DE112014003463T5 - Method and system for controlling an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (101), wobei der Verbrennungsmotor (101) mindestens eine Brennkammer (201) und Elemente (202) zum Zuführen von Kraftstoff zu der Brennkammer (201) umfasst, wobei die Verbrennung in der Brennkammer (201) in Verbrennungszyklen erfolgt. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch: – Bestimmen eines ersten Parameterwerts während eines ersten Verbrennungszyklus und unter Verwendung eines ersten Sensorelements (406), der eine Menge in Bezug auf die Brennkammer (201) darstellt, – unter Verwendung eines ersten Parameterwerts Bestimmen einer ersten Menge an Zusatz zum Zuführen zu der Brennkammer, und – Zuführen der ersten Menge an Zusatz zu der Brennkammer (201). Die Erfindung betrifft auch ein System und ein Fahrzeug.The present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine (101), wherein the internal combustion engine (101) comprises at least one combustion chamber (201) and elements (202) for supplying fuel to the combustion chamber (201), wherein the combustion in the combustion chamber ( 201) takes place in combustion cycles. The method is characterized by: determining a first parameter value during a first combustion cycle and using a first sensor element (406) representing an amount with respect to the combustion chamber (201), using a first parameter value determining a first amount of additive for supplying to the combustion chamber, and - supplying the first amount of additive to the combustion chamber (201). The invention also relates to a system and a vehicle.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, und insbesondere ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein System und ein Fahrzeug sowie ein Computerprogrammprodukt, die das erfindungsgemäße Verfahren realisieren.The present invention relates to internal combustion engines, and more particularly to a method of controlling an internal combustion engine according to the preamble of
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die nachfolgende Beschreibung des Hintergrunds der Erfindung stellt eine Beschreibung des Hintergrunds für die Erfindung dar, und muss daher nicht notwendigerweise den Stand der Technik darstellen.The following description of the background of the invention is a description of the background of the invention, and therefore does not necessarily depict the state of the art.
In Verbindung mit erhöhtem Interesse bei den Regierungen in Bezug auf Verschmutzung und Luftqualität wurden Emissionsnormen und -vorschriften in Bezug auf Emissionen von Verbrennungsmotoren in vielen Gerichtsbarkeiten entworfen.In conjunction with increased concern among governments for pollution and air quality, emissions standards and regulations have been drafted for internal combustion engine emissions in many jurisdictions.
Solche Emissionsvorschriften bestehen oftmals aus Anforderungen, die annehmbare Grenzwerte für Abgasemissionen bei mit Verbrennungsmotoren ausgerüsteten Fahrzeugen definieren. Beispielsweise werden oftmals Niveaus von Stickoxiden (NOx), Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) reguliert. Diese Emissionsvorschriften können auch das Auftreten von Partikeln in Abgasemissionen betreffen.Such emissions regulations often consist of requirements that define acceptable exhaust emission limits for vehicles equipped with internal combustion engines. For example, levels of nitrogen oxides (NO x ), hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) are often regulated. These emission regulations may also concern the occurrence of particulate matter in exhaust emissions.
Im Bemühen, diese Emissionsvorschriften zu erfüllen, werden die durch die Verbrennung von Verbrennungsmotoren verursachten Abgase behandelt (gereinigt). Beispielsweise kann ein sogenannter katalytischer Reinigungsprozess verwendet werden, sodass Abgasbehandlungssysteme in z. B. Fahrzeugen und anderen Fahrzeugen gewöhnlich einen oder mehrere Katalysatoren und/oder andere Komponenten umfassen. Beispielsweise umfassen die Abgasbehandlungssysteme in Fahrzeugen mit Dieselmotoren oftmals Partikelfilter.In an effort to comply with these emission regulations, the exhaust gases caused by the combustion of internal combustion engines are treated (purified). For example, a so-called catalytic purification process can be used, so that exhaust treatment systems in z. As vehicles and other vehicles usually include one or more catalysts and / or other components. For example, the exhaust treatment systems in diesel engine vehicles often include particulate filters.
Katalysatoren von Verbrennungsmotoren können mehrere unterschiedliche Arten umfassen, wobei unterschiedliche Arten für unterschiedliche Kraftstoffe und/oder die Umwandlung unterschiedlicher unerwünschter Substanzen/Verbindungen erforderlich sein können, die in dem Abgasstrom vorkommen. Im Verhältnis mindestens zu Nitrosegasen (Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid), die nachfolgend als Stickoxide NOx bezeichnet werden, umfassen Schwerlastkraftwagen oftmals einen Katalysator, bei dem ein Zusatz dem Abgasstrom zugeführt wird, der aus der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor resultiert, um Stickoxide NOx hauptsächlich zu Stickstoffgas und Wasserdampf zu reduzieren.Catalysts of internal combustion engines may include several different types, and may require different types for different fuels and / or the conversion of different undesirable substances / compounds present in the exhaust gas stream. In proportion to at least nitrous gases (nitrogen monoxide, nitrogen dioxide), hereinafter referred to as nitrogen oxides NO x , heavy trucks often include a catalyst in which an additive is supplied to the exhaust gas stream resulting from combustion in the internal combustion engine to mainly increase nitrogen oxides NO x To reduce nitrogen gas and water vapor.
Diese Reduktion von Emissionen von Stickoxiden von Dieselmotoren wird gewöhnlich durch ein sogenanntes SCR(Selective Catalytic Reduction)-Verfahren ausgeführt. Dieses Verfahren hat zur Folge, dass ein Zusatz, gewöhnlich eine wässrige Lösung, die die Substanz Harnstoff umfasst, in einer geeigneten Dosis dem Abgasstrom stromaufwärts eines SCR-Katalysators zugeführt wird.This reduction of emissions of nitrogen oxides from diesel engines is usually carried out by a so-called SCR (Selective Catalytic Reduction) method. As a result of this process, an additive, usually an aqueous solution comprising the substance urea, is supplied in an appropriate dose to the exhaust gas stream upstream of an SCR catalyst.
Die Funktion des SCR-Katalysators erfordert gewöhnlich Zugang zu Ammoniak (NH3), wobei z. B. bei der Verdampfung von Harnstoff auch Ammoniak ausgebildet wird, sodass Ammoniak nachfolgend mit Stickoxiden in dem Abgasstrom in dem SCR-Katalysator reagiert, was eine Umwandlung in Stickstoffgas und Wasserdampf zum Ergebnis hat.The function of the SCR catalyst usually requires access to ammonia (NH 3 ), where e.g. For example, in the evaporation of urea, ammonia is also formed so that ammonia subsequently reacts with nitrogen oxides in the exhaust gas stream in the SCR catalyst, resulting in conversion into nitrogen gas and water vapor.
Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Steuern eines Verbrennungsmotors. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.An object of the present invention is to provide a method of controlling an internal combustion engine. This object is achieved by a method according to
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor mindestens eine Brennkammer und Elemente zum Zuführen von Kraftstoff zu der Brennkammer umfasst, wobei die Verbrennung in der Brennkammer in Verbrennungszyklen erfolgt. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch:
- – Bestimmen eines ersten Parameterwerts während eines ersten Verbrennungszyklus und unter Verwendung eines ersten Sensorelements, der eine Menge in Bezug auf die Brennkammer darstellt,
- – unter Verwendung des ersten Parameterwerts Bestimmen einer ersten Menge an Zusatz zum Zuführen zu der Brennkammer, und
- – Zuführen der ersten Menge an Zusatz zu der Brennkammer.
- Determining a first parameter value during a first combustion cycle and using a first sensor element representing an amount with respect to the combustion chamber,
- Using the first parameter value, determining a first amount of additive for supplying to the combustion chamber, and
- - supplying the first amount of additive to the combustion chamber.
Der Zusatz kann z. B. aus einem Zusatz für die Reduktion von Stickoxiden bestehen, die aus der Verbrennung in der Brennkammer resultieren. Während der Verbrennung in Verbrennungsmotoren werden insbesondere bei Dieselmotoren unerwünschte Stickstoffoxide NOx mindestens teilweise aufgrund von überschüssigem Sauerstoff erzeugt, was im Allgemeinen bei der Verbrennung in Dieselmotoren angewandt wird. Alternativ kann der Zusatz vorgesehen sein, um eine andere, aus der Verbrennung resultierende Substanz/Verbindung zu reduzieren. Substanzen/Verbindungen werden nachfolgend nur unter Verwendung des Begriffs „Substanz” bezeichnet, der somit dahingehend angesehen wird, dass er chemische Verbindungen, Zusammensetzungen und Substanzen umfasst. The addition can z. B. consist of an additive for the reduction of nitrogen oxides, resulting from the combustion in the combustion chamber. During combustion in internal combustion engines, particularly in diesel engines, undesirable nitrogen oxides NO x are generated at least in part due to excess oxygen, which is generally used in combustion in diesel engines. Alternatively, the additive may be provided to reduce another combustion-resultant substance / compound. Substances / compounds will be referred to hereinafter only by using the term "substance", which is thus considered to include chemical compounds, compositions and substances.
Wie erwähnt, sind aufgrund z. B. von behördlichen Vorschriften oftmals einige Arten von Behandlung des Abgasstroms mit dem Ziel der Reduktion der Menge an Stickoxiden in dem Abgasstrom erforderlich, bevor der Abgasstrom in die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben wird, wobei diese Reduktion von Emissionen durch Einspritzen von Zusätzen in einer geeigneten Dosis in den Abgasstrom stromaufwärts eines SCR-Katalysators ausgeführt werden kann.As mentioned, due z. For example, government regulations often require some types of treatment of the exhaust stream with the aim of reducing the amount of nitrogen oxides in the exhaust stream before exhaust flow into the environment of the vehicle, which reduction of emissions by injecting additives in an appropriate dose can be performed in the exhaust stream upstream of an SCR catalyst.
Der Zusatz verdampft dann beim Kontakt mit den heißen Abgasen, wodurch Ammoniak erzeugt/freigesetzt wird, um nachfolgend Stickoxide in den Abgasen in Stickstoffgas und Wasserdampf in dem SCR-Katalysator zu reduzieren.The additive then vaporizes upon contact with the hot exhaust gases, thereby generating / releasing ammonia to subsequently reduce nitrogen oxides in the exhaust gases into nitrogen gas and water vapor in the SCR catalyst.
Der Zusatz kann mithilfe eines Einspritzsystems zugeführt werden, das eine oder mehrere Düsen zum Einspritzen des Zusatzes in den Abgasstrom umfasst. Mit der korrekten Dosierung an Zusatz kann die Emission von Stickoxiden in großem Umfang reduziert werden.The additive may be supplied by means of an injection system comprising one or more nozzles for injecting the additive into the exhaust stream. With the correct dosage of additive, the emission of nitrogen oxides can be greatly reduced.
