DE102017124495B4 - Multivariables motordrehmoment- und emissionssteuerungssystem für verbrennungsmotoren - Google Patents
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Abstract
Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem für eine Verbrennungsmotoranordnung (12), wobei die Verbrennungsmotoranordnung (12) eine oder mehrere Brennkammern (17) umfasst, die mit einem Abgasnachbehandlungssystem (55) in Fluidverbindung stehen, wobei das Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem umfasst:
einen Motorsensor (108), der konfiguriert ist, um ein aktuelles Motordrehmoment der Verbrennungsmotoranordnung (12) zu erfassen und ein dafür indikatives Signal auszugeben;
einen Abgassensor (40), der konfiguriert ist, um einen aktuellen Stickoxid (NOx)-Ausstoß der Verbrennungsmotoranordnung (12) zu erfassen und ein dafür indikatives Signal auszugeben; und
eine programmierbare Motorsteuereinheit (5), die kommunikativ mit dem Motorsensor (108), dem Abgassensor (40) und der Verbrennungsmotoranordnung (12) verbunden ist, wobei die Motorsteuereinheit (5) konfiguriert ist zum:
Empfangen von Indikationen eines Soll-Motordrehmoments und eines Soll-NOx-Ausstoßes;
Bestimmen einer Soll-Motorbetriebsreferenz und einer SollAbgasbetriebsreferenz aus dem aktuellen Motordrehmoment, dem aktuellen NOx-Ausstoß, einem Soll-Motordrehmoment und einem Soll-NOx-Ausstoß;
Bestimmen eines Motorbetriebssteuerbefehls und eines Abgasbetriebssteuerbefehls aus der Soll-Motorbetriebsreferenz und der Soll-Abgasbetriebsreferenz; und
Ausgeben der Motorbetriebs- und Abgasbetriebssteuerbefehle an die Verbrennungsmotoranordnung (12);
wobei die programmierbare Motorsteuereinheit (5) ferner konfiguriert ist, um einen optimalen Steuerparameter U für gewünschte Sollwerte für Luftladung und Verbrennung zu bestimmen, wobei der Steuerparameter (U) definiert ist als:
wobei der Steuerparameter U so eingestellt wird, dass der Drehmoment- und NOx-Verfolgungsfehler minimiert wird, der durch eine Kostenfunktion (J) definiert ist, wobei die Kostenfunktion (J) definiert ist als:
wobei pi,des eine Soll-Ansaugkrümmerdruck, ṁegr,des eine Soll-EGR-Luftmassenstrom, SOldes ein Soll-Einspritzbeginn, VVAdes eine variable Soll-Ventilstellgliedposition, pi,ref eine Ansaugkrümmerdruckreferenz, ṁegr,red eine EGR-Luftmassenstromreferenz, SOIref eine Einspritzbeginnreferenz, VVAref eine variable Ventilstellgliedpositionsreferenz, NOx, ein aktueller NOx, NOx,des ein Soll-NOx, R1, R2, S1, S2, S3 und S4 jeweils eine entsprechende Gewichtung für die Kostenfunktion J, Tq ein aktuelles Motordrehmoment und Tq,des ein Soll-Motordrehmoment ist.
einen Motorsensor (108), der konfiguriert ist, um ein aktuelles Motordrehmoment der Verbrennungsmotoranordnung (12) zu erfassen und ein dafür indikatives Signal auszugeben;
einen Abgassensor (40), der konfiguriert ist, um einen aktuellen Stickoxid (NOx)-Ausstoß der Verbrennungsmotoranordnung (12) zu erfassen und ein dafür indikatives Signal auszugeben; und
eine programmierbare Motorsteuereinheit (5), die kommunikativ mit dem Motorsensor (108), dem Abgassensor (40) und der Verbrennungsmotoranordnung (12) verbunden ist, wobei die Motorsteuereinheit (5) konfiguriert ist zum:
Empfangen von Indikationen eines Soll-Motordrehmoments und eines Soll-NOx-Ausstoßes;
Bestimmen einer Soll-Motorbetriebsreferenz und einer SollAbgasbetriebsreferenz aus dem aktuellen Motordrehmoment, dem aktuellen NOx-Ausstoß, einem Soll-Motordrehmoment und einem Soll-NOx-Ausstoß;
Bestimmen eines Motorbetriebssteuerbefehls und eines Abgasbetriebssteuerbefehls aus der Soll-Motorbetriebsreferenz und der Soll-Abgasbetriebsreferenz; und
Ausgeben der Motorbetriebs- und Abgasbetriebssteuerbefehle an die Verbrennungsmotoranordnung (12);
wobei die programmierbare Motorsteuereinheit (5) ferner konfiguriert ist, um einen optimalen Steuerparameter U für gewünschte Sollwerte für Luftladung und Verbrennung zu bestimmen, wobei der Steuerparameter (U) definiert ist als:
wobei der Steuerparameter U so eingestellt wird, dass der Drehmoment- und NOx-Verfolgungsfehler minimiert wird, der durch eine Kostenfunktion (J) definiert ist, wobei die Kostenfunktion (J) definiert ist als:
wobei pi,des eine Soll-Ansaugkrümmerdruck, ṁegr,des eine Soll-EGR-Luftmassenstrom, SOldes ein Soll-Einspritzbeginn, VVAdes eine variable Soll-Ventilstellgliedposition, pi,ref eine Ansaugkrümmerdruckreferenz, ṁegr,red eine EGR-Luftmassenstromreferenz, SOIref eine Einspritzbeginnreferenz, VVAref eine variable Ventilstellgliedpositionsreferenz, NOx, ein aktueller NOx, NOx,des ein Soll-NOx, R1, R2, S1, S2, S3 und S4 jeweils eine entsprechende Gewichtung für die Kostenfunktion J, Tq ein aktuelles Motordrehmoment und Tq,des ein Soll-Motordrehmoment ist.
