DE102014224578A1 - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Rolf-Dieter Koch
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben bzw. Betrieb eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass wenigstens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine erfasst wird (100), dass anhand der wenigstens einen erfassten Betriebsgröße ein dynamischer Betriebszustand der Brennkraftmaschine erkannt wird (105), und dass bei einem erkannten dynamischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der Effizienz eines NOx-AGN-Systems (115) ein dynamischer Korrektureingriff an dem Kraftstoffzumesssystem der Brennkraftmaschine vorgenommen wird (130).

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, einen maschinenlesbaren Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
  • Insbesondere im Bereich von selbstzündenden Brennkraftmaschinen (Dieselmotoren) stellt die fortwährende Verschärfung von Grenzwerten für Schadstoff-Emissionen entsprechend ansteigende Anforderungen bezüglich Partikel- und Stickoxid-(NOx-)Emissionen.
  • Die Entstehung von Stickoxiden wird dabei bevorzugt mittels einer sogenannten Abgasrückführung (AGR) sowie durch Veränderung des Zeitpunktes einer Kraftstoffzumessung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, z.B. durch eine Verzögerung des Beginns einer Kraftstoffzumessung bzw. einer entsprechenden Kraftstoffeinspritzung, reduziert. Im Fall eines einen Hochdruckspeicher für Kraftstoff aufweisenden sogenannten Common-Rail-Systems (CRS) kann die Stickoxidbildung auch durch Absenken des Raildrucks verringert werden.
  • Das bei den genannten Maßnahmen zugrunde liegende Wirkprinzip beruht insbesondere auf einer Absenkung der Verbrennungstemperatur in einem genannten Brennraum. Allerdings können die genannten Maßnahmen durch die Beeinflussung des Verbrennungsvorganges auch zu Nachteilen führen. So kann es zum einen aufgrund verringerter Verbrennungseffizienz zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs kommen.
  • Zum anderen können aufgrund der dadurch verringerten Verbrennungseffizienz im Fall einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (Dieselmotor) die Partikelemissionen ansteigen. Daraus ergibt sich bei einer solchen Brennkraftmaschine ein Zielkonflikt zwischen NOx-Emissionen und Kraftstoffmehrverbrauch sowie Partikelemissionen.
  • Alle genannten Maßnahmen (verspätete Verbrennungslage, reduzierter Raildruck) führen tendenziell zu einer verringerten Geräuschbildung, wobei die Geräuschbildung zusätzlich durch die zeitliche Lage und Menge der Voreinspritzungen beeinflussbar ist.
  • Aufgrund der bisherigen gesetzlichen Vorgaben für den Abgastestzyklus im Bereich von PKWs werden nur geringe Anforderungen an die Reduzierung von Schadstoff-Emissionen im dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine bestanden. Bei der Optimierung eines entsprechenden Einspritzsystems konzentrierte man sich im Wesentlichen auf die Reduzierung von Emissionen bei guten Verbrauchswerten und akzeptabler Geräuschentwicklung unter stationären Bedingungen (d.h. keine Lastwechsel, nur moderate Beschleunigungen, etc.). Insbesondere werden dabei Sollwerte für Einspritzparameter anhand eines stationären Kennfeldes und basierend auf der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine bestimmt.
  • Es sind ferner Abgasnachbehandlungssysteme zur NOx-Reduktion bekannt, z.B. ein NOx-Speicherkatalysator (NSC), ein Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) oder ein Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung (SCRF), welche allgemein als NOx-AGN bezeichnet werden, welche bei der Verbrennung entstehende NOx-Rohemissionen entweder vorübergehend einlagern und während einer sogenannten Regenerationsphase in unschädliche Produkte aufspalten (NSC) oder unter Zugabe von Reduktionsmitteln eine unmittelbare Umwandlung in unschädliche Produkte ermöglichen (SCR). Die dabei prinzipiell erreichbare NOx-AGN-Effizienz ist jedoch von weiteren Randbedingungen wie z.B. der Größe des jeweiligen Abgaskatalysators, des Materials des jeweiligen Abgaskatalysators, des NOx-Massenstroms, der Abgastemperatur, der Abgaszusammensetzung, des Beladungszustandes des Katalysators (NSC), oder des Füllstandes des Reduktionsmittels (SCR) abhängig und daher häufig nicht optimal.