Die gewünschte Funktion einer Einspritzung von Zusätzen ist jedoch davon abhängig, dass die Abgase eine genügend hohe Temperatur beibehalten, damit der Zusatz verdampft. Während großer Abschnitte des Betriebsmodus eines Dieselmotors behalten die Abgase gewöhnlich eine genügend hohe Temperatur bei, damit die gewünschte Verdampfung eintritt.However, the desired function of injection of additives is dependent on the exhaust gases maintaining a high enough temperature for the additive to evaporate. During large portions of the operating mode of a diesel engine, the exhaust gases usually maintain a high enough temperature for the desired evaporation to occur.
Es gibt jedoch Situationen, in denen dies nicht garantiert werden kann, und es kann mindestens in einigen Betriebsmodi schwierig sein zu vermeiden, dass ein Teil des eingespritzten Zusatzes, z. B. eine Harnstoff-/wässrige Lösung mit Wandflächen von z. B. einem oder mehreren Abgasrohren, Katalysatoren, Schalldämpfern in einem nicht verdampften Zustand in Berührung kommt. In solchen Situationen können Harnstoff-/harnstoffbasierte Verbindungen an Wandflächen in dem Abgassystem anhaften.However, there are situations where this can not be guaranteed, and it may be difficult, at least in some modes of operation, to avoid having some of the injected additive, e.g. As a urea / aqueous solution with wall surfaces of z. B. one or more exhaust pipes, catalysts, silencers in a non-evaporated state comes into contact. In such situations, urea / urea based compounds may adhere to wall surfaces in the exhaust system.
Wenn die Ausbildung fester Formationen größer als die Verdampfung des ausgebildeten Überzugs ist, wird nach und nach eine Ansammlung von Ablagerungen auftreten unter ungünstigen Bedingungen kann das Ergebnis eine bedeutende Ansammlung von Feststoffen sein. Diese Ansammlungen können so groß werden, dass die Leistung des Verbrennungsmotors beeinträchtigt wird, da der Abgasstrom in dem Abgassystem beeinträchtigt (gedrosselt) wird, wobei im Falle einer großen Ansammlung der Ablagerung der fortgesetzte Betrieb des Motors in Extremfällen vollständig verhindert werden kann. Die Ablagerung kann auch Komponenten in dem Nachbehandlungssystem beschädigen, wenn sich die erzeugten Formationen z. B. in Form von Klumpen von dem Standort lösen, an dem sie ausgebildet wurden, und dann in dem Abgasstrom z. B. zu einem nachfolgenden SCR-Katalysator oder anderen Komponenten mitgeführt werden. Die Ausbildung der Ablagerung kann auch zu einer reduzierten Abgasreinigungsfunktion führen.If the formation of solid formations is greater than the vaporization of the formed coating, accumulation of deposits will progressively occur under unfavorable conditions, the result may be a significant accumulation of solids. These accumulations may become so large that the performance of the internal combustion engine is adversely affected, because the exhaust gas flow in the exhaust system is affected (throttled), and in case of large accumulation of accumulation, the continued operation of the engine can be completely prevented in extreme cases. The deposit can also damage components in the aftertreatment system when the generated formations e.g. B. in the form of lumps from the location where they were formed, and then in the exhaust stream z. B. to a subsequent SCR catalyst or other components are carried. The formation of the deposit can also lead to a reduced exhaust gas purification function.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können solche Probleme mit der Ausbildung von Ablagerungen reduziert werden. Auf ähnliche Weise kann die Notwendigkeit von SCR-Katalysatoren reduziert oder vollständig beseitigt werden. Zusätzlich kann die Verwendung von Zusätzen an die vorherrschenden Anforderungen angepasst werden, sodass eine übertriebene Zufuhr von Zusätzen mit den zugehörigen Kosten reduziert werden kann.According to the present invention, such problems with the formation of deposits can be reduced. Similarly, the need for SCR catalysts can be reduced or eliminated altogether. In addition, the use of additives can be adapted to the prevailing requirements, so that an excessive supply of additives with the associated costs can be reduced.
Gemäß der Erfindung wird der Zusatz direkt in die Brennkammer des Verbrennungsmotors eingespritzt. Dies kann z. B. durch die Verwendung eines in direkter Verbindung mit der Brennkammer angeordneten Einspritzelements erreicht werden, wobei die Einspritzung von Zusatz durchgeführt werden kann nachdem der Einlass zum Zuführen des Verbrennungsgases geschlossen wurde. Die Temperatur in der Brennkammer ist mindestens während der Verbrennung von Kraftstoff wesentlich höher als z. B. in dem SCR-Katalysator, wo der Abgasstrom nachfolgend abgekühlt wird, wenn er durch das Auspuffrohr hindurchgeht, da unter Anderem das Auspuffrohr gewöhnlich durch die Umgebungsluft gekühlt wird. Der SCR-Katalysator ist unter anderem für diese Abkühlung erforderlich, da andernfalls die Reaktionsgeschwindigkeit während der Reduktion von NOx mit der Verwendung des Zusatzes zu niedrig für die Ausführung der gewünschten Reduktion wäre, bevor der Abgasstrom in die Umgebung des Fahrzeugs freigesetzt wird.According to the invention, the additive is injected directly into the combustion chamber of the internal combustion engine. This can be z. Example, be achieved by the use of an arranged in direct connection with the combustion chamber injection element, wherein the injection of additive can be performed after the inlet for supplying the combustion gas was closed. The temperature in the combustion chamber is substantially higher than, for example, at least during the combustion of fuel. In the SCR catalyst, where the exhaust stream is subsequently cooled as it passes through the exhaust pipe, since, among other things, the exhaust pipe is usually cooled by the ambient air. The SCR catalyst is required inter alia for this cooling, otherwise the reaction rate during the reduction of NO x with the use of the additive would be too low for the execution of the desired reduction, before the exhaust gas flow is released into the environment of the vehicle.
In der Brennkammer des Verbrennungsmotors ist die Temperatur andererseits gewöhnlich so hoch, dass die gewünschte Reaktionsgeschwindigkeit ohne einen Katalysator erreicht werden könnte, und durch Einspritzen von Zusatz direkt in die Brennkammer kann eine sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeit bei der Reduktion der resultierenden Stickoxide erhalten werden, da die Abgastemperatur immer noch hoch ist.On the other hand, in the combustion chamber of the internal combustion engine, the temperature is usually so high that the desired reaction rate could be achieved without a catalyst, and by injecting additive directly into the combustion chamber, a very high reaction rate can be obtained in the reduction of the resulting nitrogen oxides, since the exhaust gas temperature still high.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die aus der Verbrennung resultierenden Stickoxide geschätzt, sodass eine geeignete Menge an Zusatz in Abhängigkeit von der geschätzten Menge an resultierenden Stickoxiden eingespritzt werden kann. Die Schätzung kann z. B. während eines Verbrennungszyklus ausgeführt werden, wobei die Menge an eingespritztem Zusatz in nachfolgenden Verbrennungszyklen basierend auf der geschätzten Menge an Stickoxiden gesteuert werden kann.According to a preferred embodiment of the present invention, the nitrogen oxides resulting from the combustion are estimated so that a suitable amount of additive can be injected depending on the estimated amount of resulting nitrogen oxides. The estimate can z. B. may be performed during a combustion cycle, wherein the amount of injected additive in subsequent combustion cycles can be controlled based on the estimated amount of nitrogen oxides.
Wenn die anwendbare Menge an Zusätzen zum Einspritzen bestimmt ist, dann können die bekannten chemischen Verhältnisse während der Reaktion zwischen dem Zusatz und den Stickoxiden angewandt werden, um die anwendbare Menge an Zusatz zum Zuführen zu der Brennkammer zu bestimmen. Bei dieser Bestimmung kann die Temperatur der Brennkammer auch geschätzt werden, z. B. unter Verwendung des ersten Parameterwerts, wobei die Menge an Zusätzen z. B. von der erwarteten Reaktionsgeschwindigkeit abhängig sein kann.If the applicable amount of additives is to be injected, then the known chemical conditions may be applied during the reaction between the additive and the nitrogen oxides to determine the applicable amount of additive for delivery to the combustion chamber. In this determination, the temperature of the combustion chamber can also be estimated, for. B. using the first parameter value, wherein the amount of additives z. B. may be dependent on the expected reaction rate.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Teil des erforderlichen Zusatzes eingerichtet sein, um in die Brennkammer eingespritzt zu werden, während ein anderer Teil auf herkömmliche Weise stromabwärts des Verbrennungsmotors eingespritzt werden kann, wobei ein Teil der Reduktion in der Brennkammer ausgeführt werden kann und ein Teil z. B. in einem SCR-Katalysator ausgeführt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform ist kein in dem Auspuffrohr angeordnetes externes Einspritzelement zum Zuführen von Zusatz erforderlich, doch stattdessen wird Zusatz über die Brennkammer des Verbrennungsmotors zugeführt, um z. B. zu einem Katalysator wie dem SCR-Katalysator transportiert zu werden. Zusätze, die der Brennkammer gemäß dieser Ausführungsform zugeführt werden, können somit teilweise zur Reduktion in der Brennkammer, und teilweise zur Reduktion in einem nachfolgenden Katalysator, oder nur zur Verwendung in einem nachfolgenden Katalysator verwendet werden.According to one embodiment, a part of the required additive may be arranged to be injected into the combustion chamber, while another part may be injected in a conventional manner downstream of the internal combustion engine, wherein a part of the reduction in the combustion chamber may be carried out and a part z. B. can be performed in an SCR catalyst. According to one embodiment, no external injection element arranged in the exhaust pipe is required for supplying additive, but instead additive is supplied via the combustion chamber of the internal combustion engine, in order, for. B. to be transported to a catalyst such as the SCR catalyst. Additives supplied to the combustion chamber according to this embodiment may thus be used partly for reduction in the combustion chamber, and partly for reduction in a subsequent catalyst, or only for use in a subsequent catalyst.
