-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer während
des Betriebs einer Brennkraftmaschine auftretenden NOx- und Rußemission.
-
Ferner
betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Steuerung und
Regelung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, wobei der Brennkraftmaschine eine
Abgasnachbehandlungseinheit und Mittel zur Ermittlung eines Luft-Kraftstoffverhältnisses
und einer Abgasrückführrate zugeordnet sind.
-
Die
Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, das auf einem Rechengerät,
insbesondere einem Steuergerät zur Steuerung und Regelung
einer Brennkraftmaschine, ablauffähig ist.
-
Während
des Betriebs einer Brennkraftmaschine entstehen Abgase, die verschiedene
Schadstoffe enthalten. Bei Dieselmotoren sind die Hauptbestandteile
dieser Schadstoffe beispielsweise Ruß und Stickoxide (NOx).
Um gesetzlichen Vorschriften bezüglich der zulässigen
Schadstoffemissionen zu genügen, wird einerseits versucht,
bereits die bei der Verbrennung entstehenden Rohemissionen mittels innermotorischer
Maßnahmen zu reduzieren und andererseits durch außermotorische
Maßnahmen eine nochmalige Reduzierung der in dem Abgas
enthaltenen Schadstoffe zu erreichen. Als außermotorische Maßnahmen
zur Abgasnachbehandlung werden zum Beispiel Dieselpartikelfilter,
NOx-Speicherkatalysatoren oder SCR-Katalysatoren eingesetzt. Als
innermotorische sind neben einer geeigneten Wahl des Luft-Kraftstoffgemisches
eine Abgasrückführung zu nennen.
-
Um
eine effektive Reduktion der Ruß- und NOx-Emission zu erhalten,
ist es notwendig, bereits während des Betriebs der Brennkraftmaschine
eine die aktuell erzeugte Schadstoffemission beschreibende Größe
zu ermitteln, und so bereits während des Betriebs der Brennkraftmaschine
beispielsweise bereits die aktuelle Ruß- und NOx-Emission
zu ermitteln. Derartige Informationen können dann eingesetzt werden,
um die Beladung eines Dieselpartikelfilters bzw. eines NOx-Speicherkatalysators
zu erkennen und gegebenenfalls eine Regeneration des Dieselpartikelfilters
bzw. des NOx-Speicherkatalysators zu regeln bzw. zu steuern.
-
Die
Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine hängen von
lokalen Parametern im Brennraum ab, wie zum Beispiel dem lokalen
Luft-Kraftstoffverhältnis oder der maximalen Verbrennungstemperatur.
Diese Parameter können jedoch nur mittels spezieller Messtechnik
gemessen werden, wie z. B. einem schnellen Gasentnahmeventil oder
einer sogenannte Multispektralpyrometrie. Derartige Messtechniken
stehen jedoch bei Brennkraftmaschinen auch zukünftig in
der Serie nicht zur Verfügung.
-
Aus
der
DE 103 30 819
A1 ist es bekannt, an der Brennkraftmaschine eine Messsonde
anzuordnen, mit der eine in dem Brennraum der Brennkraftmaschine
bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches emittierte Verbrennungsstrahlung
aufgenommen wird, wobei sich die Verbrennungsstrahlung aus verschiedenen
Komponenten zusammensetzt, beispielsweise einer Rußstrahlung
und einer OH-Strahlung. Aus einem bestimmten Abschnitt des Verlaufspektrums
der Verbrennungsstrahlung wird bei dem bekannten Verfahren die Strahlungsintensität
ermittelt, wobei die Intensitäten der Rußstrahlung im
Bereich vom 500 bis 8000 nm, der Aldehydbanden bei 375 bis 385 nm
und bei 425 bis 435 nm und der OH-Strahlung bei 305 bis 315 nm ermittelt
werden. Hierzu wird die durch die Messsonde aufgenommene Verbrennungsstrahlung
einem Rußdetektor, einem OH-Strahlungsdetektor und mehreren
in bestimmten Wellenbereichen arbeitenden Aldehyddetektoren zur Ermittlung
der Strahlungsintensität des bestimmten Wellenbereichs
zugeführt. Ferner werden die Intensitäten einer
Auswerteeinheit zugeführt, die ermittelt, ob eine homogene
Verbrennung vorliegt.
