DE202014007675U1

DE202014007675U1 - Verbrennungsmotor

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Publication number: DE202014007675U1
Application number: DE202014007675.8U
Authority: DE
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-09-20
Filing date: 2014-09-20
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2024-09-21

Abstract

Verbrennungsmotor (110) mit einer NOx-Falle für den Magerbetrieb (255) und einem elektronisches Steuergerät (450), das dafür ausgelegt ist, während einer Regenerationsphase der NOx-Falle für den Magerbetrieb (255): – einen Wert eines Luftmassendurchsatzes (501) in einem Einlassrohr (205) des Verbrennungsmotors (110) zu bestimmen, – eine Differenz zwischen dem bestimmten Wert des Luftmassendurchsatzes (501) und einem Sollwert (502) davon zu berechnen, – die berechnete Differenz zu verwenden, um einen Kraftstoffmengenwert (650) zu bestimmen, – den bestimmten Kraftstoffmengenwert (650) mittels einer Nacheinspritzung einzuspritzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, typischerweise einen Dieselmotor, der mit einer NOx-Falle für den Magerbetrieb (lean NOx trap, LNT) versehen ist.
HINTERGRUND
Um den immer strenger werdenden Vorschriften bezüglich der Emissionen gerecht zu werden, ist das Abgassystem der meisten Dieselmotoren mit wenigstens einer Katalysatorvorrichtung ausgestattet, um die Emissionen an Stickoxiden (NOx) zu senken.
Eine Vorrichtung dieses Typs ist eine NOx-Falle für den Magerbetrieb (LNT), die Katalysatoren enthält, welche die im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) binden, wodurch sie in der Vorrichtung aufgefangen werden. Wenn die in der LNT angesammelten NOx einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigen, muss die LNT gereinigt werden, um ihre ursprüngliche Speicherkapazität wiederherzustellen.
Die Reinigung der LNT erfolgt herkömmlicherweise durch eine eigene Regenerationsphase, die gewöhnlich als NOx-Regenerationsphase bezeichnet wird. Während der NOx-Regenerationsphase muss der Motor im Allgemeinen in einem fetten Verbrennungsmodus betrieben werden.
Der fette Verbrennungsmodus kann erzielt werden, indem Kraftstoffeinspritzungen nach dem oberen Totpunkt (OTP) des Kolbenhubs durchgeführt werden, die mit ”Nacheinspritzungen” bezeichnet werden und die es ermöglichen, die Abgastemperatur während der NOx-Regenerationsphasen dem Bedarf entsprechend zu erhöhen.
Die Kraftstoffmenge, die durch diese Nacheinspritzungen eingespritzt wird, wird durch ein elektronisches Steuergerät (ECM) geregelt, das den Verbrennungsmotor steuert, indem der Lambda-Wert im Abgas durch eine Steuerungsstrategie mit geschlossenem Regelkreis geregelt wird. Genauer gesagt legt das ECM einen dem fetten Verbrennungsmodus zugeordneten Lambda-Zielwert fest, misst einen tatsächlichen Lambdawert mit einer Lambdasonde, berechnet einen Fehler zwischen dem Lambda-Zielwert und dem tatsächlichen Lambdawert und verwendet den berechneten Fehler als Eingabe in einen Regler, typischerweise einen Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID-Regler), der den Wert der Kraftstoffmenge für die Nacheinspritzungen berechnet, um den Fehler zu minimieren und den Lambda-Zielwert zu erreichen.
Die zeitliche Reaktion dieser Steuerungsstrategie mit geschlossenem Regelkreis kann jedoch sehr langsam sein, insbesondere bei einem instationären Massendurchsatz der Ansaugluft (z. B. bei Beschleunigungs- oder Abbremsungsphasen des Motors), da die Lambdasonde gewöhnlich nur langsam auf Veränderungen des realen Lambdawerts reagiert.
Daher kann das ECM Nacheinspritzungen befehlen, die durch einen Kraftstoffmengenwert gekennzeichnet sind, der höher oder niedriger als jener ist, der tatsächlich notwendig ist, um den Verbrennungsmotor mit dem gewünschten Lambdawert zu betreiben.
Dieser Nebeneffekt führt gewöhnlich während der Beschleunigungsphasen zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und Überhitzungsproblemen und während der Abbremsungsphasen zu ungenügenden Temperaturen für die Regeneration der LNT.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, in den NOx-Regenerationsphasen den Kraftstoffverbrauch und die Überhitzung zu minimieren, wenn das Fahrzeug beschleunigt, und die es ermöglicht, entsprechende NOx-Regenerationstemperaturen aufrechtzuerhalten, wenn das Fahrzeug abbremst.
Diese und/oder andere Ziele werden durch die Merkmale der Ausführungsformen der Erfindung erreicht, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben werden. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
Eine Ausführungsform der Erfindung schafft einen Verbrennungsmotor, umfassend eine NOx-Falle für den Magerbetrieb und ein elektronisches Steuergerät, das dafür ausgelegt ist, während einer Regenerationsphase der NOx-Falle für den Magerbetrieb:

– einen Wert eines Luftmassendurchsatzes in einem Einlassrohr des Verbrennungsmotors zu bestimmen,
– eine Differenz zwischen dem bestimmten Wert des Luftmassendurchsatzes und einem Sollwert zu berechnen,
– die berechnete Differenz zu verwenden, um einen Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
– den bestimmten Kraftstoffmengenwert mittels einer Nacheinspritzung einzuspritzen.

Tatsächlich wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung der Kraftstoffmengenwert der Nacheinspritzung nicht notwendigerweise nur auf Basis der Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes bestimmt, sondern diese Differenz wird bei einer solchen Berechnung zumindest berücksichtigt.
Ein Effekt dieser Lösung besteht darin, dass während einer Beschleunigungsphase, die stattfindet, während der Motor in einem fetten Modus läuft, um die LNT zu regenerieren, Überhitzung und Kraftstoffverbrauch minimiert werden. Während einer Abbremsungsphase werden hingegen entsprechende Temperaturen zur Regeneration der LNT aufrechterhalten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt, den Sollwert des Luftmassendurchsatzes auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts zu berechnen.
Dieser Aspekt schafft ein einfaches Verfahren zur Berechnung des Sollwerts des Massendurchsatzes und ermöglicht es, den Sollwert auf Basis der aktuellen Motorbetriebsbedingungen anzupassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt, den Wert des Luftmassendurchsatzes zu bestimmen, indem der Luftmassendurchsatzwert gemessen wird.
Dieser Aspekt schafft ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Ermittlung des Luftmassendurchsatzes.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt, den Luftmassendurchsatzwert mittels eines Luftmassenmessers zu messen, der im Einlassrohr angeordnet ist.
Dieser Aspekt der Erfindung schafft ein einfaches Verfahren zur Ermittlung des Luftmassendurchsatzes mit Hilfe eines bereits im Verbrennungsmotor befindlichen Sensors.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt, den Wert des Luftmassendurchsatzes zu bestimmen, indem der Luftmassendurchsatzwert geschätzt wird.
Dieser Aspekt der Erfindung schafft ein alternatives Verfahren zur Durchführung der Erfindung.
Gemäß einem spezifischeren Aspekt der Erfindung ist das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt, zur Bestimmung des Kraftstoffmengenwerts:

– ein Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis zu verwenden, um einen Wert eines ersten Beitrags zum Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
– die berechnete Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes zu verwenden, um einen Wert eines zweiten Beitrags zum Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
– den Wert des ersten Beitrags und den Wert des zweiten Beitrags algebraisch zu addieren.

