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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Computerprogramm zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wie z. B. eines Dieselmotors.
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HINTERGRUND
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Ein Verbrennungsmotor umfasst bekanntlich im Allgemeinen einen oder mehrere Verbrennungsräume, die jeweils durch einen Zylinder und einen Kolben definiert werden, der im Zylinder eine Hin- und Herbewegung ausführt und der in einer bestimmten Anzahl von Hüben einen Motorzyklus (d. h. einen thermodynamischen Zyklus) vollendet.
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Während jedes Motorzyklus wird ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Verbrennungsraum eingebracht und entzündet, was zu heißen expandierenden Verbrennungsgasen führt, die zu einer Bewegung des Kolbens führen, bevor sie durch ein oder mehrere Abgasventile ausgestoßen werden.
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Der Kraftstoff kann während einer Kraftstoffeinspritzphase des Motorzyklus bereitgestellt werden, die gewöhnlich vorsieht, dass ein Kraftstoffinjektor eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in einem so genannten Mehrfacheinspritzmuster durchführt.
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Unter bestimmten Umständen kann die Kraftstoffeinspritzphase insbesondere vorsehen, dass der Kraftstoffinjektor einen Nacheinspritzungsvorgang, d. h. eine Gruppe von (d. h. eine oder mehrere) Nacheinspritzungen durchführt.
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Bei den Nacheinspritzungen handelt es sich um Kraftstoffmengen, die kurz vor der Öffnung der Abgasventile in den Verbrennungsraum eingespritzt werden, so dass ihre Verbrennung ein vernachlässigbares Drehmoment erzeugt, aber eine Erhöhung der Temperatur der Abgase bewirkt.
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Dank dieses Effekts werden die Nacheinspritzungsvorgänge gewöhnlich zum Aufwärmen von kalten Nachbehandlungsvorrichtungen wie z. B. Katalysatoren oder Partikelfiltern benötigt, um ihren Wirkungsgrad zu erhöhen.
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Die Nacheinspritzungsvorgänge werden bei Bedarf auf herkömmliche Weise gemäß einer EIN-AUS-Steuerlogik basierend auf der Temperatur der Abgase aktiviert und deaktiviert, so dass pro Motorzyklus ein Nacheinspritzungsvorgang durchgeführt wird, solang sich die Abgastemperatur unter einem gewünschten Wert befindet, während keinerlei Nacheinspritzungsvorgang durchgeführt wird, solang sich die Abgastemperatur über dem gewünschten Wert befindet.
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Wenn eine Auftrittsrate der Nacheinspritzungsvorgänge als Verhältnis zwischen einer Anzahl von Nacheinspritzungsvorgängen, die während einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen durchgeführt wird, und dieser Anzahl von Motorzyklen definiert wird, bedeutet diese EIN-AUS-Logik, dass die Auftrittsrate der Nacheinspritzungsvorgänge nur 1 (solang sich die Abgastemperatur unter dem gewünschten Wert) oder 0 (solang sich die Abgastemperatur über dem gewünschten Wert befindet) sein kann.
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Eine Nebenwirkung dieser EIN-AUS-Steuerlogik besteht darin, dass die tatsächliche Temperatur der Abgase relativ starken Schwankungen unterworfen ist, die verhindern, dass die Abgase den gewünschten Temperaturwert stabil erreichen, und die zu einem relativ hohen Kraftstoffverbrauch führen.
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Ein Ziel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Steuerlogik für die Nacheinspritzungsvorgänge zu schaffen, die in der Lage ist, die Schwankungen der Abgastemperatur und den Kraftstoffverbrauch zu vermindern. Ein weiterer Zweck besteht darin, dieses Ziel mit einer einfachen und relativ kostengünstigen Lösung zu erreichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese und andere Ziele werden durch die Ausführungsformen der Erfindung erreicht, welche die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale aufweisen. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
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Eine Ausführungsform der Erfindung schafft insbesondere ein Computerprogramm zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Programmcode, der, wenn er auf einem Computer ausgeführt wird, die folgenden Schritte durchführt:
- – Bestimmen eines gewünschten Werts einer Abgastemperatur,
- – auf Basis des gewünschten Werts der Abgastemperatur erfolgendes Bestimmen eines gewünschten Werts einer Auftrittsrate von Nacheinspritzungsvorgängen, der zwischen 0 und 1 liegt,
- – Durchführen der Nacheinspritzungsvorgänge mit einer Auftrittsrate, die dem gewünschten Wert entspricht.
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Dank dieser Lösung ist die Auftrittsrate der Nacheinspritzungsvorgänge nicht auf die Werte 1 oder 0 beschränkt, wie dies bei der herkömmlichen EIN-AUS-Steuerlogik vorgesehen ist, sondern sie kann zwischen diesen zwei Grenzwerten als Funktion des gewünschten Werts der Abgastemperatur eingestellt werden, wodurch die Regulierung der Abgastemperatur verbessert wird und der Kraftstoffverbrauch minimiert wird.