Description
- Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Abgasnachbehandlungssysteme zur Regulierung von Motoremissionen. Genauer gesagt, beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf prädikative Regelstrategien der NOx-Reduzierung der Abgasnachbehandlung bei Verbrennungsmotorbaugruppen.
- Die derzeitigen Kraftfahrzeuge, wie das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordfahrzeugelektronik versorgt. Der Antriebsstrang, der einen Antrieb einschließt und zum Teil fälschlich als solcher bezeichnet wird, besteht im Allgemeinen aus einer Antriebsmaschine, der durch eine mehrstufige Energieübertragung die Antriebskraft zum Fahrzeug-Endantriebssystem (z. B. hinteres Differential, Achsen und Räder) liefert. Automobile wurden herkömmlich mit einem Verbrennungsmotor (ICE) nach Hubkolbenbauart angetrieben, aufgrund dessen leichter Verfügbarkeit und relativ preiswerter Kosten, geringem Gewicht und dessen Gesamtwirkungsgrad. Die besagten Motoren beinhalten als nicht einschränkende Beispiele Zwei- oder Viertakt-kompressionsgezündete Dieselmotoren, Viertakt-Ottobenzinmotoren, Sechstakt-Motoren und Drehkolbenmotoren. Hybridfahrzeuge nutzen andererseits alternative Energiequellen, wie batteriebetriebene Elektromotorgeneratoren, um das Fahrzeug anzutreiben, die Abhängigkeit des Motors von der Energie zu minimieren und die gesamten Kraftstoffeinsparungen zu erhöhen.
- Ein typischer Verbrennungsmotor mit obenliegenden Ventilen beinhaltet einen Motorblock mit einer Reihe von Zylinderbohrungen, von denen jeder einen Kolben aufweist, der hin- und her bewegbar ist. Gekoppelt an einer Oberseite des Motorblocks ist ein Zylinderkopf, der mit der Kolben- und Zylinderbohrung zusammenwirkt, um eine Brennkammer mit variablem Volumen zu formen. Diese Hubkolben werden verwendet, um Druck - der durch Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer erzeugt wird - in Drehkräfte umzuwandeln und eine Kurbelwelle anzutreiben. Der Zylinderkopf definiert Einlassöffnungen, durch die Luft, die durch einen Ansaugkrümmer vorgesehen ist, selektiv in die Brennkammer eingeführt wird. Ebenfalls in dem Zylinderkopf definiert sind Auspufföffnungen, durch die Abgase und Verbrennungs-Abfallprodukte selektiv von den Brennkammern zu einem Abgaskrümmer abgeleitet werden. Der Abgaskrümmer sammelt und kombiniert Abgase für die Rückführung in den Ansaugkrümmer, die Abgabe an einen turbinenangetriebenen Turbolader und/oder die Ableitung vom ICE über ein Abgassystem.
- Abgase, die während jedes Verbrennungsarbeitszyklus einer ICE-Anordnung erzeugt werden, beinhalten normalerweise Partikel und andere bekannte Verbrennungs-Abfallprodukte, wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und Stickoxide (NOx). Abgasnachbehandlungssysteme arbeiten, um unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren und Mischungen von Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren, bevor das Gas in die Atmosphäre abgegeben wird. Die Abgasbehandlung kann einzeln und in beliebiger Kombination einen Oxidationskatalysator (OC), NOx-Absorber/Adsorber, Abgasrückführung (EGR), ein selektives katalytisches Reduktions (SCR)-System, einen Partikelmaterial (PM)-Filter, katalytische Konverter und andere Mittel der Emissionskontrolle einbeziehen. Die selektive katalytische Reduktion ist eine fortschrittliche aktive Emissionskontrolltechnologie, die ein Dosiermittel, wie wasserfreies oder wässriges Ammoniak (NH3) oder Harnstoff automotiver Qualität (auch bekannt als AdBlue oder Diesel Exhaust Fluid (DEF)), in den Abgasstrom einspritzt. Dieses Dosierungsmittel beinhaltet ein Reduktionsmittel, das mit dem NOx im Abgas reagiert und sich damit vermischt und das Gemisch kann auf einen SCR-Katalysator absorbiert werden. Der SCR-Katalysator kann dann die absorbierte Mischung, die Wasserdampf (H2O) und Stickstoffgas (N2) bildet, zersetzen.
