DE102005032623B4 - Verfahren zur Bestimmung der zylinderselektiven Ruß- und NOx-Emissionen einer Dieselbrennkraftmaschine und seine Verwendung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der zylinderselektiven Ruß- und NOx-Emissionen einer Dieselbrennkraftmaschine, wobei mit Hilfe einer vorgegebenen Anzahl von den Verbrennungsprozess beschreibenden Parametern die Ruß- und NOx-Emissionen der Dieselbrennkraftmaschine berechnet werden, wobei die Parameter so gewählt werden, dass sie die Heizrate und die Gemischzusammensetzung des Verbrennungsprozesses wiedergeben, und aus den während eines Verbrennungsprozesses bestimmten Parameterwerten die Ruß-Emission und NOx-Emission des Verbrennungsprozesses eines Zylinders mittels jeweils eines MISO-Modells berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden, die Heizrate und die Gemischzusammensetzung beschreibenden Parameter zur Berechnung der Ruß- und NOx-Emission eines Zylinders verwendet werden: der Zündverzug τZV, der Anstieg der Heizrate α1 der Abfall der Heizrate α2, der maximale Verbrennungsdruckanstieg dpmax oder die Schwerpunktlage der Verbrennung Ai50% der Sauerstoffgehalt im Abgas O2 oder das Verbrennungsluftverhältnis λ, und das Verhältnis der Luftmasse zur gesamten Gasmasse ml/mg.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der zylinderselektiven Ruß- und NOx-Emissionen einer Dieselbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie den Einsatz des Verfahrens bei der Motorsteuerung und/oder bei der Steuerung der Abgasreinigung.
  • Der Anteil der PKW mit verbrauchsarmem DI-Dieselmotor an den Neuzulassungen liegt in Deutschland bei rund 40% und ist weiter steigend. Um diesen Trend auch unter zukünftigen anspruchsvollen Emissionsstandards beizubehalten oder sogar forcieren zu können, wird intensiv nach Maßnahmen zur Senkung der besonders bedeutsamen Partikel- und NOx-Emissionen geforscht. Insbesondere innermotorische Maßnahmen rücken in den Fokus der Aggregateforschung, da sich eine aktive Abgasnachbehandlung zumeist negativ auf die Herstellungskosten und den Verbrauch auswirkt. Die sich abzeichnende Verfügbarkeit kostengünstiger Zylinderdrucksensoren sowie leistungsstarke Prozessortechnik ermöglichen die Ablösung der kennfeldgeführten Steuerung der Verbrennung durch eine Regelung auf Basis von Brennraumfunktionen, wie beispielsweise des Zylinderdrucks. Vorteile einer solchen zylinderdruckbasierten Motorregelung, bei der jeder Zylinder mit einem Zylinderdrucksensor ausgestattet ist, sind der Ausgleich fertigungs- und alterungsbedingter Störeinflüsse auf die Verbrennung, ein Gleichstellen der Verbrennung in den einzelnen Zylindern sowie ein deutlich verminderter Applikations- und Diagnoseaufwand.
  • Eine weitere interessante Maßnahme zur Senkung der Ruß- und NOx-Emission stellt die Motorregelung auf Basis der Emissionen dar, ein so genannter geschlossener Regelkreis, auch als closed-loop-control bezeichnet. Für eine derartige Regelung ist ein mathematisches Modell erforderlich, welches basierend auf Informationen aus dem Brennraum die Ruß- und NOx-Emissionen in Echtzeit berechnet.
  • Die Ruß- und NOx-Emissionen hängen von lokalen Parametern wie z. B. dem lokalen Kraftstoff-/Luftverhältnis oder von der maximalen Flammentemperatur ab. Diese Größen sind jedoch nur mit spezieller Messtechnik zu ermitteln und daraus gewonnene Modelle sind nicht zufrieden stellend. Weiterhin ist bekannt, dass einzelne globale Größen keinen Einfluss auf die Emissionen haben. Es ist beispielsweise nicht möglich, allein aufgrund der globalen Gastemperatur eine Aussage über die Höhe der NOx-Emissionen zu treffen.