-
Mittels
des Rußdetektors wird bei dem bekannten Verfahren überprüft,
ob ein vorgegebener Schwellenwert, der eine homogene Verbrennung charakterisiert, überschritten
ist. Ist der Schwellenwert überschritten, so wird mittels
eines Steuergeräts die Gemischbildung entsprechend beeinflusst.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist neben den hohen Kosten für
die notwendige Sensorik, die Funktionsanfälligkeit der
Sensoren bei Verschmutzung und bei Rußbelag. Zudem ist
zur Durchführung des Verfahrens ein sehr hoher Applikationsaufwand
notwendig.
-
Grundsätzlich
sind zur Bestimmung der Ruß- und NOx-Emissionen mit am
Fahrzeug verfügbarer Standardmesstechnik insbesondere der
kurbelwinkel-aufgelöste Zylinderdruck bzw. daraus abgeleitete Kennwerte
und deren Verläufe geeignet. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass der Verlauf des Zylinderdrucks eine im wesentlichen örtlich
unabhängige Zustandsgröße der Verbrennung
ist, die die Energieumwandlung im Zylinder eines Verbrennungsmotors
beschreibt und somit einen engen Zusammenhang mit der Verbrennung
aufweist.
-
Aus
der
DE 197 41 973
C1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Rußkonzentration
von selbstzündenden Brennkraftmaschinen mittels eines neuronalen
Netzes bekannt. Hierzu wird das neuronale Netz zunächst
mittels eigens hierfür vorgesehener Lerndaten trainiert.
Diese Lerndaten sind die Rußkonzentration repräsentierende
Eingangsdaten. Die Eingangsdaten umfassen insbesondere den Zylinderdruck
charakterisierende Größen, die zum Beispiel aus
dem Maximalwert des Zylinderdrucks, dem Integral des Zylinderdrucks über
einem bestimmten Kurbelwinkel oder ähnlichem bestehen können.
Als Eingangsdaten können jedoch auch der zeitliche Verlauf
des Zylinderdrucks, der Brennverlauf, der Temperaturverlauf und/oder
Summenbrennverlauf verwendet werden, wobei diese mittels einer Brennverlaufsrechnung
ermittelt werden. Als weitere Eingangsdaten werden insbesondere
die Geometrie des Kolbens und der Brennkammer, Drehzahl, Kraftstoff-Luftverhältnis,
Restgas und Brennbeginn verwendet.
-
Nach
dem Training des neuronalen Netzes steht ein neuronales Netz zur
Verfügung, das eine Abbildung der gewählten Eingangsinformationen
auf die Rußkonzentration ermöglicht, wobei in
dem neuronalen Netz die Zusammenhänge zwischen den Eingangsgrößen
und der Rußkonzentration enthalten sind und entsprechend
extrahiert werden können, sodass die relevanten Merkmale
der Eingangsdaten identifiziert werden und ihre Relevanz abgeschätzt werden
kann. Nachteilig hierbei ist, dass aus dem Zylinderdruckverlauf
bei dem bekannten Verfahren nur wenige Merkmale abgeleitet werden
können, die den Verlauf der Verbrennung charakterisieren.