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DE 11 2009 000 968 T5 offenbart eine Vorrichtung zum Reduzieren von NOx-Emissionen in einem Motorabgasstrom eines Motorsystems mit einem selektiven katalytischen Reduktionssystem (SCR-System), das einen hinter einem Reduktionsmittelinjektor positionierten SCR-Katalysator aufweist. Dabei umfasst die Vorrichtung ein NOx-Reduktions-Soll-Modul, das konfiguriert ist, eine NOx-Reduktionsanforderung zu bestimmen, wobei die NOx-Reduktionsanforderung eine auf dem SCR-Katalysator zu reduzierende Menge an NO-x in dem Abgasstrom aufweist, und ein Reduktionsmittelmodul, das konfiguriert ist, die dem Abgasstrom hinzuzufügende Menge an Reduktionsmittel zu bestimmen, um die NOx-Reduktionsanforderung zu erfüllen. Dabei ist eine dem Abgasstrom zugesetzte Menge an Reduktionsmittel eine Funktion mindestens einer Ammoniakspeichercharakteristik des SCR-Katalysators, mindestens einer Reduktionsmittelzu-Ammoniak-Umwandlungscharakteristik und einer Umwandlungsfähigkeit eines AMOX-Katalysators in abgasempfangender Kommunikation mit dem SCR-Katalysator. - Weiterer Stand der Technik ist in der
DE 10 2009 047 829 A1 und derDE 10 2012 208 638 A1 beschrieben. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem zu schaffen, mit dem es möglich ist, eine Verbrennungseffizienz zu optimieren und eine schnelle Drehmomentreaktionsverfolgung bereitzustellen, während gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch minimiert wird.
- Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Frontansicht eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit einer schematischen Teildarstellung einer repräsentativen funkengezündeten Hubkolben-Verbrennungsmotor (ICE)-Anordnung mit multivariablen Drehmoment- und Emissionssteuerungsfähigkeiten gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung. -
2 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen multivariablen Motordrehmoment- und Emissionsregelungsarchitektur gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung. -
3 ist ein Pareto-Diagramm, das Beispiele der standardisierten Effekte (Motordrehmomentreaktion) für die repräsentative Motordrehmoment- und Emissionsrückmeldungs-Steuerarchitektur von2 veranschaulicht. -
4 ist ein Diagramm, das ein repräsentatives Mehrzonen-Drehmomentregressionsmodell mit einem tatsächlichen Drehmoment (Nm) gegenüber einem geschätzten Drehmoment (Nm) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. -
5 ist ein Flussdiagramm für ein multivariables Motordrehmoment- und Emissionsregelungsschema oder Algorithmus, das Anweisungen entsprechen kann, die von einer Bordsteuerlogikschaltung oder einer anderen computerbasierten Vorrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß Aspekten der offenbarten Konzepte ausgeführt werden. - Mit Bezug auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist
1 die perspektivische Darstellung eines repräsentativen Fahrzeugs, das im Allgemeinen mit 10 bezeichnet wird und hierin zu Zwecken der Erörterung einer Vier-Personen-Limousine-Version eines Pkws dargestellt wird. An einem vorderen Teil des Automobils 10, z. B. hinter einer vorderen Stoßfängerverkleidung und einem Gitter und vor einem Fahrgastraum ist die ICE-Anordnung 12 in einem Motorraum montiert, der von einer Motorhaube 14 bedeckt ist. Das dargestellte Automobil 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine exemplarische Anwendung, mit der die neuartigen Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Implementierung der vorliegenden Konzepte in eine funkengezündete Direkteinspritzungs (SIDI)-Motorkonfiguration ebenfalls als eine exemplarische Anwendung der hierin offenbarten neuartigen Konzepte betrachtet werden. Demgemäß versteht es sich, dass die Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung auf andere Motorarchitekturen angewendet werden können, die für andere Abgasnachbehandlungssysteme implementiert sind und für jeden logisch relevanten Typ eines Kraftfahrzeugs verwendet werden können. Letztendlich sind die hierin abgebildeten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu und dienen lediglich Anleitungszwecken. Somit gelten die spezifischen und relativen Maße der Zeichnungen nicht als einschränkend. - Dort ist in
