentration / fraction difference. The use of a time derivative is advantageous if the control system is to respond rapidly to a concentration / fraction change, while the use of a time integral results in the control system taking into account long term trends in concentration / fraction change, which is advantageous for the long term control of concentration. Fraction is in the exhaust stream.
Durch Verwendung eines oder mehrerer erster berechneter Parameter P1 werden Informationen darüber erlangt, wie die relevanten Parameter im Laufe der Zeit variieren, was bedeutet, dass das System für die Regelung der Konzentration/Fraktion von in dem Abgasstrom enthaltenen Substanzen so gesteuert werden kann, dass die erwünschte Konzentration/Fraktion künftig auf die bestmögliche Art erreicht werden kann. Dies gilt im Besonderen für langsame Systeme, in denen eine Änderung einer Konzentration/Fraktion lange braucht, z. B. durch Speicherung in Katalysatoren oder anderen Komponenten, was frühzeitige Maßnahmen erfordert, um Überschwingungen bei der Regelung der Konzentration/Fraktion zu vermeiden.By using one or more first calculated parameters P 1 , information is obtained about how the relevant parameters vary over time, which means that the system for controlling the concentration / fraction of substances contained in the exhaust gas flow is can be controlled so that the desired concentration / fraction can be achieved in the future in the best possible way. This is especially true for slow systems where a change in concentration / fraction takes a long time, e.g. As by storage in catalysts or other components, which requires early action to avoid overshoots in the control of concentration / fraction.
Berechnete Parameter bedeutet, dass diese im Voraus auf Grundlage von (mathematischen) Modellen des Fahrzeugs und/oder der in dem Fahrzeug enthaltenen Komponenten berechnet oder simuliert werden. Auf Grundlage eines oder mehrerer berechneter erster Parameter P1 kann eine Steuerstrategie für die Steuerung des stufenlosen Getriebes unter mehreren verschiedenen möglichen Steuerstrategien ausgewählt werden. Durch Berechnen/Simulieren, wie der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 über die Straßenabschnitte variieren, die vor dem Fahrzeug liegen, gemäß einer oder mehreren verschiedenen Steuerstrategien, kann die Steuerstrategie, die bestimmte Anforderungen erfüllt, z. B. dass die Konzentration/Fraktion innerhalb eines vordefinierten Grenzwerts bleibt, während sie aus einer anderen Perspektive, wie z. B. Kraftstoff- und/oder Kohlensäurediamidverbrauch, optimal ist, ausgewählt werden. Dies führt dazu, dass der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 auch auf Grundlage einer oder mehrerer verschiedener künftiger Steuerstrategien für das Getriebe berechnet werden können. Diese Ausführungsform betrifft somit ein Rückkopplungsverfahren, in dem einer oder mehrere erste Parameter P1 für die Berechnung einer oder mehrerer Steuerstrategien auf Grundlage einer oder mehrerer möglicher Betriebspunkte verwendet werden, d. h. Betriebspunkte, die möglicherweise unter Berücksichtigung anderer Anforderungen, wie z. B. Fahrverhalten oder Kraftstoffverbrauch, verwendet werden können. Die eine oder mehrere Steuerstrategien werden anschließend verwendet, um einen neuen oder mehrere neue erste Parameter P1 zu berechnen, oder um die vorhandenen Parameter zu aktualisieren. Ferner ist anzumerken, dass selbst wenn nur eine Steuerstrategie berechnet wird, von dieser einzigen Steuerstrategie abgeleitete Informationen von dem Steuersystem verwendet werden können, um zu bestimmen, ob es sinnvoll verwendet werden kann, oder ob es besser ist, das Fahrzeug mit dem gegenwärtigen Betriebspunkt für die Steuerung des Getriebes fahren zu lassen.Calculated parameters means that they are calculated or simulated in advance on the basis of (mathematical) models of the vehicle and / or the components contained in the vehicle. Based on one or more calculated first parameters P 1 , a control strategy for the continuously variable transmission control may be selected from a number of different possible control strategies. By calculating / simulating how the one or more first parameters P 1 vary over the road sections that are ahead of the vehicle according to one or more different control strategies, the control strategy meeting certain requirements, e.g. B. that the concentration / fraction remains within a predefined limit, while from another perspective, such. For example, fuel and / or carbon dioxide consumption is optimal. As a result, the one or more first parameters P 1 may also be calculated based on one or more different future control strategies for the transmission. This embodiment thus relates to a feedback method in which one or more first parameters P 1 are used for the calculation of one or more control strategies based on one or more possible operating points, ie operating points possibly taking into account other requirements such. As driving behavior or fuel consumption can be used. The one or more control strategies are then used to calculate one or more new first parameters P 1 or to update the existing parameters. It should also be noted that even if only one control strategy is calculated, information derived from this single control strategy can be used by the control system to determine whether it can be used wisely, or whether it is better to use the current operating point for the vehicle to let the transmission control go.