  • Aus A. Opalinski, M. Willmann, ”Zusammenhänge der globalen thermodynamischen Größen mit den Ruß- und NOx-Emissionen beim TDI-Motor”, Der Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors (9. Tagung), Univ. Prof. Dr. H. Eichlseder, VKM-THD Mitteilungen Heft 83, Graz 2003, S. 135–148, sind zwei 0-dimensionale Modelle bekannt, bei denen die Ruß- und NOx-Emissionen mit Hilfe von sechs charakteristischen Parametern, welche die Brennrate und die Gemischzusammensetzung beschreiben, vorausberechnet werden. Nachteilig ist, dass die bekannten Modelle nur in einem kleinen Betriebsbereich anwendbar und validierbar sind. Zudem ist eine echtzeitfähige Berechnung der Brennrate nach dem heutigen Stand der Technik nicht möglich. Ferner basiert die Brennrate auf Annahmen zum Wandwärmeübergang, die nur schwer und ungenau verifiziert werden können. Fehleinschätzungen der Wandwärmeverluste, die bis zu 15% bis 20% der eingesetzten Energie betragen können, wirken sich in deutlich zu hoch berechneten NOx-Emissionen aus.
  • Aus der DE 100 34 383 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen bekannt, wobei aus mindestens einem Messwert des Motorbetriebs eine Bestimmung des Schwerpunktes der Verbrennung eines Brennstoffgemischs in einem Brennraum erfolgt. Aus den Werten einer festen Kraftstoffmenge und Luftmasse wird der Betrag der Stickoxidemission mit Hilfe von neuronalen Netzen berechnet.
  • Aus der US 2003/0226545 A1 ist bereits ein SCR-System für die Reduzierung von Stickoxiden bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Echtzeitberechnung von Ruß- und/oder NOx-Emission vorgesehen ist.
  • Aus der EP 1 416 143 A1 ist bereits ein virtueller Sensor für Abgasemissionen einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine bekannt, wobei berechnete Ruß- und NOx-Emissionen zur Regelung des Motors, insbesondere zur On-Board Diagnose des Motors verwendet werden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der zylinderselektiven Ruß- und NOx-Emissionen einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem deutlich größeren Betriebsbereich sowie den Einsatz des Verfahrens bei der Motorsteuerung und/oder bei der Steuerung der Abgasreinigung zu schaffen. Im Besonderen sollen unterschiedliche Einspritzstrategien (ohne/mit Voreinspritzung), verschiedene Einspritzsysteme (Pumpe-Düse, Common-Rail, Amplified-Piston Common Rail), eine Variation der Ladungsbewegung (vollvariabler Ventiltrieb) sowie verschiedene Brennverfahren (homogene, teilhomogene und heterogene Verbrennung) von dem Verfahren einbezogen werden und es soll weiterhin auf verschiedene Motorkonfigurationen (unterschiedliche Hubräume, Anzahl der Zylinder, etc.) anwendbar sein.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch die Verwendung des Verfahrens bei der Motorsteuerung und/oder bei der Steuerung der Abgasreinigung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Verwendung des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der zylinderselektiven Ruß- und NOx-Emissionen einer Dieselbrennkraftmaschine werden mit Hilfe einer vorgegebenen Anzahl von den Verbrennungsprozess beschreibenden Parametern die Ruß- und NOx-Emissionen der Dieselbrennkraftmaschine berechnet, wobei die Parameter so gewählt werden, dass sie die Heizrate und die Gemischzusammensetzung des Verbrennungsprozesses wiedergeben, und aus den während eines Verbrennungsprozesses bestimmten Parameterwerten die Ruß-Emission und NOx-Emission des Verbrennungsprozesses eines Zylinders mittels jeweils eines MISO-Modells (Multiple Input – Single Output) berechnet werden.