Weiterhin kann die Schätzung der Menge an Stickoxiden, die aus der Verbrennung resultieren, z. B. eingerichtet sein, um an anwendbaren Zeitpunkten ausgeführt zu werden, wie z. B. jedes Mal, wenn eine bedeutende Veränderung der Verbrennung eintritt, z. B. bei einer Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmenge. Beispielsweise kann die Einspritzung während einer oder einer geeigneten Anzahl von Verbrennungszyklen ausgeführt werden, sodass die Einspritzung von Zusatz nachfolgend basierend auf der Schätzung ausgeführt werden kann, z. B. solange die Bedingungen dieselben oder im Wesentlichen dieselben bleiben.Furthermore, the estimation of the amount of nitrogen oxides resulting from the combustion, for. B. be configured to be executed at applicable times, such. B. every time a significant change in combustion occurs, for. B. at a change in the injected amount of fuel. For example, the injection may be performed during one or a suitable number of combustion cycles, such that the injection of additive may be subsequently performed based on the estimate, eg. As long as the conditions remain the same or substantially the same.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Menge resultierender Stickoxide für jeden Verbrennungszyklus und während des ablaufenden Verbrennungszyklus geschätzt, wobei die Zufuhr von Zusätzen während jedem Verbrennungszyklus an die Verbrennung des ablaufenden Verbrennungszyklus während des ablaufenden Verbrennungszyklus angepasst werden kann, und auch während des ablaufenden Verbrennungszyklus eingespritzt werden kann.According to one embodiment, the amount of resulting nitrogen oxides is estimated for each combustion cycle and during the ongoing combustion cycle, wherein the supply of additives during each combustion cycle can be adapted to the combustion of the ongoing combustion cycle during the ongoing combustion cycle, and also injected during the expiring combustion cycle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zufuhr von Zusatz in einem frühen Stadium während des Verbrennungszyklus ausgeführt. Beispielsweise kann die Zufuhr von Zusatz eingerichtet sein, um vollständig oder teilweise ausgeführt zu werden, bevor die Verbrennung von Kraftstoff initiiert oder beendet wird, z. B. vollständig oder teilweise bevor die Kraftstoffeinspritzung initiiert oder beendet wird. Das Einspritzen von Zusatz kann auch eingerichtet sein, um vollständig oder teilweise ausgeführt zu werden, bevor der Maximaldruck und/oder die -temperatur während des Verbrennungszyklus erreicht wurde.According to a preferred embodiment of the present invention, the supply of additive is carried out at an early stage during the combustion cycle. For example, the supply of additive may be arranged to be carried out in whole or in part before the combustion of fuel is initiated or terminated, e.g. B. completely or partially before the fuel injection is initiated or terminated. The injection of additive may also be arranged to be carried out in whole or in part before the maximum pressure and / or temperature has been reached during the combustion cycle.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Zufuhr von Zusätzen ausgeführt oder mindestens initiiert, bevor der Kolben in einem Kolbenmotor den oberen Totpunkt erreicht hat. Gemäß einer Ausführungsform wird die Zufuhr von Zusatz mindestens teilweise ausgeführt, nachdem eines oder mehrere Einlassventile des Verbrennungsmotors zum Einlassen von Verbrennungsgas geschlossen wurden.According to one embodiment, the supply of additives is carried out or at least initiated before the piston has reached top dead center in a piston engine. According to one embodiment, the supply of additive is at least partially carried out after one or more intake valves of the internal combustion engine have been closed for the admission of combustion gas.
Weiterhin kann die Zufuhr von Zusätzen eingerichtet sein, um nur dann ausgeführt zu werden, wenn die Temperatur in der Brennkammer eine anwendbare Bedingung erfüllt. Beispielsweise kann die Zufuhr eingerichtet sein, um nur ausgeführt zu werden, sobald eine bestimmte Temperatur in der Brennkammer erreicht wurde. Weiterhin kann die Zufuhr eingerichtet sein, um nur ausgeführt zu werden, wenn die Temperatur der Brennkammer unter eine anwendbare Temperatur fällt. Wenn die Temperatur der Brennkammer zu hoch ist, kann ein Risiko bestehen, dass der zugeführte Zusatz oxidiert ist, mit der Folge, dass die Menge der bei der Verbrennung erzeugten ersten Substanz, z. B. die Menge an Stickstoffoxiden, größer sein kann, als sie ohne die Zufuhr eines Zusatzes gewesen wäre. Weiterhin können Temperaturgrenzwerte und/oder die Menge an Zusatz zum Zuführen bei der Zufuhr von Zusatz eingerichtet werden, um z. B. von dem vorherrschenden Luft-/Kraftstoffverhältnis abhängig zu sein. Je größer der vorherrschende Luftüberschluss, d. h. je höher der vorherrschende Lambda-Wert, umso mehr sinkt das Risiko der Oxidation des Zusatzes. Somit kann eine höhere Brennkammertemperatur während der Verbrennung mit einem ersten höheren Lambda-Wert im Vergleich zur Verbrennung bei einem zweiten Lambda-Wert zulässig sein, der im Vergleich zu dem ersten Lambda-Wert niedriger ist.Furthermore, the supply of additives may be arranged to be performed only when the temperature in the combustion chamber satisfies an applicable condition. For example, the supply may be arranged to be executed only once a certain temperature is reached in the combustion chamber has been. Furthermore, the supply may be arranged to be executed only when the temperature of the combustion chamber falls below an applicable temperature. If the temperature of the combustion chamber is too high, there may be a risk that the added additive is oxidized, with the result that the amount of the first substance produced during the combustion, for. As the amount of nitrogen oxides, may be greater than it would have been without the supply of an additive. Furthermore, temperature limits and / or the amount of additive for feeding in the supply of additive can be set to z. B. to be dependent on the prevailing air / fuel ratio. The greater the prevailing air lock, ie the higher the prevailing lambda value, the more the risk of oxidation of the additive decreases. Thus, a higher combustor temperature during combustion may be allowable with a first higher lambda value compared to combustion at a second lambda value, which is lower compared to the first lambda value.
Die Zufuhr von Zusatz kann auch eingerichtet sein, um von der vorherrschenden Verbrennungsmotorlast abhängig zu sein, wobei die Zufuhr eingerichtet sein kann, um vor/während der Verbrennung z. B nur bis zu einer bestimmten Verbrennungsmotorlast ausgeführt zu werden, mit dem Ziel, zu vermeiden, dass Zusatz bei zu hohen Temperaturen zugeführt wird. Somit kann die Zufuhr von Zusatz vor der Verbrennung von den niedrigeren Temperaturen profitieren, die im Allgemeinen bei niedrigeren Lasten vorkommen.The supply of additive may also be arranged to be dependent on the prevailing engine load, which supply may be arranged to operate before / during combustion, e.g. B to be performed only up to a certain engine load, with the aim of avoiding that additive is supplied at too high temperatures. Thus, the addition of makeup prior to combustion may benefit from the lower temperatures that generally occur at lower loads.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Auswirkung auf die Zufuhr durch eine erste Menge an Zusatz unabhängig davon, ob diese früh oder spät während des Verbrennungszyklus zugeführt wird, geschätzt werden, bevor die Zufuhr tatsächlich ausgeführt wird, sodass die konzipierte/beabsichtigte Menge an Zusatz zum Zuführen basierend auf der erwarteten Auswirkung korrigiert werden kann, bevor die Zufuhr tatsächlich ausgeführt wird, z. B. in Bezug auf die erzeugte Menge der ersten Substanz.According to one embodiment, the impact on the supply by a first amount of supplement, whether delivered early or late during the combustion cycle, may be estimated before the supply is actually executed such that the designed / intended amount of additive for delivery is based can be corrected to the expected effect before the feed is actually executed, e.g. In relation to the amount of the first substance produced.
Somit kann ein erstes Maß von mindestens einer ersten Substanz geschätzt werden, die aus der Verbrennung während eines ersten Verbrennungszyklus resultiert, sodass eine erste Menge an Zusatz zum Zuführen zu der Brennkammer bestimmt werden kann, und sodass ein zweites Maß der mindestens einen ersten Substanz, das aus der erwarteten resultierenden Menge der ersten Substanz bei der Zufuhr der ersten Menge an Zusätzen geschätzt werden kann, bevor die Zufuhr tatsächlich ausgeführt wird, und sodass die erste Menge an Zusatz zum Zuführen zu der Brennkammer basierend auf dem zweiten Maß korrigiert werden kann.Thus, a first measure of at least one first substance resulting from combustion during a first combustion cycle may be estimated so that a first amount of additive for delivery to the combustion chamber may be determined and a second measure of the at least one first substance can be estimated from the expected resulting amount of the first substance in the supply of the first amount of additives before the supply is actually carried out, and so that the first amount of additive for supplying to the combustion chamber can be corrected based on the second measure.
Weiterhin kann das Maß der mindestens einen ersten Substanz iterativ geschätzt werden, und die erste Menge an Zusätzen kann basierend auf bestimmten Maßen iterativ korrigiert werden, bis ein Maß von mindestens einer ersten Substanz z. B. eine erste Bedingung erfüllt.Furthermore, the measure of the at least one first substance can be estimated iteratively, and the first amount of additives can be iteratively corrected based on certain measures, until a measure of at least one first substance z. B. meets a first condition.
Auf ähnliche Weise kann die erwartete Temperaturentwicklung der Brennkammer geschätzt werden, sodass die Zufuhr an Zusatz basierend auf der erwarteten Temperaturentwicklung gesteuert werden kann.Similarly, the expected temperature evolution of the combustion chamber may be estimated, so that the supply of additive may be controlled based on the expected temperature evolution.
Gemäß einer Ausführungsform wird die erzeugte Menge der ersten Substanz während eines ersten Verbrennungszyklus geschätzt, sodass der Zusatz während eines nachfolgenden zweiten Verbrennungszyklus zugeführt wird, wobei die Zufuhr gemäß dem Vorstehenden vor/während/nach der Verbrennung während des nachfolgenden zweiten Verbrennungszyklus ausgeführt werden kann. Aktuelle Parameter wie z. B. aktuell gemessener Zylinderdruck für einen Verbrennungszyklus, bei dem die Zufuhr ausgeführt wurde, können somit verwendet werden, um die erzeugte Menge der ersten Substanz zu schätzen, und somit die anwendbare Menge für einen nachfolgenden Verbrennungszyklus zu bestimmen, wobei der Zusatz z. B. vor der Verbrennung während des nachfolgenden Verbrennungszyklus zugeführt werden kann. Eine neue Schätzung der erzeugten Menge der Substanz während des nachfolgenden zweiten Verbrennungszyklus kann dann ausgeführt werden, sodass die Menge an Zusätzen erneut basierend auf dieser Schätzung für einen weiteren nachfolgenden dritten Verbrennungszyklus angepasst werden kann, und sodass die Zufuhr von Zusatz somit auf einer Zyklus-Zyklus-Basis gesteuert werden kann. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn das Einspritzen von Zusätzen gemäß dem Vorstehenden früh während des Verbrennungszyklus stattfindet.According to one embodiment, the generated amount of the first substance is estimated during a first combustion cycle so that the additive is supplied during a subsequent second combustion cycle, wherein the supply according to the above may be performed before / during / after the combustion during the subsequent second combustion cycle. Current parameters such. B. currently measured cylinder pressure for a combustion cycle in which the supply has been performed, can thus be used to estimate the generated amount of the first substance, and thus to determine the applicable amount for a subsequent combustion cycle, wherein the additive z. B. can be supplied prior to combustion during the subsequent combustion cycle. A new estimate of the amount of substance produced during the subsequent second combustion cycle may then be made such that the amount of additives can be adjusted again based on this estimate for a further subsequent third combustion cycle, and thus the addition of additive is thus on a cycle cycle Basis can be controlled. This may be particularly advantageous when the injection of additives according to the above takes place early during the combustion cycle.