Dank dieses Verfahrens mit geschlossenem Regelkreises schafft dieser Aspekt der Erfindung eine wirksame und robuste Lösung zur Steuerung des Werts der Kraftstoffmengen, die durch die Nacheinspritzungen einzuspritzen sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird es dem elektronischen Steuergerät durch dieses Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis ermöglicht:
einen Lambdawert des Abgases in einem Abgasrohr des Verbrennungsmotors zu messen,
einen Fehler zwischen dem gemessenen Lambdawert und einem Sollwert zu berechnen,
den berechneten Fehler als Eingabe in einen Regler zu verwenden, der dafür ausgelegt ist, den Wert des ersten Beitrags zu ergeben.
Dieser Aspekt ermöglicht es, die durch die Nacheinspritzungen einzuspritzende Kraftstoffmenge anzupassen, um einen gewünschten Lambdawert im Abgas zu erreichen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt, zur Bestimmung des Kraftsto
ein Verfahren mit offenem Regelkreis zu verwenden, um einen Wert eines dritten Beitrags zum Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
den Wert des dritten Beitrags zur algebraischen Addition der Werte des ersten und zweiten Beitrags (510A) algebraisch zu addieren.
Dieser Aspekt ermöglicht es, die Zuverlässigkeit der Strategie zu verbessern und den Kraftstoffmengenwert auf eine sehr einfache Weise zu berechnen, wobei nur geringfügige Änderungen gegenüber den im Stand der Technik bereits gebräuchlichen Verfahren vorgenommen werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das elektronisches Steuergerät dafür ausgelegt, bei der Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags einen Basiswert des zweiten Beitrags zu berechnen, und zwar auf Basis der folgenden Parameter: der Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes, eines Lambda-Sollwerts, eines Kraftstoffdichtewerts und eines Werts eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
Dieser Aspekt ermöglicht es, den zweiten Beitrag mit nur sehr wenigen Parametern zu bestimmen, von denen viele dem ECM bereits zur Verfügung stehen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt, den Basiswert des zweiten Beitrags mit folgender Gleichung zu berechnen:
wobei:

– AirLack_Crtn_Unfiltd der Basiswert des zweiten Beitrags ist;
– AirMass_Error die berechnete Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes ist;
– C der Wert eines numerischen Koeffizienten ist;
– λ_des der Lambda-Sollwert ist;
– LSt der Wert des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist;
– FuelDensity der Wert der Kraftstoffdichte ist.

Dieser Aspekt ermöglicht es, den zweiten Beitrag auf sehr präzise und effektive Weise zu berechnen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das elektronisches Steuergerät dafür ausgelegt, bei der Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags den Basiswert mit einem Tiefpassfilter zu filtern, wodurch ein gefilterter Basiswert des zweiten Beitrags erzielt wird.
Dieser Aspekt hat den Effekt, dass extrem rasche Veränderungen des Kraftstoffmengenwerts vermieden werden, was die Reaktion des Verbrennungsmotors auf Beschleunigungen und Abbremsungen linearer macht, wodurch der Fahrkomfort verbessert wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das elektronisches Steuergerät dafür ausgelegt, bei der Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags:

– einen zulässigen Höchstwert des zweiten Beitrags zu bestimmen,
– einen zulässigen Mindestwert des zweiten Beitrags zu bestimmen,
– den gefilterten Basiswert des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags anzunehmen, wenn der gefilterte Basiswert zwischen dem zulässigen Höchstwert und dem zulässigen Mindestwert liegt,
– den zulässigen Höchstwert des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags anzunehmen, wenn der gefilterte Basiswert größer als der zulässige Höchstwert ist,
– den zulässigen Mindestwert des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags anzunehmen, wenn der gefilterte Basiswert kleiner als der zulässige Mindestwert ist.

Dieser Aspekt hat den Effekt, dass eine Überhitzung des LNT-Filters vermieden wird, wenn der Motor unter harten Bedingungen arbeitet, und dass die Regeneration mit korrekten Temperaturen weiterläuft, auch wenn der Motor mit niedriger Geschwindigkeit läuft.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, den zulässigen Höchstwert des zweiten Beitrags auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts zu bestimmen, und/oder es kann dafür ausgelegt sein, den zulässigen Mindestwert des zweiten Beitrags auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts zu bestimmen.
Ein Effekt dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, dass es möglich wird, den gefilterten Basiswert mit Parametern einzugrenzen, die von den laufenden Betriebsbedingungen des Motors abhängen.
Beispielsweise kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, den Höchstwert des zweiten Beitrags auf Basis eines Kennfelds zu bestimmen, das die Motordrehzahl- und Motordrehmomentwerte mit entsprechenden Höchstwerten des zweiten Beitrags in Beziehung setzt. Ebenso kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, den Mindestwert des zweiten Beitrags auf Basis eines Kennfelds zu bestimmen, das die Motordrehzahl- und Motordrehmomentwerte mit entsprechenden Höchstwerten des zweiten Beitrags in Beziehung setzt.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung schafft ein Kraftfahrzeugsystem, das einen Verbrennungsmotor nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst.
Ein Effekt dieser Ausführungsform besteht darin, dass sie ein Kraftfahrzeugsystem schafft, das während der NOx-Regenerationsphasen den Kraftstoffverbrauch und die Überhitzung minimiert, wenn das Fahrzeug beschleunigt, und das entsprechende NOx-Regenerationstemperaturen aufrechterhält, wenn das Fahrzeug abbremst.
Eine Ausführungsform der Erfindung schafft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, der mit einer NOx-Falle für den Magerbetrieb ausgestattet ist, wobei das Verfahren während einer Regenerationsphase der NOx-Falle für den Magerbetrieb die folgenden Schritte umfasst:

– Bestimmen eines Werts eines Luftmassendurchsatzes in einem Einlassrohr des Verbrennungsmotors,
– Berechnen einer Differenz zwischen dem bestimmten Wert des Luftmassendurchsatzes und eines Sollwerts davon,
– Verwenden der berechneten Differenz zur Bestimmung eines Kraftstoffmengenwerts,
– Einspritzen der bestimmten Kraftstoffmenge mittels einer Nacheinspritzung.

