DE112013007106T5

DE112013007106T5 - Motor-NOx-Model

Info

Publication number: DE112013007106T5
Application number: DE112013007106.1T
Authority: DE
Inventors: Adam C. Lack; Navtej Singh; Prasanna Nagabushan Venkatesh
Original assignee: International Engine Intellectual Property Co LLC
Current assignee: International Engine Intellectual Property Co LLC
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2016-03-10
Also published as: CN105229284A; US20160103110A1; WO2014189528A1

Abstract

Es ist Verfahren zur Schätzung des NOx-Gehalts eines Abgases, das von einem Verbrennungsmotor erzeugt wird, geschaffen. Das Verfahren enthält das Bestimmen einer ersten NOx-Schätzung, die dem NOx-Niveau entspricht, das von dem Motor während einer ersten Betriebsbedingung ausgestoßen wird. Das Verfahren enthält ferner das Bestimmen einer zweiten NOx-Schätzung, die dem NOx-Niveau entspricht, das durch den Motor während einer zweiten Betriebsbedingung ausgestoßen wird. Das Verfahren enthält ferner das Bestimmen eines Kompensationsfaktors basierend auf einem Einlassverteilerdruck und das Anwenden des Kompensationsfaktors auf die erste und zweite NOx-Schätzung, um eine endgültige NOx-Schätzung zu erhalten.

Description

HINTERGRUND
Selektive katalytische Reduktion (SCR) wird gewöhnlich dazu verwendet, NO_x (d. h. Stickoxide) aus dem Abgas zu entfernen, die von Verbrennungsmotoren, wie Diesel- oder anderen (Benzin-)Magermotoren erzeugt werden. In solchen Systemen wird NO_x kontinuierlich aus dem Abgas entfernt, indem ein Reduktionsmittel in das Abgas eingespritzt wird, bevor es in einen SCR-Katalysator eintritt, der in der Lage ist, eine hohe NO_x-Umwandlung durchzuführen.
In SCR-Systemen wird häufig Ammoniak als Reduktionsmittel verwendet. Ammoniak wird in das Abgas durch eine kontrollierte Einspritzung von entweder gasförmigem Ammoniak, Salmiakgeist oder indirekt als Harnstoff, der in Wasser gelöst ist, eingeführt. Der SCR-Katalysator, der in dem Abgasstrom angeordnet ist, bewirkt eine Reaktion zwischen einem in dem Abgas vorhanden NO_x und einem NO_x-Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak), um das NO_x in Stickstoff und Wasser umzuwandeln.
Eine ordnungsgemäße Arbeitsweise des SCR-Systems beinhaltet eine präzise Steuerung der Menge (d. h. der Dosierung) von Ammoniak (oder eines anderen Reduktionsmittels, das in den Abgasstrom eingespritzt wird. Die Einspritzung von zu viel Reduktionsmittel bewirkt einen Amoniakschlupf in dem Abgas, während eine Einspritzung von zu wenig Reduktionsmittel eine weniger als optimale Umwandlung von NO_x bewirkt. Somit verwenden SCR-Systeme oft NO_x-Sensoren, um eine ordnungsgemäße Dosierung von Reduktionsmitteln zu bestimmen. Ein NO_x-Sensor kann zur Bestimmung des Niveaus von NO_x, das durch den Motor emittiert wird, beispielsweise in dem Abgasstrom zwischen dem Motor und dem SCR-Katalysator angeordnet sein. Dieser wird gewöhnlich als ein Motorausgangs-NO_x-Sensor oder ein stromaufwärtiger Sensor bezeichnet. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) kann die Ausgabe aus dem No_x-Sensor (und/oder andere erfasste Parameter) verwenden, um die Reduktionsmittelmenge, die in den Abgasstrom eingespritzt werden sollte, zu bestimmen.
Im Handel erhältliche NO_x-Sensoren sind teuer und weisen andere betriebliche Nachteile auf. Beispielsweise kann die Genauigkeit von NO_x-Sensoren durch Umgebungs und/oder Betriebsbedingungen, wie z. B. Taupunkt, Systemspannung, Sauerstoffkonzentration und dergleichen beeinflusst werden. In dieser Hinsicht funktionieren einige NO_x-Sensoren lediglich dann ordnungsgemäß, wenn das Abgas oberhalb einer Schwellentemperatur ist, die in der Größenordnung von 125–130°C liegen kann. In Folge dessen können solche Sensoren eventuell für die Bestimmung der Dosierung während bestimmter Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. während eines niedrigen Leerlaufs oder während des Motoraufwarmlaufens, nicht geeignet sein. Es ist daher wünschenswert, ein alternatives Verfahren zur Bestimmung eines NO_x-Niveaus in einem Motorabgas zu schaffen.