Gemäß einer Ausführungsform werden Signale von einem NOx-Sensor, der stromabwärts des Verbrennungsmotors angeordnet ist, bei der Bestimmung der anwendbaren Menge an Zusatz zum Zuführen zu der Brennkammer angewandt. In diesem Fall kann z. B. ein unerwünscht hohes NOx-Niveau, das von dem NOx-Sensor angezeigt wird, zu einer Erhöhung der zugeführten Menge an Reduktionsmittel führen.According to an embodiment, signals of a NOx sensor arranged downstream of the internal combustion engine, used in the determination of the applicable amount of additive to supply to the combustor. In this case, z. For example, an undesirably high NO x level indicated by the NO x sensor will result in an increase in the amount of reductant supplied.
Gemäß einer Ausführungsform wird die in der Brennkammer vorherrschende Temperatur ebenfalls geschätzt/verwendet, sodass die Einspritzung von Zusatz z. B. eingerichtet sein kann, um nur ausgeführt zu werden, wenn die Temperatur der Brennkammer eine anwendbare Temperatur überschreitet. Dies hat den Vorteil, dass die Ausbildung unerwünschter Ablagerungen in/stromabwärts der Brennkammer, die durch den Zusatz verursacht sind, in großem Umfang vermieden werden können.According to one embodiment, the prevailing in the combustion chamber temperature is also estimated / used, so that the injection of additive z. B. may be configured to be executed only when the temperature of the combustion chamber exceeds an applicable temperature. This has the Advantage that the formation of unwanted deposits in / downstream of the combustion chamber, which are caused by the addition, can be largely avoided.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung vor der oder gleichzeitig mit der Einspritzung von Zusatz ausgeführt, sodass die Temperatur in der Brennkammer durch die Verwendung der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung erhöht werden kann, um somit erwünschte chemische Reaktionen zu erleichtern.According to one embodiment of the invention, additional fuel injection is performed prior to or concurrently with the injection of additive so that the temperature in the combustion chamber may be increased through the use of the additional fuel injection so as to facilitate desired chemical reactions.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Erfindung mit der Regulierung der Verbrennung des Verbrennungsmotors während eines ablaufenden Verbrennungszyklus kombiniert, wobei die Verbrennung in Richtung eines anwendbaren Kriteriums wie z. B. einem oder mehreren von: resultierenden Stickoxiden, Verbrennungstemperatur, Druckamplitude und/oder Druckveränderungsgeschwindigkeit, Wärmeverlusten, bei der Verbrennung erzeugter Arbeit, reguliert werden kann.According to one embodiment of the invention, the invention is combined with the regulation of the combustion of the internal combustion engine during a running combustion cycle, wherein the combustion in the direction of an applicable criterion such. G., One or more of: resulting nitrogen oxides, combustion temperature, pressure amplitude, and / or rate of pressure change, heat losses, work generated in the combustion, can be regulated.
Das Einspritzen von Zusatz kann auch so eingerichtet sein, dass es einzeln für jeden Zylinder ausgeführt wird, d. h. resultierende Stickoxide können einzeln für jede Brennkammer geschätzt werden, sodass die Einspritzung von Zusatz einzeln für jede Brennkammer angepasst werden kann.The injection of additive may also be arranged to be performed individually for each cylinder, i. H. Resulting nitrogen oxides can be estimated individually for each combustion chamber, so that the injection of additive can be adjusted individually for each combustion chamber.
Die Erfindung erleichtert somit eine Regulierung bzw. Regelung, bei der z. B. Unterschiede zwischen unterschiedlichen Zylindern erkannt, und Stickoxidschwankungen mithilfe der Verwendung individueller Einstellung der eingespritzten Menge an Zusatz für jede Brennkammer ausgeglichen werden können. Es kann auch der Fall sein, dass das Einspritzen unterschiedlicher Mengen an Zusatz in unterschiedliche Brennkammern wünschenswert ist, z. B. um bestimmte Zylinder in Richtung der Erfüllung eines Kriteriums, und andere Zylinder in Richtung eines anderen anwendbaren Kriteriums zu steuern, was ebenfalls gemäß der Erfindung erreicht werden kann. Weiterhin kann nur einer oder können nur einige der Zylinder eingerichtet sein, um gemäß der Erfindung gesteuert zu werden, während die Verbrennung in den verbleibenden Zylindern auf übliche Weise oder andere anwendbare Art ausgeführt werden kann.The invention thus facilitates a regulation or regulation in which z. B. Differences between different cylinders detected, and nitrogen oxide fluctuations by using individual adjustment of the injected amount of additive for each combustion chamber can be compensated. It may also be the case that injecting different amounts of additive into different combustion chambers is desirable, e.g. To control certain cylinders in the direction of meeting a criterion, and other cylinders towards another applicable criterion, which can also be achieved according to the invention. Furthermore, only one or only some of the cylinders may be arranged to be controlled according to the invention, while the combustion in the remaining cylinders may be carried out in a conventional or other applicable manner.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann z. B. mithilfe eines oder mehrerer Prozessoren, eines oder mehrerer feldprogrammierbarer Gate-Array-Schaltkreise (Field-Programmable Gate Array, FPGA) und/oder eines oder mehrerer anwendungsspezifisch-integrierter Schaltkreise (Application-Specific Integrated Circuits, ASIC) realisiert werden.The method according to the present invention may e.g. By using one or more processors, one or more field programmable gate array (FPGA) circuits, and / or one or more application-specific integrated circuits (ASIC).
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie damit zusammenhängende Vorteile werden in der detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, die unten und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.Further features of the present invention, as well as related advantages, are described in the detailed description of the exemplary embodiments shown below and in the accompanying drawings.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen Detailed description of the embodiments
Der Verbrennungsmotor
Eine Abtriebswelle
Das Nachbehandlungssystem ist in
Der Abgasstrom wird nachfolgend über ein Rohr
Der Oxidationskatalysator DOC
In Bezug auf die vorliegende Erfindung kann das Nachbehandlungssystem im Allgemeinen von unterschiedlichen Arten sein, und muss z. B. keinen Partikelfilter
Für den SCR-Katalysator ist somit ein Zusatz zur Reduktion der Konzentration von Stickoxiden in Abgasen erforderlich. Dieser Zusatz ist oftmals harnstoffbasiert und kann z. B. aus dem Produkt AdBlue bestehen, das im Grunde aus Harnstoff besteht, der mit Wasser verdünnt ist.For the SCR catalyst thus an addition to the reduction of the concentration of nitrogen oxides in exhaust gases is required. This addition is often urea-based and can, for. B. consist of the product AdBlue, which consists essentially of urea, which is diluted with water.
Ein Beispiel eines herkömmlichen Systems für die Zufuhr von Zusatz ist in
Das Harnstoffdosierungssystem
Die spezifischeren Funktionen von Harnstoffdosierungssystemen sind im Rahmen des Standes der Technik gut beschrieben, und das genaue Verfahren für die Einspritzung von Zusätzen wird daher hierin nicht weiter detailliert beschrieben. Im Allgemeinen sollte jedoch die Temperatur an der Einspritzstelle/am SCR-Katalysator
Gemäß dem Vorstehenden sind solche Systeme jedoch mit bestimmten Nachteilen verbunden. Wenn z. B. die Temperatur an der Position in dem Nachbehandlungssystem, an der die Zufuhr von Zusatz erfolgt, zu niedrig ist, besteht ein Risiko, dass mit der Einspritzdüse
Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen der in
Die Steuersignale zum Steuern des Öffnens/Schließens der Einspritzelemente
Das in
Mithilfe eines Systems der in
Generell bestehen Steuerungen in modernen Fahrzeugen aus einem Kommunikationsbussystem, das aus einem oder mehreren Kommunikationsbussen zum Verbinden einer Anzahl von elektronischen Steuereinheiten (ECU), wie z. B. den Steuervorrichtungen oder Steuerungen
Aus Vereinfachungsgründen ist in den
Die Funktion der Steuervorrichtung
Die Steuerung ist häufig durch programmierte Anweisungen programmiert. Diese programmierten Anweisungen bestehen normalerweise aus einem Computerprogramm, das bei seiner Ausführung in einem Computer oder einer Steuervorrichtung dazu führt, dass der Computer/die Steuervorrichtung die gewünschte Steueraktion als einen Verfahrensschritt im Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung ausführt.The controller is often programmed by programmed instructions. These programmed instructions usually consist of a computer program which, when executed in a computer or controller, causes the computer / controller to perform the desired control action as a method step in the process according to the present invention.
Das Computerprogramm ist üblicherweise ein Teil eines Computerprogrammprodukts, wobei das Computerprogrammprodukt ein geeignetes Speichermedium
Eine beispielhafte Steuervorrichtung (die Steuervorrichtung
Weiterhin ist die Steuervorrichtung mit Vorrichtungen
Indem wir uns nun dem in
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht somit aus einem Verfahren für die Zufuhr von Zusatz zu der Brennkammer des Verbrennungsmotors
In Schritt
Im Allgemeinen wird die Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkammer in Bezug auf Menge und Art der Zufuhr, d. h. eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzungen, die während des Verbrennungszyklus auszuführen sind, normalerweise im Voraus definiert, z. B. in Abhängigkeit von der Arbeit (Drehmoment), die der Verbrennungsmotor während des Verbrennungszyklus ausführen muss.In general, the supply of fuel to the combustion chamber is related to the amount and type of delivery, i. H. one or more fuel injections to be performed during the combustion cycle, normally defined in advance, e.g. Depending on the work (torque) that the engine must perform during the combustion cycle.
