DE102007046296A1 - Verfahren und System eines Dieselmotor-Sollwertausgleichs für einen Übergangsbetrieb eines Schwerlast-Dieselmotors - Google Patents

Verfahren und System eines Dieselmotor-Sollwertausgleichs für einen Übergangsbetrieb eines Schwerlast-Dieselmotors Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Steuern und Verbessern der Übergangsemissionen eines elektronisch gesteuerten Schwerlast-Dieselmotors, welcher ein ECM mit einem Speicher, einen Turbolader und ein EGR-System aufweist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System eines Dieselmotor-Sollwertausgleichs für einen Übergangsbetrieb eines Schwerlast-Dieselmotors.
  • STAND DER TECHNIK
  • Sun et al., US-amerikanisches Patent Nr. 6,866,030 , betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verdichtungszündungs-Verbrennungsmotor-Abgasrezirkulationssystems (EGR), welches ein EGR-Ventil und ein Betätigungselement aufweist. Das Verfahren umfaßt ein kontinuierliches Überwachen mindestens eines Motorparameters in Echtzeit und ein kontinuierliches Einstellen einer EGR-Ventilposition unter Verwendung eines Steuersignals in Echtzeit in Reaktion auf den mindestens einen Parameter und in Reaktion auf mindestens eine Verzögerung, wobei eine der Verzögerungen, welche mindestens eine umfassen, einer EGR-Betätigungselementsverzögerung entspricht.
  • Sun, US-amerikanisches Patent Nr. 7,063,076 , betrifft ein Verfahren zur Rauchbeschränkung eines Motors. Das Verfahren kann ein Bestimmen eines minimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) und eine Kraftstoffbeschränkung als Funktion davon umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Bestimmen einer maximalen Kraftstoffversorgungsgeschwindigkeit als Funktion des minimalen AFR's und des Luftmassendurchflusses zu dem Motor umfassen. Das Verfahren kann ein Steuern des Motors gemäß einer angeforderten Kraftstoffversorgungsgeschwindigkeit, sofern die angeforderte Kraftstoffversorgungsgeschwindigkeit nicht größer als die maximale zulässige Kraftstoffversorgungsgeschwindigkeit ist, umfassen.
  • Dieselmotoren erfordern eine nahezu konstante Modulation von Sollwerten auf Basis von Motorbetriebsbedingungen. Während eines Übergangs-Motorbetriebs (das bedeutet, daß dieser dynamisch bzw. zeitlich veränderlich ist) muß die Reaktionszeit der individuellen Motorsysteme beim Vorgeben von Leistungssollwerten berücksichtigt werden. Individuelle Dieselmotorsysteme, wie etwa die einer EGR (Abgasrezirkulation), des Kraftstoffs, der Luft, eines DPF's (eines Diesel-Partikelfilters), eines DOC's (eines Diesel-Oxidationskatalysators) und einer SCR (einer selektiven katalytischen Reduktion), weisen sehr unterschiedliche Reaktionszeiten der Dynamik auf. Während sich die Reaktionszeit von Kraftstoffeinspritzdüsen (das bedeutet, die Einspritzgeschwindigkeit und -taktung) in der Größenordnung von Millisekunden befindet, befindet sich die Reaktion des Einspritzsystem-Leitungsdrucksystems in der Größenordnung einer halben Sekunde, wobei das Luft- und das EGR-System zehnmal langsamer als das Leitungsdruck-Steuersystem, und die Nachbehandlungssysteme aufgrund der entfernten Orte davon hundertmal langsamer als die Einspritzanlage reagieren. Während eines Übergangsbetriebs des Motors ist es schwierig, die Motoremissionen zu steuern. Es besteht ein fortwährender Bedarf der Industrie im Hinblick auf ein Verfahren zum Ausgleichen von Motorsollwerten während eines Übergangsbetriebs auf Basis einer modellierten Systemreaktion, um die Übergangs-Motoremissionen zu verbessern, um strenge staatliche Emissionsrichtlinien und -vorschriften zu erfüllen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Motorsystems.