1 ein Beispiel einer mehrzylindrigen Reihen-ICE-Anordnung mit dualer obenliegender Nockenwelle (DOHC) 12 gezeigt. Die dargestellte ICE-Anordnung 12 ist eine Viertakt-Hubkolbenmotorkonfiguration, die das Fahrzeug 10 antreibt, beispielsweise als Benzinmotor mit Direkteinspritzung, einschließlich Flexible Fuel-Fahrzeuge (FFV) und Hybridfahrzeugvarianten davon. Die ICE-Anordnung 12 kann wahlweise in einem beliebigen aus einer Auswahl von auswählbaren Verbrennungsmodi, einschließlich eines Verbrennungsmodus mit homogener Selbstzündung (Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI) und anderer Selbstzündungs (CI)-Verbrennungsmodi, arbeiten. Zusätzlich kann die ICE-Anordnung 12 bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und/oder einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, das hauptsächlich stöchiometrisch mager ist. Dieser Motor 12 beinhaltet eine Reihe von Hubkolben 16, die in Zylinderbohrungen 15 eines Motorblocks 13 verschiebbar beweglich sind. Die obere Oberfläche jedes Kolbens 16 wirkt mit dem Innenumfang seines entsprechenden Zylinders 15 und einer ausgesparten Kammeroberfläche 19 eines Zylinderkopfes 25 zusammen, um eine Brennkammer 17 mit variablem Volumen zu definieren. Jeder Kolben 16 ist mit einer rotierenden Kurbelwelle 11 verbunden, durch die eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolben 16 beispielsweise über die Kurbelwelle 11 als Drehbewegung an eine Kraftübertragung (nicht dargestellt) abgegeben wird. - Ein Luftansaugsystem überträgt durch einen Ansaugkrümmer 29, der Luft über die Ansaugkanäle des Zylinderkopfs 25 in die Brennkammern 17 lenkt und verteilt, Ansaugluft zu den Zylindern 15. Das Luftansaugsystem des Motors verfügt über Luftstromkanäle und Vorrichtungen zum Überwachen und Steuern des Luftstroms. Die Luftansaugvorrichtungen können als ein nicht einschränkendes Beispiel einen Luftmassenströmungssensor 32 zum Überwachen des Luftmassenstroms (MAF) 33 und der Einlasslufttemperatur (IAT) 35 beinhalten. Ein Drosselventil 34 steuert den Luftstrom zu der ICE-Anordnung 12 in Reaktion auf ein Steuersignal (ETC) 120 von einer programmierbaren Motorsteuereinheit (ECU) 5. Ein Drucksensor 36 in dem Ansaugkrümmer 29, überwacht beispielsweise den Krümmerabsolutdruck (MAP) 37 und den barometrischen Druck. Ein externer Strömungskanal führt Abgase vom Motorauspuff zum Ansaugkrümmer 29 beispielsweise mit einem Strömungssteuerventil zurück, das als ein Abgasrückführungsventil (EGR) 38 bezeichnet wird. Die programmierbare Motorsteuereinheit 5 steuert den Massenstrom des Abgases zum Ansaugkrümmer 29, indem sie das Öffnen des EGR-Ventils 38 über den EGR-Befehl 139 steuert. In
1 sind die Pfeile, die die Motorsteuereinheit 5 mit den verschiedenen Komponenten der ICE-Anordnung 12 verbinden, für elektronische Signale oder andere Kommunikationsvermittlungen repräsentativ, mit denen Daten und/oder Steuerbefehle von einer Komponente zur anderen übertragen werden. - Der Luftstrom von dem Ansaugkrümmer 29 in jede Verbrennungskammer 17 wird durch ein oder mehrere dedizierte Einlass-Motorventile 20 gesteuert. Das Abführen von Abgasen aus der Verbrennungskammer 17 über einen Abgaskrümmer 39 zu einem Abgasnachbehandlungssystem 55 wird durch ein oder mehrere dedizierte Abgasmotorventile 18 gesteuert. Gemäß mindestens einiger der offenbarten Ausführungsform beinhaltet das Abgasnachbehandlungssystem 55 ein Abgasrückführungssystem (EGR-System) und/oder ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR). Die Motorventile 18, 20 sind hier als federvorgespannte Tellerventile dargestellt; Es können jedoch auch andere bekannte Arten von Motorventilen verwendet werden. Das Ventiltriebsystem der ICE-Anordnung 12 ist dazu eingerichtet, das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20, 18 zu steuern und einzustellen. In einer Ausführungsform kann das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 moduliert werden, indem die entsprechenden variablen Einlass- und Auslassnockenverstellungs-/variablen Hubsteuerungsvorrichtungen (VCP/VLC) 22 und 24 gesteuert werden. Diese zwei VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 sind konfiguriert, um jeweils die Einlassnockenwelle 21 und die Auslassnockenwelle 23 zu steuern und zu betreiben. Die Drehung dieser Einlass- und Auslassnockenwellen 21 und 23 ist mit der Drehung der Kurbelwelle 11 verbunden und/oder auf diese begrenzt, wodurch Öffnungen und Schließungen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 mit Positionen der Kurbelwelle 11 und der Kolben 16 verbunden werden. Die Einlass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 kann mit einem Mechanismus hergestellt werden, um den Ventilhub des Einlassventils 20 in Reaktion auf ein Steuersignal (iVLC) 125 zu schalten und zu steuern und die Phasenlage der Einlassnockenwelle 21 für jeden Zylinder 15 in Reaktion auf ein Steuersignal (iVCP) 126 variabel einzustellen und zu steuern. Die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 24 beinhaltet vorzugsweise einen steuerbaren Mechanismus, um den Ventilhub des Auslassventils 18 in Reaktion auf ein Steuersignal (eVLC) 123 und die Phasenlage der Auslassnockenwelle 23 für jeden Zylinder 15 in Reaktion auf ein Steuersignal (eVCP) 124 variabel einzustellen und zu steuern. Die VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 können unter Verwendung einer elektrohydraulischen, hydraulischen, elektromechanischen oder elektrischen Steuerungskraft in Reaktion auf die jeweiligen Steuersignale eVLC 123, eVCP 124, iVLC 125 und iVCP 126 betätigt.