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Gemäß einem Aspekt des Computerprogramms kann der gewünschte Wert der Auftrittsrate mithilfe der folgenden Schritte bestimmt werden:
- – Messen eines Werts der Abgastemperatur,
- – Berechnen einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur,
- – Berechnen des gewünschten Werts der Auftrittsrate als Funktion der Differenz.
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Dieser Aspekt hat den Effekt, dass ein Rückkopplungsregelungsansatz zur Regelung der Abgastemperatur angewendet wird, der es ermöglicht, die Auftrittsrate der Nacheinspritzungsvorgänge einzustellen, um auf stabile Weise den gewünschten Wert der Abgastemperatur zu erreichen.
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Gemäß einem anderen Aspekt des Computerprogramms kann der gewünschte Wert des Verhältnisses mit den folgenden Schritten berechnet werden:
- – Bestimmen eines Basiswerts der Auftrittsrate auf Basis des gewünschten Werts der Abgastemperatur,
- – Korrigieren des Basiswerts der Auftrittsrate auf Basis der Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur.
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Dieser Aspekt hat den Effekt, dass der Rückkopplungsregelungsansatz mit einem Vorwärtsregelungsansatz kombiniert wird, wodurch die Reaktionszeit verringert wird, die zum Erreichen eines stabilen Zustands notwendig ist.
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Ein Aspekt des Computerprogramms kann vorsehen, dass der Basiswert der Auftrittsrate mithilfe der folgenden Schritte bestimmt wird:
- – Messen eines Werts eines Motordrehmoments,
- – Messen eines Werts einer Motordrehzahl,
- – Bestimmen des Basiswerts der Auftrittsrate auf Basis des Motordrehmomentwerts, des Motordrehzahlwerts und des gewünschten Werts der Abgastemperatur.
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Dieser Aspekt schafft eine zuverlässige Lösung zum Bestimmen des Basiswerts der Auftrittsrate im Rahmen des Vorwärtsregelungsansatzes.
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Ein anderer Aspekt des Computerprogramms kann vorsehen, dass der Basiswert der Auftrittsrate mit den folgenden Schritten korrigiert wird:
- – Berechnen eines Korrekturwerts als Funktion der Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur,
- – Addieren des Korrekturwerts zum Basiswert der Auftrittsrate.
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Dieser Aspekt schafft eine zuverlässige Lösung zum Kombinieren des Rückkopplungsregelungsansatzes mit einem Vorwärtsregelungsansatz.
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Gemäß einem Aspekt des Computerprogramms kann der Korrekturwert mithilfe eines Reglers bestimmt werden, der als Eingabe die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur erhält. Beispielsweise kann der Regler unter einem Proportional-Regler, einem Proportional-Integral-Regler und einem Proportional-Integral-Differenzial-Regler gewählt werden.
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Diese Aspekte schaffen zuverlässige Lösungen zum Berechnen des Beitrags des Rückkopplungsregelungsansatzes.
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Gemäß einem anderen Aspekt des Computerprogramms können die Nacheinspritzungsvorgänge durchgeführt werden, indem ein Mal pro Motorzyklus ein Verfahren wiederholt wird, das die folgenden Schritte umfasst:
- – Erhöhen eines Werts eines Zählers um den gewünschten Wert des Verhältnisses,
- – Durchführen eines Nacheinspritzungsvorgangs während des aktuellen Motorzyklus, wenn der Wert des Zählers gleich oder größer als 1 ist,
- – Verringern des Werts des Zählers um 1, wenn der Nacheinspritzungsvorgang durchgeführt wird.
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Dieser Aspekt schafft eine zuverlässige Losung zum Durchführen der Nacheinspritzungsvorgänge mit einer Auftrittsrate, die den vorgeschriebenen Wert aufweist.
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Die vorgeschlagene Lösung kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts ausgeführt werden, das einen Träger und das Computerprogramm umfasst. Die vorgeschlagene Lösung kann auch wie folgt ausgeführt sein: als elektromagnetisches Signal, das derart moduliert wird, dass es eine Sequenz von Datenbits trägt, die das Computerprogramm darstellen, und/oder als elektronisches Steuergerät für einen Verbrennungsmotor, wobei das das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt ist, das Computerprogramm auszuführen.
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Eine andere Ausführungsform der Lösung schafft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, umfassend die folgenden Schritte:
- – Bestimmen eines gewünschten Werts einer Abgastemperatur,
- – auf Basis des gewünschten Werts der Abgastemperatur erfolgendes Bestimmen eines gewünschten Werts einer Auftrittsrate von Nacheinspritzungsvorgängen, der zwischen 0 und 1 liegt,
- – Durchführen der Nacheinspritzungsvorgänge mit einer Auftrittsrate, die dem gewünschten Wert entspricht.
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Diese Ausführungsform erzielt im Wesentlichen die gleichen positiven Effekte wie das oben beschriebene Computerprogramm, insbesondere den Effekt einer Verbesserung der Regelung der Abgastemperatur mit gleichzeitiger Minimierung des Kraftstoffverbrauchs.