  • Bei Abgasuntersuchungen zu den genannten verbrennungsbedingten Emissionen einer hier betroffenen Brennkraftmaschine werden daher aufgrund von gesetzlichen Anforderungen für PKW- und NKW-Motoren gegenüber den genannten im rein statischen Betrieb einer Brennkraftmaschine durchgeführten Messungen neuerdings bzw. zukünftig auch hochdynamische Testzyklen bzw. Testzyklen mit einem wesentlich höheren Dynamikanteil (d.h. insbesondere Lastsprünge bzw. schnelle Lasterhöhungen) durchgeführt werden. Im Fokus stehen dabei insbesondere in Europa, Japan und den USA sogenannte „Real Driving Emissions“(RDE-)Emissionen. Dabei wird auch der Kraftstoffverbrauch im Fokus einer entsprechenden Zertifizierung stehen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene dynamische Korrektur basiert auf einer Veränderung von Kraftstoffzumess- bzw. Kraftstoffeinspritzparametern insbesondere bei einem Lastsprung oder bei einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine bzw. des jeweiligen Kraftfahrzeugs und ist daher nicht vom genauen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängig.
  • Die Dynamik-Korrektur-Funktion erkennt zum einen solche dynamischen Betriebszustände der Brennkraftmaschine. Zum anderen werden durch bestimmte am Einspritzsystem vorgenommene Korrektureingriffe die Partikel- und NOx-Emissionen sowie das Ansprech- und Geräuschverhalten der Brennkraftmaschine gezielt beeinflusst. Dadurch können während einer schnellen Änderung eines Betriebspunktes der Brennkraftmaschine etwa auftretende Emissionsspitzen wirksam reduziert werden bzw. solche Transienten in einem hier betroffenen Kraftstoffzumesssystem mit hoher Präzision korrigiert werden (sog. „Transientenkorrektur“).
  • Die vorgeschlagene Dynamik-Korrektur ermöglicht auch unter genannten dynamischen Betriebsbedingungen das Einstellen eines guten bzw. sogar optimalen Kompromisses zwischen Kraftstoffverbrauch und NOx-Emissionen und ist zudem individuell an die jeweilige Brennkraftmaschine und die entsprechende Abgasnachbehandlung anpassbar.
  • Ein möglicher Korrektureingriff durch Verschiebung des Verbrennungsschwerpunktes nach spät führt zu einer erhöhten Enthalpie im Abgas der Brennkraftmaschine, welche einer bei der Abgasrückführung vorgesehenen Turbine eines Laders zusätzliche Energie zur Beschleunigung der Ladedrehzahl zur Verfügung stellt und somit den Ladedruckaufbau verbessern kann.
  • Darüber hinaus kann der Emissionsschwerpunkt, je nach gewählter Abgas-Nachbehandlungsstrategie, Kalibrierung bzw. Voreinstellung der Dynamikfunktion, zugunsten der NOx-Reduzierung oder zugunsten der Verbrauchsverringerung bzw. -minimierung verschoben werden, ohne dabei die Applikation bzw. die Einstellungen für den Stationärbetrieb zu ändern.