  • Erfindungsgemäß werden die folgenden, die Heizrate und die Gemischzusammensetzung beschreibenden Parameter zur Berechnung der Ruß- und NOx-Emission eines Zylinders verwendet:
    • a) der Zündverzug τZV,.
    • b) der Anstieg der Heizrate α1
    • c) der Abfall der Heizrate α2,
    • d) der maximale Verbrennungsdruckanstieg dpmax oder die Schwerpunktlage der Verbrennung Ai50%
    • e) der Sauerstoffgehalt im Abgas O2 oder das Luft/Kraftstoffverhältnis λ, und
    • f) das Verhältnis der Luftmasse zur gesamten Gasmasse ml/mg,
    wobei die Parameter a) bis d) die Heizrate und die Parameter e) und f) die Gemischzusammensetzung betreffen.
  • Bei der Auswahl der Parameter muss darauf geachtet werden, dass für alle Parameter sowohl mit den Ruß- als auch mit den NOx-Emissionen ein physikalischer Zusammenhang besteht, so dass für das Ruß- als auch das NOx-Modell die gleichen Parameter verwendet werden können. Mit steigender Anzahl der Parameter werden die Ruß- und NOx-Emissionen einerseits immer besser abgebildet, andererseits nimmt die Komplexität und die Rechenzeit der Modelle zu und es kommt zu einem Overfitting. Die Verwendung von sechs Parametern ergibt den optimalen Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenzeit.
  • Eine genaue Erläuterung bzw. Definition der genannten Parameter oder Kenngrößen erfolgt im Zusammenhang mit den Figuren. Dabei zeichnen sich die Parameter dadurch aus, dass sie im Rahmen zukünftiger Motorkonzepte auch im Fahrzeugbetrieb ermittelt werden können.
  • Insbesondere kann als MISO-Modell ein Polynom oder ein neuronales Netz eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise kann das MISO-Modell für die Ruß-Emission auch durch einen Potenzproduktansatz der oben genannten Parameter gebildet werden, wobei jeder Parameter mit einem Exponenten e1 bis e6 versehen ist und der Potenzproduktansatz noch einen konstanten Term K1 aufweist.
  • Gleiches kann für die NOx-Emission durchgeführt werden, Auch hier wird vorzugsweise das MISO-Modell für die NOx-Emission durch einen Potenzproduktansatz der oben genannten, die Heizrate des Verbrennungsprozess beschreibenden Parameter gebildet, wobei jeder Parameter mit einem Exponenten f1 bis f6 versehen ist und der Potenzproduktansatz noch einen konstanten Term K2 aufweist.
  • Es ergeben sich daher die folgenden Formeln zur Berechnung der Ruß- und NOx-Emissionen:
    Figure DE102005032623B4_0002
    wobei hier die Schwerpunktlage der Verbrennung und das Verbrennungsluftverhältnis in den Formeln 1 und 2 angegeben ist. Es kann stattdessen auch das Maximum des Zylinderdruckanstiegs und/oder der Sauerstoffgehalt verwendet werden, was zu den folgenden Formeln führt:
    Figure DE102005032623B4_0003
  • Vorzugsweise werden die Exponenten e1 bis e6 bzw. f1 bis f6 sowie die Konstanten K1 bzw. K2 nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate aus einer vorgegebenen Anzahl von Messungen ermittelt. Zur Bestimmung der Exponenten und der Konstanten können daher Prüfstandsmessungen in verschiedenen Kennfeldpunkten durchgeführt werden. Insbesondere kann die Auswahl der Kennfeldpunkte mit den Methoden der statistischen Versuchsplanung erfolgen.
  • Vorzugsweise werden die Exponenten und die Konstante für die Ruß-Emission und die Exponenten und die Konstante für die NOx-Emission für eine mehrzylindrische Dieselbrennkraftmaschine als Mittelwerte der einzelnen Zylinder gebildet, wobei die Werte für verschiedene Dieselbrennkraftmaschinen verschieden sind.