Ein Effekt dieser Ausführungsform besteht darin, dass während einer Beschleunigungsphase, die stattfindet, während der Motor in einem fetten Modus läuft, um die LNT zu regenerieren, Überhitzung und Kraftstoffverbrauch minimiert werden. Während einer Abbremsungsphase werden hingegen entsprechende Temperaturen zur Regeneration der LNT aufrechterhalten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erfolgt die Berechnung des Sollwerts des Luftmassendurchsatzes auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts.
Ein Effekt dieses Aspekts besteht darin, dass ein einfaches Verfahren geschaffen wird, mit dem der Sollwert des Massendurchsatzes berechnet und dieser Sollwert auf Basis der aktuellen Motorbetriebsbedingungen angepasst werden kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Wert des Luftmassendurchsatzes bestimmt, indem der Luftmassendurchsatzwert gemessen wird.
Dieser Aspekt schafft ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Ermittlung des Luftmassendurchsatzes.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Wert des Luftmassendurchsatzes mittels eines Luftmassenmessers gemessen, der im Einlassrohr angeordnet ist.
Dieser Aspekt der Erfindung schafft ein einfaches Verfahren zur Ermittlung des Luftmassendurchsatzes mit Hilfe eines bereits im Verbrennungsmotor befindlichen Sensors.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Wert des Luftmassendurchsatzes bestimmt, indem der Luftmassendurchsatzwert geschätzt wird.
Dieser Aspekt der Erfindung schafft ein alternatives Verfahren zur Durchführung der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Bestimmung des Kraftstoffmengenwerts die folgenden Schritte:

– Verwenden eines Verfahrens mit geschlossenem Regelkreis, um einen Wert eines ersten Beitrags zum Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
– Verwenden der berechneten Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes, um einen Wert eines zweiten Beitrags zum Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
– algebraisches Addieren des Werts des ersten Beitrags und des Werts des zweiten Beitrags.

Dank dieses Verfahrens mit geschlossenem Regelkreises schafft dieser Aspekt der Erfindung eine wirksame und robuste Lösung zur Steuerung des Werts der Kraftstoffmenge, die durch die Nacheinspritzungen einzuspritzen ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis die folgenden Schritte:
Messen eines Lambdawerts des Abgases in einem Abgasrohr des Verbrennungsmotors,
Berechnen eines Fehler zwischen dem gemessenen Lambdawert und einem Sollwert,
Verwenden des berechneten Fehlers als Eingabe in einen Regler, der dafür ausgelegt ist, den Wert des ersten Beitrags zu ergeben.
Dieser Aspekt ermöglicht es, die durch die Nacheinspritzungen einzuspritzende Kraftstoffmenge anzupassen, um einen gewünschten Lambdawert im Abgas zu erreichen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Bestimmung des Kraftstoffmengenwerts die folgenden Schritte:
Verwenden eines Steuerungsverfahren mit offenem Regelkreis, um einen Wert eines dritten Beitrags zum Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
algebraisches Addieren des Werts des dritten Beitrags zur algebraischen Addition der Werte des ersten und zweiten Beitrags (510A).
Dieser Aspekt ermöglicht es, die Zuverlässigkeit der Strategie zu verbessern und den Kraftstoffmengenwert auf eine sehr einfache Weise zu berechnen, wobei nur geringfügige Änderungen gegenüber den im Stand der Technik bereits gebräuchlichen Verfahren vorgenommen werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung erfolgt die Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags, indem ein Basiswert des zweiten Beitrags verwendet wird, der auf Basis der folgenden Parameter berechnet wurde: Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes, Lambda-Sollwert, Kraftstoffdichtewert und Wert eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
Dieser Aspekt ermöglicht es, den zweiten Beitrag mit nur sehr wenigen Parametern zu bestimmen, von denen viele dem ECM bereits zur Verfügung stehen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Berechnens des Basiswerts des zweiten Beitrags mit folgender Gleichung:
wobei:

Dieser Aspekt ermöglicht es, den zweiten Beitrag auf sehr präzise und effektive Weise zu berechnen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags den Schritt des Filterns des Basiswerts mit einem Tiefpassfilter, wodurch ein gefilterter Basiswert des zweiten Beitrags erzielt wird.
Dieser Aspekt hat den Effekt, dass extrem rasche Veränderungen des Kraftstoffmengenwerts vermieden werden, was die Reaktion des Verbrennungsmotors auf Beschleunigungen und Abbremsungen linearer macht, wodurch der Fahrkomfort verbessert wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags die folgenden Schritte:

– Bestimmen eines zulässigen Höchstwerts des zweiten Beitrags,
– Bestimmen eines zulässigen Mindestwerts des zweiten Beitrags,
– Annehmen des gefilterten Basiswerts des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags, wenn der gefilterte Basiswert zwischen dem zulässigen Höchstwert und dem zulässigen Mindestwert liegt,
– Annehmen des zulässigen Höchstwerts des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags, wenn der gefilterte Basiswert größer als der zulässige Höchstwert ist,
– Annehmen des zulässigen Mindestwerts des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags, wenn der gefilterte Basiswert kleiner als der zulässige Mindestwert ist.

Dieser Aspekt hat den Effekt, dass eine Überhitzung des LNT-Filters vermieden wird, wenn der Motor unter harten Bedingungen arbeitet, und dass die Regeneration mit korrekten Temperaturen weiterläuft, auch wenn der Motor mit niedriger Geschwindigkeit läuft.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird der zulässige Höchstwert des zweiten Beitrags auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts bestimmt, und der zulässigen Mindestwert des zweiten Beitrags wird auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts bestimmt.
Ein Effekt dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, dass es möglich wird, den gefilterten Basiswert mit Parametern einzugrenzen, die von den laufenden Betriebsbedingungen des Motors abhängen.
Eine Ausführungsform der Erfindung schafft einen Verbrennungsmotor mit einer NOx-Falle für den Magerbetrieb, wobei er für die Regenerationsphase der NOx-Falle für den Magerbetrieb Folgendes umfasst:

– Mittel zum Bestimmen eines Werts eines Luftmassendurchsatzes in einem Einlassrohr des Verbrennungsmotors,
– Mittel zum Berechnen einer Differenz zwischen dem bestimmten Wert des Luftmassendurchsatzes und eines Sollwert davon,
– Mittel zum Verwenden der berechneten Differenz, um einen Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
– Mittel zum Einspritzen des bestimmten Kraftstoffmengenwerts mittels einer Nacheinspritzung.