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Gemäß einem Aspekt der Lösung kann der gewünschte Wert der Auftrittsrate mithilfe der folgenden Schritte bestimmt werden:
- – Messen eines Werts der Abgastemperatur,
- – Berechnen einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur,
- – Berechnen des gewünschten Werts der Auftrittsrate als Funktion der Differenz.
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Dieser Aspekt hat den Effekt, dass ein Rückkopplungsregelungsansatz zur Regelung der Abgastemperatur angewendet wird, der es ermöglicht, die Auftrittsrate der Nacheinspritzungsvorgänge einzustellen, um auf stabile Weise den gewünschten Wert der Abgastemperatur zu erreichen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung kann der gewünschte Wert des Verhältnisses mit den folgenden Schritten berechnet werden:
- – Bestimmen eines Basiswerts der Auftrittsrate auf Basis des gewünschten Werts der Abgastemperatur,
- – Korrigieren des Basiswerts der Auftrittsrate auf Basis der Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur.
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Dieser Aspekt hat den Effekt, dass der Rückkopplungsregelungsansatz mit einem Vorwärtsregelungsansatz kombiniert wird, wodurch die Reaktionszeit verringert wird, die zum Erreichen eines stabilen Zustands notwendig ist.
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Ein Aspekt der Lösung kann vorsehen, dass der Basiswert der Auftrittsrate mithilfe der folgenden Schritte bestimmt wird:
- – Messen eines Werts eines Motordrehmoments,
- – Messen eines Werts einer Motordrehzahl,
- – Bestimmen des Basiswerts der Auftrittsrate auf Basis des Motordrehmomentwerts, des Motordrehzahlwerts und des gewünschten Werts der Abgastemperatur.
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Dieser Aspekt schafft eine zuverlässige Lösung zum Bestimmen des Basiswerts der Auftrittsrate im Rahmen des Vorwärtsregelungsansatzes.
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Ein anderer Aspekt der Lösung kann vorsehen, dass der Basiswert der Auftrittsrate mit den folgenden Schritten korrigiert wird:
- – Berechnen eines Korrekturwerts als Funktion der Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur,
- – Addieren des Korrekturwerts zum Basiswert der Auftrittsrate.
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Dieser Aspekt schafft eine zuverlässige Lösung zum Kombinieren des Rückkopplungsregelungsansatzes mit einem Vorwärtsregelungsansatz.
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Gemäß einem Aspekt der Lösung kann der Korrekturwert mithilfe eines Reglers bestimmt werden, der als Eingabe die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur erhält. Beispielsweise kann der Regler unter einem Proportional-Regler, einem Proportional-Integral-Regler und einem Proportional-Integral-Differenzial-Regler gewählt werden.
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Diese Aspekte schaffen zuverlässige Lösungen zum Berechnen des Beitrags des Rückkopplungsregelungsansatzes.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung können die Nacheinspritzungsvorgänge durchgeführt werden, indem ein Mal pro Motorzyklus ein die folgenden Schritte umfasst:
- – Erhöhen eines Werts eines Zählers um den gewünschten Wert des Verhältnisses,
- – Durchführen eines Nacheinspritzungsvorgangs während des aktuellen Motorzyklus, wenn der Wert des Zählers gleich oder größer als 1 ist,
- – Verringern des Werts des Zählers um 1, wenn der Nacheinspritzungsvorgang durchgeführt wird.
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Dieser Aspekt schafft eine zuverlässige Lösung zum Durchführen der Nacheinspritzungsvorgänge mit einer Auftrittsrate, die den vorgeschriebenen Wert aufweist.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, umfassend:
- – Mittel zum Bestimmen eines gewünschten Werts einer Abgastemperatur,
- – Mittel, um auf Basis des gewünschten Werts der Abgastemperatur einen gewünschten Wert einer Auftrittsrate von Nacheinspritzungsvorgängen zu bestimmen, der zwischen 0 und 1 liegt,
- – Mittel zum Durchführen der Nacheinspritzungsvorgänge mit einer Auftrittsrate, die dem gewünschten Wert entspricht.
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Diese Ausführungsform erzielt im Wesentlichen die gleichen positiven Effekte wie das oben beschriebene Computerprogramm, insbesondere den Effekt einer Verbesserung der Regelung der Abgastemperatur mit gleichzeitiger Minimierung des Kraftstoffverbrauchs.
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Gemäß einem Aspekt der Vorrichtung können die Mittel zum Bestimmen des gewünschten Werts der Auftrittsrate Folgendes umfassen:
- – Mittel zum Messen eines Werts der Abgastemperatur,
- – Mittel zum Berechnen einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur,
- – Mittel zum Berechnen des gewünschten Werts der Auftrittsrate als Funktion der Differenz.
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Dieser Aspekt hat den Effekt, dass ein Rückkopplungsregelungsansatz zur Regelung der Abgastemperatur angewendet wird, der es ermöglicht, die Auftrittsrate der Nacheinspritzungsvorgänge einzustellen, um auf stabile Weise den gewünschten Wert der Abgastemperatur zu erreichen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Vorrichtung umfassen die Mittel zum Bestimmen des gewünschten Werts des Verhältnisses Folgendes:
- – Mittel zum Bestimmen eines Basiswerts der Auftrittsrate auf Basis des gewünschten Werts der Abgastemperatur,
- – Mittel zum Korrigieren des Basiswerts der Auftrittsrate auf Basis der Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur.