  • 2 ist eine Darstellung eines Flußdiagramms, welches das Verfahren zum Verbessern einer Übergangs-Emissionssteuerung bei einem elektronisch gesteuerten Schwerlast-Dieselmotor darstellt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Verbessern einer Übergangs-Emissionssteuerung bei einem elektronisch gesteuerten Schwerlast-Dieselmotor, welcher mit einem Kraftstoffsystem und einem Luftsystem, welches einen EGR-Kreislauf aufweist, sowie einem Speicher in einem Motorsteuermodul (ECM) versehen ist. Das Verfahren umfaßt ein Bestimmen eines erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; ein Bestimmen einer Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (ΔAFR); ein Bestimmen einer Änderung des EGR-Sollwerts (ΔEGR) zum Ausgleichen einer Luftsystemsreaktion; ein Bestimmen eines Übergangs-EGR-Sollwerts; ein Bestimmen eines endgültigen EGR-Sollwerts; ein Bestimmen eines erforderlichen Übergangs-Kraftstoffsystemdruck-Sollwerts; ein Bestimmen einer Änderung beim Vergleichen des Kraftstoffsystemdrucks; ein Bestimmen einer Änderung des Einspritzungsbeginns (ΔBOI); ein Bestimmen eines Übergangs-Einspritzungsbeginn-Sollwerts; ein Bestimmen eines endgültigen Einspritzungsbeginn-Sollwerts; ein Verwirklichen des endgültigen EGR-Sollwerts zum Ausgleichen der Luftsystemsreaktionszeit während eines Übergangs-Motorbetriebs und ein Verwirklichen des endgültigen BOI's zum Ausgleichen der Kraftstoffsystemsreaktionszeiten während eines Übergangs-Motorbetriebs, um die Arbeitsweise des Motors zu verbessern und die Emissionen zu reduzieren.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verbessern einer Übergangs-Emissionssteuerung bei einem elektronisch gesteuerten Schwerlast-Dieselmotor, welcher mit einem Kraftstoffsystem mit gemeinsamer Druckleitung und einem Luftsystem mit einer EGR sowie einem Speicher in einem Motorsteuermodul (ECM) versehen ist, umfassend ein Schätzen eines erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwerts anhand eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertsmodells unter Verwendung von Motoremissions-Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten; ein Vergleichen des erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwerts mit einem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um eine Differenz zwischen dem erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis als ΔLuft-Kraftstoff-Verhältnis (ΔAFR) zu berechnen; ein Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (ΔZiel-Emissionswert/ΔAFR); ein Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach der EGR (ΔZiel-Emissionswert/ΔEGR); ein Multiplizieren von ΔAFR mit der Änderungsgeschwindigkeit des Ziel-Emissionswerts bezüglich AFR (ΔZiel-Emissionswert/ΔAFR) und Dividieren der Summe durch die Änderungsgeschwindigkeit des Ziel-Emissionswerts bezüglich EGR (ΔZiel-Emissionswert/ΔEGR), um die Änderung des EGR-Sollwerts (ΔEGR), welche notwendig ist, um die Luftreaktion auszugleichen, zu berechnen; ein Schätzen eines Übergangs-EGR-Sollwerts anhand eines EGR-Sollwertsmodells unter Verwendung von Motoremissions-Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten; ein Berechnen eines endgültigen EGR-Sollwerts durch Addieren von ΔEGR und des Übergangs-EGR-Sollwerts; ein Schätzen eines erforderlichen Übergangs-Drucksollwerts der gemeinsamen Druckleitung anhand eines Drucksollwertsmodells der gemeinsamen Druckleitung unter Verwendung von Motoremissions- Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten; ein Vergleichen des Übergangsdrucks der gemeinsamen Druckleitung mit einem tatsächlichen Druck der gemeinsamen Druckleitung und ein Berechnen einer Differenz zwischen dem Übergangsdruck der gemeinsamen Druckleitung und dem tatsächlichen Druck der gemeinsamen Druckleitung als ΔPrail; ein Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach dem Druck der gemeinsamen Druckleitung (ΔZiel-Emissionswert/ΔPrail); ein Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach dem Einspritzungsbeginn (ΔZiel-Motoremissionswert/ΔBOI); ein Multiplizieren von ΔPrail mit der Änderungsgeschwindigkeit des Ziel-Emissionswerts bezüglich des Leitungsdrucks (ΔZiel-Emissionswert/ΔPrail) und ein Dividieren der Summe durch die Änderungsgeschwindigkeit des Ziel-Emissionswerts bezüglich BOI (ΔZiel-Emissionswert/ΔBOI), um die Änderung des Einspritzungsbeginns (ΔBOI) zu berechnen; ein Schätzen eines Übergangs-Einspritzungsbeginn-Sollwerts anhand eines Einspritzungsbeginn-Sollwertsmodells unter Verwendung von Ziel-Motoremissionswerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Sollwerten; ein Berechnen eines endgültigen Kraftstoffeinspritzungsbeginn-Sollwerts (endgültiger BOI) durch Addieren von ΔBOI und des Übergangs-Einspritzungsbeginn-Sollwerts; ein Verwirklichen des endgültigen EGR-Sollwerts zum Ausgleichen der Luftsystems-Reaktionszeit während eines Übergangs-Motorbetriebs und ein Verwirklichen des endgültigen BOI's zum Ausgleichen der Kraftstoffsystems-Reaktionszeiten während eines Übergangs-Motorbetriebs, um die Arbeitsweise des Motors zu verbessern und die Emissionen zu reduzieren.
  • GENAUE BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS (BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE)
  • 1 stellt ein Fahrzeug-Kraftübertragungssystem 10 gemäß einem nicht beschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Das System 10 kann eine Leistung zum Betreiben einer beliebigen Anzahl von Fahrzeugen liefern, wobei dies Straßenverkehrs-Lastkraftwägen, Baugerät, Wasserfahrzeuge, ortsfeste Generatoren, Kraftwägen, Lastkraftwägen, Schlepperfahrzeuge, Boote, Vergnügungsfahrzeuge, Leicht- und Schwerlastfahrzeuge und ähnliches umfaßt.
  • Das System 10 kann als verbrennungsbetriebenes System bezeichnet werden, wobei Kraftstoffe, wie etwa Benzin- und Dieselkraftstoffe, in einem Verbrennungsvorgang verbrannt werden, um eine Leistung zu liefern, wie etwa bei einem Verdichtungszündungsmotor 14. Der Motor 14 kann ein Dieselmotor sein, welcher ein Anzahl von Zylindern 18 umfaßt, in welche Kraftstoff und Luft zur Zündung eingespritzt werden, wie für einen Fachkundigen zu ersehen ist. Der Motor 14 kann ein mehrzylindriger Verdichtungszündungs-Verbrennungsmotor sein, wie beispielsweise ein 2-, 4-, 6-, 8-, 12-, 16- oder 24-Zylinder-Dieselmotor.