  • Das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren findet vorzugsweise Verwendung in einem Motorsteuergerät einer Dieselbrennkraftmaschine zur Echtzeitberechnung der Ruß- und/oder NOx-Emissionen.
  • Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung einer On-board-Diagnose der Dieselbrennkraftmaschine aufgrund der ermittelten Ruß- und NOx-Emissionen eingesetzt werden.
  • Ferner können die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Ruß- und NOx-Emissionen als Führungsgrößen zur Bestimmung des rückgeführten Abgases bei Abgasrückführsystemen verwendet werden.
  • Insbesondere können die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten NOx-Emissionen als Führungsgrößen für die Dosieranlagen von SCR-Katalysatoren verwendet werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung der berechneten Ruß-Emissionen als Führungsgrößen zur Bestimmung des Regenerationszeitpunktes bei Dieselpartikelfiltern.
  • Durch die Verwendung als ”virtuelle Sensoren” können die oben erläuterten Modelle reale Ruß- und NOx-Sensoren ersetzen und so erheblich zu einer Reduzierung der Herstellungskosten eines Fahrzeugs beitragen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgende anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt
  • 1 die Heizrate eines Verbrennungsprozesses als Funktion des Kurbelwinkels, und
  • 2 den entsprechenden Heizverlauf.
  • 1 zeigt einen typischen Verlauf der Heizrate dQH in J/°KW eines Verbrennungsprozesses in einem Zylinder einer Dieselbrennkraftmaschine als Funktion des Kurbelwinkels KW in Grad. Die Einspritzphase oder Einspritzdauer, während der der Kraftstoff in den Zylinder eingebracht wird, ist in 1 symbolisch durch den mit E bezeichneten Balken dargestellt. Die Einspritzphase E beginnt in diesem Beispiel bei einem Kurbelwinkel von ca. –9° und ist bei einem Winkel von ca. –5° abgeschlossen. Es kommt bis zu dem tatsächlichen Einsetzen der Verbrennung zu einem Zündverzug ZV und bei einem Winkel von ca. 5° setzt in diesem Beispiel die Verbrennung ein. Dieser Punkt wird als Brennbeginn BG bezeichnet. Die durch die Verbrennung erzeugte Heizrate ist in 1 durch den Graphen I wiedergegeben, wobei die Heizrate nach Brennbeginn nach der Verbrennung der Piloteinspritzmenge stark ansteigt und nach der maximalen Heizrate dQHmax wieder bis auf Null am Brennende BE abfällt. Die drei Punkte Brennbeginn BG, maximale Heizrate dQHmax und Brennende BE definieren ein den Graphen 1 der Heizrate umschließendes Dreieck mit den Winkeln α1 und α2, die ebenfalls als Parameter zur Beschreibung der Heizrate verwendet werden.
  • 2 zeigt den Heizverlauf Q, dargestellt als Graphen 11, wobei der Heizverlauf Q durch das Integral der Heizrate dQH über den Kurbelwinkel KW gebildet wird. Der Graph 11 des Heizverlaufs weist den Brennbeginn BG auf, der in 2 durch den Punkt QHmin definiert ist, bei dem der integrale Heizverlauf sein globales Minimum aufweist. Weiterhin zeigt die Kurve 11 den 50%-Umsatzpunkt U der Verbrennung, dem die Schwerpunktlage der Verbrennung Ai50% zugeordnet ist, welches der Kurbelwinkel ist, bei dem 50% der Spanne zwischen globalem Minimum und globalem Maximum des integralen Heizverlaufs überschritten wird. Schließlich ist der Kurve II das Brennende BE zu entnehmen, dem der Punkt Ai95% zugeordnet ist, welcher der Kurbelwinkel ist, bei dem 95% der Spanne zwischen globalem Minimum und globalem Maximum überschritten wird.