Ein Effekt dieser Ausführungsform besteht darin, dass während einer Beschleunigungsphase, die stattfindet, während der Motor in einem fetten Modus läuft, um die LNT zu regenerieren, Überhitzung und Kraftstoffverbrauch minimiert werden. Während einer Abbremsungsphase werden hingegen entsprechende Temperaturen zur Regeneration der LNT aufrechterhalten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor Mittel zum Berechnen des Sollwerts des Luftmassendurchsatzes auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts.
Ein Effekt dieses Aspekts besteht darin, dass ein einfaches Verfahren geschaffen wird, mit dem der Sollwert des Massendurchsatzes berechnet und dieser Sollwert auf Basis der aktuellen Motorbetriebsbedingungen angepasst werden kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor Mittel zum Bestimmen des Luftmassendurchsatzes durch Messen des Luftmassendurchsatzwerts.
Dieser Aspekt schafft ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Ermittlung des Luftmassendurchsatzes.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor einen im Einlassrohr angeordneten Luftmassenmesser zum Messen des Wert des Luftmassendurchsatzes.
Dieser Aspekt der Erfindung schafft ein einfaches Verfahren zur Ermittlung des Luftmassendurchsatzes mit Hilfe eines bereits im Verbrennungsmotor befindlichen Sensors.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor Mittel zum Bestimmen des Werts des Luftmassendurchsatzes durch Schätzen des Luftmassendurchsatzwerts.
Dieser Aspekt der Erfindung schafft ein alternatives Verfahren zur Durchführung der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor zur Bestimmung des Kraftstoffmengenwerts:

– Mittel zum Verwenden eines Verfahrens mit geschlossenem Regelkreis, um einen Wert eines ersten Beitrags zum Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
– Mittel zum Verwenden der berechneten Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes, um einen Wert eines zweiten Beitrags zum Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
– Mittel zum algebraisches Addieren des Werts des ersten Beitrags und des Werts des zweiten Beitrags.

Dank dieses Verfahrens mit geschlossenem Regelkreises schafft dieser Aspekt der Erfindung eine wirksame und robuste Lösung zur Steuerung des Werts der Kraftstoffmenge, die durch die Nacheinspritzungen einzuspritzen ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor zur Ausführung des Steuerungsverfahrens mit geschlossenem Regelkreis:
Mittel zum Messen eines Lambdawerts des Abgases in einem Abgasrohr des Verbrennungsmotors,
Mittel zum Berechnen eines Fehler zwischen dem gemessenen Lambdawert und einem Sollwert davon,
Mittel zum Verwenden des berechneten Fehler als Eingabe in einen Regler, der dafür ausgelegt ist, den Wert des ersten Beitrags zu ergeben.
Dieser Aspekt ermöglicht es, die durch die Nacheinspritzungen einzuspritzende Kraftstoffmenge anzupassen, um einen gewünschten Lambdawert im Abgas zu erreichen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor, zur Bestimmung des Kraftstoffmengenwerts:
Mittel zum Verwenden eines Steuerungsverfahrens mit offenem Regelkreis, um einen Wert eines dritten Beitrags zum Kraftstoffmengenwert zu bestimmen,
Mittel zum algebraisches Addieren des Werts des dritten Beitrags zur algebraischen Addition der Werte des ersten und zweiten Beitrags.
Dieser Aspekt ermöglicht es, die Zuverlässigkeit der Strategie zu verbessern und den Kraftstoffmengenwert auf eine sehr einfache Weise zu berechnen, wobei nur geringfügige Änderungen gegenüber den im Stand der Technik bereits gebräuchlichen Verfahren vorgenommen werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor zur Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags Mittel zum Berechnen eines Basiswerts des zweiten Beitrags auf Basis der folgenden Parameter: Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes, Lambda-Sollwert, Kraftstoffdichtewert und Wert eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
Dieser Aspekt ermöglicht es, den zweiten Beitrag mit nur sehr wenigen Parametern zu bestimmen, von denen viele dem ECM bereits zur Verfügung stehen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor Mittel zum Berechnen des Basiswerts des zweiten Beitrags mit folgender Gleichung:
wobei:

AirLack_Crtn_Unfiltd: der Basiswert des zweiten Beitrags ist;
AirMass_Error: die berechnete Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes ist;
C: der Wert eines numerischen Koeffizienten ist;
λ_des: der Lambda-Sollwert ist;
LSt: der Wert des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist;
FuelDensity: der Wert der Kraftstoffdichte ist.

Dieser Aspekt ermöglicht es, den zweiten Beitrag auf sehr präzise und effektive Weise zu berechnen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor zur Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags Mittel zum Filtern des Basiswerts mit einem Tiefpassfilter, wodurch ein gefilterter Basiswert des zweiten Beitrags erzielt wird.
Dieser Aspekt hat den Effekt, dass extrem rasche Veränderungen des Kraftstoffmengenwerts vermieden werden, was die Reaktion des Verbrennungsmotors auf Beschleunigungen und Abbremsungen linearer macht, wodurch der Fahrkomfort verbessert wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor zur Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags:

– Mittel zum Bestimmen eines zulässigen Höchstwerts des zweiten Beitrags,
– Mittel zum Bestimmen eines zulässigen Mindestwerts des zweiten Beitrags,
– Mittel zum Annehmen des gefilterten Basiswerts des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags, wenn der gefilterte Basiswert zwischen dem zulässigen Höchstwert und dem zulässigen Mindestwert liegt,
– Mittel zum Annehmen des zulässigen Höchstwerts des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags, wenn der gefilterte Basiswert größer als der zulässige Höchstwert ist,
– Mittel zum Annehmen des zulässigen Mindestwerts des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags, wenn der gefilterte Basiswert kleiner als der zulässige Mindestwert ist.