KURZFASSUNG
Aspekte und Ausführungsformen der hierin beschriebenen vorliegenden Technologie betreffen ein oder mehrere Systeme und Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Motors. Gemäß zumindest einem Aspekt der vorliegenden Technologie ist zumindest ein Verfahren zur Schätzung des NO_x-Gehalts eines Abgases, das von einem Verbrennungsmotor erzeugt wird, geschaffen. Das geschätzte NO_x-Niveau kann von einer Steuereinheit z. B. zur Steuerung des Betriebs eines SCR-Systems verwendet werden. Das Verfahren enthält das Bestimmen einer ersten NO_x-Schätzung, die dem NO_x-Niveau entspricht, das von dem Motor während einer ersten Betriebsbedingung ausstoßen wird. Das Verfahren enthält ferner das Bestimmen einer zweiten NO_x-Schätzung, die dem NO_x-Niveau entspricht, das von dem Motor während einer zweiten Betriebsbedingung ausstoßen wird. Das Verfahren enthält ferner das Bestimmen eines Kompensationsfaktors basierend auf einem Einlassverteilerdruck und Anwenden des Kompensationsfaktors auf die erste und zweite NO_x-Schätzung, um eine endgültige NO_x-Schätzung zu erhalten.
Gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Technologie sind die erste und zweite NO_x-Schätzung jede als Funktion von zumindest einer Motorgeschwindigkeit und einem Drehmoment bestimmt. In zumindest einer Ausführungsform entspricht die erste Betriebsbedingung dem im Wesentlichen stationären Betriebszustand, bei dem der Motor mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit arbeitet, während die zweite Betriebsbedingung einem Übergangsmotorbetrieb entspricht, bei dem die Motorleistung erhöht wird.
Gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Technologie enthält der Schritt des Bestimmens eines Kompensationsfaktors ferner die Schritte Bestimmen eines geschätzten Einlassverteilerdrucks als Funktion von Motorgeschwindigkeit und Drehmoment, Abtasten des tatsächlichen Einlassverteilerdrucks und Bestimmen eines Kompensationsfaktors als Funktion des tatsächlichen und des geschätzten Einlassverteilerdrucks. In zumindest einer Ausführungsform wird der Kompensationsfaktor als Funktion einer Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem geschätzten Einlassverteilerdruck bestimmt. In einigen Ausführungsformen bewegt sich der Kompensationsfaktor von 0 bis 1 und erhöht sich, wenn sich die Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem geschätzten Einlassverteilerdruck erhöht.
Gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Technologie, ist der Kompensationsfaktor auch eine Funktion von einem oder mehreren von Auslassverteilerdruck, Massenluftstrom, Turboladerladedruck, Abgasstrom und deren Kombination. In einigen Ausführungsformen wird das geschätzte NO_x-Niveau, das von dem Motor ausgestoßen wird, (NO_x_EST_OUT), gemäß folgenden Formel bestimmt: NO_x_OUT_EST = (CF·NO_x_T) + ((1 – CF)·NO_x_SS) wo CF der Kompensationsfaktor ist, NO_x_SS die erste NO_x-Schätzung ist und NO_x_T die zweite NO_x-Schätzung sind.
Gemäß zumindest einem Aspekt der vorliegenden Technologie ist zumindest ein Verfahren zur Schätzung des NO_x-Gehalts eines Abgases, das von einem Verbrennungsmotor erzeugt wird, geschaffen. Das Verfahren enthält Bestimmen einer NO_x-Schätzung für einen stationären Zustand als Funktion von zumindest der Motorgeschwindigkeit und dem Drehmoment. Der NO_x-Wert für einen stationären Zustand entspricht dem NO_x-Niveau, das von dem Motor während eines im Wesentlichen stationären Betriebszustands, bei dem die Motorgeschwindigkeit und -leistung im Wesentlichen konstant sind, ausgestoßen wird. Das Verfahren enthält ferner das Bestimmen einer Übergangs-NO_x-Schätzung als Funktion von zumindest der Motorgeschwindigkeit und dem Drehmoment. Die Übergangs-NO_x-Schätzung entspricht dem NO_x-Niveau, das von dem Motor während eines Übergangsbetriebs, bei dem die Motorleistung erhöht wird, ausgestoßen wird. Das Verfahren enthält das Bestimmen eines Kompensationsfaktors basierend auf dem Einlassverteilerdruck und Anwenden des Kompensationsfaktors auf die NO_x-Schätzungen für den stationären und für den Übergangszustand, um eine endgültige NO_x-Schätzung zu erhalten. In einigen Ausführungsformen gewichtet der Kompensationsfaktor die endgültige NO_x-Schätzung mit sinkendem Druck des Einlassverteilers in Richtung der ersten NO_x-Schätzung.