  • Die folgenden Ausführungen dienen zur Erläuterung und Definition der in 1 und 2 verwendeten Kenngrößen und Parameter zur Beschreibung der Heizrate:
  • α1:
  • Die Größe α1 beschreibt den Winkel zwischen dem Brennbeginn BG und der maximalen Heizrate dQHmax. Für den Brennbeginn können verschiedene Definitionen verwendet werden, beispielsweise:
    • a) Kurbelwinkel, bei dem der integrale Heizverlauf sein globales Minimum aufweist (QHmin),
    • b) Kurbelwinkel, bei dem 5% der Spanne zwischen globalem Minimum und globalem Maximum des integralen Heizverlaufsüberschritten werden (Ai5% Wert),
    • c) Kurbelwinkel, bei dem 85% des Minimums im negativen Abschnitt des integralen Heizverlaufs überschritten werden, oder
    • d) Kurbelwinkel, bei dem die Zylinderdruckdifferenz zwischen dem Zylinderdruck bei gefeuertem und geschlepptem Motor größer als 2 bar ist
  • Der Winkel α1 berechnet sich wie folgt:
    Figure DE102005032623B4_0004
    mit:
    dQHmax[J/°KW]: maximale Heizrate
    AdQHmax[°KW]: Kurbelwinkel bei der maximalen Heizrate
    Ai5%[°KW]: Kurbelwinkel bei Brennbeginn,
    wobei in der Formel (3) für den Brennbeginn die Definition b) verwendet wurde. Bei einer Verwendung der anderen Definitionen ist die Formel (3) entsprechend zu ändern.
  • α2:
  • Der Parameter α2 beschreibt den Winkel zwischen der maximalen Heizrate dQHmax und dem Brennende: Für das Brennende können ebenfalls verschiedene Definitionen verwendet werden, beispielsweise:
    • e) Kurbelwinkel, bei dem der integrale Heizverlauf sein globales Maximum aufweist, oder
    • f) Kurbelwinkel, bei dem 95% der Spanne zwischen globalem Minimum und globalem Maximum des integralen Heizverlaufsüberschritten werden (Ai95% Wert).
  • Der Winkel α2 berechnet sich aus 1 wie folgt:
    Figure DE102005032623B4_0005
    mit:
    dQHmax[J/°KW]: maximale Heizrate
    AdQHmax[°KW]: Kurbelwinkel bei der maximalen, Heizrate
    Ai95%[°KW]: Kurbelwinkel bei Brennende
  • Dabei ist in Formel (4) das Brennende nach Definition f) verwendet worden. Bei der Verwendung anderer Definitionen ist die Formel (4) entsprechend zu ändern.
  • Ai50%:
  • Die in 2 gezeigte Kenngröße Ai50% wird als Schwerpunktlage der Verbrennung bezeichnet. Es ist der Kurbelwinkel, bei dem 50% der Spanne zwischen globalem Minimum und globalem Maximum des integralen Heizverlaufs Q überschritten werden. Anstelle der Schwerpunktlage kann in den Formeln zur Berechnung der Ruß- und NOx-Emissionen auch der maximale Verbrennungsdruckanstieg eingesetzt werden, wobei dann natürlich die entsprechenden Exponenten angepasst werden müssen.
  • τZV:
  • Der Zündverzug τZV beschreibt die Zeitspanne zwischen dem Einspritzbeginn SB und dem Brennbeginn BG. Verschiedene Definitionen für den Brennbeginn wurden oben genannt. Der Einspritzbeginn ist der Zeitpunkt, bei dem die ersten Kraftstofftröpfchen aus dem Injektor in den Brennraum eintreten. Da dieser Zeitpunkt ohne Messtechnik nur schwer mit hinreichender Genauigkeit zu bestimmen ist, wird als Ersatzgröße der elektrische Förderbeginn genommen. τZV = Ai5% – SB mit:
    Ai5%[KW]: Kurbelwinkel bei Brennbeginn
    SB[°KW]: Kurbelwinkel bei Spritzbeginn oder elektrischer Förderbeginn
  • λ:
  • Das Verbrennungsluftverhältnis λ kann mit Hilfe einer im Abgasstrang angebrachten Lambdasonde ermittelt werden.