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Dieser Aspekt hat den Effekt, dass der Rückkopplungsregelungsansatz mit einem Vorwärtsregelungsansatz kombiniert wird, wodurch die Reaktionszeit verringert wird, die zum Erreichen eines stabilen Zustands notwendig ist.
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Ein Aspekt der Vorrichtung kann vorsehen, dass die Mittel zum Bestimmen des Basiswerts der Auftrittsrate Folgendes umfassen:
- – Mittel zum Messen eines Werts eines Motordrehmoments,
- – Mittel zum Messen eines Werts einer Motordrehzahl,
- – Mittel zum Bestimmen des Basiswerts der Auftrittsrate auf Basis des Motordrehmomentwerts, des Motordrehzahlwerts und des gewünschten Werts der Abgastemperatur.
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Dieser Aspekt schafft eine zuverlässige Lösung zum Bestimmen des Basiswerts der Auftrittsrate im Rahmen des Vorwärtsregelungsansatzes.
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Ein anderer Aspekt der Vorrichtung kann vorsehen, dass die Mittel zum Korrigieren des Basiswerts der Auftrittsrate Folgendes umfassen:
- – Mittel zum Berechnen eines Korrekturwerts als Funktion der Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur,
- – Mittel zum Addieren des Korrekturwerts zum Basiswert der Auftrittsrate. Dieser Aspekt schafft eine zuverlässige Lösung zum Kombinieren des Rückkopplungsregelungsansatzes mit einem Vorwärtsregelungsansatz.
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Gemäß einem Aspekt der Vorrichtung können die Mittel zum Berechnen des Korrekturwerts einen Regler umfassen, der als Eingabe die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert der Abgastemperatur erhält.
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Beispielsweise kann der Regler unter einem Proportional-Regler, einem Proportional-Integral-Regler und einem Proportional-Integral-Differenzial-Regler gewählt werden.
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Diese Aspekte schaffen zuverlässige Lösungen zum Berechnen des Beitrags des Rückkopplungsregelungsansatzes.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Vorrichtung können die Mittel zum Ausführen der Nacheinspritzungsvorgänge Mittel umfassen, um ein Mal pro Motorzyklus ein Verfahren zu wiederholen, das die folgenden Schritte umfasst:
- – Erhöhen eines Werts eines Zählers um den gewünschten Wert des Verhältnisses,
- – Durchführen eines Nacheinspritzungsvorgangs während des aktuellen Motorzyklus, wenn der Wert des Zählers gleich oder größer als 1 ist,
- – Verringern des Werts des Zählers um 1, wenn der Nacheinspritzungsvorgang durchgeführt wird.
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Dieser Aspekt schafft eine zuverlässige Lösung zum Durchführen der Nacheinspritzungsvorgänge mit einer Auftrittsrate, die den vorgeschriebenen Wert aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun soll die vorliegende Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
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1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeugsystem.
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2 ist der Querschnitt A-A von 1.
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3 zeigt eine Zeitleiste, auf der ein Mehrfacheinspritzungsmuster aufgetragen ist.
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4 ist ein Fließdiagramm eines Regelzyklus zum Betrieb des Verbrennungsmotors von 1 gemäß einer Ausführungsform der Lösung.
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5 ist ein Fließdiagramm einer Subroutine, die in dem Regelzyklus von 4 gemäß einer Ausführungsform der Lösung ausgeführt wird.
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6, 7 und 8 sind Tabellen, die die Ergebnisse der Subroutine von 5 für drei unterschiedliche Fälle zeigen.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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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, der 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 den Verbrennungsraum 150 und erlauben alternierend den Auslass der Abgase durch den Auslass 220. In einigen Beispielen wird ein Nockenwellenverstellsystem 155 oder eine andere Technologie genutzt, um selektiv die zeitliche Abfolge zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 zu verändern.
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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. 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.
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Die Abgase verlassen die Turbine 250 und werden zu einem Abgassystem 270 geführt. Das Abgassystem 270 kann ein Abgasrohr 275 und ein Nachbehandlungssystem 276 aufweisen, das eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 umfasst, die im Abgasrohr 275 angeordnet sind. Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 können beliebige Vorrichtungen sein, mit denen die Zusammensetzung der Abgase geändert werden kann. Einige Beispiele von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 sind, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, 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.