Kraftstoffeinspritzung wird somit normalerweise nach einem Einspritzzeitplan ausgeführt, wobei mehrere Einspritzungen eingerichtet sein können, um während einem und demselben Verbrennungszyklus ausgeführt zu werden. Verbrennung in Verbindung mit diesen Kraftstoffeinspritzungen gibt Anlass zu resultierenden Stickoxiden.Fuel injection is thus normally performed according to an injection schedule, wherein multiple injections may be arranged to be executed during one and the same combustion cycle. Combustion in conjunction with these fuel injections gives rise to resulting nitrogen oxides.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird während des Verbrennungszyklus der vorherrschende Druck in der Brennkammer im Wesentlichen kontinuierlich unter Verwendung des Drucksensors
Der Verbrennungsprozess in einer Brennkammer kann im Allgemeinen mit der Druckveränderung beschrieben werden, zu dem die Verbrennung in der Brennkammer Anlass gibt. Die Druckveränderung während eines Verbrennungszyklus kann durch eine Druckverfolgung dargestellt werden, d. h. eine Darstellung, wie der Druck in der Brennkammer während der Verbrennung variiert.The combustion process in a combustion chamber may generally be described with the pressure change caused by combustion in the combustion chamber. The pressure change during a combustion cycle can be represented by a pressure trace, i. H. a representation of how the pressure in the combustion chamber varies during combustion.
In Schritt
Im Allgemeinen werden Stickoxide NOx hauptsächlich aus drei unterschiedlichen Gründen während eines Verbrennungsprozesses ausgebildet. Der Kraftstoff kann Stickstoff umfassen, und Stickstoff wird während der Verbrennung freigesetzt, und erzeugt mindestens Stickstoffgas N2 und Stickoxide NOx. Diese Art von NOx-Ausbildung kann bei einigen Arten von Verbrennung in Abhängigkeit von der Art des Kraftstoffs einen großen Teil der Gesamtmenge an Stickoxiden NOx ausmachen, die bei der Verbrennung erzeugt werden. Wie nachfolgend erklärt, kann diese Art von NOx-Ausbildung jedoch während normaler Verbrennung z. B. gemäß dem Dieselzyklus unbeachtet bleiben. Eine weitere Quelle von NOx-Ausbildung besteht aus der sogenannten prompten NOx-Ausbildung, doch diese Quelle kann im Allgemeinen unbeachtet bleiben, da die Auswirkung im Verhältnis zu anderen Quellen klein ist. Eine dritte Quelle, die während normaler Verbrennung auch den Hauptgrund für die NOx-Ausbildung während normaler Verbrennung bei hohen Verbrennungstemperaturen darstellt, besteht aus thermischer Ausbildung von NOx, die einen Bereich von 90–95% oder sogar mehr bei der NOx-Ausbildung während des Verbrennungszyklus ausmachen kann.In general, nitrogen oxides NO x are formed mainly for three different reasons during a combustion process. The fuel may include nitrogen, and nitrogen is released during combustion, and generates at least nitrogen gas N 2 and nitrogen oxides NO x . This type of NO x formation , in some types of combustion depending on the type of fuel, may account for a large portion of the total amount of nitrogen oxides NO x generated during combustion. However, as explained below, this type of NO x formation may occur during normal combustion, e.g. B. ignored according to the diesel cycle. Another source of NO x formation is the so-called prompt NO x formation , but this source generally can go unnoticed because the impact is small relative to other sources. A third source, which during normal combustion is also the main cause of NO x formation during normal combustion at high combustion temperatures, consists of NO x thermal formation, which is 90-95% or even greater in NO x formation during the combustion cycle.
Die NOx-Ausbildung ist somit sehr abhängig von der Verbrennungstemperatur, und die Ausbildung des thermischen NOx kann an sich auf eine gut bekannte Art beschrieben werden, z. B. gemäß den drei Hauptreaktionen (der erweiterte Zeldovich-Mechanismus):
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die NOx-Ausbildung unter Verwendung der vorstehenden chemischen Reaktionsformel, Gleichung (1), und unter Verwendung einer Schätzung zusätzlicher Verbrennungsdaten geschätzt. Die Berechnung erfordert auch Wissen über die verfügbare Menge an N2 und Sauerstoff O2 sowie Wissen über den Zugang zu Wasserstoff H. Dieses kann aus der Chemie der Brennkammer erhalten werden, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, und wofür die zugeführte Menge an Kraftstoff und Verbrennungsluft sowie jeder Abgasrückführung bekannt ist, wobei in Kombination mit der Tatsache, dass die Kraftstoffzusammensetzung normalerweise bekannt ist, die Mengen der in Gleichung (1) enthaltenen Substanzen berechnet werden können.According to the present invention, the NO x formation is estimated using the above chemical reaction formula, equation (1), and using an estimate of additional combustion data. The calculation also requires knowledge of the available amount of N 2 and oxygen O 2 as well as knowledge of access to hydrogen H. This can be obtained from the chemistry of the combustor known to those skilled in the art and for what the amount of fuel supplied and combustion air, as well as each exhaust gas recirculation, in combination with the fact that the fuel composition is normally known, the amounts of the substances contained in equation (1) can be calculated.
Außerdem ist eine Schätzung der Temperatur der Verbrennung zum Schätzen der Menge an erzeugten Stickoxiden NOx erforderlich, da die Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur abhängig ist. Auf ähnliche Weise sind Druck und/oder mittlere Temperatur in der Brennkammer erforderlich, um durch die Verbrennungschemie in der Lage zu sein, während der Verbrennung freigesetzten Stickstoff und Sauerstoff zu schätzen.In addition, an estimation of the temperature of combustion for estimating the amount of generated nitrogen oxides NO x is required because the reaction rate depends on the temperature. Similarly, pressure and / or average temperature in the combustion chamber is required to be able to estimate nitrogen and oxygen released during combustion through the combustion chemistry.
Beim Schätzen der Menge an ausgebildeten Stickoxiden NOx ist deshalb Wissen über die Verbrennungstemperatur an sich erforderlich. Die Temperatur ist in dem Teil der Brennkammer höher, in dem die Verbrennung abläuft, und die Brennkammer kann dahingehend angesehen werden, dass sie aus zwei Zonen besteht, wobei die Verbrennung in einer Zone stattfindet, was eine hohe Temperatur in dieser Zone zur Folge hat, während in der anderen Zone keine Verbrennung stattfindet, was eine niedrigere Temperatur zum Ergebnis hat. Insgesamt wird somit in jedem Moment eine mittlere Temperatur in der Brennkammer erhalten, die unter die Verbrennungstemperatur fällt, wo Verbrennung abläuft. Um in der Lage zu sein, eine wünschenswerte Bestimmung der Verbrennungstemperatur auszuführen, ist auch Wissen über die Wärmeabgabe während der Verbrennung erforderlich.In estimating the amount of nitrogen oxides NO x formed , therefore, knowledge about the combustion temperature per se is required. The temperature is higher in the part of the combustion chamber where the combustion takes place, and the combustion chamber can be considered to consist of two zones, the combustion taking place in one zone, resulting in a high temperature in that zone, while in the other zone no combustion takes place, which is a lower temperature for Result has. Overall, an average temperature is thus obtained in the combustion chamber at each moment, which falls below the combustion temperature, where combustion takes place. In order to be able to carry out a desirable determination of the combustion temperature, knowledge about the heat release during combustion is also required.
Diese kann auf unterschiedliche Arten bestimmt werden. Beispielsweise kann die Wärmeabgabe, wie nachfolgend beschrieben, durch Verwendung eines Verbrennungsmodells geschätzt werden. Dies wird in den nachfolgend beschriebenen internationalen Patentanmeldungen beispielhaft dargestellt. In diesen Anmeldungen werden zukünftige Teile einer Verbrennung geschätzt, während gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Drucksignale von dem Drucksensor
Die Wärmeabgabe während der Verbrennung kann ausgedrückt werden als:
p den Druck in der Brennkammer darstellt,
V das Volumen in der Brennkammer darstellt, während
dV die Volumenveränderung der Brennkammer darstellt.
V(φ), d. h. das Volumen der Brennkammer als eine Funktion des Kurbelwinkels kann vorteilhafterweise in dem Speicher des Steuersystems tabellarisch dargestellt werden oder kann auf anwendbare Weise berechnet werden, wobei auch
p represents the pressure in the combustion chamber,
V represents the volume in the combustion chamber while
dV represents the volume change of the combustion chamber.
V (φ), that is, the volume of the combustion chamber as a function of the crank angle may advantageously be tabulated in the memory of the control system or may be calculated in an applicable manner, including
dp die Druckveränderung in der Brennkammer darstellt, die mit dem Drucksensor
dQHT die Wärmeabgabe während der Verbrennung darstellt, die auf eine Art bestimmt werden kann, die im Rahmen der Technologie nach dem Stand der Technik durch z. B. Woschni beschrieben wird. Hierbei kann auch die Schwarzkörperstrahlung in der Brennkammer auf bekannte Art beachtet werden. In der internationalen Patentanmeldung
Gemäß dem vorliegenden Beispiel kann die Wärmeabgabe jedoch gemäß der Gleichung (2) durch Verwendung von Signalen von dem Drucksensor
Die Druckveränderung p als eine Funktion des Kurbelwinkelgrades φ in einem Zylinder (Brennkammer) für einen Verbrennungszyklus kann gemäß dem Vorstehenden durch die Verwendung von Sensorsignalen von dem Drucksensor
Weiterhin stellen n, n + 1 usw. aufeinanderfolgende Zeitpunkte oder Kurbelwinkelpositionen dar.Further, n, n + 1, etc. represent successive timings or crank angle positions.
K = γ wobei somit auch K entsprechend dem bestimmt werden kann, was für γ vorstehend spezifiziert ist.K = γ and thus K can also be determined according to what is specified above for γ.
Durch Verwenden der Gleichung (3) kann die Temperatur für den Teil der Brennkammer, in dem keine Verbrennung stattfindet, bestimmt werden, wobei diese Temperatur jedoch durch die ablaufende Verbrennung durch die Wirkung der Wärmeabgabe auf den Druck beeinflusst wird, was sich in den von dem Drucksensor abgegebenen Signalen widerspiegelt, was wiederum die Temperatur gemäß der Gleichung (3) beeinflusst. Wenn eine Verbrennung stattfindet, dann gibt die Wärmeabgabe Anlass zu einer Temperaturerhöhung in dem/den Teil(en) der Brennkammer, in der/denen die Verbrennung stattfindet. Diese Temperaturerhöhung, die zu der Temperatur hinzugefügt wird, die gemäß der Gleichung (3) bestimmt wird, um die Verbrennungstemperatur zu erhalten, kann basierend auf der folgenden Korrelation berechnet werden:
m besteht aus verbrannter Masse (d. h. Kraftstoff + Luft + AGR, die in der Verbrennung enthalten sind), was auch wie vorstehend erwähnt bestimmt wird, Cp, d. h. spezifische Wärmekapazität, die wie vorstehend beschrieben berechnet werden kann.m is composed of burned mass (ie, fuel + air + EGR contained in the combustion), which is also determined as mentioned above, C p , ie specific heat capacity, which can be calculated as described above.
dT stellt die von der Verbrennung erhaltene Temperaturerhöhung, mit einer gegebenen verbrannten Masse und mit einem gegebenen Cp-Wert, dar.dT represents the temperature increase obtained from the combustion, with a given burned mass and with a given C p value.