-
Aus
der
DE 197 41 973
C1 ist es auch bekannt, Datensätze in Kennfeldern
in einem den Betrieb der Brennkraftmaschine steuernden und regelnden
Steuergerät abzulegen, wobei in den Kennfeldern Informationen über
Zusammenhänge zwischen den Eingangsdaten und den gemessenen
Werten der Ausgangsgröße, der Rußkonzentration,
beschrieben sind. Diese Datensätze werden zum Beispiel
durch aufwändige Messungen an der Brennkraftmaschine oder
aus Brennverlaufsrechnungen ermittelt.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Bestimmung der
Ruß- und NOx-Emission vorzuschlagen, mittels der unter
Verwendung von Standardmesstechniken die Emissionen ermittelbar ist,
wobei gleichzeitig eine hohe Genauigkeit der Ermittlung erreichbar
ist.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass zu vorgebbaren Kurbelwinkeln jeweils mindestens
ein Zylinderdruck erfasst wird. Hierzu ist beispielsweise an einem
ausgezeichneten Zylinder ein Zylinderdrucksensor angeordnet. Es
werden dann den erfassten Zylinderdrücken zugeordnete Abtastwerte
einer Heizrate bestimmt. Hierbei kann die einem bestimmten Zylinderdruck
zugeordnete Heizrate beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt
sein, wobei allerdings ein erheblicher Aufwand für die
Bedatung des Kennfelds erforderlich ist. Die Heizrate wird deshalb
vorzugsweise in Echtzeit aus dem Zylinderdruck berechnet. Hierzu
kann beispielsweise das sogenannte schnelle Heizgesetz von Hohenberg
zugrundegelegt werden.
-
Die
Abtastwerte der Heizrate werden dann einem vorgebbaren Modell als
Eingabewerte zugeführt, wobei mittels des Modells eine
Schadstoffemission in Abhängigkeit von Heizraten sowie
weiterer Eingabegrößen darstellbar ist.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ferner ein
dem Verbrennungsbeginn zugeordneter Kurbelwinkel erfasst und ebenfalls
dem Modell als Eingabewert zugeführt. Ferner werden ein
Luft-Kraftstoffverhältnis und eine Abgasrückführrate
ermittelt und dem Modell als Eingabewert zugeführt. Es
wird dann mittels des Modells in Abhängigkeit von den Eingabewerten
die Schadstoffemission bestimmt. Vorzugsweise wird mittels des Modells
eine NOx-Emission oder eine Rußemission bestimmt. Selbstverständlich
kann eine Mehrzahl von weiteren, auf unterschiedliche Schadstoffemissionen
spezialisierten Modellen parallel eingesetzt werden.
-
Um
die Heizrate genau zu bestimmen, wird der Heizverlauf von dem Verbrennungsbeginn
an bis zum Verbrennungsende in eine endliche Anzahl von diskreten
Werten unterteilt, so dass jedem einzelnen und diskreten Wert des
Kurbelwinkels ein Abtastwert für die Heizrate. zugeordnet
ist. Diese die Form der Heizrate beschreibenden Abtastwerte der
Heizrate werden als zusammen dem aktuellen Luft-Kraftstoffverhältnis,
der aktuellen Abgasrückführrate und dem Kurbelwinkel
zu Verbrennungsbeginn als Eingangsgrößen dem Modell
für die Ermittlung der Schadstoffemission zugeführt.
Durch die Unterteilung in eine endliche Anzahl von zugeordneten
Kurbelwinkeln und der Berechnung der Heizrate für jeden
dieser einzelnen Kurbelwinkel ist eine genaue Abtastung der Heizrate
erreicht, die die Form der Heizrate hinreichend genau wiedergibt.
Aufgrund der genauen Abbildung der Form der Heizrate ist ferner
eine mathematische Beschreibung der Heizrate möglich, die wiederum
als Grundlage für das Modell zur Beschreibung der Schadstoffemission
herangezogen werden kann. Da der Brennverlauf durch die Heizrate
beschrieben wird, ist durch diese genaue Beschreibung der Heizrate
auch eine genaue Bestimmung der Schadstoffemissionen erreichbar.
-
Die
Verwendung des Kraftstoff-Luftverhältnisses und der Abgasrückführrate
als Eingangsgrößen für das Modell der
Ruß- und NOx-Emission ist vorteilhaft, da einander entsprechende
Kraftstoff-Luftverhältnisse zumindest teilweise sowohl durch
eine Änderung der Kraftstoffmenge als auch durch eine Änderung
der Abgasrückführrate erzielt werden können.