Die Erfinder haben außerdem festgestellt, dass der eine oder die mehreren berechneten ersten Parameter P1 über einen Straßenabschnitt vor dem Fahrzeug, zum Beispiel durch Simulation über den Straßenabschnitt vor dem Fahrzeug, berechnet werden können. Gemäß dieser Ausführungsform können die berechneten ersten Parameter P1 auf Grundlage von fahrzeugspezifischen Daten oder straßenspezifischen Daten für das Fahrzeug bestimmt werden. Diese können vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt werden, die umfasst: die Neigung der Straße vor dem Fahrzeug, Kurvenradien des Straßenabschnitts vor dem Fahrzeug, Geschwindigkeitsbegrenzungen des Straßenabschnitts vor dem Fahrzeug; Kraftfahrzeuggewicht; Rollwiderstands des Kraftfahrzeugs; Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs; motorspezifische Daten, wie z. B. maximale Leistung, minimale Leistung, maximaler Drehmoment, minimaler Drehmoment, Abgasströmung, Abgasrückführgehalt und Lambda-Werte (d. h. Kraftstoff/Luft-Gemisch); und installationsspezifische Daten, wie z. B. die mögliche Ansammlung von Substanzen und/oder Freisetzung von Substanzen und/oder Umwandlung von Substanzen in dem Abgassystem und einer Oberfläche in dem Abgassystem, die in Kontakt mit dem Abgasstrom ist. Ferner können fahrerinteraktive Daten, die mit dem Fahrstil des Fahrers zusammenhängen, in Verbindung mit der Berechnung des einen oder der mehreren Parameter P1 verwendet werden, so dass das künftige Verhalten des Fahrzeugs bei der Berechnung berücksichtigt wird. Beispiele für fahrerinteraktive Daten sind die Verwendung von Blinkern, Gaspedalposition und die Verwendung von Bremsen.The inventors have also found that the one or more calculated first parameters P 1 can be calculated over a road segment in front of the vehicle, for example by simulation over the road segment in front of the vehicle. According to this embodiment, the calculated first parameters P 1 may be determined based on vehicle-specific data or road-specific data for the vehicle. These may preferably be selected from a group including: the inclination of the road in front of the vehicle, curve radii of the road section in front of the vehicle, speed limits of the road section in front of the vehicle; Motor vehicle weight; Rolling resistance of the motor vehicle; Air resistance of the motor vehicle; engine-specific data, such. Maximum power, minimum power, maximum torque, minimum torque, exhaust flow, exhaust gas recirculation content, and lambda values (ie, fuel / air mixture); and installation-specific data, such as Example, the possible accumulation of substances and / or release of substances and / or conversion of substances in the exhaust system and a surface in the exhaust system, which is in contact with the exhaust gas stream. Further, driver interactive data related to the driving style of the driver may be used in conjunction with the calculation of the one or more parameters P 1 so that the future behavior of the vehicle is taken into account in the calculation. Examples of driver-interactive data include the use of turn signals, accelerator pedal position and the use of brakes.
Ein Vorteil der Verwendung von fahrzeugspezifischen und/oder straßenspezifischen Daten zur Steuerung besteht darin, dass das System im Voraus bestimmen kann, ob irgendeine Steuerstrategie für eine oder mehrere Funktionen (z. B. Auslegung der Gänge, externe Last, externe Heizung, Regelungen der Strömung usw.) verwendet werden muss, damit die Konzentration/Fraktion nicht außerhalb eines bevorzugten Intervalls gerät. Somit wird die Verwendung von unnötigen Steuerstrategien vermieden und kann das System außerdem proaktiv agieren, falls irgendeine Maßnahme erforderlich sein sollte, d. h. das System kann im Voraus agieren.An advantage of using vehicle-specific and / or road-specific data for control is that the system can determine in advance whether any control strategy for one or more functions (eg, gear layout, external load, external heating, flow control etc.) must be used so that the concentration / fraction does not get out of a preferred interval. Thus, the use of unnecessary control strategies is avoided and the system can also act proactively if any action is required, i. H. the system can act in advance.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform ist die erste Konzentration/Fraktion C1/X1 eine Konzentration/Fraktion in dem Gasstrom oder eine Konzentration/Fraktion über einer Flüssigkeit oder einem Partikel in dem Abgasstrom und ist die zweite Konzentration/Fraktion C2/X2 eine Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom an/am nächsten an einer Oberfläche oder einem Substrat in dem Abgassystem. Die Oberflächen-Konzentration/Fraktion ist eine Konzentration/Fraktion in dem Gas an/am nächsten an einer Oberfläche des Abgassystems oder eines Teils davon, die den Transport der Substanz zu und von der Oberfläche und die chemischen Reaktionen auf der Oberfläche beeinflusst. Die Konzentration/Fraktion über einer Flüssigkeit bezieht sich auf die Konzentration/Fraktion auf einer Oberfläche in dem Abgassystem. Diese Konzentration/Fraktion über einer Flüssigkeit beeinflusst den Transport von Substanzmengen zu oder von der Flüssigkeit, z. B. Kondensation oder Verdampfung. Die Flüssigkeit kann in diesem Fall aus z. B. Kohlensäurediamid, Wasser oder Kraftstoff bestehen. Die Konzentration/Fraktion unmittelbar über einem Partikel in dem Gas bestimmt andererseits die Reaktionsgeschwindigkeit, wie z. B. Wachstum, Abbau oder Oxidation für den Partikel, der in diesem Fall z. B. ein Ruß- oder Kohlensäurediamidpartikel in dem Abgassystem sein kann.According to a specific embodiment, the first concentration / fraction C 1 / X 1 is a concentration / fraction in the gas stream or a concentration / fraction over a liquid or a particle in the exhaust gas stream and the second concentration / fraction C 2 / X 2 is a concentration / Fraction in the exhaust stream at / next to a surface or substrate in the exhaust system. The surface concentration / fraction is a concentration / fraction in the gas at / closest to a surface of the exhaust system or a portion thereof which affects the transport of the substance to and from the surface and the chemical reactions on the surface. The concentration / fraction over a liquid refers to the concentration / fraction on a surface in the exhaust system. This concentration / fraction over a liquid affects the transport of substance amounts to or from the liquid, eg. B. Condensation or evaporation. The liquid can in this case from z. As carbonic acid diamide, water or fuel. On the other hand, the concentration / fraction immediately above a particle in the gas determines the reaction rate, such as the reaction rate. As growth, degradation or oxidation of the particle, which in this case z. B. may be a carbon black or carbonic acid diamide particles in the exhaust system.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die erste Konzentration/Fraktion C1/X1 eine Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom stromaufwärts eines Bereichs in dem Abgassystem, an dem das Erlangen einer Konzentration/Fraktion wünschenswert ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Umwandlungsgrad einer in dem Abgassystem enthaltenen Komponente (z. B. ein Partikelfilter oder Katalysator) eindeutig ist, so dass die Abgabekonzentration/Fraktion von der Zufuhrkonzentration/-Fraktion und/oder der Fraktion bestimmt wird, die in die Komponente eintritt. Dies ist der Fall z. B. bei einer gleichgewichtsgesteuerten Umwandlung von NO in NO2 in einem Dieseloxidationskatalysator (DOC) oder einer Umwandlung von NOx in einem SCR-Katalysator bei hohen Temperaturen. Es ist auch besonders vorteilhaft, wenn ein Partikelfilter (DPF) im Begriff ist, zu überhitzen, und der Überhitzungsprozess durch Entfernen des Sauerstoffs in dem Partikelfilter aufgehalten werden kann.In another embodiment, the first concentration / fraction C 1 / X 1 is a concentration / fraction in the exhaust stream upstream of a region in the exhaust system where it is desirable to achieve a concentration / fraction. This is particularly advantageous when the degree of conversion of a component contained in the exhaust system (eg a particulate filter or catalyst) is unambiguous so that the delivery concentration / fraction is determined by the feed concentration / fraction and / or fraction included in the Component enters. This is the case z. In an equilibrium controlled conversion of NO to NO 2 in a diesel oxidation catalyst (DOC) or a conversion of NO x in an SCR catalyst at high temperatures. It is also particularly advantageous if a particulate filter (DPF) is about to overheat and the overheating process can be stopped by removing the oxygen in the particulate filter.