  • Durch eine genannte Verschiebung des Emissionsschwerpunktes kann eine genannte Abgasnachbehandlung noch effizienter durchgeführt werden und führt deshalb zu einer Absenkung der Schadstoff-Emissionen. So ist z.B. die NOx-Konvertierungsrate eines SCR-Katalysators bei einem stetigen NOx-Strom ohne Emissionsspitzen deutlich höher als bei einem sich dynamisch stark ändernden NOx-Strom. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Dynamik-Funktion wird daher ein gleichförmigerer Verlauf realisiert, ohne gleichzeitig den Partikelfilter durch zu hohe Ruß-Emission zu sehr zu beladen. Durch möglichst gezielte Aktivierung von am Einspritzsystem vorgenommenen Korrekturen kann zudem der genannte Kraftstoffverbrauchsnachteil minimiert werden bzw. Erhöhungen des Kraftstoffverbrauchs möglichst gering gehalten werden.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn zusätzlich die stationäre Grundapplikation einer hier betroffenen Kraftstoffzumessung stärker verbrauchsoptimal ausgelegt werden kann. Im bisherigen Applikationsvorgehen führt eine verbrauchsoptimale Applikation in dynamischen Übergängen zu hohen NOx-Spitzen, weshalb immer ein Kompromiss zwischen NOx-Spitzen und geringem Verbrauch eingegangen werden muss (sogenannter NOx-Vorhalt). Durch die erfindungsgemäße Dynamikkorrektur kann die stationäre Grundapplikation konsequent verbrauchsoptimal bedated werden (wobei damit einhergehende leicht erhöhte NOx-Emissionen über eine stationär optimal arbeitende NOx-AGN kompensiert werden können), da dynamische NOx-Spitzen durch die Dynamikkorrektur wirksam reduziert werden können. Ein NOx-Vorhalt wird dadurch überflüssig oder kann zumindest stark reduziert werden.
  • Eine genannte Emissionsbeurteilung erfolgt bevorzugt anhand des Gesamtsystems bestehend aus Brennkraftmaschine und genanntem NOx-AGN. Daher lassen sich die Einspritzparameter gezielt und somit optimal aktivieren, wenn der NOx-AGN-Wirkungsgrad als zusätzliche Information genutzt wird. Da die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten zukünftig nicht nur in vordefinierten Testzyklen, sondern auch in zufälligen Testzyklen und mit mobilen Messgeräten im Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. im Betrieb des zugrunde liegenden Kraftfahrzeugs erfolgen soll, ist es vorteilhaft, auch die in der Vergangenheit bzw. vorhergehenden Zeitabschnitten entstandenen NOx-Emissionen zu berücksichtigen. So können z.B. bei einem ausreichend hohen NOx-AGN-Wirkungsgrad und bisher niedrigem NOx-Emissionsniveau transiente Eingriffe in das Einspritzsystem geringer oder sogar vollständig entfallen, um einen möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch zu erhalten, wohingegen bei niedrigem NOx-AGN-Wirkungsgrad und/oder bisher bereits hohem NOx-Emissionsniveau genannte Eingriffe verstärkt erforderlich sind, um ein vorgegebenes kritisches Schadstoffemissionsniveau des Abgases nicht zu überschreiten.
  • Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ferner hervorzuheben, dass bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine (Dieselmotor) Lastsprünge bzw. schnelle Lasterhöhungen, wie sie in zukünftigen Testzyklen häufig vorkommen, aufgrund der Massenträgheit des Luftsystems zu einem gegenüber dem Drehmomentaufbau verzögerten Aufbau des Ladedrucks führen. Ursache für diese Trägheit sind unter anderem das Trägheitsmoment eines Turboladers sowie das zwischen einem Verdichter und einem Einlassventil der Brennkraftmaschine auftretende Totvolumen. Darüber hinaus besitzt das Einspritzsystem, welches die Lastanforderung des Fahrers umsetzt, eine deutlich kürzere Reaktionszeit als das Luftsystem der selbstzündenden Brennkraftmaschine.
  • Ferner ist hervorzuheben, dass die Zylinderfüllung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine im Wesentlichen durch den an sich trägen Ladedruck bestimmt wird. Daher passen auf eine bestimmte Einspritzmenge und Drehzahl basierende Sollwerte des Einspritzsystems nicht zum dynamischen Zustand der Brennkraftmaschine.