Die Änderung der Kraftstoffmenge zeigt jedoch eine unterschiedliche
Auswirkung auf das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine als die Änderung
der Abgasrückführrate, sodass für das Modell
der Schadstoffemission sowohl das Kraftstoff-Luftverhältnis
als auch die Abgasrückführrate als Eingangsgröße
berücksichtigt werden.
-
Die
Heizrate ist eine von dem Zylinderdruck abgeleitete Größe
zur Charakterisierung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine.
Dadurch ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung möglich,
dass zunächst für jeden einzelnen Wert des Kurbelwinkels der
Zylinderdruck gemessen wird. Zur Messung wird vorteilhaft ein Drucksensor
verwendet, der in modernen Brennkraftmaschinen häufig bereits
vorhanden ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform,
bei der die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Zylindern aufweist,
ist jedem der Zylinder jeweils ein Drucksensor zugeordnet. Es werden
dann für jeden vorgesehenen Kurbelwinkel eine Mehrzahl
von Zylinderdrücken erfasst. Es kann dann für
jeden Zylinder dessen Heizrate ermittelt werden. Vorteilhafterweise wird
jedoch jeweils ein Mittelwert aus den für einen Kurbelwinkel
erfassten Zylinderdrücken bestimmt und dann die Heizrate
in Abhängigkeit von diesem Mittelwert bestimmt.
-
Zur
Bildung des Modells können grundsätzlich beliebige,
sogenannte MISO (multiple input – single Output) Modelle
verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
werden insbesondere Polynome als Modellansatz verwendet. Der Modellansatz
mit Polynomen bietet den Vorteil, dass dadurch bereits eine hohe
Genauigkeit für die Ermittlung der Schadstoffemissionen
erreicht wird. Dabei ist gleichzeitig der Rechenaufwand für
einen Modellansatz mit Polynomen gering. Soll eine höhere
Genauigkeit erreicht werden, so kann das Modell auch vorteilhaft
mittels eines höheren Polynoms gebildet werden, wobei dann
allerdings eine höhere Anzahl von Messwerten notwendig
ist. Eine Erhöhung der Genauigkeit bei einem mittels eines
Polynoms realisierten Modells kann auch mittels einer sogenannten box-cox-Transformation
erreicht werden, mittels der z. B. eine logarithmische Transformation
des Polynoms durchführbar ist.
-
Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Modell durch
eine neuronales Netz realisiert. Um das Modell für die
Ermittlung der Schadstoffemissionen, insbesondere der Ruß-
und NOx-Emissionen, möglichst genau trainieren zu können,
erfolgt vorteilhaft eine Vermessung der Eingangsgrößen
und Ausgangsgrößen für das Modell über
den gesamten Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine. Vorteilhafterweise
finden hierbei Methoden der sogenannten statistischen Versuchsplanung (DOE
= design of experiments) Anwendung.
-
Vorteilhafterweise
werden nur für ca. 20 bis 30 Kurbelwellenwinkel ab dem
Verbrennungsbeginn Zylinderdrücke erfasst und Abtastwerte
der Heizraten bestimmt. Besonders bevorzugt werden höchstens
25 Abtastwerte für Heizraten bestimmt. Damit ist bereits
eine hinreichend genaue Abbildung der relevanten Teile des Heizverlaufs
möglich. Dies insbesondere dann, wenn die Kurbelwinkel
in äquidistanten Schritten vorliegt, bzw. die Zylinderdrücke
und die Abtastwerte der Heizraten zu äquidistanten Kurbelwinkeln
bestimmt werden. Besonders bevorzugt ist der Kurbelwinkel in äquidistante
Schritte von 1° unterteilt, sodass die Heizrate für
ein 25° umfassendes Intervall ab dem Verbrennungsbeginn
abgetastet wird. Selbst wenn die Verbrennung länger als
dieses 25° umfassende Intervall andauert, ist damit eine
hinreichend genaue Bestimmung der Schadstoffemission mittels des
Modells sicher gestellt, da für alle weiteren Werte außerhalb
des Intervalls die Signifikanz der Heizrate für die Gesamtemission
sinkt.