  • Die Abgase, welche durch den Motor 14 bei der Verbrennung erzeugt werden, können durch eine Abgasanlage 20 emittiert werden. Die Abgasanlage 20 kann eine beliebige Anzahl von Merkmalen umfassen, wobei dies einen Auspuffkrümmer und Durchgangskanäle zum Leiten der emittierten Abgase zu einer Partikelfilteranordnung 30, welche in dem Fall eines Dieselmotors allgemein als Diesel-Partikelfilter bezeichnet wird, umfaßt. Optional kann die Anlage 20 einen Turbolader in unmittelbarer Nähe zu dem Auspuffkrümmer umfassen, um die Frischluftzuleitung in den Motor 14 zu komprimieren. Der Turbolader kann beispielsweise eine Turbine 32 und einen Verdichter 34, wie etwa einen Turbolader mit veränderlicher Geometrie (VGT) und/oder eine Turbokomponenten-Kraftturbine, umfassen. Selbst verständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Abgassysteme, welche Turbolader oder ähnliches aufweisen, beschränkt.
  • Die Partikelfilteranordnung 30 kann geeignet gestaltet sein, um Partikel aufzufangen, welche mit dem Verbrennungsvorgang verbunden sind. Genauer kann die Partikelfilteranordnung 30 einen Oxidationskatalysatorkanister (einen OC-Kanister) 36, welcher einen OC 38 umfaßt, und einen Partikelfilterkanister 42, welcher einen Partikelfilter 44 umfaßt, umfassen. Die Kanister 36, 42 können getrennte Komponenten sein, welche mit einer Klemme oder einem anderen Merkmal derart miteinander verbunden sind, daß die Kanister 36, 42 für Servicearbeiten und andere Arbeitsvorgänge abgenommen werden können. Selbstverständlich soll die vorliegende Erfindung nicht auf diese beispielhafte Anordnung für die Partikelfilteranordnung 30 beschränkt sein. Stattdessen berücksichtigt die vorliegende Erfindung den Fall, daß die Partikelfilteranordnung eine größere oder kleinere Anzahl dieser Komponenten und Merkmale umfaßt. Insbesondere berücksichtigt die vorliegende Erfindung den Fall, daß die Partikelfilteranordnung 30 lediglich den Partikelfilter 44 und nicht notwendig den OC-Kanister 36 oder ein OC-Substrat 38 umfaßt, und daß der Partikelfilter 44 in anderen Abschnitten der Abgasanlage 20 angeordnet sein kann, wie etwa bezüglich der Strömungsrichtung vor der Turbine 32.
  • Der OC 38, welcher für Dieselmotoren allgemein als Diesel-Oxidationskatalysator bezeichnet wird, kann Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, welche in den Abgasen enthalten sind, oxidieren, um die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 zu erhöhen. Der Partikelfilter 44 kann Partikel auffangen, welche in den Abgasen enthalten sind, wie etwa Kohlenstoff, Ölpartikel, Asche und ähnliches, und eine Wiederaufbereitung hinsichtlich der aufgefangenen Partikel durchführen, wenn die damit verbundenen Temperaturen ausreichend hoch sind. Gemäß einem nicht beschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es eine Aufgabe der Partikelfilteranordnung 30, schädliche kohlenstoffhaltige Partikel aufzufangen, welche in den Abgasen enthalten sind, und diese Verunreinigungen zu speichern, bis die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 eine Oxidation der aufgefangenen Partikel unter Überführung in ein Gas, welches in die Atmosphäre ausgestoßen werden kann, begünstigen.
  • Der OC- und der Partikelfilterkanister 36, 42 können Einlässe und Auslässe umfassen, welche definierte Querschnittsbereiche aufweisen, wobei sich Ausdehnungsabschnitte zum Aufnehmen des OC's 38 bzw. des Partikelfilters 44 dazwischen befinden. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt jedoch, daß die Kanister 36, 42 und die Vorrichtungen darin eine beliebige Anzahl von Gestaltungen und Anordnungen zum Oxidieren von Emissionen und zum Auffangen von Partikeln umfassen können. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezielle Gestaltung für die Partikelfilteranordnung 30 beschränkt sein.
  • Um eine Oxidation der aufgefangenen Partikel zu fördern, kann eine Dosiervorrichtung 50 zum Einleiten von Kraftstoff in die Abgase, so daß der Kraftstoff mit dem OC 38 reagiert und verbrennt, um die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 zu erhöhen, um eine Wiederaufbereitung zu ermöglichen, aufgenommen sein. Beispielsweise berücksichtigt ein nicht beschränkender Aspekt der vorliegenden Erfindung den Fall, daß die Menge des von der Dosiervorrichtung eingespritzten Kraftstoffs als Funktion der Temperaturen an dem Partikelfilter 44 und weiterer Systemparameter, wie etwa dem Luftmassendurchfluß, den EGR-Temperaturen und ähnlichem, gesteuert wird, um die Wiederaufbereitung zu steuern. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt jedoch auch, daß Kraftstoff durch andere Maßnahmen in den Abgasen aufgenommen werden kann, wie etwa durch derartiges Steuern des Motors 14, daß dieser Kraftstoff mit den Abgasen emittiert wird.