Dieser Aspekt hat den Effekt, dass eine Überhitzung des LNT-Filters vermieden wird, wenn der Motor unter harten Bedingungen arbeitet, und dass die Regeneration mit korrekten Temperaturen weiterläuft, auch wenn der Motor mit niedriger Geschwindigkeit läuft.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Verbrennungsmotor Mittel zum Bestimmen des zulässigen Höchstwerts des zweiten Beitrags auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts sowie Mittel zum Bestimmen des zulässigen Mindestwerts des zweiten Beitrags auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts.
Ein Effekt dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, dass es möglich wird, den gefilterten Basiswert mit Parametern einzugrenzen, die von den laufenden Betriebsbedingungen des Motors abhängen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun sollen bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
1 zeigt ein Kraftfahrzeugsystem.
2 ist ein Querschnitt eines zu dem Kraftfahrzeugsystem von 1 gehörenden Verbrennungsmotors.
3 ist eine schematische Darstellung einiger Elemente des Kraftfahrzeugsystems von 1.
4 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Logikschritte zum Betrieb des Verbrennungsmotors in einem LNT Regenerationsmodus darstellt.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Logikschritte eines im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendeten Steuerungsverfahrens im Einzelnen darstellt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen können ein Kraftfahrzeugsystem 100 beinhalten, das in den 1 und 2 gezeigt ist und das einen Verbrennungsmotor (ICE) 110 mit einem Motorblock 120 besitzt, der mindestens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 definiert, wobei der Kolben 140 eine Kopplung aufweist, mit der die Kurbelwelle 145 gedreht wird. Ein Zylinderkopf 130 arbeitet mit dem Kolben 140 zusammen, um einen Verbrennungsraum 150 zu definieren. Ein Luft-Kraftstoffgemisch (nicht gezeigt) wird in den Verbrennungsraum 150 eingebracht und entzündet, was zu heißen expandierenden Verbrennungsgasen führt, die zu einer Hin- und Herbewegung des Kolbens 140 führen. Der Kraftstoff wird von mindestens einem Kraftstoffinjektor 160 zur Verfügung gestellt und die Luft durch mindestens einen Einlass 210. Der Kraftstoff wird unter hohem Druck von einem Kraftstoffrohr 170, das fluidzuleitend mit einer Hochdruckpumpe 180, die den Druck des von einer Kraftstoffquelle 190 kommenden Kraftstoffs erhöht, verbunden ist, zum Kraftstoffinjektor 160 geführt. Jeder der Zylinder 125 hat mindestens zwei Ventile 215, die von einer Nockenwelle 135 betrieben werden, die sich zeitgleich mit der Kurbelwelle 145 dreht. Die Ventile 215 lassen selektiv Luft vom Einlass 210 in die Verbrennungskammer 150 und erlauben alternierend den Auslass der Abgase durch den Auslass 220. In einigen Beispielen wird ein Nockenwellenverstellsystem 155 genutzt, um selektiv die zeitliche Abfolge zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 zu verändern.
Die Luft kann den Lufteinlässen 210 über einen Einlasskrümmer 200 zugeführt werden. Eine Lufteinlassleitung 205 führt dem Einlasskrümmer 200 Umgebungsluft zu. In anderen Ausführungsformen kann eine Drosselklappe 330 gewählt werden, um den Luftstrom zum Einlasskrümmer 200 zu regeln. In weiteren Ausführungsformen wird ein System für komprimierte Luft wie beispielsweise ein Turbolader 230 mit einem Kompressor 240, der sich zusammen mit einer Turbine 250 dreht, eingesetzt. Die Drehung des Kompressors 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft in der Leitung 205 und dem Einlasskrümmer 200. Ein in der Leitung 205 enthaltender Intercooler 260 kann die Temperatur der Luft reduzieren. Die Turbine 250 dreht sich beim Einströmen der von einem Auslasskrümmer 225 kommenden Abgase, der Abgas vom Auslass 220 durch eine Serie von Leitschaufeln leitet, bevor es durch die Turbine 250 expandiert wird. Die Abgase verlassen die Turbine 250 und werden zu einem Abgassystem 270 geführt. Dieses Beispiel zeigt eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) mit einem VGT-Aktuator 290, der ausgebildet, ist, um die Leitschaufeln bzw. Flügel zu bewegen, damit die Flügel das Strömen des Abgases durch die Turbine 250 ändern. In anderen Ausführungsformen kann der Turbolader 230 eine feste Geometrie haben und/oder ein Wastegate haben.
Das Abgassystem 270 kann ein Abgasrohr 275 aufweisen, das eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 hat. Abgasnachbehandlungssysteme können beliebige Vorrichtungen sein, mit denen die Zusammensetzung der Abgase geändert werden kann. Einige Beispiele von Abgasnachbehandlungssystemen 280 sind katalytische (Zwei- und Drei-Wege-)Konverter, Oxidationskatalysatoren, NOx-Fallen für den Magerbetrieb (lean NOx traps), Kohlenwasserstoffadsorber, Systeme für die selektive katalytische Reduktion (SCR) und Partikelfilter. Andere Ausführungsformen umfassen ein Abgasrückführungssystem (EGR) 300, das mit dem Auslasskrümmer 225 und dem Einlasskrümmer 200 verbunden ist. Das EGR-System 300 kann einen EGR-Kühler 310 aufweisen, um die Temperatur der Abgase im EGR-System 300 zu reduzieren. Ein EGR-Ventil 320 regelt den Fluss der Abgase im EGR-System 300.
Das Kraftfahrzeugsystem 100 kann weiterhin ein elektronisches Steuergerät (ECM) 450 aufweisen, das dazu konfiguriert ist, Signale von oder nach verschiedenen, mit dem ICE 100 verbundenen Sensoren und/oder Geräten zu senden bzw. zu empfangen. Das ECM 450 kann Eingangssignale von verschiedenen Sensoren empfangen, die dafür ausgelegt sind, die Signale zu erzeugen, die proportional zu verschiedenen physikalischen Parametern in Zusammenhang mit dem ICE 110 sind.