Ferner sollte zu verstehen sein, dass der eine oder die mehreren ersten Parameter P1, die bei der Steuerung des Getriebes verwendet werden, nur aus gegenwärtigen Werten oder nur aus berechneten Werten bestehen können, oder je nach Anwendung eine Kombination von gegenwärtigen und berechneten Werten sein können.Further, it should be understood that the one or more first parameters P 1 used in the control of the transmission may consist only of current values or only calculated values, or, depending on the application, a combination of current and calculated values can.
Die Steuerung des Getriebes kann gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform durch Berechnen eines Betriebspunkts für den Verbrennungsmotor auf Grundlage des einen oder der mehreren ersten Parameter P1 stattfinden. Anschließend wird der berechnete Betriebspunkt verwendet, um eine Auslegung in dem Getriebe zu steuern und somit die Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom zu regulieren. Im Allgemeinen wird ein erwünschter/optimaler Betriebspunkt unter mehreren möglichen Betriebspunkten ausgewählt und wird anschließend der Antriebsstrang so gesteuert, z. B. durch Steuerung des Getriebes in diesem Fall, dass der Motor den optimalen Betriebspunkt erreicht oder sich diesem annähert. Ein erwünschter/optimaler Betriebspunkt bedeutet einen Betriebspunkt, der von allen möglichen Betriebspunkten der beste für den Zweck ist, den das System erreichen möchte. In diesem Fall ist der beste Betriebspunkt der Betriebspunkt, der bewirkt, dass die Konzentration/Fraktion in dem Abgasstrom sich ihrer entsprechenden Bezugskonzentration/-Fraktion so gut wie möglich annähert. In anderen Fällen kann dies sich auf z. B. einen Betriebspunkt beziehen, der zum niedrigsten Verbrauch von z. B. Kraftstoff oder Kohlensäurediamids führt, die gesetzlichen Emissionsanforderungen und das Fahrverhalten usw. berücksichtigt.The control of the transmission may, according to another preferred embodiment, take place by calculating an operating point for the internal combustion engine based on the one or more first parameters P 1 . Subsequently, the calculated operating point is used to control a design in the transmission and thus to regulate the concentration / fraction in the exhaust gas flow. In general, a desired / optimal operating point is selected from among several possible operating points, and then the drive train is controlled, e.g. For example, by controlling the transmission in this case that the engine reaches or approaches the optimum operating point. A desired / optimal operating point means an operating point that is best of all possible operating points for the purpose that the system wishes to achieve. In this case, the best operating point is the operating point which causes the concentration / fraction in the exhaust stream to approach its respective reference concentration / fraction as well as possible. In other cases, this can be on z. B. relate an operating point, the lowest consumption of z. As fuel or carbon dioxide diamides leads, the legal emission requirements and driving behavior, etc. taken into account.
In der Regel wird ein Getriebe mit einem Betriebspunkt gesteuert, der zur besten Gesamteffizienz in dem Antriebsstrang führt, aber Aspekte des Fahrverhaltens werden in der Regel auch berücksichtigt. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl höher eingestellt werden als optimal, um zum Beispiel eine Drehmomentreserve verfügbar zu haben, wenn der Fahrer vor einer Steigung beschleunigt. Gemäß der oben genannten Ausführungsform wird die Konzentration/Fraktion in dem Abgassystem als Parameter bei der Berechnung eines Betriebspunkts für den Motor verwendet und werden die Emissionsziele somit auch für die Auswahl eines Betriebspunkts für den Motor berücksichtigt. Somit kann das Emissionsziel erreicht werden, ohne zusätzliche Maßnahmen zu erfordern, die Kraftstoff verbrauchen. Alternativ ist es nicht notwendig, das Fahrzeug mit zusätzlichen Teilen/Komponenten auszurüsten, um zum Beispiel einen bestimmten Umwandlungsgrad oder bestimmte Emissionen in der von dem Katalysator abgegebenen Strömung aufrechtzuhalten.Typically, a transmission is controlled at an operating point that results in the best overall efficiency in the powertrain, but aspects of driveability are also typically considered. For example, the engine speed may be set higher than optimal, for example, to have a torque reserve available when the driver accelerates ahead of a grade. According to the above embodiment, the concentration / fraction in the exhaust system is used as a parameter in the calculation of an operating point for the engine, and thus the emission targets are also considered for the selection of an operating point for the engine. Thus, the emission target can be achieved without requiring additional measures consuming fuel. Alternatively, it is not necessary to equip the vehicle with additional parts / components, for example, to maintain a certain degree of conversion or emissions in the flow discharged from the catalyst.