  • Eine Luftansauganlage 52 kann aufgenommen sein, um Frischluft von einem Frischlufteinlaß 54 durch einen Luftkanal zu einem Ansaugkrümmer zur Einleitung in den Motor 14 zu leiten. Ferner kann das System 52 einen Luftkühler bzw. einen Lademengen-Luftkühler 56 umfassen, um die Frischluft zu kühlen, nachdem diese durch den Verdichter 34 komprimiert wurde. Optional kann ein Einlaß-Drosselventil 58 vorgesehen sein, um den Durchfluß von Frischluft zu dem Motor 14 zu steuern. Das Drosselventil 58 kann ein elektrisch betriebenes Ventil sein. Für eine derartiges Ansauganlage sind viele Abwandlungen möglich, und die vorliegende Erfindung soll nicht auf eine bestimmte Anordnung beschränkt sein. Stattdessen berücksichtigt die vorliegende Erfindung den Fall einer beliebigen Anzahl von Merkmalen und Vorrichtungen zum Liefern von Frischluft für den Ansaugkrümmer und die Zylinder, wobei dies eine größere oder kleinere Anzahl der vorangehenden Merkmale umfaßt.
  • Optional kann ein Abgasrezirkulationssystem (EGR-System) 64 vorgesehen sein, um Abgas zur Mischung mit der Frischluft zu dem Motor 14 zurückzuführen. Das EGR-System 64 kann einen abgemessenen Anteil der Abgase in den Motor 14 einleiten. Das EGR-System 64 kann die einströmende Kraftstoff-Lademenge verdünnen und die Spitzenverbrennungstemperaturen vermindern, um die Menge der Oxide des Stickstoffs zu vermindern, welche bei der Verbrennung erzeugt wird. Die Menge des Abgases, welche rezirkuliert werden soll, kann durch Steuern eines EGR-Ventils 66 und/oder in Kombination mit weiteren Merkmalen, wie etwa dem Turbolader, gesteuert werden. Das EGR-Ventil 66 kann ein Ventil mit veränderlichem Durchfluß sein, welches elektronisch gesteuert wird. Es gibt viele mögliche Gestaltungen für das steuerbare EGR-Ventil 66, und die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nicht auf eine bestimmte Struktur für das EGR-Ventil 66 beschränkt.
  • Gemäß einem nicht beschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das EGR-System 64 einen EGR-Kühlerkanal 70, welcher einen Luftkühler 72 umfaßt, und einen kühlerfreien EGR-Umgehungskanal 74 umfassen. Das EGR-Ventil 66 kann an dem Auspuffkrümmer vorgesehen sein, um das Abgas, welches durch einen oder beide Kanäle aus der Gruppe des EGR-Kühlerkanals 70 und des Umgehungskanals 74 strömt, zu messen. Selbstverständlich berücksichtigt die vorliegende Erfindung, daß das EGR-System 64 eine größere oder kleinere Anzahl dieser Merkmale sowie weiterer Merkmale zum Zurückführen von Abgas umfassen kann. Demgemäß soll die vorliegende Erfindung nicht auf ein beliebiges EGR-System beschränkt sein, und diese berücksichtigt die Verwendung weiterer derartiger Systeme, welche eine größere oder kleinere Anzahl dieser Merkmale umfassen, wie etwa eines EGR-Systems, welches lediglich einen Kanal aus der Gruppe des EGR-Kühlerkanals und des Umgehungskanals aufweist.
  • Ein Kühlsystem 80 kann aufgenommen sein, um eine Kreislaufversorgung des Motors 14 durch Führen des Kühlmittels in Kreislauf durch diesen zu verwirklichen. Das Kühlmittel kann ausreichend sein, um Wärme, welche durch den Motor 14 erzeugt wird, in fließender Weise abzuführen, wie etwa durch einen Radiator. Der Radiator kann eine Anzahl von Kühlrippen umfassen, durch welche das Kühlmittel fließt, um durch den Luftdurchfluß, welcher durch ein Motorgehäuse fließt und/oder durch ein Radiatorgebläse erzeugt wird, welches darauf gerichtet ist, gekühlt zu werden, wie für einen Fachkundigen zu ersehen ist. Es wird jedoch berücksichtigt, daß die vorliegende Erfindung eine größere oder kleinere Anzahl dieser Merkmale in dem Kühlsystem 80 umfassen kann, und die vorliegende Erfindung soll nicht auf das oben beschriebene beispielhafte Kühlsystem beschränkt sein.
  • Die Erfindung des Kühlsystems 80 kann in Verbindung mit einem Heizsystem 84 arbeiten. Das Heizsystem 84 kann einen Heizkonus, ein Heizgebläse und ein Heizungsventil umfassen. Der Heizkonus kann ein erwärmtes Kühlfluid von dem Motor 14 durch das Heizungsventil aufnehmen, so daß das Heizgebläse, welches durch Insassen in einem Fahrgastbereich oder einem Führerhaus eines Fahrzeugs elektrisch steuerbar sein kann, durch den Heizkonus erwärmte Luft zu den Fahrgästen blasen kann. Beispielsweise kann das Heizgebläse in verschiedenen Geschwindigkeiten steuerbar sein, um eine Menge erwärmter Luft zu steuern, welche hinter dem Heizkonus verblasen wird, wodurch die erwärmte Luft sodann durch ein Lüftungssystem zu den Insassen verteilt werden kann. Optional können Sensoren und Schalter 86 in dem Fahrgastbereich aufgenommen sein, um eine Steuerung gemäß den Heizungsanforderungen der Fahrgäste durchzuführen. Die Schalter und Sensoren können gleitende oder digitale Schalter um Anfordern einer Heizung und Sensoren zum Bestimmen, ob die verlangte Heizungsanforderung erfüllt wurde, umfassen. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt, daß eine größere oder kleinere Anzahl dieser Merkmale in dem Heizsystem aufgenommen sein kann, und soll nicht auf das oben beschriebene beispielhafte Heizsystem beschränkt sein.