Gemäß einem weiteren Aspekt zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie, enthält ein Verfahren zur Schätzung des NO_x-Gehalts eines Abgases, das von einem Verbrennungsmotor erzeugt wird, das Bestimmen einer NO_x-Schätzung für einen stationären Zustand (NO_x_SS) als Funktion von Motorgeschwindigkeit und Drehmoment. Die NO_x-Schätzung für einen stationären Zustand entspricht dem NO_x-Niveau, das von dem Motor während eines im Wesentlichen stationären Betriebszustands ausgestoßen wird, bei dem die Motorgeschwindigkeit und -leistung im Wesentlichen konstant sind. Das Verfahren enthält auch das Bestimmen einer NO_x-Schätzung für einen Übergangsbetrieb (NO_x_T) als Funktion von Motorgeschwindigkeit und Drehmoment. Die NO_x-Schätzung für einen Übergangsbetrieb entspricht dem NO_x-Niveau, das von dem Motor während eines Übergangsbetriebs ausgegeben wird, bei dem die Motorleistung im Wesentlichen erhöht wird. Das Verfahren enthält ferner das Bestimmen eines geschätzten Einlassverteilerdrucks als Funktion von Motorgeschwindigkeit und Drehmoment. Das Verfahren enthält auch das Abtasten des tatsächlichen Einlassverteilerdrucks und das Bestimmen des Kompensationsfaktors (CF) als Funktion einer Differenz aus dem tatsächlichen und dem geschätzten Einlassverteilerdruck. Gemäß zumindest einem Aspekt der vorliegenden Technologie weist der Kompensationsfaktor einen Wert im Bereich von 0 bis 1 auf, und erhöht sich, wenn sich die Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem geschätzten Einlassverteilerdruck erhöht. Das Verfahren enthält auch das Bestimmen einer endgültigen NO_x-Schätzung NO_x_OUT_EST gemäß der folgenden Formel: NO_x_OUT_EST = (CF·NO_x_T) + ((1 – CF)·NO_x_SS).
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgas-SCR-System.
2 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Bestimmung eines NO_x-Niveaus in einem Motorabgas.
3 ist ein Schema einer beispielhaften Steuerlogik zur Bestimmung eines NO_x-Niveaus in einem Motorabgas.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Verschiedene Beispiele von Ausführungsformen der vorliegenden Technologie werden nachstehend unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen, in denen solche Beispiele von Ausführungsformen gezeigt sind, vollständiger beschrieben. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchweg auf gleiche Elemente. Andere Ausführungsformen der vorliegend beschriebenen Technologie können jedoch in vielen verschiedenen Formen vorliegen und sind nicht gänzlich auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sind diese Ausführungsformen Beispiele, die für die vorliegende Technologie repräsentativ sind. Rechte, die auf dieser Offenbarung basieren, weisen den vollen Umfang auf, der durch die Ansprüche beschrieben ist.
1 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 und eines SCR-Systems 12 zur Reduzierung von NO_x aus dem Motorabgas. Der Motor kann z. B. verwendet werden, um ein Fahrzeug, wie ein (nicht gezeigtes) Straßenfahrzeug anzutreiben. Der Motor 10 kann ein Selbstzündungsmotor, wie z. B. ein Dieselmotor sein. Allgemein gesagt, enthält das SCR-System 12 einen Katalysator 20, eine Reduktionsmittelzufuhr 22, einen Reduktionsmittelinjektor 24, eine elektronische Steuereinheit (ECU) 26 und Sensoren für einen oder mehrere Parameter.