  • ml/mg:
  • Das Verhältnis der Luftmasse zur gesamten Gasmasse ml/mg beschreibt ebenfalls die Gaszusammensetzung. Es ist eine Ersatzgröße für die AGR-Rate, da es keine seriennahe Lösung zu deren Ermittlung im Fahrzeugbetrieb gibt. Modelle zur Berechnung der AGR-Rate, die teilweise auch die interne AGR berücksichtigen, unterliegen einer deutlich aufwendigeren Rechenvorschrift.
  • Die Luftmasse ml kann mit Hilfe eines Heißfilmluftmassenmessers (HFM) ermittelt werden.
  • Die Gesamtmasse mg lässt sich zum Beispiel näherungsweise mit der idealen Gasgleichung berechnen:
    Figure DE102005032623B4_0006
    mit:
    psaug[bar]: Saugrohrdruck
    VHub[m3]: Hubvolumen
    RL[J/(kgK)]: Spezifische Gaskonstante
    TSaug[K]: Saugrohrtemperatur
  • Massenströme lassen sich dabei über die folgende Beziehung in Massen pro Arbeitsspiel und Zylinder umrechhen:
    Figure DE102005032623B4_0007
    mit:
    m[kg]: Masse pro Arbeitsspiel und Zylinder
    m .[kg/h]: Gesamtmassenstrom
    n[U/min]: Drehzahl
    a[–]: Kurbelwellenumdrehungen je Arbeitsspiel
    z[–]: Zylinderzahl
  • In der Formel zur Berechnung von Ruß und NOx muss sowohl λ wie auch ml/mg enthalten sein, da das selbe Lambda entweder durch eine Änderung der Kraftstoffmenge oder der Menge an rückgeführtem Abgas erreicht werden kann, was unterschiedliche Auswirkungen auf die Emissionen hat.
  • Wie im Vorangegangenen bereits erwähnt, kann anstelle der Schwerpunktlage der Verbrennung Ai50% auch das Maximum des Zylinderdruckanstieges dpmax und anstelle von von Lambda λ kann auch der Sauerstoffgehalt 02 im Abgas verwendet werden.
  • Um aus den oben genannten sechs Parametern die Emissionen zu berechnen, sind mehrere MISO-Modelle (Multiple Input – Single Output), wie z. B. Polynome oder Künstliche Neuronale Netze, vorstellbar. Vorteilhaft bei klassischen Polynomen ist neben ihrer großen Robustheit auch die gute Interpretierbarkeit, nachteilig ist allerdings die begrenzte Fähigkeit starke Nichtlinearitäten abzubilden. Neuronale Netze hingegen können gut solche Nichtlinearitäten abbilden, sind allerdings schwieriger zu interpretieren und neigen leichter zum Overfitting. Aus Gründen der geringen Komplexität, der kurzen Rechenzeit und der guten Interpretierbarkeit wurde hier ein Potenzproduktansatz gewählt, wobei die sechs Parameter mit Exponenten e1 bis e6 bzw. f1 bis f6 versehen wurden, die ein Indikator für die Richtung und die Stärke des Einflusses des Parameters darstellen. Die Exponenten werden nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt. Jede Formel enthält noch eine Konstante K, die dazu dient, die unterschiedlichen Dimensionen anzugleichen.
  • Dies führt dann zu den oben bereits angegebenen Formeln 1 und 2 bzw. 1' und 2'.
  • Zur Bestimmung der Exponenten und der Konstanten wurden an einem 1-Zylinder-Dieselmotor 200 Arbeitspunkte mit heterogener Verbrennung und weitem Spritzbeginn und AGR-Variation vermessen. Die Ergebnisse sind motorspezifisch und die Exponenten und Konstanten müssen für jeden Motor einmal ermittelt werden. Die Auswahl geeigneter Arbeitspunkte erfolgt vorteilhaft mit den Methoden der statistischen Versuchsplanung.