Durch Verwenden der Gleichung (4) kann dT und deshalb ΔT bestimmt werden, sodass die durch die Verbrennung an jedem Zeitpunkt/jeder Kurbelwinkelposition erzeugte Erhöhung somit der Temperatur des Teils der Brennkammer hinzugefügt werden kann, in dem keine Verbrennung stattfindet, wie durch die Gleichung (3) bereitgestellt wird, um die Verbrennungstemperatur zu erhalten.By using equation (4), dT and therefore ΔT can be determined so that the increase produced by the combustion at each time point / each crank angle position can thus be added to the temperature of the part of the combustion chamber where no combustion takes place, as represented by the equation ( 3) to obtain the combustion temperature.
Wenn die Verbrennungstemperatur geschätzt wurde, können somit die Konzentrationen und/oder absoluten Mengen hauptsächlich von N2 und O2 unter Verwendung der Verbrennungschemie berechnet werden, sodass später unter Verwendung der Gleichung (1) und ihrer Verbrennungstemperaturabhängigkeit erzeugte Stickoxide NOx dann nachfolgend geschätzt und für den Verbrennungszyklus gesammelt werden können. Die modellierten Stickoxide werden im Grunde erzeugt, bis die maximale Verbrennungstemperatur erreicht wurde, oder während einer bestimmten Zeit danach, was mit der Kurbelwinkelposition φ1 in
Somit kann parallel zu der Schätzung der resultierenden Stickoxide bestimmt werden, ob Tmax für den Verbrennungszyklus erreicht wurde – Schritt
Alternativ kann die Menge eingerichtet sein, die stöchiometrische Menge zu überschreiten, z. B. mit dem Ziel, um eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen. Die Menge kann auch eingerichtet sein, um unter die stöchiometrische Menge zu fallen, z. B. wenn nur eine bestimmte Reduktion in der Brennkammer erforderlich oder erwünscht ist. Eine weitere Reduktion kann wenn und wann benötigt, z. B. unter Verwendung eines SCR-Katalysators erreicht werden, wie vorstehend beschrieben.Alternatively, the amount may be arranged to exceed the stoichiometric amount, e.g. B. with the aim to achieve a high reaction rate. The amount may also be adjusted to fall below the stoichiometric amount, e.g. B. when only a certain reduction in the combustion chamber is required or desired. A further reduction may be needed when and when needed, e.g. B. using an SCR catalyst can be achieved, as described above.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Temperatur der Brennkammer auch verwendet, d. h. die Temperaturverfolgung
Gemäß einer Ausführungsform wird die Menge an resultierendem NOx nachfolgend geschätzt, sodass dann, wenn bestimmt wird, dass dieses sein Maximum erreicht hat und/oder abzusinken beginnt, wie z. B. bei oder nach der Position φ1 in
Der Zusatz wird dann in Schritt
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Einspritzung von Zusätzen nur dann ausgeführt, wenn die mittlere Temperatur der Brennkammer eine anwendbare Temperatur Tlim, z. B. 700–750°C überschreitet. Diese Ausführungsform erfordert gemäß dem Vorstehenden nicht nur Wissen über die Temperatur der Verbrennung, sondern auch über die mittlere Temperatur für die Brennkammer, d. h. die Kurve
Gemäß dem in der Anmeldung dargestellten Verfahren wird eine Schätzung für die zukünftige Zeit ausgeführt, und eine solche Schätzung kann auch bei der vorliegenden Erfindung angewandt werden, um somit durch Schätzung die anwendbare Menge zum Einspritzen vorherzusagen, bevor die erzeugten Stickoxide das Maximalniveau erreicht haben. In diesem Fall kann das in der Anmeldung dargestellte Modell oder ein anderes anwendbares Modell der Verbrennung ebenfalls verwendet werden.According to the method set forth in the application, an estimation is made for the future time, and such an estimate can also be applied to the present invention so as to estimate by estimation the applicable amount for injection before the generated nitrogen oxides have reached the maximum level. In this case, the model represented in the application or another applicable model of combustion may also be used.
Bei einer Ausführungsform wird jedoch die Tatsache verwendet, dass Drucksignale von dem Drucksensor
Somit wird gemäß einer Ausführungsform das Einspritzen nur ausgeführt, wenn die Temperatur die Temperatur Tlim überschreitet, die in
Gemäß einer Ausführungsform kann das in der internationalen Patentanmeldung
Wenn diese Einspritzung spät genug während des Verbrennungszyklus ausgeführt wird, dann trägt die Einspritzung nicht zur NOx-Ausbildung bei, sondern erhöht die Temperatur. Bei der Anwendung einer solchen zusätzlichen Einspritzung kann diese im Voraus so eingerichtet werden, dass sie in einer zuvor festgelegten Größe ist, sie kann jedoch auch so eingerichtet sein, dass sie unter Verwendung einer Schätzung gemäß dem Verfahren bestimmt wird, das in der internationalen Patentanmeldung
Gemäß der bisher beschriebenen Ausführungsform wurde die Schätzung der resultierenden Menge an Stickoxiden während des ablaufenden Verbrennungszyklus ausgeführt, sodass gleichermaßen die Menge an Zusatz basierend auf der geschätzten resultierenden Menge an Stickoxiden zugeführt wird.According to the embodiment described so far, the estimation of the resulting amount of nitrogen oxides has been carried out during the running combustion cycle, so that the amount of additive is likewise supplied based on the estimated resulting amount of nitrogen oxides.
Gemäß einer Ausführungsform werden Stickoxide während eines Verbrennungszyklus geschätzt, wobei basierend auf dieser Schätzung die Einspritzung des Zusatzes auch während einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Verbrennungszyklen ausgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Schätzung seltener ausgeführt werden kann.According to one embodiment, nitrogen oxides are estimated during a combustion cycle, based on this estimate, injection of the additive is also performed during one or more consecutive combustion cycles. This has the advantage that the estimate can be carried out less frequently.
Gemäß einer einfacheren Form der Erfindung wird keine Schätzung von Stickoxiden ausgeführt, sondern es wird Zusatz an dem anwendbaren Zeitpunkt in die Brennkammer eingespritzt, wobei z. B. die eingespritzte Menge stattdessen so eingerichtet sein kann, dass sie von der Menge an Kraftstoff abhängig ist, der der Verbrennung zugeführt wird, oder es kann immer eine Standardmenge angewandt werden, z. B. solange mindestens eine Mindestmenge an Kraftstoff eingespritzt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch eine Schätzung der resultierenden Stickoxide ausgeführt.According to a simpler form of the invention, no estimation of nitrogen oxides is carried out, but it is injected additive at the applicable time in the combustion chamber, wherein z. Instead, for example, the injected amount may be arranged to be dependent on the amount of fuel supplied to the combustion, or a standard amount may always be used, e.g. B. as long as at least a minimum amount of fuel is injected. However, according to a preferred embodiment, an estimation of the resulting nitrogen oxides is carried out.
Weiterhin wurde die Erfindung bisher in Verbindung mit einem Verfahren beschrieben, bei dem die Stickoxidausbildung bis zu dem Zeitpunkt während des Verbrennungszyklus geschätzt wird, bis zu dem angenommen wird, dass Stickoxide ausgebildet wurden. Gemäß dem Vorstehenden wird dies mit der Kurbelwinkelposition φ1 angegeben. Gemäß der gezeigten Ausführungsform hat das Steuersystem somit Kenntnis über das Auftreten der Druckveränderung in der Brennkammer
Weiterhin kann die vorherrschende Temperatur in der Brennkammer
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Einspritzung von Zusatz stattdessen in einem früheren Stadium während des Verbrennungszyklus ausgeführt, z. B. vollständig oder teilweise bevor die Verbrennung initiiert oder beendet wird, wie z. B. vollständig oder teilweise bevor die Kraftstoffeinspritzung initiiert wird. Ein Beispiel von solch einem Verfahren ist in
Gemäß einer Ausführungsform wird der Zusatz stattdessen zugeführt, bevor die Verbrennung initiiert wird, d. h. während der Zeit, die dann beginnt, wenn die Einlassventile bei φIVC geschlossen werden, bis die Verbrennung initiiert ist, d. h. in dem vorliegenden Beispiel in dem Intervall φIVC – φTDC. Beispielsweise kann die Zufuhr von Zusatz eingerichtet sein, um innerhalb eines anwendbaren teilweisen Intervalls des Intervalls φIVC – φTDC, z. B. zwischen der Zeit φB – φC in
Gemäß dem in
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Schätzung der Stickoxide NOx ausgeführt, die während des nachfolgenden Teils des Verbrennungszyklus ausgebildet wurden, sodass Zusatz zugeführt wird, bevor die Verbrennung tatsächlich eintrat, und basierend auf einem geschätzten Ergebnis der Verbrennung. Die Menge an erzeugten Stickoxiden kann gemäß den vorstehenden Gleichungen geschätzt werden, wobei jedoch Wissen über zukünftige Druckveränderungen in der Brennkammer eine Voraussetzung ist, da kein Wissen darüber vorhanden ist. Die Druckveränderung in der Brennkammer kann z. B. gemäß der internationalen Patentanmeldung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das in der Anmeldung beispielhaft dargestellte Verfahren zum Schätzen der erzeugten Menge an Stickoxiden verwendet werden, wobei in der Anmeldung beispielhaft dargestellt wird, wie die Druckveränderung während eines zukünftigen Teils des Verbrennungszyklus geschätzt werden kann, sodass der geschätzte Druck bei den vorstehend beschriebenen Berechnungen verwendet werden kann. Wie in der Anmeldung beschrieben, ist Wissen über die Kraftstoffmenge, die während des Verbrennungszyklus eingespritzt werden wird, und wann die Einspritzung erfolgt, für die Berechnung erforderlich. Dies stellt jedoch gewöhnlich bekannte Daten dar, die auch vorstehend in Verbindung mit der Berechnung der Wärmeabgabe aufgrund der Verbrennung beschrieben wurden, und die somit detaillierter in der internationalen Patentanmeldung
Durch Verwendung des Verfahrens, das in der internationalen Patentanmeldung
Weiterhin wird eine Einspritzung von Zusatz vor der Verbrennung den Verbrennungsprozess an sich beeinflussen. Wie es offensichtlich der Fall ist, hängt dies z. B. davon ab, ob der Brennkammer zusätzlich Substanz zugeführt wird. Außerdem ist der Zusatz normalerweise eine Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit einen relativ großen Bruchteil z. B. an Wasser enthalten kann. Die zugeführte Flüssigkeit verdampft vollständig oder in großem Umfang, wobei Energie bei der Verdampfung verbraucht wird, mit der Folge, dass die Temperatur in der Brennkammer reduziert wird. Zusätzlich tritt der Dissoziationseffekt ein, wenn gasförmige Wassermoleküle jeweils in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden, wobei Energie für die Molekülaufspaltung verbraucht wird. Dies hat wiederum eine Auswirkung auf die Verbrennung, wo eine reduzierte Temperatur dazu führen kann, dass eine kleinere Menge an Stickoxiden erzeugt wird, wobei als Folge davon eine kleinere Menge an Zusatz nur aufgrund dieses Verhältnisses erforderlich ist.Furthermore, injection of additive prior to combustion will affect the combustion process itself. As it is obviously the case, this depends z. B. on whether the combustion chamber is additionally supplied substance. In addition, the additive is normally a liquid, wherein the liquid is a relatively large fraction of z. B. may contain water. The supplied liquid evaporates completely or to a large extent, consuming energy in the evaporation, with the result that the temperature in the combustion chamber is reduced. In addition, the dissociation effect occurs when gaseous water molecules are split into hydrogen and oxygen respectively, consuming energy for molecular splitting. This, in turn, has an effect on combustion, where a reduced temperature may result in a smaller amount of nitrogen oxides being produced, as a result of which a smaller amount of additive is required only because of this ratio.