Die ECU 26 steuert die Zufuhr von Reduktionsmittel, wie z. B. Ammoniak aus der Reduktionsmittelzufuhr 22 und durch den Reduktionsmittelinjektor 24 hindurch in das Abgassystem 28 hinein. Die Reduktionsmittelzufur 22 kann (nicht gezeigte) Kanister zur Lagerung von Ammoniak in fester Form enthalten. In den meisten Systemen werden mehrere Kanister verwendet, um eine größere Reichweite zwischen Wiederauffüllungen zu schaffen. Eine (nicht gezeigte) Wärmeummantlung wird typischerweise um den Kanister herum verwendet, um das feste Ammoniak auf eine Sublimationstemperatur zu bringen. Wenn es einmal in Gas umgewandelt wurde, wird das Ammoniak zu dem Reduktionsmittelinjektor 24 geleitet. Das Reduktionsmittelinjektor 24 ist in dem Abgassystem 28 stromaufwärts von dem Katalysator 20 angeordnet. Während das Ammoniak in das Abgassystem 28 injiziert wird, vermischt es sich mit dem Abgas, und dieses Gemisch strömt durch den Katalysator 20 hindurch. Der Katalysator 20 bewirkt eine Reaktion zwischen dem in dem Abgas vorhandenen NO_x und einem NO_x-Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak), um das NO_x in Stickstoff und Wasser umzuwandeln/zu reduzieren, die dann aus dem Auspuffrohrendstück 30 und in die Umwelt durchgeleitet werden. Während das SCR-System 12 im Kontext von festem Ammoniak beschrieben ist, wird man erkennen, dass das SCR-System alternativ ein Reduktionsmittel, wie z. B. reines wasserfreies Ammoniak, wässrige Ammoniaklösung oder Harnstoff verwenden könnte.
Die ECU 26 steuert den Betrieb des SCR-Systems 12, einschließlich des Betriebs des Reduktionsmittelinjektors 24, auf der Basis von mehreren Betriebsparametern. In der beispielhaften Ausführungsform enthalten die Betriebsparameter einen Einlassverteilerdruck (IMP), eine Motorgeschwindigkeit (N) (d. h. eine Drehgeschwindigkeit), eine Motorlast oder ein Drehmoment (TQ) und ein Niveau von NO_x in dem Motorabgas (Engine Out NO_x). Der Einlassverteilerdruck (IMP) kann mittels eines Drucksensors 52 bestimmt werden, der dazu angeordnet ist, den Druck in dem Motoreinlassverteiler zu erfassen und ein Reaktionsausgangssignal zu erzeugen. Die Motorgeschwindigkeit (N) kann unter Verwendung eines Sensors 54 bestimmt werden, um eine Drehzahl des Motors, z. B. der Kurbelwelle in Upm zu erfassen. Die Motorlast (TQ) kann auf der Gaspedalstellung basieren, wie sie z. B. von einem Sensor 58 oder durch Brennstoffeinstellung gemessen wird. Wie detaillierter erklärt, wird das Niveau von NO_x im Motorabgas (Engine Out NO_x) von der ECU basierend auf der Motorgeschwindigkeit (N), Last (TQ) und dem Einlassverteilerdruck (IMP) geschätzt.
Zusätzlich zur Steuerung der Dosierung oder Messung von Ammoniak, kann die ECU 26 auch eine Information, wie z. B. zugeführte Ammoniakmenge, den Kanister, der das Ammoniak zuführt, das Anfangsvolumen des zuführbaren Ammoniaks in dem Kanister und andere solche Daten, die zur Bestimmung der Menge zuführbaren Ammoniaks in jedem Kanister relevant sind, speichern. Die Information kann periodisch oder auf kontinuierlicher Basis überwacht werden. Wenn die ECU 26 bestimmt, dass die Menge zuführbaren Ammoniaks unterhalb eines vorbestimmten Niveaus ist, kann eine (nicht gezeigte) Zustandsanzeigevorrichtung, die mit dem Controller 26 elektronisch verbunden ist, aktiviert sein.
2 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Bestimmung eines NO_x-Niveaus in einem Motorabgas gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technologie. Das Verfahren 200 beginnt im Schritt 202. Die Steuerung geht dann an den Schritt 205 über, wo das beispielhafte Verfahren die Motorgeschwindigkeit (N), die Motorlast (TQ) und den tatsächlichen Einlassverteilerdruck (IMP_ACT), z. B. durch Ablesen der Ausgabe der Sensoren 52, 54, 58 bestimmt.