Die folgenden Prinzipien für die Steuerung des stufenlosen Getriebes sind anwendbar, damit der Motor einen erwünschten berechneten Betriebspunkt erreicht: wenn die Auslegung erhöht wird, wird die Motordrehzahl erhöht und die Motorlast somit reduziert, was zu einer Zunahme der Gesamtkonzentration CTot in dem Abgasstrom und einer Zunahme der Abgasströmung führt; wenn die Auslegung andererseits reduziert wird, wird die Motordrehzahl reduziert und nimmt somit die Motorlast auch zu sowie auch die Abgasströmung, was zu einer Reduzierung der Gesamtkonzentration CTot in dem Abgassystem führt. Alle Konzentrationen/Fraktionen verschiedener Substanzen verhalten sich bei einer Lastzunahme oder einer Lastabnahme nicht gleich. Auf der Grundlage von Wissen bezüglich grundlegender Verbrennungsbeziehungen, Emissionschemie, dem Abgasbehandlungssystem und der Steuerstrategie des Motors in Bezug auf z. B. das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Lastdruck, AGR-Gehalt, Einspritzzeit(en) und Dosierung von Substanzen in dem Abgassystem weiß ein Fachmann, wie die Motorlast und Motordrehzahl variiert werden sollten, um eine Änderung einer vorgegebenen Konzentration oder Fraktion zu erreichen. In Bezug auf eine Änderung der Konzentration/Fraktion über Katalysatoren in dem Abgassystem verschlechtert sich ihre Effizienz im Allgemeinen mit einer erhöhten Strömungs- und Falltemperatur. Mit einer vorgegebenen Antriebsleistungsanforderung nimmt die Effizienz im Allgemeinen somit ab, wenn die Motordrehzahl zunimmt. Es gibt jedoch Ausnahmen und in der Praxis werden hier deshalb auch virtuelle Sensoren benutzt, um zu entscheiden, in welche Richtung die Motordrehzahl geändert werden sollte. In der Praxis wird dies mittels eines oder mehrerer virtueller Sensoren realisiert, die vorgesehen sind, um eine Menge, wie z. B. eine Konzentration oder eine Fraktion von Substanzen, zu berechnen. Unter Verwendung von Sensorwerten von den Sensoren können die Motorlast und die Motordrehzahl für die Regelung der Konzentration/Fraktion gesteuert werden.The following principles for controlling the continuously variable transmission are applicable for the engine to reach a desired calculated operating point: as the design is increased, the engine speed is increased and the engine load thus reduced, resulting in an increase in the total concentration C Tot in the exhaust stream and in the exhaust stream Increase in exhaust gas flow leads; on the other hand, if the design is reduced, the engine speed is reduced, thus increasing the engine load as well as the exhaust gas flow, resulting in a reduction of the total concentration C Tot in the exhaust system. All concentrations / fractions of different substances do not behave the same at a load increase or a load decrease. Based on knowledge of basic combustion relationships, emission chemistry, the exhaust treatment system and the engine's control strategy with respect to e.g. As the air / fuel ratio, load pressure, EGR content, injection time (s) and dosage of substances in the exhaust system, one skilled in the art knows how the engine load and engine speed should be varied to achieve a change in a given concentration or fraction. In terms of a change in concentration / fraction over catalysts in the exhaust system, their efficiency generally deteriorates with increased flow and fall temperatures. With a given drive power requirement, efficiency generally decreases as engine speed increases. However, there are exceptions, and in practice, virtual sensors are used here as well used to decide in which direction the engine speed should be changed. In practice, this is realized by means of one or more virtual sensors, which are provided to a lot, such. As a concentration or fraction of substances to calculate. Using sensor values from the sensors, the engine load and engine speed for the concentration / fraction control can be controlled.
Die Berechnung des Betriebspunkts kann auf zusätzlichen Parametern basieren. Solch ein zusätzlicher Parameter steht im Zusammenhang mit einer angeforderten Antriebsleistungsanforderung, die in der Regel verwendet wird, damit das Fahrzeug fahrbar ist, d. h. damit es Eigenschaften haben, dass es auf eine komfortable Art und auf eine Art gefahren werden kann, bei der sich das Fahrzeug so weit wie möglich verhält, wie vom Fahrer gefordert, z. B. eine gewisse Geschwindigkeit aufrechterhält, das vom Fahrer mittels des Gaspedals angeforderte Drehmoment liefert usw. Diese angeforderte Antriebsleistungsanforderung kann auch einen Versatzwert VOffset berücksichtigen, was bedeutet, dass der Versatzwert bei der Berechnung des Betriebspunkts zu dem Wert der Antriebsleistungsanforderung addiert oder davon subtrahiert wird. Mit dieser Ausführungsform nimmt die Freiheit bei der Wahl eines Betriebspunkts zu und somit auch die Möglichkeiten, die erwünschte Konzentration/Fraktion in dem Abgassystem zu erreichen, da das Steuersystem ermöglicht, dass die Steuerung von der gegenwärtigen Antriebsleistungsanforderung des Fahrzeugs abweicht, d. h. das Steuersystem kann gezielt ermöglichen, dass das Fahrzeug beschleunigt oder verlangsamt wird, um eine erwünschte Konzentration/Fraktion in dem Abgassystem zu erreichen. Da jedoch, wenn der Versatzwert zu dem Wert der Antriebsleistungsanforderung addiert wird, beim Beschleunigen Lassen des Fahrzeugs eine Gefahr besteht, ist es zu bevorzugen, wenn der Versatzwert VOffset von dem Wert der Antriebsleistungsanforderung subtrahiert wird, was bedeutet, dass das Fahrzeug verlangsamt wird oder mindestens, dass es nicht beschleunigt wird, wenn ein Fahrer eine einer Beschleunigung äquivalente Antriebsleistung anfordert; eine Reduzierung der Antriebsleistung um VOffset kann zu einer reduzierten Beschleunigung und muss nicht unbedingt zu einer Verlangsamung des Fahrzeugs führen.The calculation of the operating point can be based on additional parameters. Such an additional parameter is related to a requested drive power requirement that is typically used to enable the vehicle to be mobile, that is, to have characteristics that it can be driven in a comfortable manner and in a manner that the vehicle is capable of as far as possible, as required by the driver, z. This requested drive power requirement may also take into account an offset value V Offset , meaning that the offset value in the calculation of the operating point is added to or subtracted from the value of the drive power request , With this embodiment, freedom in choosing an operating point increases and thus also the possibilities of achieving the desired concentration / fraction in the exhaust system, since the control system allows the control to deviate from the current drive power requirement of the vehicle, ie the control system can be targeted allow the vehicle to be accelerated or decelerated to achieve a desired concentration / fraction in the exhaust system. However, since when the offset value is added to the value of the drive power request, there is a danger of accelerating the vehicle, it is preferable that the offset value V offset is subtracted from the value of the drive power request, which means that the vehicle is decelerating or at least that it is not accelerated when a driver requests an equivalent to an acceleration drive power; A reduction of the drive power by V offset can lead to a reduced acceleration and does not necessarily lead to a deceleration of the vehicle.