- Mit weiterer Bezugnahme auf die repräsentative Konfiguration von
1 , verwendet die ICE-Anordnung 12 ein Benzin-Direkteinspritzungs (GDI)-Kraftstoffeinspritzuntersystem mit mehreren Hochdruck-Kraftstoffeinspritzdüsen 28, die Kraftstoffpulse direkt in die Verbrennungskammern 17 einspritzen. Jeder Zylinder 15 ist mit einer oder mehreren Einspritzdüsen 28 versehen, die in Reaktion auf einen Einspritzdüsenpulsbreitebefehl (INJ_PW) 112 von der Motorsteuereinheit 5. aktiviert werden. Diese Einspritzdüsen 28 werden mit unter Druck gesetztem Kraftstoff von einem Kraftstoffverteilungssystem versorgt. Eine oder mehrere oder alle der Kraftstoffeinspritzdüsen 28 können, wenn sie aktiviert werden, betreibbar werden, um mehrere Kraftstoffpulse (z. B. eine Folge von ersten, zweiten, dritten usw. Einspritzungen von Kraftstoffmasse) pro Arbeitszyklus in einen entsprechenden Zylinder der ICE-Anordnungszylinder 15 einzuspritzen. Die ICE-Anordnung 12 verwendet ein fremdgezündetes Untersystem, durch das die durch Kraftstoffverbrennung initiierte Energie - typischerweise in Art einer plötzlichen elektrischen Entladung - über eine Zündkerze 26 zum Zünden oder zur Unterstützung beim Zünden der Zylinderfüllungen in jeder der Verbrennungskammern 17 in Reaktion auf einen Zündbefehl (IGN) 118 von der Motorsteuereinheit 5 bereitgestellt wird. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können in ähnlicher Weise bei kompressionsgezündeten (CI) Dieselmotoren angewendet werden. - Der ICE-Anordnung 12 ist mit verschiedenen Erfassungsvorrichtungen zum Überwachen des Motorbetriebs einschließlich eines Kurbelsensors 42 mit einem Ausgang, der die Kurbelwellen-Drehposition anzeigt, z. B. Kurbelwinkel und/oder -drehzahl (RPM) 43, ausgestattet. Ein Temperatursensor 44 ist zum Überwachen beispielsweise einer oder mehrerer motorbedingter Temperaturen (z. B. Kühlmitteltemperatur, Kraftstofftemperatur, Abgastemperatur usw.) konfiguriert und gibt ein Signal 45 aus, das dafür kennzeichnend ist. Ein Verbrennungssensor 30 im Zylinder ist zum Überwachen von verbrennungsbezogenen Variablen, wie z. B. Verbrennungsdruck im Zylinder, Ladungstemperatur, Kraftstoffmasse, Luft/Kraftstoff-Verhältnis usw., konfiguriert und gibt ein Signal 31 aus, das dafür kennzeichnend ist. Ein Abgassensor 40 ist zum Überwachen von abgasbezogenen Variablen, z. B. des tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (AFR), des verbrannten Gasanteils usw., konfiguriert und gibt ein Signal 41 aus, das dafür kennzeichnend ist. Der Verbrennungsdruck und die Kurbelwellendrehzahl werden durch die Motorsteuereinheit 5 überwacht, um den Verbrennungszeitpunkt zu bestimmen, d. h. die Zeitsteuerung des Verbrennungsdrucks relativ zum Kurbelwinkel der Kurbelwelle 11 für jeden Zylinder 15 für jeden Arbeitsverbrennungszyklus. Es versteht sich, dass der Verbrennungszeitpunkt durch andere Verfahren bestimmt werden kann. Der Verbrennungsdruck kann durch die Motorsteuereinheit 5 überwacht werden, um einen mittleren Arbeitsdruck (IMEP) für jeden Zylinder 15 für jeden Arbeitsverbrennungszyklus zu bestimmen. Die ICE-Anordnung 12 und Motorsteuereinheit 5 überwachen und bestimmen gemeinsam die Zustände des IMEP für jeden der Motorzylinder 15 während jedes Zylinderzündereignisses. Alternativ dazu können andere Erfassungssysteme genutzt werden, um Zustände anderer Verbrennungsparameter innerhalb des Umfangs der Offenbarung zu überwachen, z. B. Zündsysteme mit Ionenerfassung, EGR-Fraktionen und nicht-intrusive Zylinderdrucksensoren.
- Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen einer oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASIC), zentrale Verarbeitungseinheiten (z. B. Mikroprozessoren) und dazugehörige Arbeits- und Datenspeicher (Lesespeicher, programmierbare Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerke, usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen, kombinatorische Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -geräte, entsprechende Signal-Konditionierungs- und Pufferschaltungen ausführen, sowie weitere Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Codes, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf jedwede von einer Steuerung ausführbare Befehlssätze inklusive Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Die Motorsteuereinheit kann mit einem Satz von Steuerroutinen konstruiert sein, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Steuerroutinen werden, zum Beispiel durch eine zentrale Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, die Eingänge der Sensorgeräte und anderer vernetzter Steuermodule zu überwachen und um Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Vorrichtungen und Stellantrieben zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Abständen, z. B. nach jeweils 100 Mikrosekunden, 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden im laufenden Motor- und Fahrzeugbetrieb ausgeführt werden. Alternativ dazu können die Routinen in Reaktion auf ein auftretendes Ereignis ausgeführt werden.