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In jedem Verbrennungsraum 150 wird durch jeweils vier aufeinanderfolgende Hübe des entsprechenden Kolbens 140 ein Motorzyklus (d. h. ein thermodynamischer Zyklus) vollendet, wobei dieser einen Ansaughub, einen Verdichtungshub, einen Expansionshub und einen Ausstoßhub umfasst. Der Kraftstoff wird während einer Kraftstoffeinspritzphase des Motorzyklus durch den Kraftstoffinjektor 160 in den Verbrennungsraum 150 eingespritzt, wobei dies während der Bewegung des Kolbens 140 durch den oberen Totpunkt (OTP) zum Teil vor dem Ende des Verdichtungshubs und zum Teil während des nachfolgenden Expansionshubs erfolgt. Während der Kraftstoffeinspritzphase kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Kraftstoffinjektor 160 eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen gemäß einem so genannten Mehrfacheinspritzmuster durchführt, wie dies in 3 dargestellt ist, wobei dies ein oder mehrere Voreinspritzungen PI und wenigstens eine Haupteinspritzung MI umfassen kann. Unter bestimmten Umständen kann in der Kraftstoffeinspritzphase vorgesehen sein, dass die Kraftstoffinjektoren auch eine Reihe (d. h. eine gegebene Anzahl) von Nacheinspritzungen AI durchführen, typischerweise eine Vielzahl von Nacheinspritzungen (z. B. 4), was allgemein als Nacheinspritzungsvorgang AIE bezeichnet werden kann. Bei den Nacheinspritzungen AI handelt es sich um Kraftstoffmengen, die während des Expansionshubs des Kolbens 140 nach der Haupteinspritzung in den Verbrennungsraum 150 eingespritzt werden, zum Beispiel nach der Haupteinspritzung und vor der Öffnung des Auslasses 200. Diese Kraftstoffmengen erzeugen aufgrund des späten Zeitpunkts nur ein vernachlässigbares Drehmoment an der Kurbelwelle 145, verbrennen jedoch innerhalb des Verbrennungsraums 150, wodurch sie die Temperatur des Abgases erhöhen. Die durch jede einzelne Nacheinspritzung AI bereitgestellte Kraftstoffmenge kann ein Kalibrationsparameter sein, der gewöhnlich während eines Versuchs auf einer Prüfbank bestimmt wird. Insbesondere können die frühen Nacheinspritzungen AI des Nacheinspritzungsvorgangs AIE, die durchgeführt werden, wenn der Kolben 140 noch relativ nahe am OTP ist, derart kalibriert sein, dass die entsprechende Mengen besonders klein sind, um einen unerwünschten Drehmomentbeitrag zu verhindern und um eine Wärmefreisetzung zu garantieren, die gerade für die Zündung der nachfolgenden Nacheinspritzungen AI ausreicht. Andererseits können die späten Nacheinspritzungen AI des Nacheinspritzungsvorgangs AIE, die durchgeführt werden, wenn der Kolben 140 relativ weit vom OTP entfernt ist, derart kalibriert sein, dass ihre Menge größer ist als jene der frühen, um die Wärmefreisetzung und somit die Abgastemperatur zu erhöhen. Darüber hinaus sind die Kraftstoffmengen, die durch die Nacheinspritzungen während eines Nacheinspritzungsvorgangs bereitgestellt werden, gewöhnlich derart kalibriert, dass insgesamt die maximale Wärme freigesetzt wird, der die im Abgasrohr 275 angeordneten Vorrichtung, wie z. B. die Turbine 250, standhalten können.
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Das Kraftfahrzeugsystem 100 kann weiterhin ein elektronisches Steuergerät (ECM) 450 aufweisen, das dazu konfiguriert ist, Signale von oder nach verschiedenen, mit dem ICE 110 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 Luftmassenfluss- und Temperatursensor 340, 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 ECM 450 an verschiedene Steuergeräte Ausgangssignale ausgeben, um den Betrieb des ICE 110 zu steuern, beispielsweise, aber nicht ausschließlich, an die 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.
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Das Steuergerät 450 kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU) besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem 460 abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem 460 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.
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Das im Speichersystem 460 abgelegte Programm wird dem Steuergerät von außen kabelgebunden oder per Funk zugeführt. Außerhalb des Kraftfahrzeugsystems 100 tritt es regelmäßigerweise auf einem Computerprogrammprodukt in Erscheinung, welches im Fachgebiet auch als computer- oder maschinenlesbares Medium bezeichnet wird, und das als ein Computerprogrammcode auf einem Träger verstanden werden soll. Der Träger kann dabei flüchtiger oder nicht-flüchtiger Natur sein mit der Folge, dass man auch von einer flüchtigen oder nicht-flüchtigen Natur des Computerprogrammprodukts sprechen kann.
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Ein Beispiel für ein flüchtiges Computerprogrammprodukt ist ein Signal, bspw. ein elektromagnetisches Signal wie ein optisches Signal, das ein flüchtiger Träger für den Computerprogrammcode ist. Das Tragen des Computerprogrammcodes kann durch Modulieren des Signals mit einem konventionellen Modulationsverfahren wie QPSK für digitale Daten erreicht werden, so dass binäre Daten, die den Computerprogrammcode repräsentieren, dem flüchtigen elektromagnetischen Signal aufgeprägt sind. Solche Signale werden zum Beispiel benutzt, wenn ein Computerprogrammcode kabellos über eine WiFi-Verbindung zu einem Laptop übertragen wird.