Andere zusätzliche Parameter, die bei der Berechnung des Betriebspunkts verwendet werden können, sind Parameter, die in Verbindung stehen mit:
- – einem Wirkungsgrad für den Antriebsstrang, der berücksichtigt werden muss, um das Fahren des Fahrzeugs so kraftstoffeffizient wie möglich zu gestalten;
- – einer Effizienz für ein (auch als Nachbehandlungssystem bezeichnetes) in dem Abgassystem installiertes Abgasbehandlungssystem, um höchstmögliche Umwandlungsgrade in Katalysatoren und somit so niedrige Emissionsgrade wie möglich zu erreichen;
- – Abgasemissionen für den Verbrennungsmotor, bevor sie von einem Abgasbehandlungssystem gereinigt worden sind;
- – Geschwindigkeitsbegrenzungen in dem Motor und dem Antriebsstrang, um keine höheren oder niedrigeren Motordrehzahlen zu bekommen als die, für die der Antriebsstrang ausgelegt ist;
- – der Drehmoment-/Leistungskurve als Funktion der Motorgeschwindigkeit, um das verfügbare Drehmoment zu bestimmen;
- – einem Drehmomentansprechverhalten, d. h. wie schnell sich ein angefordertes/gewünschtes erhöhtes Drehmoment der Antriebsräder auf das Ist-Drehmoment der Antriebsräder des Fahrzeugs auswirkt. Dieser Aspekt ist bei der Berechnung des Betriebspunkts relevant, da die Steuerung des Gaspedals durch den Fahrer auch berücksichtigt werden muss. Sonst besteht ein Risiko, dass das der Fahrer es so wahrnimmt, dass das Fahrzeug nicht auf die Steuerung des Gaspedals durch den Fahrer ausspricht; und
- – sonstige Aspekte des Fahrverhaltens, wie z. B. Lärm, Vibrationen und Drehen des Fahrzeugs, so dass das Fahrzeug bequem gesteuert werden kann.
- Powertrain efficiency, which must be taken into account to make driving the vehicle as fuel efficient as possible;
- An efficiency for an exhaust treatment system (also referred to as aftertreatment system) installed in the exhaust system in order to achieve the highest possible conversion levels in catalysts and thus as low emission levels as possible;
- Exhaust emissions to the internal combustion engine before they have been cleaned by an exhaust treatment system;
- Speed limits in the engine and powertrain to avoid engine speeds higher or lower than those for which the powertrain is designed;
- The torque / power curve as a function of engine speed to determine the available torque;
- A torque response, ie how fast a requested / desired increased torque of the drive wheels affects the actual torque of the drive wheels of the vehicle. This aspect is relevant in the calculation of the operating point, since the control of the gas pedal by the driver must also be considered. Otherwise there is a risk that the driver perceives it so that the vehicle does not respond to the control of the gas pedal by the driver; and
- - other aspects of driving behavior, such as As noise, vibration and turning of the vehicle, so that the vehicle can be easily controlled.
Parameter in Verbindung mit externen Lasten sind bei der Berechnung und Steuerung des Betriebspunkts auch sehr nützlich. Beispiele für externe Lasten sind ein für die Umwandlung von Abwärme in Energie (WHR) vorgesehenes System; Nebenaggregate wie z. B. Wasserpumpe, Ventilator oder Kompressor; Lichtmaschine; Hybrid-Generator oder ähnliches Energiewiederverwertungssystem; Retarder, Auspuffbremse oder sonstige Hilfsbremse. Der Leistungsbedarf der externen Last kann steuerbar sein, so dass die Freiheit bei der Wahl eines Betriebspunkts für den Motor erhöht wird, was wiederum bedeutet, dass auch Betriebspunkte, die sich außerhalb der Antriebsleistungsanforderung des Fahrzeugs befinden, für die Regelung der Konzentration in dem Abgassystem verwendet werden können. In einigen Fällen ist die externe Last vom „ein” oder „aus”-Typ, d. h. sie wird entweder aktiviert oder nicht, und in diesen Fällen sind die Steuerung und Berechnung des Betriebspunkts darauf beschränkt, zu bestimmen, ob die externe Last aktiviert werden sollte oder nicht.Parameters related to external loads are also very useful in calculating and controlling the operating point. Examples of external loads are a system designed to convert waste heat into energy (WHR); Ancillaries such. B. water pump, fan or compressor; Alternator; Hybrid generator or similar energy recovery system; Retarder, exhaust brake or other auxiliary brake. The power demand of the external load may be controllable to increase freedom in choosing an operating point for the engine, which in turn means that operating points outside of the drive power requirement of the vehicle are also used to control the concentration in the exhaust system can be. In some cases, the external load is of the "on" or "off" type, i. H. it is either activated or not, and in these cases the control and calculation of the operating point are limited to determining whether the external load should be activated or not.