Die Steuerung geht dann an den Schritt 210 über, wo das Verfahren 200 einen ersten NO_x-Wert oder eine Schätzung (NO_x_SS) als Funktion von Motorgeschwindigkeit (N) und Motorlast (TQ) bestimmt. Die erste NO_x-Schätzung (NOx_SS) entspricht der NO_x-Ausgabe durch den Motor unter einer ersten Motorbetriebsbedingung (und bei einer gegebenen Kombination aus Geschwindigkeit (N) und Last (TQ)). In einigen Ausführungsformen entspricht die erste Betriebsbedingung dem im Wesentlichen „stationären Betriebszustand” des Motors, d. h. bei einer konstanten oder niedrigen Motorgeschwindigkeit. In einigen Ausführungsformen bestimmt das Verfahren 200 die erste NO_x-Schätzung (NO_x_SS), indem auf eine Nachschlagetabelle oder -zuordnung zugegriffen wird, die eine Schätzung des NO_x-Niveaus liefert, das von dem Motor bei der gegebenen Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ) während der ersten Betriebsbedingung (z. B. beim stationären Betriebszustand) erzeugt wird. Die Nachschlagetabelle kann beispielsweise empirisch erzeugt sein, indem der Motor in der ersten Betriebsbedingung betrieben und indem das tatsächliche NO_x-Niveau mittels eines NO_x-Sensors bei verschiedenen Kombinationen aus Motorgeschwindigkeit und Last gemessen wird.
Die Steuerung geht dann an den Schritt 215 über, wo das Verfahren einen zweiten NO_x-Wert oder eine Schätzung (NO_x_T) als Funktion der Motorgeschwindigkeit (N) und Motorlast (TQ) bestimmt. Die zweite NO_x-Schätzung (NO_x_T) entspricht der NO_x-Ausgabe durch den Motor während einer zweiten Betriebsbedingung (und bei einer gegebenen Kombination aus Motorgeschwindigkeit (N) und Motorlast (TQ)). In einigen Ausführungsformen entspricht die zweite Betriebsbedingung einem „Übergangsbetrieb”, bei dem die Motorleistung, z. B. während einer Beschleunigung eines Fahrzeugs, erhöht wird. In einigen Ausführungsformen bestimmt das Verfahren 200 den zweiten NO_x-Wert (No_x_T), indem auf eine Nachschlagetabelle oder -zuordnung zugegriffen wird, die eine Schätzung des NO_x-Niveaus liefert, das von dem Motor bei der gegebenen Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ) während der zweiten Betriebsbedingung (z. B. während eines Übergangsbetriebs) betrieben wird.
Als Nächstes bestimmt das Verfahren 200 im Schritt 220 einen geschätzten Einlassverteilerdruck (IMP_EST) als Funktion der Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ). In der beispielhaften Ausführungsform entspricht der geschätzte Einlassverteilerdruck (IMP_EST) dem Motoreinlassverteilerdruck, wenn der Motor in der ersten Betriebsbedingung (und bei einer gegebenen Kombination aus Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ)) ist. In einigen Ausführungsformen bestimmt das Verfahren einen geschätzten Einlassverteilerdruck (IMP_EST), indem auf eine Nachschlagetabelle oder -zuordnung zugegriffen wird, die eine Schätzung des Einlassverteilerdrucks (IMP) bei einer gegebenen Kombination aus Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ) während der ersten Betriebsbedingung (z. B. während des stationären Betriebs) liefert. Die Nachschlagetabelle kann beispielsweise empirisch erzeugt sein, indem der Motor in dem ersten Modus betrieben und indem der tatsächliche Einlassverteilerdruck, mit einem Sensor bei verschiedenen Kombinationen aus Motorgeschwindigkeit und Last gemessen wird.
Die Steuerung geht dann an den Schritt 225 über, wo das Verfahren 200 eine Druckdifferenz zwischen dem geschätzten Einlassverteilerdruck (IMP_EST) und dem tatsächlichen Einlassverteilerdruck (IMP_ACT) bestimmt. Die Steuerung geht dann an den Schritt 230 über, wo das Verfahren einen Kompensationsfaktor (CF) basierend auf der Druckdifferenz (IMP_Δ) zwischen dem geschätzten und dem tatsächlichen Einlassverteilerdruck bestimmt. Gemäß einigen Ausführungsformen bewegt sich der Kompensationsfaktor (CF) zwischen 0, wenn die Druckdifferenz am ersten Schwellenwert ist, und 1, wenn die Druckdifferenz am zweiten Schwellenwert ist.
Die Steuerung geht dann an den Schritt 235 über, wo das Verfahren 200 das geschätzte NO_x-Niveau bestimmt, das von dem Motor ausgegeben wird (No_x_OUT_EST). In einigen Ausführungsformen wird die NO_x-Ausgabe durch den Motor als Funktion des Kompensationsfaktors und der ersten und zweiten NO_x-Schätzung bestimmt. Gemäß mindestens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie kann die geschätzte Motorausgabe von NO_x(NO_x_OUT_EST) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden. NO_x_OUT_EST = (CF·NO_x_T) + ((1 – CF)·NO_x_SS)
Die geschätzte Motorausgabe von NO_x(NO_x_OUT_EST) kann von der ECU bei der Steuerung des SCR-Systems, einschließlich der Steuerung der Reduktionsmittelmenge, verwendet werden, um die Dosierung des Reduktionsmittels in das Abgassystem 28 zu steuern.