- In
2 ist eine repräsentative multivariable Motordrehmoment- und Emissionssteuerungsarchitektur (ETEC-Architektur) vorgestellt, die allgemein mit 100 bezeichnet ist, die beispielsweise betreibbar ist, um eine Regelung basierend auf einem geschlossenen Regelkreis bereitzustellen, um ein optimales Motordrehmoment und eine regelungsbasierte Luft- und Verbrennungssteuerung zur Minimierung von verbrenungserzeugten Emissionen bereitzustellen. Wie unten noch ausführlicher beschrieben ist, kann die ETEC-Architektur 100 dazu beitragen, die Verbrennungseffizienz zu optimieren und kann helfen, eine schnelle Drehmomentreaktionsverfolgung bereitzustellen, während der Kraftstoffverbrauch minimiert wird. Die ETEC-Architektur 100 kann auch dazu beitragen, eine Stickoxid (NOx)-Rückmeldungssteuerung in Echtzeit bereitzustellen, um eine optimale Integration der Verbrennungs- und Nachbehandlungssysteme zu gewährleisten, um mehr Kraftstoffeinsparung während der Abgasnachbehandlungs-NOx-Reduzierung zu erzielen. Die ESEC-Architektur 100 mit geschlossenem Regelkreis kann additive und multiplikative Motordrehmomentmodelle verwenden, als auch eine modellprädiktive Regelung (MPC) eines Verbrennungssystems mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen unter Verwendung von Daten von Turbolader-Wastegate (WG), Ansaugdrosselventil (ITV) Einspritzungsbeginn (Zündzeitpunkt) (SOI (Spk)) und Nockenwellenversteller (CP) mit eingeschränkter Kraftstoffersparnisoptimierung. - In dem dargestellten Beispiel sind Teile der ETEC-Architektur 100 allgemein als interoperable Steuermodule verkörpert - ein Torque Emission Inverse(TEI)-Modul 102, ein Model Predictive Control(MPC)-Modul 104 und ein Multiple Input Multiple Output(MIMO)-Modul 106 - die jeweils eine entsprechende Softwareanwendung mit prozessorausführbaren Anweisungen umfassen können, die beispielsweise durch die in
1 dargestellte bordeigene Motorsteuereinheit (ECU) 5 des Kraftfahrzeugs 10 bewirkt wird. Für zumindest einige Anwendungen kann das MPC-Modul 104 durch ein Proportional-Integral-Differential(PID)-Modul ersetzt oder ergänzt werden. In gleicher Weise ist vorgesehen, dass jedes Steuermodul eine diskrete Steuerung, einen Mikroprozessor oder eine andere integrierte Schaltung (IC) umfassen kann, die alle operativ miteinander verbunden sind, um beliebige der hierin offenbarten Funktionen und Merkmale auszuführen. Als ein geschlossenes System funktionieren die TEI-, MPC- und MIMO-Steuermodule 102, 104, 106 durch die Implementierung über die Motorsteuereinheit 5, um den Betrieb der ICE-Anordnung 12 und des Abgasnachbehandlungssystems 55 basierend auf Rückmelde-Sensordaten von dem ICE und dem Abgassystem (d. h. die Ausgabemengen bewirken Eingabemengen für den Steuerungsprozess) zu steuern. - Um Rückmeldedaten der Regelung bereitzustellen, kann das ETEC-System 100 mit einer Zusammenstellung von Sensoreinrichtungen im und außerhalb des Fahrzeugs kommunizieren, einschließlich derjenigen, die in
1 dargestellt und oben beschrieben sind, um relevante Informationen für den Betrieb und die Optimierung des Motors und des Abgassystems zu aggregieren. Wie in2 gezeigt, kommuniziert die Motorsteuereinheit 5 mit einem oder mehreren Motorsensoren 108, die in Art eines magnetoelastischen, rotatorischen Transformator- oder Oberflächenakustikwellen(SAW)-Drehmomentsensors vorliegen können, die an der Kurbelwelle 11 oder einer anderen geeigneten Komponente der ICE-Anordnung 12 montiert sind. Der/die Motorsensor(en) 108 sind betreibbar, um z. B. das aktuelle Motordrehmoment (Tq) der ICE-Anordnung in Echtzeit systematisch/zufällig zu verfolgen oder anderweitig selektiv zu erfassen und ein oder mehrere dafür indikative Signale zu übertragen. Alternative Systemarchitekturen können die Daten des Motorsensors 108 eliminieren oder ergänzen, indem zum Beispiel ein gespeichertes mathematisches Modell verwendet wird, um das Motordrehmoment zu schätzen. Zur Nachbehandlungssystemsteuerung kommuniziert die Motorsteuereinheit 5 mit einem oder mehreren Abgassensoren 110, die in der Natur eines elektrochemischen oder amperometrischen Festkörper-NOx-Sensors sein können, wie beispielsweise ein Hochtemperatur-Keramikmetalloxid-NOx-Sensor mit einer Empfindlichkeit im Bereich von etwa 100-2000 Teilen pro Million (ppm), montiert an einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR) des Abgasnachbehandlungssystems 55. Der/die Abgassensor(en) 110 sind betreibbar, um z. B. in Echtzeit die aktuelle NOx-Motorleistung systematisch/zufällig zu verfolgen oder anderweitig selektiv zu erfassen und ein oder mehrere dafür indikative Signale zu senden. - Das modellprädiktive Steuerungsmodul (MPC-Modul) 104, das in