Ferner muss, wenn keine Auspuffbremse in dem Abgassystem installiert ist, oder wenn die Auspuffbremse vorgesehen ist, um den Abgasstrom stromabwärts derselben zu regulieren, die externe Last erhöht werden, wenn eine Gesamtkonzentration CExTot in dem Abgasstrom reduziert werden soll; und wenn die Gesamtkonzentration CExTot erhöht werden soll, muss die externe Last reduziert werden. Andererseits muss, wenn eine Auspuffbremse in dem Abgassystem angebracht ist und vorgesehen ist, um einen Abgasstrom stromaufwärts derselben zu regulieren, die externe Last stattdessen erhöht werden, wenn die Gesamtkonzentration CExTot in einem Bereich stromaufwärts der Auspuffbremse erhöht werden muss, falls eine Quote für den Druck oberhalb der Temperatur zunimmt. Im Gegensatz dazu muss die externe Last reduziert werden, wenn die Gesamtkonzentration CExTot in dem Bereich reduziert werden soll, falls die Quote für den Druck oberhalb der Temperatur abnimmt. Die Abhängigkeit der Gesamtkonzentration von der externen Last wird vom allgemeinen Gasgesetz vorgegeben. Mit einer erhöhten Last nimmt die Temperatur der Abgase in der Regel zu und sinkt die Gesamtkonzentration somit, vorausgesetzt, dass der Druck konstant gehalten wird.Further, when no exhaust brake is installed in the exhaust system, or when the exhaust brake is provided to regulate the exhaust gas flow downstream thereof, the external load must be increased if a total concentration C ExTot in the exhaust gas flow is to be reduced; and if the total concentration C ExTot is to be increased, the external load must be reduced. On the other hand, when an exhaust brake is mounted in the exhaust system and provided to regulate an exhaust gas flow upstream thereof, the external load must instead be increased when the total concentration C ExTot in an area upstream of the exhaust brake needs to be increased, if a quota for the exhaust Pressure above the temperature increases. In contrast, the external load must be reduced if the total concentration C ExTot in the range is to be reduced if the rate of pressure above the temperature decreases. The dependence of the total concentration on the external load is given by the general gas law. With an increased load, the temperature of the exhaust gases usually increases and thus the total concentration decreases, provided that the pressure is kept constant.
Die Erfinder haben auch realisiert, dass der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 für die Steuerung anderer Funktionen im Fahrzeug für die Regelung der Konzentration/Fraktion geeignet sind. Diese Funktionen müssen eine direkte oder indirekte Auswirkung auf die Konzentration/Fraktion haben. Somit kann die Regelung der Konzentration/Fraktion effizienter und schneller sein. Geeignete Funktionen stehen in Verbindung mit der Umwandlung von externer Hitze in Energie; der Einspritzung von Kraftstoff in den Motor; der Einspritzung von Kraftstoff, Kohlensäurediamid oder anderen geeigneten Flüssigkeiten in das Abgassystem; und der Regelung des Abgasstroms. Es sollte realisiert werden, dass der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 verwendet werden können, um solch eine Funktion oder eine Kombination aus zwei oder mehreren solchen Funktionen zu steuern.The inventors have also realized that the one or more first parameters P 1 are suitable for controlling other functions in the vehicle for controlling the concentration / fraction. These functions must have a direct or indirect effect on the concentration / fraction. Thus, the concentration / fraction control can be more efficient and faster. Suitable functions are related to the conversion of external heat into energy; the injection of fuel into the engine; the injection of fuel, carbonic acid diamide or other suitable fluids into the exhaust system; and the regulation of the exhaust gas flow. It should be realized that the one or more first parameters P 1 may be used to control such a function or a combination of two or more such functions.
Gemäß einer Ausführungsform können der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 für die Steuerung mindestens einer externen Heizvorrichtung für das Abgassystem verwendet werden. Die Aufgabe der externen Heizvorrichtung besteht darin, die Konzentration/Fraktion von in dem Abgasstrom enthaltenen Substanzen oder jeglichen Teilen/Komponenten in dem Abgassystem zu erhöhen oder zu verringern. Vorzugsweise ist die externe Heizvorrichtung:
- – ein in dem Abgassystem nach den Zylindern des Verbrennungsmotors installierter Brenner;
- – ein für die Nacheinspritzung von Kohlenwasserstoffen für die Oxidation oder Verbrennung an einem in dem Abgassystem positionierten Katalysator vorgesehenes System;
- – eine nach den Zylindern des Verbrennungsmotors in dem Abgassystem installierte elektrische Heizvorrichtung; oder
- – jegliche sonstige geeignete externe Heizvorrichtung, die in dem oder in naher Verbindung mit dem Abgassystem installiert ist.
- A burner installed in the exhaust system after the cylinders of the internal combustion engine;
- A system provided for post-injection of hydrocarbons for oxidation or combustion on a catalyst positioned in the exhaust system;
- An electric heater installed after the cylinders of the internal combustion engine in the exhaust system; or
- - any other suitable external heating device installed in or close to the exhaust system.
Die externe Heizvorrichtung wird vorzugsweise derart gesteuert, dass eine maximale Reduzierung der Konzentration in Verbindung mit der zugeführten Energie oder Gesamtenergie erlangt wird. Die externe Heizvorrichtung kann jedoch stattdessen so gesteuert werden, dass die Priorität auf der Geschwindigkeit liegt, mit der sich die Konzentration/Fraktion ändert. Die Steuerung der externen Heizvorrichtung kann als ein PID- oder MPC-Regler konfiguriert sein.The external heating device is preferably controlled so as to obtain a maximum reduction in concentration in association with the supplied energy or total energy. However, the external heater may instead be controlled so that the priority is at the rate at which the concentration / fraction changes. The controller of the external heater may be configured as a PID or MPC controller.