Somit sollte bei der Berechnung der erwarteten Ausbildung von Stickoxiden NOx die Menge an zugeführten Zusätzen berücksichtigt werden, weshalb die Zusätze auch in die Berechnung mit einbezogen werden sollten. Dies kann wiederum erfordern, dass Iterationen erforderlich sind, um eine Zusatzmenge zum Zuführen zu finden, die der Menge an Stickoxiden entspricht, die bei einer Verbrennung erzeugt wird nachdem er Zusatz zugeführt wurde.Thus, in the calculation of the expected formation of nitrogen oxides NO x, the amount of added additives should be taken into account, which is why the additives should also be included in the calculation. This, in turn, may require that iterations be required to find an amount of feed to be added that corresponds to the amount of nitrogen oxides produced upon combustion after it has been added.
In Bezug auf die Berechnungen beeinflusst der Zusatz die spezifische Wärmekapazität in der Brennkammer und beeinflusst somit Gamma γ in den vorstehenden Gleichungen. Genauer ausgedrückt kann die Auswirkung der Veränderung bei der spezifischen Wärmekapazität durch Berechnen der spezifischen Wärmekapazität jeweils bei einem konstanten Druck CP und bei einem konstanten Volumen CV erhalten werden, wobei die Abgasrückführung AGR auch in der nachfolgenden Berechnung behandelt wird.With respect to the calculations, the additive affects the specific heat capacity in the combustion chamber and thus affects gamma γ in the above equations. More specifically, the effect of the change in the specific heat capacity can be obtained by calculating the specific heat capacity each at a constant pressure C P and at a constant volume C V , and the exhaust gas recirculation EGR is also treated in the following calculation.
Wärmekapazitäten werden für unterschiedliche chemische Substanzen und Elemente in von der NASA ausgegebenen Tabellen tabellarisch dargestellt, und werden in Abhängigkeit von Temperatur interpoliert, wobei die mittlere Temperatur der Brennkammer verwendet wird. Diese Temperatur kann z. B. gemäß der Beschreibung in der internationalen Patentanmeldung
Die spezifische Wärmekapazität für ein konstantes Volumen, CV, kann dann als CV = CP – R berechnet werden, sodass Gamma γ somit berechnet werden kann. Wenn Gamma γ berechnet wurde, kann die erzeugte Menge an Stickoxiden gemäß dem Vorstehenden geschätzt werden. Die Auswirkung des Zusatzes auf Gamma γ ist unten beschrieben.The specific heat capacity for a constant volume, C V , can then be calculated as C V = C P - R, so that gamma γ can thus be calculated. When gamma γ is calculated, the generated amount of nitrogen oxides can be estimated according to the above. The effect of the additive on gamma γ is described below.
Wie erwähnt, kann es auch vorteilhaft sein, während der Berechnung von Gamma γ zu beachten, wenn eine AGR-Rückführung ausgeführt wird, d. h. wenn ein Teil der Abgase von der Verbrennung zu der Einlassseite des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, was eine Auswirkung auf die chemische Zusammensetzung in der Brennkammer hat. Die Steuerung der AGR-Rückführung besteht normalerweise aus ihrer eigenen Regulierung, doch kann es, wie vorstehend beschrieben, vorteilhaft sein, die AGR-Rückführung basierend auf der Menge an zugeführtem Zusatz einzustellen. Wenn AGR-Rückführung angewandt wird, kann z. B. die folgende Korrelation angewandt werden, um spezifische Wärmekapazität bei einem konstanten Druck für AGR-rückgeführtes Gas zu schätzen, wobei a und b die Anzahl jeweils von Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen in dem Kraftstoff ist, der zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, d. h. CaHb und wobei
Eine entsprechende Berechnung der spezifischen Wärmekapazität bei einem konstanten Volumen für reine Luft besteht aus: A corresponding calculation of the specific heat capacity at a constant volume for clean air consists of:
Mit dem Ziel des Erhaltens eines korrekten Gamma-Werts wird die jeweilige Wärmekapazität gemäß der Gleichung (8) gewichtet, wobei EGR% das AGR-Niveau darstellt:
In Bezug auf die Auswirkung des Zusatzes auf die spezifische Wärmekapazität, und somit Gamma γ, kann dies unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt werden: , wobeibekannt und tabellarisch dargestellt sein kann. Alternativ kann cp tillsmedel(T) auf dieselbe Art wie vorstehend für cp EGR beschrieben durch Wissen über die Zusammensetzung des Zusatzes bestimmt werden. Gamma γ kann dann bestimmt werden als: , wobei: With respect to the effect of the additive on specific heat capacity, and thus gamma γ, this can be determined using the following equation: , in which can be known and tabulated. Alternatively, c p tillsmedel (T) can be determined in the same manner as described above for c p EGR by knowledge of the composition of the additive. Gamma γ can then be determined as: , in which:
Durch Verwenden eines berechneten γ, das zum Einspritzen von Zusatz vor der Verbrennung ausgeglichen wurde, die erwarteten erzeugten Stickoxide während der Verbrennung somit gemäß dem Vorstehenden geschätzt werden können, sodass geschlossen werden kann, dass eine kleinere Menge an Zusatz erforderlich ist, sodass eine neue Berechnung für eine kleinere Menge an Zusatz ausgeführt werden kann, usw. Die anwendbare Menge an Zusatz zum Einspritzen vor der Verbrennung kann somit iteriert werden, bis die gewünschte Menge an Zusatz im Verhältnis zu der erwarteten Menge an ausgebildeten Stickoxiden bei den Berechnungen erhalten wird.By using a calculated γ equalized to inject additive before combustion, the expected nitrogen oxides generated during combustion can thus be estimated according to the above, so that it can be concluded that a smaller amount of additive is required, so a new calculation for a smaller amount of additive, etc. The applicable amount of pre-combustion injection additive may thus be iterated until the desired amount of additive is obtained in relation to the expected amount of nitrogen oxides formed in the calculations.
In Verbindung mit der Zufuhr von Zusatz zu der Verbrennung gemäß der vorliegenden Verbindung sollten zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden. Beispielsweise wird normalerweise eine AGR-Rückführung eines Teils der Abgase angewandt, die während der Verbrennung ausgebildet werden. Die AGR-Rückführung weist im Allgemeinen eine positive (reduzierende) Auswirkung auf z. B. die Ausbildung von NOx auf. Die Zufuhr von Zusatz führt zu einer abgeänderten Abgasstromzusammensetzung im Vergleich zu dem Fall, in dem kein Zusatz zugeführt wird. Beispielsweise kann der Zusatz gemäß dem Vorstehenden teilweise aus Wasser bestehen, sodass es wahrscheinlich ist, dass ein größerer Anteil von Wasser als normalerweise vorhanden, in dem resultierenden Abgasstrom, auftritt. Das heißt, dass eine Regulierung der AGR-Rückführung basierend auf der Zufuhr von Zusatz erforderlich sein kann. Es kann beispielsweise für die AGR-Rückführung erforderlich sein, dass sie aufgrund eines relativ höheren Wassergehalts in dem Abgasstrom reduziert wird, was eine bessere Wirkung in Bezug auf die Reduktion von NOx ergibt, jedoch mit einem Risiko, dass ein unerwünscht hoher Wasseranteil in der Brennkammer erhalten werden kann, wenn die AGR-Rückführung im Verhältnis zu dem Wassergehalt zu hoch wird.Additional aspects should be considered in conjunction with the addition of combustion additive according to the present invention. For example, EGR recirculation of a portion of the exhaust gases formed during combustion is normally employed. EGR feedback generally has a positive (reducing) effect on e.g. B. the formation of NO x . The Supply of additive leads to a modified exhaust gas flow composition compared to the case where no additive is supplied. For example, the additive according to the above may be partially made of water, so that it is likely that a greater proportion of water than normally present, in the resulting exhaust gas flow occurs. That is, regulation of EGR feedback may be required based on the addition of supplement. For example, EGR recirculation may be required to be reduced due to a relatively higher water content in the exhaust stream, resulting in a better NO x reduction effect, but at a risk that an undesirably high water content in the exhaust gas will be lost Combustion chamber can be obtained if the EGR feedback in relation to the water content is too high.
Die Steuerung der AGR-Rückführung kann auf jede geeignete Art ausgeführt werden, wobei z. B. die Auswirkung der AGR-Rückführung auf die spezifische Wärmekapazität gemäß dem Vorstehenden berücksichtigt werden kann, und wobei die AGR-Rückführung basierend auf diesen Berechnungen z. B. gesteuert werden kann. Im Allgemeinen ist die AGR-Rückführung langsam (in dem Bereich von Sekunden) im Vergleich zu der ausgeführten Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Berechnungen während des ablaufenden Verbrennungszyklus ausgeführt werden, und wobei Berechnungen z. B. in einer Hundertstelsekunde, einer Tausendstelsekunde oder sogar einer kürzeren Zeit ausgeführt werden können.The control of the EGR feedback can be carried out in any suitable manner, wherein z. For example, the effect of EGR feedback on the specific heat capacity may be taken into account in accordance with the above, and where the EGR feedback is based on these calculations, e.g. B. can be controlled. In general, the EGR recirculation is slow (in the range of seconds) as compared to the executed control according to the present invention, wherein calculations are performed during the running combustion cycle, and calculations such. B. in a hundredth of a second, a thousandth of a second or even a shorter time can be performed.