  • Bezugszeichenliste
    • dQH
      Heizrate
      dQHmax
      maximale Heizrate
      Q
      Heizverlauf
      ZV
      Zündverzug
      KW
      Kurbelwinkel
      BG
      Brennbeginn
      E
      Einspritzdauer
      BE
      Brennende
      U
      50% Umsatzpunkt
      I
      Graph der Heizrate
      II
      Graph des Heizverlaufs

Claims (14)

  1. Verfahren zur Bestimmung der zylinderselektiven Ruß- und NOx-Emissionen einer Dieselbrennkraftmaschine, wobei mit Hilfe einer vorgegebenen Anzahl von den Verbrennungsprozess beschreibenden Parametern die Ruß- und NOx-Emissionen der Dieselbrennkraftmaschine berechnet werden, wobei die Parameter so gewählt werden, dass sie die Heizrate und die Gemischzusammensetzung des Verbrennungsprozesses wiedergeben, und aus den während eines Verbrennungsprozesses bestimmten Parameterwerten die Ruß-Emission und NOx-Emission des Verbrennungsprozesses eines Zylinders mittels jeweils eines MISO-Modells berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden, die Heizrate und die Gemischzusammensetzung beschreibenden Parameter zur Berechnung der Ruß- und NOx-Emission eines Zylinders verwendet werden: der Zündverzug τZV, der Anstieg der Heizrate α1 der Abfall der Heizrate α2, der maximale Verbrennungsdruckanstieg dpmax oder die Schwerpunktlage der Verbrennung Ai50% der Sauerstoffgehalt im Abgas O2 oder das Verbrennungsluftverhältnis λ, und das Verhältnis der Luftmasse zur gesamten Gasmasse ml/mg.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als MISO-Modell ein Polynom oder ein neuronales Netz eingesetzt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das MISO-Modell für die Ruß-Emission durch einen Potenzproduktansatz der Parameter gebildet wird, wobei jeder Parameter mit einem Exponenten e1 bis e6 versehen ist und der Potenzproduktansatz noch einen konstanten Term K1 aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das MISO-Modell für die NOx-Emission durch einen Potenzproduktansatz der Parameter gebildet wird, wobei jeder Parameter mit einem Exponenten f1 bis f6 versehen ist und der Potenzproduktansatz noch einen konstanten Term K2 aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Exponenten e1 bis e6 bzw. f1 bis f6 sowie die Konstanten K1 bzw. K2 nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate aus einer vorgegebenen Anzahl von Messungen ermittelt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Exponenten und der Konstanten Prüfstandsmessungen in verschiedenen Kennfeldpunkten durchgeführt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Kennfeldpunkte mit den Methoden der statistischen Versuchsplanung erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Exponenten und die Konstante für die Ruß-Emission und die Exponenten und die Konstante für die NOx-Emission für eine mehrzylindrische Dieselbrennkraftmaschine als Mittelwerte der einzelnen Zylinder gebildet werden.
  9. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche in einem Motorsteuergerät einer Dieselbrennkraftmaschine zur Echtzeitberechnung der Ruß- und/oder NOx-Emission.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Ruß- und NOx-Emissionen zur Regelung der Motors verwendet werden.
  11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine On-board-Diagnose der Dieselbrennkraftmaschine aufgrund der ermittelten Ruß- und NOx-Emissionen durchgeführt wird.
  12. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Ruß- und NOx-Emissionen als Führungsgrößen zur Bestimmung des rückgeführten Abgases bei Abgasrückführsystemen verwendet werden.
  13. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten NOx-Emissionen als Führungsgrößen für die Dosieranlagen von SCR-Katalysatoren verwendet werden.
  14. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Ruß-Emissionen als Führungsgrößen zur Bestimmung des Regenerationszeitpunktes bei Dieselpartikelfiltern verwendet werden.
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