2 in kommunikativer Verbindung mit der ICE-Anordnung 12, dem Abgasnachbehandlungssystem 55 und den Motor- und Abgassensoren 108, 110 verbunden gezeigt ist, empfängt Bedienereingaben, Rückmeldungsdaten und vorbestimmte Systemparameter zum Ausführen einer steuerungsorientierten Modellierung des Verbrennungsmotors. Beispielhaft und nicht einschränkend empfängt das MPC-Modul 104 Signale, die ein Soll-Motordrehmoment (Tq_des) und einen Soll-NOx-Ausstoß (NOx_des) sowie Signale der Rückmeldungssteuerung (TFC) und Emissionsrückmeldungssteuerung empfange, die indikativ für das aktuelle Motordrehmoment (Tq_ms) bzw. den aktuellen NOx-Ausstoß (NOx_ms) sind. Das Soll-Motordrehmoment (Tq_des) kann in Form einer Fahrerdrehmomentanforderung auftreten, die beispielsweise, unter anderen möglichen Vorrichtungen, durch einen Gaspedalsensor und/oder einen Bremspedalsensor erhalten wird. Umgekehrt kann der Soll-NOx-Ausstoß (NOx_des) aus einer gespeicherten Nachschlagetabelle extrahiert werden, die einen vorbestimmten Parameterwert für das bereitstellt, was als „annehmbare Niveaus der NOx-Emission“ für jede einer Vielzahl von transienten Motorbetriebsbedingungen (z. Geschwindigkeiten, bei unterschiedlichen Motorbeschleunigungen usw.) angesehen wird. Dieser Soll-NOx-Ausstoß (NOx_des) kann auch basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen eines Nachbehandlungssystems modifiziert werden. - Das Torque Emission Inverse(TEI)-Modul 102 kann als ein Aufschaltungsblock charakterisiert werden, der eine oder mehrere Nachschlagetabellen speichert oder anderweitig darauf zugreift, und basierend auf Motordrehzahl(RPM)-Eingaben und Drehmomentanforderungs (Tq_des)-Eingaben Luftladereferenzen zur Verwendung durch das MIMO-Modul 106 erzeugt (z. B. und Kraftstoffeinspritzdüsen, Nockenphasenversteller und/oder variable Ventilstellglieder), um den Betrieb der ICE-Anordnung 12 und des SCR/EGR-Systems 55 zu regeln. Gemäß dem Beispiel in
2 empfängt das TEI-Modul 102 eine Indikation der aktuellen Motordrehzahl, z. B. über einen induktiven Kurbelwellenpositionssensor, und greift auf eine gespeicherte Nachschlagetabelle zu, um eine oder mehrere Ladereferenzen aus der aktuellen Motordrehzahl (rpm) und dem Soll-Motordrehmoment (Tq_des) zu bestimmen. Nicht einschränkende Beispiele von Luftladereferenzen, die von dem TEI 102 erzeugt werden, beinhalten: eine Motorladedruckreferenz (Boost_ref), eine Motoransaugkrümmerdruckreferenz (MAP_ref), eine Abgasrückführungsreferenz (EGR_ref), und/oder eine Einspritzbeginn-Referenz (SOI_ref). In mindestens einem Spezialfall können auch alle vom TEI-Block erzeugten Referenzen auf null gesetzt werden. In zumindest einigen der offenbarten Steueralgorithmen werden diese Referenzen verwendet, um die durch das Luftladesystem und das Verbrennungssystem nachverfolgten Sollwerte festzulegen. - Das MPC-Modul 104 berechnet aus den empfangenen Bedienereingaben, Rückmeldungssteuerdaten, Luftladereferenzen und Soll-Parametern, wie aktuellem Motordrehmoment und NOx-Ausstoß, Soll-Motordrehmoment und Soll-NOx-Ausstoß, TEI-Referenzwerten usw., einen oder mehrere Soll- Motorbetriebsreferenzen und eine oder mehrere Soll-Abgasbetriebsreferenzen zur Übertragung an das MIMO-Steuermodul 106 oder direkt an die Motoranordnung 12. Gemäß dem dargestellten Beispiel kann die Soll-Motorbetriebsreferenz einzeln oder in einer Kombination eine Soll- Motor-Ladedruckreferenz (Boost_des), eine Soll-Motoransaugkrümmerdruckreferenz (MAP_des), eine variable Soll-Ventilstellgliedreferenz (VVA_des) und eine Soll-Einspritzbeginnreferenz (SOI_des) umfassen. Als ein anderes Beispiel kann die gewünschte Abgasbetriebsreferenz eine Soll-EGR-Referenz (EGR_des) enthalten. Die Art und Weise, wie diese Werte bestimmt werden können, wird im Folgenden detailliert erläutert.