Weiterhin sollten während der Zufuhr von Zusätzen zu der Brennkammer zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden. Der Druck in einer Brennkammer kann auf relativ hohe Drücke anwachsen, wie z. B. ein Maximaldruck im Bereich von 200–300 bar. Normalerweise wird die Kraftstoffeinspritzung mit wesentlich höherem Druck als dem Brennkammerdruck ausgeführt, z. B. mit 1.500–2.500 bar, sodass Veränderungen bei dem Druck der Brennkammer im Wesentlichen im Verhältnis zu dem hohen Kraftstoffeinspritzdruck vernachlässigbar werden. Das heißt, dass die eingespritzte Menge an Kraftstoff mit guter Genauigkeit bestimmt werden kann. Die Verwendung hoher Drücke ist gewöhnlich jedoch mit hohen Kosten verbunden, weshalb es sehr wünschenswert ist, die Einspritzung von Zusatz bei wesentlich niedrigeren Drücken auszuführen, z. B. bei einem Druck in demselben Größenbereich wie der vorherrschende Brennkammerdruck. Dieses wiederum bedeutet, dass aufgrund des Gegendrucks der Brennkammer für eine bestimmte Öffnungszeit der Einspritzdüse zum Einspritzen von Zusätzen unterschiedliche Mengen für eine und dieselbe Öffnungszeit je nach Abhängigkeit von dem vorherrschenden Kammerdruck zugeführt werden können. Somit kann die Einspritzung des Zusatzes eingerichtet sein, um basierend auf dem vorherrschenden Brennkammerdruck gesteuert zu werden, wobei dies z. B. unter Verwendung des Drucksensors
Somit kann bei vorherrschenden höheren Brennkammerdrücken eine längere Öffnungszeit im Vergleich dazu verwendet werden, wenn der vorherrschende Brennkammerdruck niedriger ist, wobei der Brennkammerdruck offensichtlich von der Kurbelwinkelposition abhängig ist, bei der die Einspritzung von Zusatz erfolgt.Thus, at prevailing higher combustion chamber pressures, a longer opening time may be used compared to when the prevailing combustion chamber pressure is lower, the combustion chamber pressure apparently being dependent on the crank angle position at which the injection of additive occurs.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung eine Lösung, bei der Flüssigkeit, wie z. B. teilweise Wasser enthaltende Flüssigkeit, der Brennkammer des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Diese Flüssigkeitszufuhr kann erfordern, dass bestimmte Schutzaspekte/-maßnahmen in Erwägung gezogen werden müssen. Gemäß dem Vorstehenden kann im Falle der Einspritzung von Zusatz nach der Verbrennung ein niedriger Temperaturgrenzwert beispielhaft dargestellt werden, damit die gewünschte Umwandlung erfolgt. Es kann auch aus anderen Gründen Einschränkungen in Bezug darauf geben, an welchem Punkt während des Verbrennungszyklus die Einspritzung von Zusätzen erfolgen sollte. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, dass der Kolben an seinem Maximum eine bestimmte Anzahl von Kurbelwinkelgraden von seinem oberen Totpunkt positioniert ist, wenn die Einspritzung erfolgt, sodass ein nicht zu großer Teil der Zylinderwand während der Einspritzung freigelegt ist, mit einem Risiko eines Auftreffens auf der Wand, und woraufhin der Ölfilm als Folge weggewaschen wird, wodurch somit ein damit zusammenhängendes Risiko von unerwünschtem Verschleiß auftritt.Furthermore, the present invention comprises a solution in which liquid, such as. B. partially water-containing liquid, the combustion chamber of the internal combustion engine is supplied. This hydration may require that certain protective aspects / measures be considered. According to the above, in the case of injection of additive after combustion, a low temperature limit may be exemplified for the desired conversion to occur. There may also be restrictions for other reasons as to where injection of additives should occur during the combustion cycle. For example, it may be desirable for the piston to be positioned at its maximum a certain number of crank angle degrees from its top dead center when injection occurs so that a not too large portion of the cylinder wall is exposed during injection, with a risk of impacting the cylinder Wall, and whereupon the oil film is washed away as a result, thus causing a concomitant risk of undesirable wear.
Weiterhin kann die Zufuhr von Zusatz z. B. eingerichtet sein, um geschlossen zu werden, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter eine bestimmte Geschwindigkeit fällt oder wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt, oder wenn es aus einem anderen Grund ein Risiko gibt, dass der Verbrennungsmotor bald abgeschaltet wird. In solchen Situationen kann es wünschenswert sein, dass z. B. das Vorkommen von Wasser in dem Verbrennungsmotorsystem reduziert wird, bevor der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, um mit Wasser in Zusammenhang stehende Schäden zu vermeiden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Zufuhr von Zusatz so eingerichtet sein, dass sie abgeschaltet wird, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter eine anwendbare Geschwindigkeit fällt, und wenn die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs unter z. B. Null Grad Celsius fällt, mit dem Ziel, zu vermeiden, dass Wasser in dem System verbleibt, nachdem der Verbrennungsmotor abgeschaltet wurde, was ein Risiko des Einfrierens zur Folge hätte.Furthermore, the supply of additional z. Example, be set to be closed when the speed of the vehicle falls below a certain speed or when the vehicle comes to a standstill, or if for any other reason there is a risk that the engine will soon shut down. In such situations it may be desirable that e.g. For example, the presence of water in the engine system is reduced before the engine is shut down to prevent water-related damage. According to an embodiment of the invention, the supply of additive may be arranged to be switched off when the speed of the vehicle falls below an applicable speed, and when the ambient temperature of the vehicle is below e.g. B. zero degrees Celsius, with the aim of avoiding that water remains in the system after the engine has been switched off, which would result in a risk of freezing.
Weiterhin können die vorstehenden Ausführungsformen mit einem Verfahren kombiniert werden, das die Verbrennung einstellt, wenn der Verbrennungsprozess fortschreitet, wobei die Verbrennung basierend auf einem anwendbaren Kriterium gesteuert wird. In der internationalen Patentanmeldung
Weiterhin kann das Verfahren eingerichtet sein, um unterbrochen zu werden, wenn die Temperatur in der Brennkammer die Maximaltemperatur während der Verbrennung erreicht hat, wenn im Wesentlichen die gesamte Stickoxiderzeugung wahrscheinlich vor diesem Zeitpunkt erfolgt ist, sodass eine nachfolgende Steuerung stattdessen z. B. vollständig gemäß dem ausgewählten Einspritzzeitplan ausgeführt werden kann, oder basierend auf einem anderen anwendbaren Kriterium ausgeführt werden kann.Furthermore, the method may be arranged to be interrupted when the temperature in the combustion chamber has reached the maximum temperature during combustion, when substantially all of the nitrogen oxide production is likely to occur prior to that time, so that subsequent control may instead be accomplished, for example. B. can be performed completely according to the selected injection timing, or can be performed based on another applicable criterion.
Die Erfindung wurde oftmals auf eine Art beispielhaft dargestellt, bei der ein Drucksensor
Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Steuern des Verbrennungsmotors kann auch mit Sensorsignalen von anderen Sensorsystemen kombiniert werden, wobei die Auflösung des Kurbelwinkelniveaus nicht verfügbar ist, wie z. B. ein weiterer Drucktransmitter, NOx-Sensoren, NH3-Sensoren, PM-Sensoren, Sauerstoffsensoren und/oder Temperaturtransmitter usw., deren Eingabesignale z. B. als Eingabeparameter bei der Schätzung z. B. des erwarteten Drucks/der erwarteten Temperatur verwendet werden können, durch vollständige oder teilweise Verwendung computergestützter Modelle anstatt Modellen der oben beschriebenen Art. Beispielsweise können Signale von einem NOx-Sensor, der stromabwärts des Verbrennungsmotors angeordnet ist, für die Bestimmung der anwendbaren Menge an Zusatz zum Zuführen zu der Brennkammer verwendet werden. In diesem Fall kann z. B. ein unerwünscht hohes NOx-Niveau, das von dem NOx-Sensor angezeigt wird, zu einer Erhöhung der zugeführten Menge an Reduktionsmittel führen.The method according to the invention for controlling the internal combustion engine can also be combined with sensor signals from other sensor systems, wherein the resolution of the crank angle level is not available, such. B. another pressure transmitter, NOx sensors, NH3 sensors, PM sensors, oxygen sensors and / or temperature transmitter, etc., whose input signals z. B. as an input parameter in the estimate z. B. the expected pressure / the expected temperature may be used, by complete or partial use of computerized models instead of models of the type described above. For example, signals from a NO x sensor arranged downstream of the internal combustion engine, for determining the applicable amount to be used for addition to the combustion chamber. In this case, z. For example, an undesirably high NO x level indicated by the NO x sensor will result in an increase in the amount of reductant added.
Zusätzlich wurde die vorliegende Erfindung vorstehend im Verhältnis zu Fahrzeugen beispielhaft dargestellt. Die Erfindung ist jedoch auch auf beliebige Fahrzeuge/Prozesse anwendbar, bei denen die Stickoxidsteuerung wie vorstehend beschrieben anwendbar ist, wie z. B. Wasserfahrzeuge oder Luftfahrzeuge mit Verbrennungsprozessen, wie vorstehend beschrieben.In addition, the present invention has been exemplified above in relation to vehicles. However, the invention is also applicable to any vehicles / processes in which the nitrogen oxide control as described above is applicable, such as. As watercraft or aircraft with combustion processes, as described above.
Es sollte außerdem darauf hingewiesen werden, dass das System gemäß verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung (und umgekehrt) geändert werden kann, und die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung beschränkt ist, sondern sich auf alle Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der beiliegenden unabhängigen Patentansprüche bezieht und diese umfasst. Beispielsweise ist die Erfindung auf das Einspritzen von einem beliebigen Zusatz in die Brennkammer des Verbrennungsmotors anwendbar, wobei ein solcher Zusatz zum Reduzieren von Stickoxiden oder von einem oder mehreren anderen Schadstoffen vorgesehen sein kann.It should also be noted that the system may be changed according to various embodiments of the method according to the invention (and vice versa), and the present invention is in no way limited to the above-described embodiments of the method according to the invention, but to all Embodiments and includes within the scope of the appended independent claims. For example, the invention is applicable to the injection of any additive in the combustion chamber of the internal combustion engine, wherein such additive for reducing nitrogen oxides or of one or more other pollutants may be provided.
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