  • Eine Steuerung 92, wie etwa ein elektronisches Steuermodul bzw. ein Motorsteuermodul, kann in dem System 10 aufgenommen sein, um verschiedene Betriebstätigkeiten des Motors 14 und weiterer Systeme oder Untersysteme, welche damit verbunden sind, wie etwa der Sensoren in dem Auspuff, der EGR und der Ansauganlage, zu steuern. Verschiedene Sensoren können sich über Eingabe-/Ausgabekanäle 94 in elektrischer Verbindung mit der Steuerung befinden. Die Steuerung 92 kann eine Mikroprozessoreinheit (MPU) 98 umfassen, welche sich über eine Daten- und Steuerungssammelleitung 100 in Verbindung mit verschiedenen computerlesbaren Speichermedien befindet. Die computerlesbaren Speichermedien können beliebige Vorrichtungen, welche als Festspeicher 102, Direktzugriffsspeicher 104 und nichtflüchtiger Direktzugriffsspeicher 106 fungieren, einer Anzahl davon umfassen. Eine Daten-, Diagnose- und Programmierungs-Eingabe-Ausgabe-Vorrichtung 108 kann gleichfalls über einen Stecker selektiv mit der Steuerung verbunden sein, um verschiedene Informationen dazwischen auszutauschen. Die Vorrichtung 108 kann verwendet werden, um Werte in den computerlesbaren Speichermedien, wie etwa Konfigurationseinstellungen, Einmeßvariablen, Anweisungen zur EGR-, Ansaug- und Abgasanlagensteuerung und anderes, zu ändern.
  • Das System 10 kann eine Einspritzvorrichtung 114 zum Steuern der Kraftstoff- und/oder Lufteinspritzung für die Zylinder 18 umfassen. Die Einspritzvorrichtung 114 kann durch die Steuerung 92 oder eine andere Steuerung gesteuert werden und eine beliebige Anzahl von Merkmalen umfassen, wobei dies Merkmale zum Einspritzen von Kraftstoff und/oder Luft in einen Zylindereinlaß der gemeinsamen Druckleitung und eine Einheit, welche Kraftstoff und/oder Luft individuell in jeden Zylinder einspritzt, umfassen kann. Beispielsweise kann die Einspritzvorrichtung 114 den Kraftstoff und/oder die Luft, welche in jeden Zylinder eingespritzt wird, getrennt und unabhängig steuern, so daß jeder Zylinder getrennt und unabhängig gesteuert werden kann, um veränderliche Mengen von Kraftstoff und/oder Luft bzw. überhaupt keinen Kraftstoff und/oder keine Luft aufzunehmen. Selbstverständlich berücksichtigt die vorliegende Erfindung, daß die Einspritzvorrichtung 114 eine größere oder kleinere Anzahl dieser Merkmale umfassen kann, und soll nicht auf die oben beschriebenen Merkmale beschränkt sein.
  • Das System 10 kann eine Ventilvorrichtung 116 zum Steuern der Ventiltaktung der Zylinder 18 umfassen, wie etwa, um den Luftdurchfluß in die Zylinder 18 und den Abgasdurchfluß aus diesen zu steuern. Die Ventilvorrichtung 116 kann durch die Steuerung 92 oder eine andere Steuerung gesteuert werden und eine beliebige Anzahl von Merkmalen umfassen, wobei dies Merkmale zum selektiven und unabhängigen Öffnen und Schließen von Zylindereinlaßventilen und/oder -auslaßventilen umfaßt. Beispielsweise kann die Ventilvorrichtung 116 die Auslaßventilstaktung jedes Zylinders unabhängig derart steuern, daß die Auslaß- und/oder Einlaßventile in steuerbaren Intervallen unabhängig geöffnet und geschlossen werden können, wie etwa mit einer Kompressionsbremse. Selbstverständlich berücksichtigt die vorliegende Erfindung, daß die Ventilvorrichtung eine größere oder kleinere Anzahl dieser Merkmale umfassen kann, und soll nicht auf eines der oben beschriebenen Merkmale beschränkt sein.
  • Bei Betrieb empfängt die Steuerung 92 Signale von verschiedenen Motor-/Fahrzeugsensoren und führt eine Steuerlogik aus, welch in Hardware und/oder Software integriert ist, um das System 10 zu steuern. Die computerlesbaren Speichermedien können beispielsweise darauf gespeicherte Anweisungen umfassen, welche durch die Steuerung 92 ausführbar sind, um Verfahren zum Steuern sämtlicher Merkmale und Untersysteme in dem System 10 durchzuführen. Die Programmanweisungen können durch die Steuerung in der MPU 98 ausgeführt werden, um die verschiedenen Systeme und Untersysteme des Motors und/oder des Fahrzeugs durch die Eingabe-/Ausgabekanäle 94 zu steuern. Generell stellen die Strichlinien, welche in 1 dargestellt sind, die optionale Erfassungs- und Steuerungskommunikation zwischen der Steuerung und den verschiedenen Komponenten in dem Kraftübertragungssystem dar. Ferner sei bemerkt, daß eine beliebige Anzahl von Sensoren und Merkmalen mit jedem Merkmal in dem System verbunden sein kann, um den Betrieb davon zu überwachen und zu steuern.