Die Sensoren umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Luftmassenmesser 340, einen Lufttemperatursensor, einen Druck- und Temperatursensor 350 für den Krümmer, einen Sensor 360 für den Druck im Verbrennungsraum, Sensoren 380 für die Kühlflüssigkeits- und die Öltemperatur und/oder den zugehörigen Füllstand, einen Drucksensor 400 für den Kraftstoff, einen Nockenwellenpositionssensor 410, einen Kurbelwellenpositionssensor 420, Sensoren 430 für den Druck und die Temperatur der Abgase, einen EGR-Temperatursensor 440 sowie einen Positionssensor 445 für das Gaspedal.
Weiterhin kann das ECU 450 an verschiedene Steuergeräte Ausgangssignale ausgeben, um den Betrieb des ICE 110 zu steuern, beispielsweise an Kraftstoffinjektoren 160, an die Drossel 330, an das EGR-Ventil 320, an den VGT-Aktuator 290 und an das Nockenwellenverstellsystem 155. Es ist anzumerken, dass gestrichelte Linien benutzt werden, um verschiedene Verbindungen zwischen den verschiedenen Sensoren, Vorrichtungen und dem ECM 450 anzudeuten, wobei aber andere zu Zwecken der Klarheit weggelassen sind.
Das Steuergerät 450 kann eine mit einem Speichersystem oder Datenträger 460 und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU) besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nichtflüchtige Medien besitzen. Der Datenbus kann dafür ausgelegt sein, analoge und/oder digitale Signale an die verschiedenen Sensoren und Steuervorrichtungen zu senden, von diesen zu empfangen und diese Signale zu modulieren. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit den ICE 110 steuern kann.
3 zeigt auf schematische Weise den Verbrennungsmotor 110, der vom elektronischen Motorsteuerungsgerät (ECM) 450 gesteuert wird, das mit dem Datenträger 460 ausgestattet ist. Der Verbrennungsmotor 110 ist mit einem System von Nachbehandlungsvorrichtungen 280 versehen, welches in einem Abschnitt 224 des Abgasrohrs 275 einen Katalysator in Form einer NOx-Falle für den Magerbetrieb 255 (LNT) umfasst.
Der Luftmassenmesser 340 ist in der Einlassleitung 205 vorgesehen, um den Durchsatz der in den Motor 110 eintretenden Luft zu messen, und eine Lambdasonde 227 ist im Abgasrohrabschnitt 224 stromaufwärts von der NOx-Falle für den Magerbetrieb 255 angeordnet, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas zu messen.
Wenn das ECM 450 den Motor 110 in einem fetten Verbrennungsmodus betreibt, um die LNT 255 zu regenerieren, befiehlt das ECM 450 den Kraftstoffinjektoren 160, so genannte Nacheinspritzungen durchzuführen, d. h. eine Reihe von Kraftstoffeinspritzungen, die nach dem oberen Totpunkt (OTP) des Kolbens 140 erfolgen.
Bei jeder Nacheinspritzung wird eine vorbestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt, deren Wert 650 ermittelt werden kann, wie dies grafisch in 4 dargestellt ist.
Ein erster Beitrag 520A zum Kraftstoffmengenwert 650 wird durch ein Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis 520 bestimmt. Das Verfahren mit geschlossenem Regelkreis 520 kann auf zahlreiche bekannte Arten ausgeführt werden. Beispielsweise kann das elektronische Steuergerät 450 durch die im Abgasrohr 275 angeordnete Lambdasonde 227 einen Lambdawert des Abgases des Verbrennungsmotors 110 messen und einen Fehler zwischen dem gemessenen Lambdawert und einem Sollwert davon berechnen. Der Sollwert des Lambdawerts kann auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts bestimmt werden. Der berechnete Lambdafehler kann als Eingabe in einen Regler, zum Beispiel einen PID-Regler, verwendet werden, der dafür ausgelegt ist, den Wert des ersten Beitrags 520A auf bekannte Weise zu ermitteln.
Der Wert des ersten Beitrags 520A wird algebraisch zu der (im Summenblock 601 berechneten) algebraischen Summe 600 eines Wert des zweiten Beitrags 510A und eines Werts des dritten Beitrags 500A addiert (Block 602).
Der Wert des dritten Beitrags 500A kann durch ein Standard-Steuerungsverfahren mit offenem Regelkreis 500 bestimmt werden, das auf den Ist-Betriebsbedingungen des Motors (Motordrehzahl und Motorlast) beruht. In einem System des Stands der Technik wird nur diese Steuerung mit offenem Regelkreis benötigt, um den gewünschten Lambdawert zu erhalten.
Das ECM 450 berechnet den Wert des zweiten Beitrags 510A, indem das Berechnungsverfahren 510 verwendet wird, das in 5 grafisch dargestellt ist.
Als ersten Schritt bestimmt das ECM 450 den Wert des Luftmassendurchsatzes 501 im Einlassrohr 205 des Verbrennungsmotors 110. Der Wert des Luftmassendurchsatzes 501 kann durch ein entsprechendes mathematisches Modell gemessen oder geschätzt werden. Die Messung kann mittels eines Luftmassenmessers 340 erfolgen. Das mathematische Modell zur Schätzung des Wert des Massendurchsatzes kann auf folgenden Parametern beruhen: Motordrehzahl, volumetrischer Wirkungsgrad, Gesamthubraum des Motors. Anschließend berechnet das ECM 450 eine Differenz 513 (Block 605) zwischen dem bestimmten Wert des Luftmassendurchsatzes 501 und einem Sollwert des Luftmassendurchsatzes 502.
Der Sollwert des Luftmassendurchsatzes 502 kann auf Basis eines Motordrehzahlwerts 515 und eines Motordrehmomentwerts 516 bestimmt werden.
Ein Wert eines numerischen Koeffizienten C kann auf Basis der berechneten Differenz 513 zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes bestimmt werden. Der Wert des Koeffizienten C kann mit Hilfe eines Kennfelds 540 (zum Beispiel des untenstehenden) bestimmt werden, das die Werte der Differenz 513 mit Werten des numerischen Koeffizienten C in Beziehung setzt.