-
Ferner
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass für die Ermittlung
des Abtastwerts der Heizrate ein Mittelwert von Heizraten bezüglich
eines dem Kurbelwinkel zugeordneten Intervalls bestimmt wird. Damit
kann insbesondere bei relativ großen Schritten zwischen
den zu berücksichtigenden Kurbelwinkeln noch eine hinreichende
Genauigkeit erreicht werden. Zweckmäßig wird beispielsweise
der Kurbelwinkelbereich zwischen dem Verbrennungsbeginn und dem Verbrennungsende
in eine Anzahl von Intervallen unterteilt, wobei zumindest für
beispielsweise die ersten 20 oder 25 Intervalle jeweils ein Mittelwert
für die Abtastwerte der Heizraten ermittelt wird. Diese
Mittelwerte werden dann als Eingangsgrößen für
das Modell verwendet.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die ermittelten NOx- und
Rußemissionen als Anhaltswert für die Ermittlung
einer aktuellen Beladung eines Dieselpartikelfilters oder eines
NOx-Speicherkatalysators verwendet. Ferner kann mit dem Modell besonders
vorteilhaft ein Regenerationszeitpunkt für eine Vorrichtung
zur Abgasnachbehandlung, also beispielweise eine NOx-Speicherkatalysators
oder eines Rußpartikelfilters bestimmt werden.
-
Bei
mehrzylindrischen Brennkraftmaschinen kann ein Mittelwert der Heizraten über
jeden der einzelnen Zylinder gebildet werden. Das bedeutet, dass zunächst
für jeden Zylinder eine separate Abtastung der Heizrate
erfolgt, also für jeden einzelnen Zylinder ein entsprechender
Abtastwert für die Heizrate gemessen oder ermittelt wird.
Da jeder Abtastwert der Heizrate einem bestimmten Wert des Kurbelwinkels zugeordnet
ist, werden für die einzelnen Werte des Kurbelwinkels die
Mittelwerte der gemessenen bzw. ermittelten Abtastwerte der einzelnen
Zylinder gebildet. Diese Mittelwerte werden dann als Eingangsgrößen
für das Modell der zur Ermittlung der Schadstoffemissionen
verwendet.
-
Vorteilhaft
wird auf Grundlage der ermittelten Schadstoffemission wenigstens
eine Stellgröße zur Regelung der Abgasrückführrate
ermittelt. Damit kann also eine Regelung der Abgasrückführung
in den Brennraum in Abhängigkeit von einer aktuellen Schadstoffemission,
beispielsweise einer aktuellen NOx-Emission erreicht werden, wodurch
wiederum die Schadstoffemissionen günstig beeinflusst werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
damit folglich eine Realisierung einer sogenannten closed-loop-control
der Abgasrückführung.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird auf Grundlage der ermittelten
NOx- und Rußemission wenigstens eine Stellgröße
zur Regelung der Abgasnachbehandlung durch die Auswerteeinheit ermittelt. Die
Abgasnachbehandlung kann dabei durch einen Dieselpartikelfilter,
einen NOx-Speicherkatalysator oder einen SCR-Katalysator erfolgen.
-
Erfolgt
eine Abgasnachbehandlung mittels eines Dieselpartikelfilters, so
wird auf Grundlage der durch das Modell ermittelten Rußemission – wie
oben bereits dargestellt – der Regenerationszeitpunkt des Dieselpartikelfilters
ermittelt. Bei einer Abgasnachbehandlung mittels eines NOx-Speicherkatalysators wird
der Regenerationszeitpunkt eines NOx-Speicherkatalysators auf Grundlage
der NOx-Emission ermittelt. Und bei einer Abgasnachbehandlung durch einen
SCR-Katalysator erfolgt dessen Regelung auf Grundlage der NOx-Emission.