3 ist ein Schema einer beispielhaften Steuerlogik 300 zur Bestimmung eines NO_x-Niveaus in einem Motorabgas gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technologie. Die Steuerlogik enthält einen ersten Block 305, der einen ersten NO_x-Wert (oder eine Schätzung) (NO_x_SS) als Funktion von Motorgeschwindigkeit (N) und Motorlast (TQ) bestimmt. Die erste NO_x-Schätzung (NO_x_SS), die von dem ersten Logikblock 305 ausgegeben wird, entspricht dem NOx-Ausstoß durch den Motor unter einer ersten Betriebsbedingung (und bei einer gegebenen Kombination aus Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ)). In einigen Ausführungsformen entspricht die erste Betriebsbedingung dem im Wesentlichen „stationären” Betrieb des Motors, d. h. bei einer konstanten oder sich langsam ändernden Motorgeschwindigkeit. In zumindest einigen Ausführungsformen bestimmt die Steuerlogik 300 den ersten NO_x-Wert (NO_x_SS), indem auf eine Nachschlagetabelle oder -zuordnung zugegriffen wird, die eine Schätzung des NO_x-Niveaus liefert, das von dem Motor bei der gegebenen Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ) während der ersten Betriebsbedingung (z. B. beim stationären Betriebszustand) erzeugt wird. Die Nachschlagetabelle kann beispielsweise empirisch durch Betreiben des Motors in der ersten Motorbedingung und Messung des tatsächlichen NO_x-Niveaus, d. h. mit einem NO_x-Sensor, bei verschiedenen Kombinationen aus Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ) erzeugt sein.
Die Steuerlogik 300 enthält auch einen zweiten Logikblock 310, der einen zweiten NO_x-Wert (oder eine Schätzung) (NO_x_T) als Funktion der Motorgeschwindigkeit (N) und Motorlast (TQ) bestimmt. Die zweite NO_x-Schätzung (NO_x_T), die von dem zweiten Logikblock 310 ausgegeben wird, entspricht dem NO_x-Ausstoß durch den Motor während einer zweiten Betriebsbedingung (und bei einer gegebenen Kombination aus Motorgeschwindigkeit (N) und Motorlast (TQ)). In zumindest einigen Ausführungsformen entspricht die zweite Betriebsbedingung einem „Übergangsbetrieb”, bei dem die Motorleistung, z. B. während einer Beschleunigung eines Fahrzeugs, erhöht wird. In einigen Ausführungsformen bestimmt die Steuerlogik 300 den zweiten NO_x-Wert (NO_x_T), indem auf eine Nachschlagetabelle oder -zuordnung zugegriffen wird, die eine Schätzung des NO_x-Niveaus liefert, das von dem Motor bei der gegebenen Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ) während der zweiten Betriebsbedingung (z. B. während eines Übergangsbetriebs) erzeugt wird. Die Nachschlagetabelle kann empirisch erzeugt sein, indem der Motor unter der zweiten Bedingung betrieben und indem das tatsächliche NO_x-Niveau, das von einem Motor ausgegeben wird, mit einem Sensor bei verschiedenen Kombinationen aus Motorgeschwindigkeit und Last gemessen wird.
Die Steuerlogik 300 enthält auch einen dritten Logikblock 315, der einen geschätzten Einlassverteilerdruck (IMP_EST) als Funktion der Motorgeschwindigkeit (N) und der Last (TQ) bestimmt. In zumindest einer Ausführungsform entspricht der geschätzte Einlassverteilerdruck (IMP_EST) dem Motoreinlassverteilerdruck, wenn der Motor unter der ersten Betriebsbedingung (und bei einer gegebenen Kombination aus Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ)) betriebenen wird. Gemäß einigen Ausführungsformen entspricht der geschätzte Einlassverteilerdruck (IMP_EST) dem Motoreinlassverteilerdruck, wenn der Motor im stationären Zustand (und bei einer gegebenen Kombination aus Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ)) betriebenen wird. In einigen Ausführungsformen bestimmt die Steuereinheit einen geschätzten Einlassverteilerdruck (IMP_EST), indem auf eine Nachschlagetabelle oder -zuordnung zugegriffen wird, die eine Schätzung des Einlassverteilerdrucks (IMP) bei einer gegebenen Kombination aus Motorgeschwindigkeit (N) und Last (TQ) während der ersten Betriebsbedingung (z. B. während des stationären Betriebs) liefert. Die Nachschlagetabelle kann beispielsweise empirisch erzeugt sein, indem der Motor in der ersten Betriebsbedingung (z. B. im stationären Betriebszustand) betrieben und indem der tatsächliche Einlassverteilerdruck, mit einem Sensor bei verschiedenen Kombinationen aus Motorgeschwindigkeit und Last gemessen wird.