  • Gemäß einem nicht beschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung 92 die DDEC-Steuerung sein, welche von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan, erhältlich ist. Verschiedene weitere Merkmale dieser Steuerung sind in einer Anzahl US-amerikanischer Patente beschrieben, welche der Detroit Diesel Corporation übertragen sind. Ferner kann die Steuerung beliebige Programmierungs- und Verarbeitungstechniken bzw. -strategien einer Anzahl davon umfassen, um jedes Merkmal in dem System 10 zu steuern. Ferner berücksichtigt die vorliegende Erfindung, daß das System mehr als eine Steuerung umfassen kann, wie etwa getrennte Steuerungen zum Steuern von Systemen oder Untersystemen, wobei dies eine Abgasanlagensteuerung zum Steuern der Abgastemperaturen, der Massendurchflußgeschwindigkeiten und weiterer Merkmale, welche damit verbunden sind, umfaßt. Ferner können diese Steuerungen weitere Steuerungen außer der oben beschriebenen DDEC-Steuerung umfassen.
  • In 2 ist eine Darstellung eines Flußdiagramms dargestellt, welches das Verfahren zum Verbessern der Übergangs-Emissionssteuerung bei einem elektronisch gesteuerten Schwerlast-Dieselmotor darstellt.
  • Speziell werden gemäß dem Verfahren 118 verschiedene Motor-Zielwerte 120 in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet. Motoremissions-Zielwerte 122, wie etwa der NOx-Zielwert 122, der CO-Zielwert 126 und der Kohlenwasserstoff-Zielwert (HC-Zielwert) 128, werden durch die MPU berechnet oder sind in Tabellen in der MPU gespeichert. Ähnlich werden verschiedene Motorbetriebs-Zielwerte, wie etwa der Motordrehzahl-Zielwert 132, der Motorlast-Zielwert 134 und der Zielwert 136 des Kraftstoffverbrauchs-Leistungs-Verhältnisses (BSFC-Zielwert) berechnet oder in Tabellen in der MPU gespeichert. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertsmodell 130 wird verwendet, um mögliche AFR-Sollwerte zu bestimmen, welche während des Betriebs des Motors verwirklicht werden sollen. Ähnlich werden unter Verwendung der gleichen Motoremissions-Zielwerte sowohl ein EGR-Sollwertsmodell 131 als auch ein Einspritzungsbeginn-Sollwertsmodell (BOI-Sollwertsmodell) 129 und ein Kraftstoffversorgungsdruck-Sollwertsmodell 127 (dargestellt als Leitungsdruck-Sollwertsmodell) erzeugt. Diese können in einer Tabelle in der MPU gespeichert sein oder in einem neuronalen Netz in der MPU enthalten sein.
  • Unter Verwendung von Motoremissions-Zielwerten und Motorbetriebs-Zielwerten sowie des AFR-Sollwertsmodells wird ein endgültiger AFR-Sollwert 138 bestimmt. Das tatsächliche AFR 139 wird sodann von dem endgültigen AFR-Sollwert subtrahiert, um die Änderung des AFR's (ΔAFR) 140 zu bestimmen. Gleichzeitig werden verschiedene Motor-Zielwerte 142, wie etwa die Drehzahl, die Motorlast, das AFR, die EGR-Geschwindigkeit, die Kraftstoffdruckversorgung (im dargestellten Fall als Druck der gemeinsamen Druckleitung repräsentiert) und die Kraftstofftaktung (als Einspritzungsbeginn (BOI) repräsentiert) in neuronale Netze 144 und 146 eingegeben (es sei bemerkt, daß diese Zielwerte auch in Tabellen in der MPU eingegeben werden können), wodurch es möglich ist, die Änderungsgeschwindigkeit partikelförmiger Materie (PM) bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) in dem Abgas während eines Übergangs-Motorbetriebs zu bestimmen. Die resultierende partielle Ableitung ΔPM/ΔAFR bei 148 ist eine Eingabe zum Bestimmen der Änderung der EGR (ΔEGR). Ähnlich wird bei 151 ΔPM/ΔEGR in einer Gruppe von Tabellen nachgeschlagen oder durch ein Modell auf Basis eines neuronalen Netzes berechnet. Bei Schritt 152 wird ΔAFR mit ΔPM/ΔAFR multipliziert und dieses Produkt durch ΔPM/ΔAFR dividiert, um eine erste Änderung des EGR-Werts (ΔEGR1) 153 zu berechnen. ΔEGR1 153 repräsentiert die erforderliche Änderung des EGR-Werts, um die Wirkung von ΔAFR auf partikelförmige Materie (PM) auszugleichen.
  • Gleichzeitig mit der Bestimmung, welche in dem vorangehenden Abschnitt dargelegt ist, werden die gleichen Motoreingaben durch das neuronale Netz 156 und 157 verwendet, um die partielle Ableitung des NOx-Werts nach AFR (ΔNOx/ΔAFR) 135 und die partielle Ableitung des NOx-Werts nach EGR (159) zu bestimmen. Bei Schritt 158 wird ΔAFR mit ΔNOx/ΔAFR multipliziert und das Produkt durch ΔNOx/ΔEGR dividiert, um eine zweite Änderung des EGR-Werts (ΔEGR2) 161 zu berechnen. ΔEGR2 161 repräsentiert die erforderliche Änderung des EGR-Werts, um die Wirkung von ΔEGR2 auf NOx auszugleichen.
  • Parallel zu der Bestimmung des endgültigen AFR's werden die gleichen Motorausgabe-Zielwerte in einem Kraftstoffversorgungsdruck-Sollwertsmodell in der MPU verwendet, um den endgültigen Kraftstoffversorgungsdruck-Sollwert 162 zu bestimmen. Der tatsächliche Kraftstoffversorgungsdruck 160 wird sodann von dem endgültigen Kraftstoffversorgungsdruck-Sollwert subtrahiert, um die Differenz des Kraftstoffversorgungsdrucks (ΔFDP) 163 zu bestimmen.