Differenz (513) –60 –40 –30 –20 –10 10 20 30 40 60

C .83 .84 .85 .92 .92 .81 .75 .77 .75 .77
Der Wert des Koeffizienten C wird in der folgenden Gleichung (Block 506) verwendet, um einen Basiswert 507 des zweiten Beitrags 510A mit folgender Gleichung zu berechnen:
wobei:

AirLack_Crtn_Unfiltd: der Basiswert 507 des zweiten Beitrags ist;
AirMass_Error: die berechnete Differenz 513 zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes ist;
C: der Wert des Koeffizienten ist, der wie oben beschrieben berechnet wurde;
λ_des: ein Lambda-Sollwert 522 ist (z. B. der gleiche Lambda-Sollwert, wie er auch in dem Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis 520 verwendet wird);
LSt: ein Wert des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 504 ist;
FuelDensity: ein Wert der Kraftstoffdichte 503 ist.

Wie festzustellen ist, hängt der Basiswert 507 des zweiten Beitrags 510A von den folgenden Parametern ab: von der Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes 513, von einem Lambda-Sollwert 522, von einem Kraftstoffdichtewert 503 und von einem Wert eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 504.
Es existieren verschiedene Möglichkeiten, den zweiten Beitrag auf Basis dieser Parameter zu berechnen.
Der in Block 506 ermittelte Basiswert 507 kann durch einen Tiefpassfilter 560 mit folgender anzuwendender Gleichung berechnet werden: Yt = Yt – 1 + F1·(AirLack_Crtn_Unfiltd – Yt – 1) wobei Y der gefilterte Basiswert 509 ist, AirLack_Crtn_Unfiltd der Basiswert 507 ist und F1 ein Tiefpassfilterkoeffizient mit einem Wert zwischen 0 und 1 ist. Der Tiefpassfilterkoeffizient F1 kann auf Basis eines Motordrehzahlwerts 515 und eines Motordrehmomentwerts 516 bestimmt werden (Block 550), wobei er zum Beispiel von einem Kennfeld abgeleitet werden kann, das die Motordrehzahlwerte 515 und die Motordrehmomentwerte 516 mit entsprechenden Werten des Tiefpassfilterkoeffizienten in Beziehung setzt.
Der gefilterte Basiswert 509 wird (in Block 570) als Wert des zweiten Beitrags 510A angenommen, wenn der gefilterte Basiswert 509 zwischen einem zulässigen Höchstwert 511 und einem zulässigen Mindestwert 512 liegt. Wenn der gefilterte Basiswert 509 größer als der zulässige Höchstwert 511 ist oder kleiner als der zulässige Mindestwert 512 ist, werden die zulässigen Höchst- bzw. Mindestwerte als Wert des zweiten Beitrags 510A angenommen.
Der zulässige Höchstwert 511 und der zulässige Mindestwert 512 können auf Basis eines Motordrehzahlwerts 515 und eines Motordrehmomentwerts 516 bestimmt werden (Block 555 und 556), indem Kennfelder verwendet werden, welche die Motordrehzahl 515 und das Motordrehmoment 516 mit entsprechenden Höchst- und Mindestwerten des zweiten Beitrags in Beziehung setzen.
Der Betrieb des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 110 wird durch die folgenden Ausführungen besser verständlich.
Wenn ein Lenker das Fahrzeug beschleunigt, erkennt das ECM 450 eine Änderung des Werts der Pedalposition. Jeder Pedalpositionswert wird in eine Drehmomentanforderung übersetzt, die durch die Einspritzung einer entsprechenden Kraftstoffmenge erfüllt wird. Um das Fahrzeug zu beschleunigen, befiehlt das ECM 450 daher den Injektoren 160, den Hauptkraftstoffmengenwert zuzuführen.
Wenn das ECM 450 den Motor in einem fetten Verbrennungsmodus betreibt, um die LNT zu regenerieren, verändert es ebenfalls das Einspritzmuster, indem der Kraftstoffmengenwert 650 als Nacheinspritzung hinzugefügt wird.
Die Injektoren 160 spritzen die vom ECM angeordneten Mengen praktisch sofort ein. Die vom Einlasskrümmer kommende Luft benötigt jedoch aufgrund ihrer Trägheit und der Trägheit des Kompressors eine bestimmte Zeit, um in der korrekten Menge zu den Zylindern zu gelangen.
Wenn die Nacheinspritzungs-Kraftstoffmenge nur auf Basis des Steuerungsverfahrens mit geschlossenem Regelkreis 520 und des Steuerungsverfahren mit offenem Regelkreis 500 ermittelt wird, arbeitet der Motor während der gesamten Zeit, die die korrekte Luftmenge benötigt, um die Zylinder zu erreichen, mit einem falschen Lambdawert, der je nach den Schwankungen des Luftmassenstroms höher oder niedriger als der gewünschte Wert ist.
Tatsächlich ist die Lambdasonde 227 langsam bei der Registrierung von Lambda-Schwankungen, wodurch das Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis 500 nicht sofort durch eine Senkung der eingespritzten Kraftstoffmenge auf diese Situation reagieren kann.
Der zweite Beitrag 510A hilft, diese instationären Bedingungen zu bewältigen, indem der Wert des dritten Beitrags 500A, der durch das Verfahren mit offenem Regelkreis 500 abgeleitet wurde, und der Wert des ersten Beitrags 520A, der durch das Verfahren mit geschlossenem Regelkreis 520 abgeleitet wurde, korrigiert werden, indem die Differenz zwischen dem bestimmten Wert des Massendurchsatzes 501 und einem Sollwert davon berücksichtigt wird.
Anders ausgedrückt ist das ECM 450 dafür ausgelegt, während einer Regenerationsphase der NOx-Falle für den Magerbetrieb:
die Menge des als Nacheinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zu senken, wenn der bestimmte Wert des Massendurchsatzes kleiner als sein Sollwert ist, wodurch ein erhöhter Kraftstoffverbrauch und eine erhöhte Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgasstrom vermieden werden;
die Menge des als Nacheinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zu erhöhen, wenn der bestimmte Wert des Massendurchsatzes größer als sein Sollwert ist, wodurch eine niedrigere Kohlenwasserstoff- und Kohlenoxidkonzentration im Abgasstrom vermieden wird.
In der vorstehenden Zusammenfassung und genauen Beschreibung wurde wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt; es sollte jedoch beachtet werden, dass es eine große Anzahl von Abänderungsmöglichkeiten gibt. Es sollte auch beachtet werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder den Aufbau in welcher Weise auch immer einzuschränken.
Vielmehr wird die vorstehende Zusammenfassung und genaue Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung zur Umsetzung von wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform bieten, wobei es sich von selbst versteht, dass verschiedene Abänderungen bei den Funktionen und Anordnungen der anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen und ihren rechtlichen Äquivalenten definiert ist.
Bezugszeichenliste