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Im Fall eines nicht-flüchtigen Computerprogrammprodukts ist der Computerprogrammcode in einem substratgebundenen Speichermedium verkörpert. Das Speichermedium ist dann der oben genannte nicht-flüchtige Träger, so dass der Computerprogrammcode permanent oder nicht-permanent auf abrufbare Weise in oder auf dem Speichermedium abgelegt ist. Das Speichermedium kann konventioneller Art sein, wie es im Bereich der Computertechnologie bekannt ist, bspw. ein flash memory, ein Asic, eine CD und dergleichen.
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Anstelle eines Motorsteuergeräts 450 kann das Kraftfahrzeugsystem 100 eine andere Art von Prozessor haben, um die elektronische Logik bereitzustellen, bspw. ein eingebettetes Steuergerät (engl. embedded controller), einen Bordcomputer oder jede andere Art von Prozessor, die in einem Fahrzeug verwendet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lösung kann das ECM 450 dafür ausgelegt sein, auf selektive Weise Strategien durchzuführen, welche die Ausführung von Nacheinspritzungsvorgängen (wie sie oben definiert sind) erfordern, um die Temperatur der Abgase zu erhöhen, die in das Nachbehandlungssystem 270 strömen.
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Beispielsweise kann es ein Ziel dieser Regelstrategien sein, eine oder mehrere der Nachbehandlungsvorrichtungen 280 des Nachbehandlungssystems 276 zur Erhöhung ihres Wirkungsgrads oder aus anderen Gründen aufzuwärmen.
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Wenn eine dieser Regelstrategien läuft, ist es möglich, eine Auftrittsrate der Nacheinspritzungsvorgänge AIE als Verhältnis zwischen einer Anzahl von Nacheinspritzungsvorgängen AIE, die während einer gegebenen Anzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen durchgeführt werden, und der gegebenen Anzahl aufeinanderfolgender Motorzyklen zu definieren.
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Da nur ein Nacheinspritzungsvorgang AIE (d. h. nur eine Reihe von Nacheinspritzungen) pro Motorzyklus durchgeführt werden kann, ist die minimale Auftrittsrate der Nacheinspritzungsvorgänge AIE 0 (wenn keine Nacheinspritzungsvorgänge AIE während der gegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Motorzyklen durchgeführt wird), während die maximale Auftrittsrate der Nacheinspritzungsvorgänge AIE 1 ist (wenn ein Nacheinspritzungsvorgang AIE während jedes einzelnen der aufeinanderfolgenden Motorzyklen durchgeführt wird).
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Daher kann das ECM 450 dafür ausgelegt sein, die Ausführung der Nacheinspritzungsvorgänge AIE mithilfe eines in 4 dargestellten Regelzyklus zu steuern, der mit jeder vorbestimmten Frequenz während des Betriebs des Motors 110 wiederholt werden kann. Beispielsweise kann der oben genannte Regelzyklus in Abhängigkeit von den Temperaturbedürfnissen ein Mal pro Motorzyklus oder weniger häufig wiederholt werden.
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Als ersten Schritt kann der Regelzyklus vorsehen, dass das ECM 450 einen gewünschten Wert Texh_des einer Abgastemperatur bestimmt (Block S1). Die Abgastemperatur kann die Temperatur des Abgases an einem vorbestimmten Punkt des Abgasrohrs 275 sein. Der Punkt des Abgasrohrs 275 kann auf Basis der spezifischen Aufgabe der Regelstrategie gewählt werden. Wenn zum Beispiel angenommen wird, dass die spezifische Aufgabe der Regelstrategie das Aufwärmen des Nachbehandlungssystems 276 ist, kann es sich bei der Abgastemperatur um die Temperatur des Abgases an einem Punkt des Abgasrohr 275 zwischen der Turbine 450 und dem Nachbehandlungssystem 276 handeln.
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In einigen Ausführungsformen kann der gewünschte Wert Texh_des der Abgastemperatur ein Kalibrationswert sein, der aus dem Speichersystem 460 abgerufen wird. In einer anderen Ausführungsform kann der gewünschte Wert Texh_des der Abgastemperatur auf Basis anderer Motorbetriebsparameter berechnet werden.
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Der Regelzyklus sieht vor, dass das ECM 450 auf Basis des gewünschten Werts Texh_des der Abgastemperatur einen gewünschten Wert ORdes einer Auftrittsrate von Nacheinspritzungsvorgängen AIE bestimmt (Block S2). Der auf diese Weise bestimmte gewünschte Wert ORdes der Auftrittsrate kann nicht nur 0 oder 1 sein, sondern er kann jeden Wert annehmen, der zwischen diesen zwei Grenzwerten liegt, d. h. jeden Wert, der größer als 0, aber kleiner als 1 ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Lösung kann der gewünschte Wert ORdes der Auftrittsrate bestimmt werden, indem eine Rückkopplungsregelungs- und eine Vorwärtsregelungslogik kombiniert werden, wobei die Vorwärtsregelungslogik gewöhnlich verwendet dazu wird, einen Basiswert OR' der Auftrittsrate zu bestimmen, und wobei die Rückkopplungsregelungslogik gewöhnlich dazu verwendet wird, einen Korrekturwert ΔOR zu bestimmen, der zu dem oben genannten Basiswert OR' addiert wird, um den gewünschten Wert ORdes zu berechnen.