-
Die
Aufgabe wird auch durch ein Steuergerät der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass das Steuergerät Mittel
zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens aufweist. Insbesondere weist das Steuergerät
eine Auswerteeinheit auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens hergerichtet ist. Hierzu kann das Steuergerät
in geeigneter Weise programmiert sein.
-
Die
Aufgabe wird auch durch ein Computerprogramm der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass das Computerprogramm zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist.
Dabei stellt das Computerprogramm ebenso die Erfindung dar, wie
das erfindungsgemäße Verfahren, zu dessen Durchführung
das Computerprogramm programmiert ist.
-
Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung.
-
Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen
-
1 eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Brennkraftmaschine, die
zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens hergerichtet ist; und
-
2 einen
Verlauf einer Heizrate während einer Verbrennung.
-
1 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 1,
wobei der Brennkraftmaschine 1 ein Steuergerät 5 zur
Regelung und Steuerung der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet
ist. Der Brennkraftmaschine 1 ist ferner eine Abgasnachbehandlungseinheit 2 zugeordnet.
Die Abgase der Brennkraftmaschine 1 werden durch eine Leitung 3 zu
der Abgasnachbehandlungseinheit 2 geleitet.
-
Mit
der Brennkraftmaschine 1 und der Abgasnachbehandlungseinheit 2 ist
eine Auswerteeinheit 4 verbunden, die in dem Steuergerät 5 angeordnet
ist. Der Brennkraftmaschine 1 sind in ihrer Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen 6 versehene Sensoren zugeordnet,
die während des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 ein
Luft-Kraftstoffverhältnis λ im Abgas, eine Abgasrückführrate
und einen Kurbelwinkel zum Verbrennungsbeginn AiVB erfassen.
Die erfassten Werte werden dann an das Steuergerät 5 und
insbesondere an die Auswerteeinheit 4 übermittelt.
-
Von
dem Verbrennungsbeginn AiVB an werden eine
Mehrzahl von Kurbelwinkeln in äquidistante Schritten bestimmt.
Beispielsweise werden 25 Schritte, beginnend ab dem Verbrennungsbeginn,
zu je 1° gewählt. Selbstverständlich
sind eine Vielzahl anderer Unterteilungen vorstellbar. Durch die
Messung des Kurbelwinkels KW zu Beginn der Verbrennung ist der erste
Wert für die Unterteilung gegeben. Dadurch ist die Form
der Heizrate mittels einer endlichen Anzahl von Werten für
den Kurbelwinkel beschreibbar, indem für jeden einzelnen
der 25 diskreten Werte des Kurbelwinkels ein Abtastwert Qi für
die Heizrate in der Brennkraftmaschine 1 erfasst wird.
Der aktuelle Kurbelwinkel wird beispielsweise mittels eines Kurbelwinkelsensors
ermittelt.
-
Mittels
eines Drucksensors 7 wird ferner der Zylinderdruck eines
ausgezeichneten Zylinders erfasst. Wie oben bereits erläutert,
können auch eine Mehrzahl von Zylinderdrucksensoren 7 vorgesehen sein.
Es werden dann die zugehörigen Abtastwerte Qi für
die Heizrate ermittelt. Dies kann beispielsweise auch durch eine
geeignete, in dem Steuergerät ablaufenden Software realisiert
sein. Ist eine Mehrzahl von Drucksensoren vorgesehen, so kann zunächst für
jeden erfassten Zylinderdruck eines jeden Zylinders eine Heizrate
bzw. ein Abtastwert Qi bestimmt werden und dann ein Mittelwert über
die sich bezüglich der Kurbelwinkel entsprechenden Heizraten
bestimmt werden. Es ist ebenso vorstellbar, dass zunächst
ein Mittelwert über die sich bezüglich der Kurbelwinkel
entsprechenden Zylinderdrücke gebildet wird und dann für
diesen Mittelwert die Heizrate bestimmt und dem Modell zugeführt
wird. Zylinderdrücke unterschiedlicher Zylinder entsprechen
sich bezüglich der Kurbelwinkel, wenn diese denselben Kurbelwinkel,
relativ zu dem Verbrennungsbeginn des jeweiligen Zylinders aufweisen.