Die Steuerlogik enthält eine Logik 320 zur Berechnung einer Druckdifferenz (IMP_Δ) zwischen dem geschätzten Einlassverteilerdruck (IMP_EST) und dem tatsächlichen Einlassverteilerdruck (IMP_ACT). Ein vierter Logikblock 325 bestimmt einen Kompensationsfaktor (CF) als Funktion der Druckdifferenz (IMP_Δ) zwischen dem geschätzten und dem tatsächlichen Einlassverteilerdruck. Gemäß einigen Ausführungsformen bewegt sich der Kompensationsfaktor (CF) zwischen 0, wenn die Druckdifferenz am ersten Schwellenwert ist, und 1, wenn die Druckdifferenz am zweiten Schwellenwert ist.
Die Steuerlogik enthält auch eine Logik 330 zur Schätzung eines NO_x-Niveaus, das von dem Motor ausgestoßen wird (NO_x-OUT_EST) als Funktion des Kompensationsfaktors (CF), der ersten NO_x-Schätzung (NO_x_SS) und der zweiten NO_x-Schätzung (NO_x_T). Gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie kann die geschätzte Motorausgabe von NO_x(NO_x_OUT_EST) gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden. NO_x-OUT_EST = (CF·NO_x_T) + ((1 – CF)·NO_x_SS)
Während diese Offenbarung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, ist beabsichtigt, dass diese Erfindung jegliche Variationen, Verwendungen oder Anpassungen abdecken soll, die die hierin dargelegten allgemeinen Prinzipien verwenden. Es ist vorgesehen, dass Fachleute verschiedene Modifikationen und Äquivalenzen dazu ersinnen können, ohne von dem Sinn und Umfang der Offenbarung abzuweichen, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt sind. Ferner soll diese Anmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, die innerhalb der bekannten oder gebräuchlichen Praxis auf dem Gebiet liegen, das diese Erfindung betrifft.

Claims

Verfahren zur Schätzung eines NOx-Gehalts eines Abgases, das von einem Verbrennungsmotor erzeugt wird, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen einer ersten NOx-Schätzung, die dem NOx-Niveau entspricht, das von dem Motor während einer ersten Betriebsbedingung ausgestoßen wird; Bestimmen einer zweiten NOx-Schätzung, die dem NOx-Niveau entspricht, das durch den Motor während einer zweiten Betriebsbedingung ausgestoßen wird Bestimmen eines Kompensationsfaktors basierend auf einem Einlassverteilerdruck; Anwenden des Kompensationsfaktors auf die erste und zweite NOx-Schätzung, um eine endgültige NOx-Schätzung zu erhalten.
Verfahren, nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite NOx-Schätzung jede als Funktion von zumindest einer Motorgeschwindigkeit und einem Drehmoment bestimmt sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Betriebsbedingung dem im Wesentlichen stationären Betriebszustand entspricht, bei dem der Motor mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zweite Betriebsbedingung einem Übergangsmotorbetrieb entspricht, bei dem die Motorleistung erhöht wird.
Verfahren, nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens eines Kompensationsfaktors ferner aufweist: Bestimmen eines geschätzten Einlassverteilerdrucks als Funktion von Motorgeschwindigkeit und Drehmoment; Abtasten des tatsächlichen Einlassverteilerdrucks; und Bestimmen des Kompensationsfaktors als Funktion des tatsächlichen und des geschätzten Einlassverteilerdrucks.
Verfahren, nach Anspruch 5, wobei der Kompensationsfaktor als Funktion einer Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem geschätzten Einlassverteilerdruck bestimmt ist.
Verfahren, nach Anspruch 6, wobei der Kompensationsfaktor auch eine Funktion von einem oder mehreren von Auslassverteilerdruck, Massenluftstrom, Turboladerladedruck, Abgasstrom und deren Kombination ist.
Verfahren, nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite NOx-Schätzung bestimmt werden, indem auf Nachschlagetabellen zugegriffen wird.