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Genauer gesagt kann die Vorwärtsregelungslogik vorsehen, dass der gewünschte Wert Texh_des der Abgastemperatur als Eingabe in ein Modul (Block S21) verwendet wird, das als Ausgabe den Basiswert OR' der Auftrittsrate erzeugt. Das Modul S21 kann ein (z. B. modellbasiertes) Rechenmodul sein, das den Basiswert OR' der Auftrittsrate als Funktion des gewünschten Werts Texh_des der Abgastemperatur berechnet. Alternativ dazu kann das Modul S21 ein Kalibrationskennfeld sein, das den gewünschten Wert Texh_des der Abgastemperatur mit einem entsprechenden Basiswert OR' der Auftrittsrate in Beziehung setzt.
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In einigen Ausführungsformen kann die Vorwärtsregelungslogik vorsehen, dass der Basiswert OR' der Auftrittsrate nicht nur auf Basis des gewünschten Werts Texh_des der Abgastemperatur, sondern auch auf Basis anderer Motorbetriebsparameter bestimmt wird, wie z. B. auf Basis der Motordrehzahl (d. h. der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 145) und des Motordrehmoments. Somit kann der Regelzyklus zusätzlich vorsehen, dass das ECM 450 zum Beispiel mithilfe des Kurbelwellenpositionssensors 420 einen Wert N der Motordrehzahl und einen Wert M des Motordrehmoments misst (Block S22 und S23) und anschließend diese Werte zusammen mit dem gewünschten Wert Texh_des der Abgastemperatur in das Modul S21 eingibt. Auch in diesem Fall kann das Modul S21 ein (z. B. modellbasiertes) Rechenmodul sein, das den Basiswert OR' der Auftrittsrate als Funktion des gewünschten Werts Texh_des der Abgastemperatur, des gemessenen Werts N der Motordrehzahl und des gemessenen Werts M des Motordrehmoments berechnet. Alternativ dazu kann das Modul S21 ein Kalibrationskennfeld sein, das den gewünschten Wert Texh_des der Abgastemperatur, den gemessene Werts N der Motordrehzahl und den gemessene Werts M des Motordrehmoments mit einem entsprechenden Basiswert OR' der Auftrittsrate in Beziehung setzt.
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Andererseits kann die Rückkopplungsregelungslogik vorsehen, dass das ECM 450 zum Beispiel mithilfe eines Temperatursensors, der am entsprechenden Punkt des Abgasrohrs 275 angeordnet ist, einen Wert Texh der Abgastemperatur misst (Block S24) und eine Differenz E zwischen dem gewünschten Wert Texh_des der Abgastemperatur und dem gemessenen Wert Texh. berechnet (Block S25). Die Differenz E kann anschließend in ein Rechenmodul (Block S26) eingeben werden, das als Ausgabe einen Korrekturwert ΔOR berechnet. Das Rechenmodul S26 kann ein Regler sein, wie z. B. ein Proportional-Regler (P-Regler), ein Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) oder ein Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID-Regler), der den Korrekturwert ΔOR als Funktion der Differenz E zwischen dem gewünschten Wert Texh_des der Abgastemperatur und dem gemessenen Wert Texh davon berechnet. Wie oben erwähnt, wird der Korrekturwert ΔOR schließlich zum Basiswert OR' der Auftrittsrate addiert (Block S27), wodurch der gewünschte Wert ORdes berechnet wird.
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Andere Ausführungsformen können anstelle des oben beschriebenen kombinierten Ansatzes vorsehen, dass das ECM 450 den gewünschten Wert ORdes der Auftrittsrate bestimmt, indem nur die Rückkopplungsregelungslogik oder nur die Vorwärtsregelungslogik verwendet wird.
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Nach dem Berechnen des gewünschten Werts ORdes der Auftrittsrate sieht die Regellogik vor, dass das ECM 450 die Kraftstoffinjektoren 160 betätigt, um die Nacheinspritzungsvorgänge AIE mit einer dem gewünschten Wert ORdes entsprechenden Auftrittsrate auszuführen (Block S3).
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Zur Ausführung dieser Aufgabe kann das ECM 450 dafür ausgelegt sein, eine in 5 dargestellte Subroutine auszuführen, die auf zyklische Weise ein Mal pro Motorzyklus wiederholt wird und bei der ein Zähler verwendet wird, dessen Wert C anfänglich auf null gestellt und anschließend Zyklus um Zyklus verändert werden kann, wie dies im Folgenden erklärt wird.