-
Die
in dem Steuergerät 5 angeordnete Auswerteeinheit 4 ermittelt
dann mittels des auf dem Steuergerät 5 abgespeicherten
Modells die Schadstoffemissionen, beispielsweise die Rußemission und
die NOx-Emission, so dass [Ruß, NOx]
= f(Qi, AiVB, λ)gilt, wobei
als Eingangsgrößen für das Modell das Luft-Kraftstoffverhältnis λ,
die Abgasrückführrate, der Kurbelwinkel KW1 zum
Verbrennungsbeginn AiVB und die Abtastwerte
Qi für die Heizrate HZ verwendet werden. Das Modell für
die Ruß- und NOx-Emission wird mittels eines Polynomansatzes
gebildet.
-
Auf
Grundlage der durch das Modell berechneten Ruß- und NOx-Emission
der Brennkraftmaschine 1 ermittelt die Auswerteeinheit 4 zum
einen Stellgrößen 8 zur Regelung der
Abgasnachbehandlungseinheit 2 und zum anderen Stellgrößen 9 zur Regelung
der Abgasrückführrate, die den Anteil des in die
Brennkraftmaschine 1 zurückgeführten
Abgases an der Gasbeladung der Brennkraftmaschine 1 beschreibt.
Die Stellgröße 9 zur Regelung der Abgasrückführrate
wirkt zum Beispiel in geeigneter Weise auf ein Abgasrückstellventil.
Die Stellgröße 8 zur Abgasnachbehandlung
bewirkt beispielsweise je nach Art der Abgasnachbehandlung eine
Regeneration der Abgasnachbehandlungseinheit 2.
-
In 2 ist
eine schematische Darstellung des Verlaufs der Heizrate HZ in Abhängigkeit
von Kurbelwinkeln KW, KW1, KWi, KWn während der Verbrennung
gezeigt. Der Kurbelwinkel KW1 zum Verbrennungsbeginn markiert gleichzeitig
den Anfangspunkt für die Unterteilung in äquidistante
Schritte mit einem Intervallabstand von beispielsweise 1°. Die
Unterteilung des Kurbelwinkels KW endet beim Verbrennungsende, das
durch KWn bezeichnet ist.
-
Beispielsweise
für die ersten 20 oder 25 der Kurbelwinkel ab Verbrennungsbeginn,
möglicherweise aber auch für alle Kurbelwinkel
zwischen Verbrennungsbeginn und Verbrennungsende wird im Betrieb der
Brennkraftmaschine 1 ein Abtastwert Qi der Heizrate HZ
ermittelt, der als Eingangsgröße in das Modell
zur Bestimmung der Ruß- und NOx-Emissionen geführt
wird, wodurch insgesamt eine Bestimmung der Schadstoffemissionen
in Abhängigkeit von der Heizrate und damit auch in Abhängigkeit
von dem Zylinderdruck möglich ist.
-
Hierzu
wird der Zylinderdruck mittels des Sensors 7 zu jedem der
Kurbelwinkel KWi erfasst und an die Auswerteeinheit 4 übermittelt.
In der Auswerteeinheit 4 wird dann eine hierzu zugeordnete Heizrate
ermittelt. Dies kann vorteilhafterweise mittels eines hierfür
geeigneten Algorithmus erfolgen, der eine Bestimmung der Heizrate
in Echtzeit ermöglicht. Die Heizraten werden dann als Eingabewerte dem
Modell zur Bestimmung der Schadstoffemissionen zugeführt.
-
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
-
- - DE 10330819
A1 [0007]
- - DE 19741973 C1 [0010, 0012]