  • Im Bereich von selbstzündenden Brennkraftmaschinen wird bei einer genannten Abgasrückführung (AGR) bekanntermaßen eine Regelung der Frischluftmasse- bzw. der AGR-Rate verwendet. Bei aufgrund trägen Ladedruckaufbaus verringerter Zylinderfüllung bewirkt der stationäre Sollwert einer Luftmassenregelung eine starke Reduzierung der AGR-Rate und führt damit zu dynamischen NOx-Spitzen. Bei einer AGR-Ratenregelung ergibt sich eine geringere Luftmasse und damit erhöhte Partikel-Emissionen sowie eine weitere Reduzierung der Ladedruckdynamik. Bekannt sind dynamische Anpassungen der Einspritzsystemparameter basierend auf Abweichungen der Luftmasse welche bei zu geringem Ladedruck und insbesondere in der Nähe der Rauchgrenze nicht eingeregelt werden kann. Da die Luftmassenabweichung grundsätzlich nur bei einer Luftmassenregelung Berücksichtigung findet und die Luftmassenabweichung zudem kritische Emissionspeaks nur ungenügend charakterisiert, ist diese Methode ungeeignet die NOx-Peaks wirksam zu reduzieren ohne den Kraftstoffverbrauch signifikant zu erhöhen.
  • Die genannte Erkennung dynamischer Betriebszustände der Brennkraftmaschine kann vorteilhaft auf der Grundlage einer Regelabweichung des genannten Ladedrucks erfolgen, da der genannte verzögerte Ladedruckaufbau die Grundursache für das langsame Luftsystemverhalten darstellt. Ein erfindungsgemäß vorgeschlagener Dynamikindikator wird bevorzugt auf Werte 0 und 1 normiert bzw. beschränkt, wobei der Wert 0 einem stationären Betrieb der Brennkraftmaschine entspricht und der Wert 1 einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine entspricht. Dadurch werden der Implementierungsaufwand sowie die für das Verfahren erforderliche Rechenkapazität erheblich verringert. Im Fall eines so erkannten dynamischen Betriebszustands können durch geeignete dynamische Anpassung von Einspritzparametern, z.B. des Einspritzbeginns, des Raildrucks sowie der zeitlichen bzw. auf den Kurbelwinkel bezogenen Lage und Menge von Teileinspritzungen wie Voreinspritzungen und/oder Nacheinspritzungen, im transienten Betrieb etwa auftretende Emissionsspitzen bzw. -peaks deutlich reduziert werden.
  • Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere die Erkennung der Notwendigkeit von dynamischen Korrekturen, kann dadurch wesentlich erhöht werden, dass die Effizienz eines genannten Abgasnachbehandlungssystems bestimmt wird und erst bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts der Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems ein genannter dynamischer Korrektureingriff an dem Kraftstoffzumesssystem der Brennkraftmaschine vorgenommen wird.
  • Die Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems lässt sich technisch einfach und daher kostengünstig mittels eines Transferkennfeldes und einem aus dem Transferkennfeld abgeleiteten NOx-AGN-Faktors berücksichtigen. Das Transferkennfeld wird bzw. ist bevorzugt durch in der einen Richtung aufgetragene NOx-Emissionshöhen und in der anderen Richtung aufgetragene durchschnittliche NOx-Emissionswerte gebildet, wobei ein hoher Wert der NOx-Emissionen sowie ein gleichzeitig hoher durchschnittlicher Emissionswert einen Wert des NOx-AGN-Faktors von 1 ergibt.
  • Die Notwendigkeit von dynamischen Korrekturen kann dadurch noch besser beurteilt werden, dass in dem Transferkennfeld zusätzlich in einem vorhergehenden Zeitabschnitt aufsummierte durchschnittliche NOx-Emissionen, d.h. die Vorgeschichte bei der Abgasnachbehandlung von Stickoxiden, berücksichtigt werden.