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Als ersten Schritt erhält die Subroutine als Eingabe den im Block S2 bestimmten gewünschten Wert ORdes der Auftrittsrate und veranlasst das ECM 450 dazu, den Wert C des Zählers um ORdes zu erhöhen: C = C + ORdes (Block S31). Anschließend wird der Wert C des Zählers mit dem Schwellenwert 1 verglichen (Block S32). Wenn der durch den Block S31 ermittelte Wert C des Zählers gleich oder größer als 1 ist, sieht die Subroutine vor, dass das ECM 450 einen Kraftstoffinjektor 160 betätigt, um während des aktuellen Motorzyklus einen Nacheinspritzungsvorgang AIE durchzuführen (Block S33), wobei anschließend der Wert C des Zählers um 1 vermindert wird (Block S34): C = C – 1. Wenn umgekehrt der durch den Block S31 ermittelte Wert C des Zählers kleiner als 1 ist, wird während des aktuellen Motorzyklus kein Nacheinspritzungsvorgang AIE durchgeführt, und der Wert C des Zählers wird nicht vermindert.
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Der Gesamteffekt dieser Zyklus um Zyklus durchgeführten Wiederholung dieser Subroutine ist aus den Tabellen von 6, 7 und 8 ersichtlich, wobei die Spalte A die Ordnungszahl des Motorzyklus angibt, die Spalte C den Wert des Zählers angibt, der durch den Block S31 der Subroutine für den entsprechenden Motorzyklus ermittelt wurde, und die Spalte B angibt, ob die Subroutine während des entsprechenden Motorzyklus die Durchführung eines Nacheinspritzungsvorgangs AIE veranlasst (1) oder nicht (0). Insbesondere zeigt die Tabelle von 6 einen veranschaulichenden Fall, bei dem der gewünschte Wert ORdes der Auftrittsrate 0,24 beträgt, die Tabelle von 7 zeigt einen veranschaulichenden Fall, bei dem der gewünschte Wert ORdes der Auftrittsrate 0,62 beträgt, und die Tabelle von 8 zeigt einen veranschaulichenden Fall, bei dem der gewünschte Wert ORdes der Auftrittsrate 0,8 beträgt.
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Aus diesen Tabellen geht hervor, dass das ECM 450 durch die Zyklus um Zyklus erfolgende Wiederholung der oben beschriebenen Subroutine in der Lage ist, auf wirksame Weise eine Abfolge von gleichmäßig verteilten Nacheinspritzungsvorgängen AIE mit einer dem gewünschten Wert ORdes entsprechenden Auftrittsrate durchzuführen.
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Es muss jedoch betont werden, dass die oben beschriebene Subroutine nur ein Beispiel ist und dass vom ECM 450 andere Strategien verwendet werden können, um die Nacheinspritzungsvorgänge AIE mit einer dem gewünschten Wert entsprechenden Auftrittsrate durchzuführen.
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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. Beispielsweise könnte der Verbrennungsmotor mit einer Auftrittsrate betrieben werden, die nicht von einem gewünschten Wert der Abgastemperatur abhängt, wie dies in Anspruch 1 beschrieben wird. Sie könnte so gewählt werden, dass sie über 0 und unter 1 liegt, wobei dies entweder pauschal gilt oder wobei besser feststehende Werte für vordefinierte Temperaturintervalle der Abgastemperatur festgelegt werden. 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.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kraftfahrzeugsystem
- 110
- Verbrennungsmotor
- 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
- Einlassöffnung
- 215
- Ventile
- 220
- Auslassöffnung
- 225
- Abgaskrümmer
- 230
- Turbolader
- 240
- Kompressor
- 250
- Turbine
- 260
- Intercooler
- 270
- Abgassystem
- 275
- Abgasrohr
- 276
- Nachbehandlungssystem
- 280
- Nachbehandlungsvorrichtungen
- 290
- VGT-Aktuator
- 300
- Abgasrückführungssystem (EGR)
- 310
- EGR-Kühler
- 320
- EGR-Ventil
- 330
- Drosselklappe
- 340
- Massenfluss- und Temperatursensor für die Luft
- 350
- Sensor für Krümmerdruck und -temperatur
- 360
- Verbrennungsdrucksensor
- 380
- Sensoren für Kühlflüssigkeits- und Öltemperatur und den zugehörigen Füllstand
- 400
- Kraftstoffleistendrucksensor
- 410
- Nockenwellenpositionssensor
- 420
- Kurbelwellenpositionsensor
- 430
- Sensoren für Druck und Temperatur der Abgase
- 440
- EGR-Temperatursensor
- 445
- Gaspedalpositionssensor
- 450
- elektronisches Steuergerät (ECM)
- 460
- Speichersystem
- PI
- Voreinspritzung
- MI
- Haupteinspritzung
- AI
- Nacheinspritzung
- AIE
- Nacheinspritzungsvorgang
- S1
- Block
- S2
- Block
- S3
- Block
- S21
- Block
- S22
- Block
- S23
- Block
- S24
- Block
- S25
- Block
- S26
- Block
- S27
- Block
- S31
- Block
- S32
- Block
- S33
- Block
- S34
- Block
- Texh_des
- gewünschter Wert der Abgastemperatur
- Texh
- gemessener Wert der Abgastemperatur
- ORdes
- gewünschter Wert der Auftrittsrate
- OR'
- Basiswert der Auftrittsrate
- ΔOR
- Korrekturwert
- M
- Motordrehmomentwert
- N
- Motordrehzahlwert
- E
- Differenz
- C
- Wert des Zählers