Wie vorstehend erwähnt, können der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 auch verwendet werden, um ein für die Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor vorgesehenes Kraftstoffeinspritzsystem zu steuern. Dies kann durch Steuerung der Anzahl von Nacheinspritzungen, der Zeit (CAD) für Nacheinspritzungen und der Kraftstoffmenge pro Nacheinspritzung stattfinden. Die Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems kann als Vorsteuerung oder Rückkopplungssteuerung mit z. B. MAP (matrixbasierte Regelungsstruktur) PID oder MPC (Model Predictive Control) ausgeführt werden. Als Sollwert für diese Steuerung kann eine Konzentration/Fraktion stromabwärts des Motors sowie auch ein Partikelfilter. (DOC) oder eine Konzentrations-/Fraktionsdifferenz über den Partikelfilter verwendet werden. In einer Ausführungsform kompensiert die Regelung die Effizienz von Reaktionen in einer in dem Abgassystem enthaltenen Komponente, zum Beispiel die Effizienz für die Umwandlung von NO in NO2 in einem Dieseloxidationskatalysator. Ferner können der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 für die Steuerung eines für die Einspritzung von Kraftstoff, Kohlensäurediamid oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit in das Abgassystem vorgesehenen Einspritzsystems für die Regelung der Konzentration/Fraktion CEx/XEx einer oder mehrerer in dem Abgasstrom enthaltenen Substanzen verwendet werden.As mentioned above, the one or more first parameters P 1 may also be used to control a fuel injection system provided for injecting fuel into the internal combustion engine. This can be done by controlling the number of post-injections, the time (CAD) for post-injections, and the amount of fuel per post-injection. The control of the fuel injection system can be used as pilot control or feedback control with z. MAP (matrix-based control structure) PID or Model Predictive Control (MPC). The setpoint for this control may be a concentration / fraction downstream of the engine as well as a particulate filter. (DOC) or a concentration / fraction difference across the particulate filter. In one embodiment, the control compensates for the efficiency of reactions in a component contained in the exhaust system, for example, the efficiency for conversion of NO to NO 2 in a diesel oxidation catalyst. Further, the one or more first parameters P 1 may be for controlling a concentration / fraction C Ex / X Ex injection system for injecting fuel, carbonic acid diamide, or other suitable fluid into the exhaust system, one or more in the exhaust stream contained substances are used.
Ein anderer Faktor, der sich auf die Konzentration/Fraktion in dem Abgassystem CEx/XEx auswirkt, sind die Eigenschaften für die Abgasströmung in dem Abgasstrom. Deshalb können der eine oder die mehreren ersten Parameter P1 auch für die Steuerung der Abgasströmung oder einer der Abgasströmungen je nach dem Parameter, zum Beispiel Stoffaustauschkoeffizienten, verwendet werden.Another factor that affects the concentration / fraction in the exhaust system C Ex / X Ex are the characteristics of the exhaust gas flow in the exhaust stream. Therefore, the one or more first parameters P 1 may also be used to control the exhaust gas flow or one of the exhaust gas flows according to the parameter, for example, mass transfer coefficients.
Die Steuerung der Abgasströmung kann durch die Steuerung eines Gasströmungssystems für Abgasrückführung (AGR) und/oder durch die Steuerung eines Ansaugsystems für den Motor stattfinden.
Die Abgase des Verbrennungsprozesses passieren daraufhin eine Turboturbine, die den Turbolader in Bewegung einsetzt. Teile der Abgase treten jedoch in ein AGR-Rohr ein und werden über einen AGR-Dämpfer und einen oder mehrere AGR-Kühler zum Ansaugrohr zurückgeführt. Die Funktion des AGR-Dämpfers besteht darin, die Menge an rückgeführten Abgasen zurück zu dem Verbrennungsprozess zu regulieren. Wenn die AGR-Gase gekühlt werden, bewegt die Verwendung von AGR Wärmeenergie von den Abgasen zu dem Kühlsystem des Motors. Bevor die Abgase völlig aus vom Motorsystem verschwinden, passieren sie in einigen Motoren einen Schalldämpfer (falls installiert), der den Druck in einer (in der Figur nicht gezeigten) Abgassammelvorrichtung steuert. Anschließend passieren die Abgase ein Nachbehandlungssystem, das, wie vorstehend erwähnt, einen Dieselpartikelfilter und/oder einen SCR-Katalysator enthalten kann. Wenn der Motor
Gemäß der vorliegenden Erfindung können der eine oder die mehreren Parameter P1 verwendet werden, um das Gasströmungssystem für Abgasrückführung (AGR) und/oder das für die Regelung einer Luftströmung zu dem Motor vorgesehene Luftansaugsystem zu steuern. Außerdem kann die Steuerung des Gasströmungssystems für Abgasrückführung (AGR) mit einem zusätzlichen Parameter gesteuert werden, der mit von dem Verbrennungsmotor erzeugten Emissionen in Verbindung steht. Emissionen bedeuten in diesem Kontext zum Beispiel Abgase und Lärm. Ferner kann eine Reduzierung des Abgasstromes mit einer Erhöhung der Motorlast verbunden sein, um die Fraktion einer in dem Abgassystem enthaltenen Komponente zu ändern. Diese Ausführungsform kann zum Beispiel mit Vorsteuerung oder Rückkopplungssteuerung einer Auspuffbremse unter Verwendung eines Sollwerts für die Fraktion oder eines Wertes, der eine Funktion des Sollwerts für die Fraktion ist, realisiert werden.In accordance with the present invention, the one or more parameters P 1 may be used to control the exhaust gas recirculation (EGR) gas flow system and / or the air induction system provided for controlling airflow to the engine. Additionally, EGR control may be controlled with an additional parameter associated with emissions generated by the engine. Emissions in this context mean, for example, exhaust gases and noise. Further, a reduction in the exhaust gas flow may be associated with an increase in engine load to change the fraction of a component contained in the exhaust system. This embodiment can be realized, for example, with pilot control or feedback control of an exhaust brake using a target value for the fraction or a value that is a function of the target value for the fraction.
Ferner zeigt
- A. Bei A wird der erste Parameter P1 von anderen Sensorsignalen (virtueller Sensor) gemessen oder berechnet. Der erste Parameter P1 kann bei A auch über den Straßenabschnitt vor dem Fahrzeug berechnet werden.