  • Gleichzeitig mit den Schritten in den vorangehenden Abschnitten werden die gleichen Motorausgabe-Zielwerte verwendet, um die partielle Ableitung von NOx und PM nach FDP und BOI zu berechnen. Bei Schritt 164 wird die Änderungsgeschwindigkeit von PM bezüglich FDP berechnet, und bei 165 wird die Änderungsgeschwindigkeit von PM bezüglich BOI berechnet. Bei Schritt 166 wird ΔFDP mit APM/AFDP multipliziert, und dieses Produkt wird sodann bei 166 durch ΔPM/ΔBOI dividiert, um eine Änderung des ersten BOI-Werts (ΔBOI1) zu bestimmen, wie bei Schritt 167 zu sehen. ΔBOI1 repräsentiert die erforderliche Änderung von BOI, um die Wirkung von ΔFDP auf PM auszugleichen. Gleichzeitig wird die Änderungsgeschwindigkeit von NOx bezüglich BOI bei 133 berechnet. Bei Schritt 168 wird ΔFDP mit dem Quotienten ΔNOx/ΔFDP multipliziert, und das resultierende Produkt wird durch den Quotienten ΔNOx/ΔBOI dividiert, um die Änderung eines zweiten BOI-Werts (Δ BOI2) bei Schritt 169 zu bestimmen. ΔBOI2 repräsentiert die erforderliche Änderung von BOI, um die Wirkung von AFDP auf NOx auszugleichen.
  • Bei Schritt 170 werden ΔEGR1 und ΔEGR2 verglichen, und der kleinere Wert der beiden wird zur Summierung 174 eingespeist. Gleichzeitig werden bei Schritt 172 ΔBOI1 und ΔBOI2 verglichen, und der kleinere Wert der beiden wird zur Summierung 176 eingespeist.
  • Bei der Summierung 174 werden das minimale ΔEGR und Eingaben von dem EGR-Sollwertsmodell zueinander addiert, um den endgültigen EGR-Sollwert 175 zu bestimmen. Parallel werden bei Schritt 176 das minimale ΔBOI und Eingaben von dem BOI-Sollwertsmodell zueinander addiert, um den endgültigen BOI-Sollwert 177 zu bestimmen. Diese endgültigen Sollwerte werden während eines Übergangs-Motorbetriebs verwendet, um die verschiedenen Reaktionszeiten der verschiedenen zuvor beschriebenen Systeme auszugleichen und zu ermöglichen, daß der Motor innerhalb staatlicher Emissionsnormen arbeitet.
  • Obgleich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsbeispiele nicht sämtliche möglichen Formen der Erfindung darstellen und beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind beschreibende Ausdrücke, keine beschränkenden Ausdrücke. Für Fachkundige ist zu ersehen, daß viele Änderungen möglich sind, ohne von Schutzumfang und Prinzip der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6866030 [0002]
    • - US 7063076 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren zum Verbessern einer Übergangs-Emissionssteuerung bei einem elektronisch gesteuerten Schwerlast-Dieselmotor, welcher mit einem Kraftstoffsystem und einem Luftsystem, welches eine EGR aufweist, sowie einem Speicher in einem Motorsteuermodul (ECM) versehen ist, umfassend: Bestimmen eines erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; Bestimmen einer Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Sollwert minus tatsächlicher Wert) ΔAFR; Bestimmen einer Änderung des EGR-Sollwerts (ΔEGR) zum Ausgleichen einer Luftsystemsreaktion; Bestimmen eines Übergangs-EGR-Sollwerts; Bestimmen eines endgültigen EGR-Sollwerts; Bestimmen eines erforderlichen Übergangs-Kraftstoffsystemdruck-Sollwerts; Bestimmen einer Differenz des Kraftstoffsystemdrucks (Sollwert minus tatsächlicher Wert) ΔFDP; Bestimmen einer Änderung des Einspritzungsbeginns (ΔBOI); Bestimmen eines Übergangs-Einspritzungsbeginn-Sollwerts; Bestimmen eines endgültigen Einspritzungsbeginn-Sollwerts; Verwirklichen des endgültigen EGR-Sollwerts zum Ausgleichen der Luftsystemsreaktionszeit während eines Übergangs-Motorbetriebs und Verwirklichen des endgültigen BOI's zum Ausgleichen der Kraftstoffsystemsreaktionszeiten während eines Übergangs-Motorbetriebs, um die Arbeitsweise des Motors zu verbessern und die Emissionen zu reduzieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwerts unter Verwendung eines Luft-Kraftstoff-Sollwertsmodells erfolgt, welches aus Motoremissions-Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten, welche in einem Speicher gespeichert sind, abgeleitet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwerts 1 durch Vergleichen des erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwerts mit einem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwert, um die Differenz zwischen dem erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ΔLuft-Kraftstoff-Verhältnis (ΔAFR) zu berechnen, erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ΔAFR mit ΔZiel-Motoremissionswert/ΔAFR multipliziert und die Summe durch ΔZiel-Motoremissionswert/ΔEGR dividiert wird, um die Änderung des EGR-Sollwerts (ΔEGR), welche notwendig ist, um die Luftsystemsreaktion auszugleichen, zu berechnen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Übergangs-EGR-Sollwerts anhand eines EGR-Sollwertsmodells unter Verwendung von Motoremissions-Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des endgültigen EGR-Sollwerts durch Addieren von ΔEGR und des Übergangs-EGR-Sollwerts erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Übergangs-Kraftstoffsystemdruck-Sollwerts anhand eines Kraftstoffsystemdruck-Sollwertsmodells unter Verwendung von Motoremissions-Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen von ΔBOI durch Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach dem Druck der gemeinsamen Druckleitung (ΔZiel-Emissionswert/ΔKraftstoffsystem-Versorgungsdruck (ΔFDP)); Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach dem Einspritzungsbeginn (ΔZiel-Motoremissionswert/ΔBOI); und Multiplizieren von ΔPrail mit ΔZiel-Emissionswert/ΔFDP und Dividieren der Summe durch ΔZiel-Emissionswert/ΔBOI, um eine erforderliche Änderung des Einspritzungsbeginns (ΔBOI) zu berechnen, erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Übergangs-Einspritzungsbeginn-Sollwerts anhand eines Modells unter Verwendung von Motoremissions-Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten erfolgt.