110: Verbrennungsmotor (ICE)
120: Motorblock
125: Zylinder
130: Zylinderkopf
135: Nockenwelle
140: Kolben
145: Kurbelwelle
150: Verbrennungsraum
155: Nockenwellenverstellsystem
160: Kraftstoffinjektor
170: Kraftstoffrohr
180: Kraftstoffpumpe
190: Kraftstoffquelle
200: Einlasskrümmer
205: Lufteinlassleitung
210: Lufteinlassöffnung
215: Ventile des Zylinders
220: Abgasöffnung
224: Abgasleitungsabschnitt
225: Auslasskrümmer
227: Lambdasonde
230: Turbolader
240: Kompressor
250: Turbine
255: NOx-Falle für den Magerbetrieb
260: Intercooler
270: Abgassystem
275: Abgasrohr
280: Abgasnachbehandlungsvorrichtung
290: VGT-Aktuator
300: Abgasrückführungssystem (EGR)
310: EGR-Kühler
320: EGR-Ventil
330: Drosselklappe
340: Luftmassenmesser
350: Sensor für Krümmerdruck und -temperatur
360: Verbrennungsdrucksensor
380: Sensoren für Kühlflüssigkeits- und Öltemperatur und den zugehörigen Füllstand
400: Kraftstoffleistendrucksensor
410: Nockenwellenpositionssensor
420: Kurbelwellenpositionssensor
430: Sensor für Druck und Temperatur der Abgase
445: Gaspedalpositionssensor
450: elektronisches Steuergerät (ECM)
460: Datenträger
500: Steuerungsverfahren mit offenem Regelkreis
500A: erster Beitrag
501: Wert des Luftmassendurchsatzes
502: Sollwert des Luftmassendurchsatzes
503: Kraftstoffdichte
504: stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis
506: Berechnungsblock
507: Basiswert
509: gefilterter Basiswert
510: Verfahren zur Berechnung des zweiten Beitrags
510A: Wert des zweiten Beitrags
511: zulässiger Höchstwert
512: zulässiger Mindestwert
513: Differenz
515: Motordrehzahlwert
516: Motordrehmomentwert
520: Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis
520A: erster Beitrag
522: Lambda-Sollwert
530: Wert des Mengenlimits
540: Kennfeld
550: Block zur Bestimmung von F1
555: Ableitungsblock (zweites zweidimensionales Kennfeld)
556: Ableitungsblock (drittes zweidimensionales Kennfeld)
560: Filter
570: Annahmeblock
600: algebraischer Summenwert
601: Summenblock
602: Summenblock
603: Gesamtsummenwert
605: Differenzblock
650: Kraftstoffmengenwert

Claims

Verbrennungsmotor (110) mit einer NOx-Falle für den Magerbetrieb (255) und einem elektronisches Steuergerät (450), das dafür ausgelegt ist, während einer Regenerationsphase der NOx-Falle für den Magerbetrieb (255): – einen Wert eines Luftmassendurchsatzes (501) in einem Einlassrohr (205) des Verbrennungsmotors (110) zu bestimmen, – eine Differenz zwischen dem bestimmten Wert des Luftmassendurchsatzes (501) und einem Sollwert (502) davon zu berechnen, – die berechnete Differenz zu verwenden, um einen Kraftstoffmengenwert (650) zu bestimmen, – den bestimmten Kraftstoffmengenwert (650) mittels einer Nacheinspritzung einzuspritzen.
Verbrennungsmotor (110) nach Anspruch 1, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, den Sollwert des Luftmassendurchsatzes (502) auf Basis eines Motordrehzahlwerts und eines Motordrehmomentwerts zu berechnen.
Verbrennungsmotor (110) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, den Wert des Luftmassendurchsatzes (501) zu bestimmen, indem der Luftmassendurchsatzwert (501) gemessen wird.
Verbrennungsmotor (110) nach Anspruch 3, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, den Wert des Luftmassendurchsatzes (501) mittels eines Luftmassenmessers (340) zu messen, der im Einlassrohr (205) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor (110) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, den Wert des Luftmassendurchsatzes (501) zu bestimmen, indem der Luftmassendurchsatzwert (501) geschätzt wird.
Verbrennungsmotor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektronische Steuergerät bei der Bestimmung des Kraftstoffmengenwerts (650): – ein Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis (520) verwendet, um einen Wert eines ersten Beitrags (520A) zum Kraftstoffmengenwert (650) zu bestimmen, – die berechnete Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes (513) verwendet, um einen Wert eines zweiten Beitrags (510A) zum Kraftstoffmengenwert (650) zu bestimmen, – den Wert des ersten Beitrags (520A) und den Wert des zweiten Beitrags (510A) algebraisch addiert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, wobei das elektronische Steuergerät bei dem Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis (520): einen Lambdawert des Abgases in einem Abgasrohr (275) des Verbrennungsmotors misst, einen Fehler zwischen dem gemessenen Lambdawert und einem Sollwert davon berechnet, den berechneten Fehler als Eingabe in einen Regler verwendet, der dafür ausgelegt ist, den Wert des ersten Beitrags zu ergeben.
Verbrennungsmotor (110) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das elektronische Steuergerät bei der Bestimmung des Kraftstoffmengenwerts (650): ein Verfahren mit offenem Regelkreis (500) verwendet, um einen Wert eines dritten Beitrag (500A) zum Kraftstoffmengenwert (650) zu bestimmen, den Wert des dritten Beitrags (500A) algebraisch zu der algebraischen Addition der Werte des ersten (520A) und zweiten Beitrags (510A) addiert.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das elektronische Steuergerät bei der Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags (510A) einen Basiswert (507) des zweiten Beitrags auf Basis der folgenden Parameter berechnet: Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes (513), Lambda-Sollwert (522), Kraftstoffdichtewert (503) und Wert eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (504).
Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, wobei das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt ist, den Basiswert (507) des zweiten Beitrags mit folgender Gleichung zu berechnen:
wobei: AirLack_Crtn_Unfiltd der Basiswert des zweiten Beitrags ist; AirMass_Error die berechnete Differenz zwischen dem bestimmten Wert und dem Sollwert des Luftmassendurchsatzes (513) ist; C der Wert eines numerischen Koeffizienten ist; λ_des der Lambda-Sollwert ist; LSt der Wert des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist; FuelDensity der Wert der Kraftstoffdichte ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche von 7 bis 9, wobei das elektronische Steuergerät (450) bei der Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags (510A) den Basiswert (507) mit einem Tiefpassfilter filtert (560), wodurch ein gefilterter Basiswert (509) des zweiten Beitrags (510A) erzielt wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 10 oder 11, wobei das elektronische Steuergerät bei der Bestimmung des Werts des zweiten Beitrags (510A): – einen zulässigen Höchstwert (511) des zweiten Beitrags bestimmt, – einen zulässigen Mindestwert (512) des zweiten Beitrags bestimmt, – den gefilterten Basiswert (509) des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags annimmt, wenn der gefilterte Basiswert zwischen dem zulässigen Höchstwert und dem zulässigen Mindestwert liegt, – den zulässigen Höchstwert des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags annimmt, wenn der gefilterte Basiswert (509) größer als der zulässige Höchstwert ist, – den zulässigen Mindestwert des zweiten Beitrags als Wert des zweiten Beitrags annimmt, wenn der gefilterte Basiswert (509) kleiner als der zulässige Mindestwert ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, den zulässigen Höchstwert (511) des zweiten Beitrags auf Basis eines Motordrehzahlwerts (515) und eines Motordrehmomentwerts (516) zu bestimmen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 12 oder 13, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, den zulässigen Mindestwert (512) des zweiten Beitrags auf Basis eines Motordrehzahlwerts (515) und eines Motordrehmomentwerts (516) zu bestimmen (556).
Kraftfahrzeugsystem, umfassend einen Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.