  • Die Erfindung kann insbesondere in einem ein hier betroffenes Kraftstoffzumesssystem aufweisenden Personenkraftwagen (PKW) oder Nutzkraftwagen (NKW) mit den hierin beschriebenen Vorteilen zur Anwendung kommen, wobei die dabei zugrunde liegende Dynamik-Funktion in ein bestehendes Steuerprogramm bzw. ein bestehendes Steuergerät einer hier betroffenen Brennkraftmaschine implementiert bzw. integriert werden kann. Die Anwendung ist dabei bei allen heute bekannten Kraftstoffzumess- bzw. Kraftstoffeinspritzsystemen möglich. Allerdings sind bei Systemen mit einer Zylinderdruckregelung (CSCP) bei der Implementierung weitere funktionale Anpassungen erforderlich. Die Dynamik-Funktion ermöglicht insbesondere eine erhebliche Absenkung von genannten RDE-Emissionen sowie eine deutliche Erhöhung bzw. Verbesserung der Effizienz eines NOx-Abgasnachbehandlungssystems.
  • Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um ein hier betroffenes Kraftstoffzumesssystem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms.
  • 2 zeigt ein kombiniertes Ablauf-/Blockdiagramm zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
  • 3 zeigt Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen dynamischen Einspritzkorrektur.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Die Erkennung eines dynamischen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erfolgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Fall einer einen Turbolader aufweisenden Brennkraftmaschine durch Überwachung einer relativen Regelabweichung eines Ladedrucks bzw. eines Saugrohrdrucks. In Fällen, in denen der Ladedruck rein vorgesteuert eingestellt wird oder in denen keine aktive Ladedruckregelung vorhanden ist, kann alternativ ein Vergleich zwischen einem aktuellen Ladedruck und einem vorgegebenen bzw. im Vorfeld z.B. empirisch bestimmten Referenzladedruck durchgeführt werden. Dabei können auch Umgebungsbedingungen wie z.B. die Umgebungstemperatur oder der Umgebungsluftdruck, berücksichtigt werden. In den zuletzt genannten Fällen kann wiederum alternativ auch der Ladedruck selbst und/oder die Motorlast überwacht und zur Dynamikerkennung herangezogen werden.
  • Wie in dem in 1 gezeigten Ablaufdiagramm veranschaulicht, wird zur Erkennung eines genannten dynamischen Betriebszustands anhand eines in an sich bekannter Weise erfassten 100 Ladedrucks geprüft 105, ob eine genannte, einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende relative Ladedruckabweichung vorliegt. Liegt eine entsprechende Ladedruckabweichung nicht vor, wird wieder an den Anfang der Routine zurückgesprungen. Andernfalls wird ein nachfolgend noch im Detail beschriebener Dynamikfaktor bzw. Dynamikindikator (normiert auf kontinuierliche Werte zwischen 0 (= stationär) und 1 (= dynamisch) bestimmt 110. Dabei bedeuten der Wert 0 keine oder nur eine sehr geringe Ladedruckabweichung, d.h. im Wesentlichen einen Stationärbetrieb der Brennkraftmaschine, und der Wert 1 eine relativ große Ladedruckabweichung, d.h. im Wesentlichen einen Dynamikbetrieb der Brennkraftmaschine in oben genanntem Sinne.
  • Anhand des jeweils vorliegenden Wertes des Dynamikindikators wird die dynamische Korrektur der Einspritzparameter aktiviert oder deaktiviert. Des Weiteren wird anhand eines in 2 gezeigten Transferkennfeldes die vorliegende NOx-AGN-Effizienz in einen sogenannten NOx-AGN-Faktor (normiert auf kontinuierliche Werte zwischen 0 = NOx-AGN-Effizienz ausreichend und 1 = Unterstützung durch Motormaßnahmen erforderlich), übergeführt 115. Dabei beträgt der Wert 0, wenn die Effizienz des jeweiligen NOx-AGN-Systems für eine wirksame Abgasnachbehandlung bzw. vorliegend insbesondere eine wirksame NOx-Reduktion ausreichend ist, und beträgt 1, wenn eine Unterstützung durch Maßnahmen am Betrieb der Brennkraftmaschine für eine solche wirksame Abgasnachbehandlung erforderlich ist.