  10. Verfahren zum Verbessern einer Übergangs-Emissionssteuerung bei einem elektronisch gesteuerten Schwerlast-Dieselmotor, welcher mit einem Kraftstoffsystem mit gemeinsamer Druckleitung und einem Luftsystem, welches ein EGR-System aufweist, sowie einem Speicher in einem Motorsteuermodul (ECM) versehen ist, umfassend: Schätzen eines erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwerts anhand eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertsmodells unter Verwendung von Motoremissions-Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten; Vergleichen des erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwerts mit einem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um eine Differenz zwischen dem erforderlichen Übergangs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis als ΔLuft-Kraftstoff-Verhältnis (ΔAFR) zu berechnen; Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (ΔZiel-Motoremissionswert/ΔAFR); Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach der EGR (ΔZiel-Motoremissionswert/ΔEGR); Multiplizieren von ΔAFR mit ΔZiel-Motoremissionswert/ΔAFR und Dividieren des Produkts durch ΔZiel-Motoremissionswert/ΔEGR, um die Änderung des EGR-Sollwerts (ΔEGR), welche notwendig ist, um die Luftsystemsreaktion auszugleichen, zu berechnen; Schätzen eines Übergangs-EGR-Sollwerts anhand eines EGR-Sollwertsmodells unter Verwendung von Motoremissions-Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten; Berechnen eines endgültigen EGR-Sollwerts durch Addieren von ΔEGR und des Übergangs-EGR-Sollwerts; Schätzen eines erforderlichen Übergangs-Drucksollwerts der gemeinsamen Druckleitung anhand eines Drucksollwertsmodells der gemeinsamen Druckleitung unter Verwendung von Motoremissions-Zielwerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Zielwerten; Vergleichen des Übergangsdrucks der gemeinsamen Druckleitung mit einem tatsächlichen Sammelleitungsdruck und Berechnen einer Differenz zwischen dem Übergangsdruck der gemeinsamen Druckleitung und dem tatsächlichen Druck der gemeinsamen Druckleitung als ΔPrail; Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach dem Druck der gemeinsamen Druckleitung (ΔZiel-Emissionswert/ΔPrail); Berechnen einer partiellen Ableitung mindestens eines Ziel-Motoremissionswerts nach dem Einspritzungsbeginn (ΔZiel-Motoremissionswert/ΔBOI); Multiplizieren von ΔPrail mit ΔZiel-Emissionswert/ΔPrail und Dividieren des Produkts ΔZiel-Emissionswert/ΔBOI, um die Änderung des Einspritzungsbeginns (ΔBOI) zu berechnen; Schätzen eines Übergangs-Einspritzungsbeginn-Sollwerts anhand eines Einspritzungsbeginn-Sollwertsmodeils unter Verwendung von Ziel-Motoremissionswerten und Kraftstoffwirtschaftlichkeits-Sollwerten; Berechnen eines endgültigen Kraftstoffeinspritzungsbeginn-Sollwerts (endgültiger BOI) durch Addieren von ΔBOI und des Übergangs-Einspritzungsbeginn-Sollwerts; Verwirklichen des endgültigen EGR-Sollwerts zum Ausgleichen der Luftsystems-Reaktionszeit während eines Übergangs-Motorbetriebs und Verwirklichen des endgültigen BOI's zum Ausgleichen der Kraftstoffsystems-Reaktionszeiten während eines Übergangs-Motorbetriebs, um die Arbeitsweise des Motors zu verbessern und die Emissionen zu reduzieren.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Motoremissions-Zielwerte NOx-, HC-, BSFC- und CO-Zielwerte sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die gemessenen Motorbetriebsbedingungen die Motordrehzahl und die Motorlast sind.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertsmodell auf einem neuronalen Netz basiert.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertsmodell auf einer Tabelle in dem Speicher des ECM's basiert.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Druckleitungs-Sollwertsmodell auf einem neuronalen Netz basiert.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Druckleitungs-Sollwertsmodell auf einer Tabelle in dem Speicher des ECM's basiert.
  17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das EGR-Sollwertsmodell auf einem neuronalen Netz basiert.
  18. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das EGR-Sollwertsmodell auf einer Tabelle in dem Speicher des ECM's basiert.
  19. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Einspritzungsbeginn-Sollwertsmodell auf einem neuronalen Netz basiert.
  20. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Einspritzungsbeginn-Sollwertsmodell auf einer Tabelle in dem Speicher des ECM's basiert.
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