- B. Auf der Grundlage des Wertes des ersten Parameters P1, wird bei B entschieden, ob eine Maßnahme zur Regelung der Konzentration/Fraktion von in dem Abgasstrom enthaltenen Substanzen zu ergreifen ist. Dies kann zum Beispiel durch einen Vergleich des ersten Parameters P1 mit einem Schwellenwert oder durch einen Vergleich mehrerer Berechnungen des ersten Parameters P1 mit damit in Verbindung stehenden Steuerstrategien stattfinden, auf deren Grundlage ausgewählt wird, welche Regelungsmaßnahm(en) zu ergreifen sind.
- C. Wenn eine Regelungsmaßnahme zu ergreifen ist, wird bei C der Betriebspunkt für den Motor, der am besten (z. B. auf die schnellste oder effizienteste Weise) zu einer erwünschten Konzentration/Fraktion führt, berechnet.
- D. Der bei C berechnete Betriebspunkt wird bei D zusammen mit anderen Betriebspunkten gewichtet, die unter Berücksichtigung anderer Aspekte, wie zum Beispiel des Fahrverhaltens, berechnet wurden. Dies kann z. B. dazu führen, dass die resultierende Motordrehzahl ein Durchschnittswert für mehrere Eingabebetriebspunkte wird. Bei D wird auch entschieden, wie der Betriebspunkt erreicht wird, d. h. wie eine externe Last, Motor und Getriebe gesteuert werden.
- E. Bei E wird die externe Last in die erwünschte Position (erwünschter Drehmoment) gesteuert.
- F. Bei F werden das Getriebe und der Motor so gesteuert, dass der erwünschte Betriebspunkt (Geschwindigkeit/Drehmoment) erreicht wird.
- G. Wenn die Anpassung des Betriebspunkts nicht ausreicht, um die erwünschte Konzentration/Fraktion zu erreichen, wird bei G entschieden ist, ob eine externe Heizvorrichtung aktiviert werden sollte. Die externe Heizvorrichtung hätte jedoch schon bei B aktiviert werden können.
- H. Bei H wird die externe Heizvorrichtung infolge der Entscheidung bei G gesteuert.
- I. Wenn die Anpassung des Betriebspunkts nicht ausreicht, um eine erwünschte Konzentration/Fraktion in dem Abgassystem zu erreichen, wird bei I entschieden, ob der Abgasstrom z. B. mittels einer AGR- und/oder einer Drosselklappe gesteuert werden muss.
- J. Bei J wird die Abgasströmung je nach der Entscheidung bei I gesteuert.
- A. At A, the first parameter P 1 is measured or calculated by other sensor signals (virtual sensor). The first parameter P 1 can also be calculated at A over the road section in front of the vehicle.
- B. Based on the value of the first parameter P 1 , it is decided at B whether to take action to control the concentration / fraction of substances contained in the exhaust stream. This can be done, for example, by comparing the first parameter P 1 with a threshold or by comparing several calculations of the first parameter P 1 with related control strategies, based on which one chooses which control action (s) to take.
- C. When a regulatory action is to be taken, at C the operating point for the engine that best (for example in the fastest or most efficient manner) will result in a desired concentration / fraction is calculated.
- D. The operating point calculated at C is weighted at D together with other operating points calculated taking into account other aspects, such as driving behavior. This can be z. For example, the resulting engine speed may become an average value for multiple input operating points. D also determines how the operating point is reached, ie how to control an external load, motor and gearbox.
- E. At E, the external load is controlled to the desired position (desired torque).
- F. At F, the transmission and motor are controlled to achieve the desired operating point (speed / torque).
- G. If the adjustment of the operating point is not sufficient to reach the desired concentration / fraction, it is decided at G whether an external heater should be activated. However, the external heater could have been activated at B already.
- H. At H, the external heater is controlled as a result of the decision at G.
- I. If the adjustment of the operating point is not sufficient to achieve a desired concentration / To reach fraction in the exhaust system, it is decided at I whether the exhaust gas flow z. B. must be controlled by means of an EGR and / or throttle.
- J. At J, the exhaust flow is controlled at I, depending on the decision.
Die vorliegende Erfindung kann auch in einem Steuersystem ausgeführt werden, das vorgesehen ist, um den gesamten oder Teile eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug
Im Allgemeinen bestehen Steuersysteme in modernen Fahrzeugen aus einem Kommunikationsbussystem, das aus einem oder mehreren Kommunikationsbussen für die Verbindung einer Anzahl von elektronischen Steuervorrichtungen (ECU) oder Controllern
Die Steuerung findet in der Regel mit programmierten Anweisungen statt. Diese programmierten Anweisungen bestehen in der Regel aus einem Computerprogramm, das, wenn es in einem Computer oder in einer Steuervorrichtung ausgeführt wird, bewirkt, dass der Computer/die Steuervorrichtung die erwünschte Steuerung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausführt wird. Das Computerprogramm besteht in der Regel aus einem Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein anwendbares Speichermedium
Ein Beispiel für eine Steuervorrichtung (Steuervorrichtung
Ferner ist die Steuervorrichtung mit Elementen/Vorrichtungen
Genauer weist ein System gemäß der vorliegenden Erfindung auf: eine Steuervorrichtung, die vorgesehen ist, um ein stufenloses Getriebe (CVT/IVT) und somit einen Betriebspunkt in einem Verbrennungsmotor auf Grundlage eines oder mehrerer erster Parameter P1 für die Regelung einer Konzentration/Fraktion CEx/XEx einer oder mehrerer in einem Abgasstrom enthaltenen Substanzen zu steuern, wobei mindestens einer des einen oder der mehreren ersten Parameter P1 eine erste Konzentrations-/Fraktionsdifferenz zwischen der ersten Konzentration/Fraktion C1/X1 in dem Abgasstrom und einer Bezugskonzentration/-Fraktion CRef/XRef ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug
Schließlich sollte realisiert werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen der oben beschriebenen Erfindung beschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen betrifft und umfasst, die in dem Schutzumfang der anliegenden unabhängigen Ansprüche liegen.Finally, it should be realized that the present invention is not limited to the embodiments of the invention described above, but relates to and includes all embodiments falling within the scope of the appended independent claims.
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