Verfahren, nach Anspruch 1, wobei der Kompensationsfaktor einen Wert aufweist, der sich zwischen 0 und 1 bewegt und wobei die endgültige NOx-Schätzung gemäß der folgenden Formel bestimmt wird: NOx_OUT_EST = (CF o NOx_T) + ((1 – CF) o NOx_SS) wo CF der Kompensationsfaktor ist, NOx_SS die erste NOx-Schätzung ist und NOx_T die zweite NOx-Schätzung sind.
Verfahren zur Schätzung des NOx-Gehalts eines Abgases, das von einem Verbrennungsmotor erzeugt wird, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen einer NOx-Schätzung für einen stationären Zustand als Funktion von zumindest der Motorgeschwindigkeit und dem Drehmoment, wobei der NOx-Wert für einen stationären Zustand dem NOx-Niveau entspricht, das von dem Motor während eines im Wesentlichen stationären Betriebszustands, bei dem die Motorgeschwindigkeit und -leistung im Wesentlichen konstant sind, ausgestoßen wird; Bestimmen einer Übergangs-NOx-Schätzung als Funktion von zumindest der Motorgeschwindigkeit und dem Drehmoment, wobei die Übergangs-Nox-Schätzung dem NOx-Niveau entspricht, das von dem Motor während eines Übergangsbetriebs, bei dem die Motorleistung erhöht wird, ausgestoßen wird; Bestimmen eines Kompensationsfaktors basierend auf dem Einlassverteilerdruck; Anwenden des Kompensationsfaktors auf die NOx-Schätzungen für den stationären und für den Übergangszustand, um eine endgültige NOx-Schätzung zu erhalten, wobei der Kompensationsfaktor die endgültige NOx-Schätzung mit sinkendem Druck des Einlassverteilers in Richtung der ersten NOx-Schätzung gewichtet.
Verfahren, nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bestimmens eines Kompensationsfaktors ferner aufweist: Bestimmen eines geschätzten Einlassverteilerdrucks als Funktion von Motorgeschwindigkeit und Drehmoment; Abtasten des tatsächlichen Einlassverteilerdrucks; und Bestimmen des Kompensationsfaktors als Funktion der Differenz aus dem tatsächlichen und dem geschätzten Einlassverteilerdruck.
Verfahren, nach Anspruch 11, wobei der Kompensationsfaktor auch eine Funktion von einem oder mehreren von Auslassverteilerdruck, Massenluftstrom, Turboladerladedruck, Abgasstrom und deren Kombination ist.
Verfahren, nach Anspruch 11, wobei der Kompensationsfaktor einen Wert aufweist, der sich zwischen 0 und 1 bewegt und wobei die endgültige NOx-Schätzung gemäß der folgenden Formel bestimmt wird: NOx_OUT_EST = (CF o NOx_T) + ((1 – CF) o NOx_SS) wo CF der Kompensationsfaktor ist, NOx_T die NOx-Schätzung für den Übergangsbetrieb ist und NOx_SS die NOx-Schätzung für den stationären Zustand ist.
Verfahren zur Schätzung des NOx-Gehalts eines Abgases, das durch einen Verbrennungsmotor erzeugt wird, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen einer NOx-Schätzung für einen stationären Zustand (NOx_SS) als Funktion von Motorgeschwindigkeit und Drehmoment, wobei die NOx-Schätzung für einen stationären Zustand dem NOx-Niveau entspricht, das von dem Motor während eines im Wesentlichen stationären Betriebszustands ausgestoßen wird, bei dem die Motorgeschwindigkeit und -leistung im Wesentlichen konstant sind; Bestimmen einer NOx-Schätzung für einen Übergangsbetrieb (NOx_T) als Funktion von Motorgeschwindigkeit und Drehmoment, wobei die NOx-Schätzung für einen Übergangsbetrieb dem NOx-Niveau entspricht, das von dem Motor während eines Übergangsbetriebs ausgestoßen wird, bei dem die Motorleistung im Wesentlichen erhöht wird; Bestimmen eines geschätzten Einlassverteilerdrucks als Funktion von Motorgeschwindigkeit und Drehmoment; Abtasten des tatsächlichen Einlassverteilerdrucks; Bestimmen des Kompensationsfaktors (CF) als Funktion einer Differenz aus dem tatsächlichen und dem geschätzten Einlassverteilerdruck, wobei der Kompensationsfaktor einen Wert im Bereich von 0 bis 1 aufweist, und sich erhöht, wenn sich die Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem geschätzten Einlassverteilerdruck erhöht; Bestimmen einer endgültigen NOx-Schätzung NOx_OUT_EST gemäß der folgenden Formel: NOx_OUT_EST = (CF o NOx_T) + ((1 – CF) o NOx_SS).