  • Wie in 1 zu ersehen, wird demnach anhand des Ergebnisses der Multiplikation des Dynamikfaktors 110 und des NOx-AGN-Faktors 115 geprüft 120, ob eine genannte und nachfolgend noch im Detail hierin beschriebene dynamische Korrektur durchgeführt werden soll oder nicht. Falls nicht, wird wieder an den Anfang der Routine zurückgesprungen. Andernfalls wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Grundlage von von einem Offset-Kennfeld bereitgestellten 125 Korrekturdaten eine nachfolgend beschriebene dynamische Korrektur durchgeführt 130.
  • Eine genannte dynamische Korrektur erfolgt durch Veränderung von Einspritzparametern, z.B. dem Einspritzbeginn, dem Raildruck, sowie der zeitlichen Lage bzw. Phasenlage bezüglich des Kurbelwellenwinkels und der Einspritzmenge von Vor- und Nacheinspritzungen. Entsprechende dynamische Korrekturwerte werden in dem Ausführungsbeispiel anhand eines Offsetkennfeldes bestimmt bzw. einem solchen Kennfeld entnommen und diese Korrekturwerte mit dem normierten Dynamikindikator multipliziert und der sich ergebende normierte Korrekturwert auf einen jeweiligen stationären Sollwert aufaddiert (siehe auch 2). Durch zielgenaue Aktivierung der genannten Eingriffe bzw. Korrekturen in ein Einspritzsystem könne NOx-Emissionen reduziert werden und gleichzeitig die negativen Einflüsse der Korrektur auf den Kraftstoffverbrauch minimiert werden.
  • In 2 ist anhand eines kombinierten Ablauf-/Blockdiagramms ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur dynamischen Einspritzkorrektur gezeigt. Bei dieser Einrichtung wird insbesondere die durch die Abgasnachbehandlung mittels eines NOx-AGN erzielbare bzw. bereits erzielte Effizienz der NOx-Reduktion berücksichtigt. Als Eingangsgröße für die gezeigte Berechnung dienen von einem genannten Transferkennfeld 200 bereitgestellte normierte Werte 0 bis 1, welche sozusagen als NOx-AGN-Faktor berücksichtigt werden 205. In dem Transferkennfeld 200 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel diese Werte des NOx-AGN-Faktors in vertikaler Richtung die Höhe der NOx-Emission NOxout über in waagerechter Richtung aufgetragene durchschnittliche NOx-Emissionswerte NOxavg ein- bzw. aufgetragen. Ein hoher Wert der NOx-Emission entspricht einer genannten Emissionsspitze (Peak) und bei einem gleichzeitig hohen Durchschnittswert NOxavg einen Wert 1.
  • Um die Effizienz einer NOx-Abgasnachbehandlung zu berücksichtigen, wird zusätzlich ein dynamischer Faktor 210 bestimmt sowie von einem dynamischen Offsetkennfeld 215 (siehe auch 3 und zugehörige Beschreibung) Korrekturwerte bereitgestellt bzw. aus diesem ausgelesen. Die sich gemäß 210 und 215 ergebenden Werte werden anschließend mit dem genannten dynamischen Korrekturwert 205 multipliziert 220.
  • Der genannte dynamische Faktor 210 hat den Wert 0, wenn nur eine sehr geringe Ladedruckabweichung, d.h. ein Stationärbetrieb der Brennkraftmaschine, vorliegt und den Wert 1, wenn eine relativ große Ladedruckabweichung, d.h. ein Dynamikbetrieb der Brennkraftmaschine in oben genanntem Sinne, vorliegt.
  • Der genannte NOx-AGN-Faktor 205 wird aus einem Transferkennfeld, welches in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über dem NOx-Massenstrom nach NOx-AGN (NOxout) oder, falls verfügbar, über der NOx-AGN-Effizienz, und den in einem vorhergehenden Zeitabschnitt aufsummierten durchschnittlichen NOx-Emissionen NOxavg aufgespannt ist, ermittelt. Der genannte vorhergehende Zeitabschnitt beträgt bevorzugt 10–30 min vor der jeweiligen Ist-Zeit. Es ist anzumerken, dass der NOx-AGN-Faktor gemäß einer vereinfachten Variante auch mittels einer Kennlinie über der die Abgasnachbehandlungseffizienz bestimmenden NOx-Abgastemperatur ermittelt werden kann.
  • Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass eine genannte dynamische Korrektur vorgenommen wird. Zu diesem Zweck wird der bei der Multiplikation 220 sich ergebende Wert auf einen stationären Einspritzparameter 225 aufaddiert 230. Als Ergebnis der Addition 230 liegt somit ein dynamisch optimierter Einspritzparameter 235 vor.
  • Die genannten transienten Korrektureingriffe in das Einspritzsystem können bei hohem NOx-Massenstrom nach NOx-AGN (oder genannter niedriger NOx-AGN-Effizienz) sowie im genannten vorhergehenden Zeitabschnitt bereits hohen NOx-Emissionen voll aktiviert werden oder beim Fehlen dieser Bedingungen abgeschwächt oder vollständig deaktiviert werden.
  • 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer hier betroffenen Transientensteuerung, bei dem ein genanntes Offsetkennfeld über die Betriebsgrößen Drehzahl und Last 300 der Brennkraftmaschine aufgespannt ist, wobei genannte kritische Emissionsspitzen meist erst bei höheren Lasten auftreten. Durch eine erst bei hohen Lasten erfolgende dynamische Korrektur können NOx-Emissionsspitzen reduziert werden, ohne dass der Kraftstoffverbrauch zu stark ansteigt.
  • Auf der Grundlage der Betriebsgrößen Drehzahl und Last 300 werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Offsetwerte für die Transientensteuerung des Einspritzzeitpunktes 305 und des Raildrucks 310 sowie die Transientensteuerung des Einspritzmusters 315 für genannte Vor- und/oder Nacheinspritzungen ermittelt. Zusätzlich werden z.B. aus einem Steuergerät der Brennkraftmaschine Informationen über transiente Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 320 ausgelesen.
  • Auf der Grundlage der Betriebsgrößen Drehzahl und Last 300 erfolgt zusätzlich eine Berechnung 325 von Sollwerten der Einspritzparameter für den stationären Betrieb, aus denen für den stationären Betrieb geeignete Einspritzparameter abgeleitet werden 330.
  • Die drei Größen 305, 310, 315 werden gemeinsam 333 weiterverarbeitet und zusammen mit den Größen 320, 330 einer Transientenadaption 335 zugeführt, welche im Ergebnis für die dynamische Korrektur gewünschte bzw. erforderliche Sollwerte der Einspritzparameter 340 liefert.
  • Gemäß einem hier nicht gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel einer Transientensteuerung wird ein genanntes Offsetkennfeld anstatt der genannten Betriebsgrößen Last und Drehzahl 300 über die beiden Luftsystemgrößen Inertgasrate und Füllungskoeffizient aufgespannt. In dynamischen Betriebszuständen nimmt der Füllungskoeffizient zunächst wegen des fehlenden Ladedrucks kleine Werte an, welche mit zunehmendem Ladedruck (und damit steigender Zylinderfüllung) erhöht werden. Wird wegen zu geringer Zylinderfüllung die AGR-Menge reduziert, so sinkt die Inertgasrate (keine AGR bedeutet Inertgasrate = 0 oder O2-Konzentration = O2-Frischluft). Sobald die Füllung ausreichend hoch ist, um die AGR wieder zu aktivieren, steigt auch die Inertgasrate an. Da die O2-Konzentration und damit die Inertgasrate am Zylindereinlass gut mit den NOx-Emissionen korrelieren, können durch Berücksichtigung des aktuellen Zustands des Luftsystems (Inertgasrate und Füllungskoeffizient) die vorgenannten Maßnahmen im Einspritzsystem zielgenau gesteuert bzw. aktiviert werden. Dabei werden die in 3 links oben dargestellten Eingangsgrößen 300 für die Offsets des Einspritzzeitpunktes 305 und des Raildrucks 310 sowie die Steuerung des Einspritzmusters 315 durch die genannte Inertgasrate und den genannten Füllungskoeffizienten ersetzt. Die in 3 links unten dargestellten Eingangsgrößen für die genannte Sollwertberechnung 325 bleiben unverändert, d.h. die Last und die Drehzahl der Brennkraftmaschine.
  • Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Aktivierung von genannten Einspritzsystemeingriffen bzw. -korrekturen auf der Grundlage von für die Verbrennung maßgeblichen und am Zylindereinlass auftretenden Luftsystemgrößen ermöglicht. Der genannte Füllungskoeffizient umfasst den Wert einer mit der Einspritzmenge normierten Zylinderfüllung und ermöglicht somit eine vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bzw. des Einspritzsystems im Wesentlichen unabhängige Parametrierung. Durch eine erst bei niedriger Inertgasrate erfolgende dynamische Korrektur können wiederum NOx-Emissionsspitzen reduziert werden, ohne dass der Kraftstoffverbrauch einen maximal zulässigen Grenzwert des Kraftstoffmehrverbrauch von bevorzugt 0,5 % übersteigt. Eine genannte relativ geringe Inertgasrate ergibt sich in einem Zylinder der Brennkraftmaschine bei einer relativ geringen oder sogar vollständig unterdrückten Abgasrückführung.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel hat gegenüber dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel den weiteren Vorteil, dass unmittelbar auf den Zustand des Gasgemisches im Zylinder bzw. in der entsprechenden Brennkammer reagiert werden kann, wodurch eine noch mehr zielgerichtete Aktivierung genannter Einspritzkorrekturen ermöglicht wird und sich demnach weitere Vorteile bezüglich NOx-, Partikel- oder Kraftstoffverbrauchsreduzierung ergeben.
  • Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine erfasst wird (100), dass anhand der wenigstens einen erfassten Betriebsgröße ein dynamischer Betriebszustand der Brennkraftmaschine erkannt wird (105), und dass bei einem erkannten dynamischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein dynamischer Korrektureingriff an dem Kraftstoffzumesssystem der Brennkraftmaschine vorgenommen wird (130).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Effizienz eines Abgasnachbehandlungssystems der Brennkraftmaschine bestimmt wird und erst bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts der Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems ein dynamischer Korrektureingriff an dem Kraftstoffzumesssystem der Brennkraftmaschine vorgenommen wird (130).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems mittels eines Transferkennfeldes (200) und einem aus dem Transferkennfeld abgeleiteten NOx-AGN-Faktor (205) berücksichtigt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-AGN-Faktor 205 aus einem Transferkennfeld (200) mit in der einen Richtung aufgetragenen NOx-Emissionshöhen und in der anderen Richtung aufgetragenen durchschnittlichen NOx-Emissionswerten gebildet wird, wobei ein hoher Wert der NOx-Emissionen sowie ein gleichzeitig hoher durchschnittlicher Emissionswert einen Wert des NOx-AGN-Faktors von 1 ergibt.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Transferkennfeld (200) in einem vorhergehenden Zeitabschnitt aufsummierte durchschnittliche NOx-Emissionen berücksichtigt werden.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein genannter dynamischer Betriebszustand der Brennkraftmaschine mittels eines Dynamikindikators (210) charakterisiert wird, wobei der Dynamikindikator (210) auf Werte 0 und 1 normiert ist, wobei der Wert 0 einem stationären Betrieb der Brennkraftmaschine entspricht und der Wert 1 einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine entspricht.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung eines dynamischen Betriebszustandes bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine auf der Grundlage einer Änderung eines Ladedrucks oder einer Änderung eines Saugrohrdrucks erfolgt.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Korrektur durch Veränderung von Einspritzparametern, durch Änderung eines Einspritzbeginns oder eines Raildrucks und/oder durch Änderung der Lage und Menge von Teileinspritzungen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamische Korrektureingriff an dem Kraftstoffzumesssystem der Brennkraftmaschine durch Verschiebung eines Verbrennungsschwerpunktes nach spät erfolgt.
  10. Einrichtung zum Betrieb eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch Rechen- und/oder Steuermittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
  11. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
  12. Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 11 gespeichert ist.
  13. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, ein Kraftstoffzumesssystem einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zu steuern.
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