- Das MIMO-Steuermodul 106 kommuniziert, drahtgebunden oder drahtlos, mit dem TEI-Modul 102 und dem MPC-Modul 104, um Motor- und Emissionssteuerbefehle, z. B. einen oder mehrere Motorbetriebssteuerbefehle und einen oder mehrere Abgasbetriebssteuerbefehle, aus einer geeigneten Kombination von empfangenen Eingaben, zu etablieren. Die MIMO-Steuerung 106 kann die Verbrennungs- und Nachbehandlungssysteme beispielsweise über einen Turbolader-Wastegate-Befehl (WG-Befehl(, einen Einlassluftdrosselbefehl (Thr-Befehl), einen Turbine mit variabler Geometrie Spritzdüsenbefehl (VG-Befehl), einen variablen Ventilbetätigungsbefehl (VVA-Befehl) oder einen Abgasrückführungsventilbefehl (EGR- Ventilbefehl) oder eine beliebige Kombination davon, regulieren, um z. B. tatsächlichen Ladedruck, EGR, Krümmerdruck, Einspritzbeginn und VVA-Positionen zu liefern. Da dieses System geregelt, Motordrehmoment Reaktion ist schneller und weniger aggressiv so Kraftstoff nicht Abfall.
- Fortfahrend mit der in
2 gezeigten repräsentativen Architektur stellt das ETEC-System 100 eine Drehmoment- und Emissionsrückmeldungssteuerung mit geschlossenem Regelkreis bereit, die beispielsweise modellprädiktive Steueralgorithmen oder multivariable PIDs verwendet. Die Rückmeldungssteuerung mit geschlossenem Regelkreis kann die Soll-Drehmomentleistung verfolgen und die gewünschten Soll-Emissionen verfolgen, um eine effektivere Verbrennung für eine bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit mit verbessertem Fahrerlebnis zu gewährleisten. Basierend auf Soll-Drehmoment und Soll-Emissionen, sowie gemessenem Drehmoment und gemessenen Emissionen, kann das MPC-Modul die Luftladungs- und Verbrennungsreferenzen weiter an die gewünschten Referenzen anpassen: pb,des - Motorladedruckreferenz; pi,des - Motoransaugkrümmerdruckreferenz; Ṁegr,des - EGR-Referenz; VVAdes - variable Ventilstellgliedreferenz; SOIdes - Einspritzbeginnreferenz. Die Steuerung des Luftladungs- und Verbrennungssystems kann dann bewirken, dass der Ladedruck, der Ansaugkrümmerdruck, EGR- und SOI und die variable Ventilstellgliedposition diese gewünschten Sollwerte anstelle von Referenzpunkten verfolgen. Diese Modifikation kann auf einer Optimierungsstrategie unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung in einer Weise basiert sein, dass die Verbrennung weiter optimiert wird und Drehmoment und Emissionen die gewünschten Ziele verfolgen. - Der MPC-Steueralgorithmus kann die gewünschten Luftladungs- und Verbrennungssollwerte bestimmen, wie definiert durch Finden einer optimalen Regelung, U, d. h. die gewünschten Sollwerte für Luftladung und Verbrennung, wobei
- Die letzte Bedingung kann erfordern, dass der Steuervektor Udes nicht weit von Uref abweicht, das von der Aufschaltungsregelung generiert wird. Für zumindest einige Ausführungsformen kann dieser Algorithmus im diskreten Zustandsraum ausgeführt werden. Durch Lösen dieses optimalen Steuerungsproblems wird der Steuervektor die Funktion sowohl des gewünschten als auch des gemessenen Motordrehmoments und des NOx werden.
- Alle nichtlinearen Optimierungsalgorithmen können angewendet werden, um dieses MPC-Problem zu lösen, um die optimale Steuerung U zu finden, wie zum Beispiel die Verwendung eines extremen Suchalgorithmus, der Newton Generalized Minimum Residual Methode. Das MPC-Problem kann auch gelöst werden, indem ein linearer Parameter variierender MPC-Algorithmus usw. verwendet wird.
-
3 ist ein Pareto-Diagramm, das Beispiele für einige standardisierte Effekte (in den Zeichnungen mit „PCSE“ bezeichnet) für die repräsentative Motordrehmoment- und Emissionsrückmeldungssteuerarchitektur von2 veranschaulicht. Basierend auf einer experimentellen und statistischen Analyse wird festgestellt, dass die Motordrehmomenterzeugung zum Beispiel von Ansaugkrümmerdruck (pi), Luft/KraftstoffVerhältnis (AFR), Motordrehzahl (U/min), PR (Motordeltadruck px/pi, manchmal definiert als Differenz Δp = px-pi), Luftmassenstrom (MAF), Start der Einspritzung (SOI) und Motor (Ansaugkrümmer)-Temperatur (Ti) abhängt. Durch die Analyse der Empfindlichkeit des Motordrehmoments in Bezug auf verschiedene Parameter, z. B. basierend auf reichen experimentellen Daten unter Verwendung einer statistischen Analyse, mit einem Konfidenzniveau von 95 % (Alpha = 0,05), wurde bestimmt, dass ein Parameter, der unter 1,97 des Standardeffekts fällt, als „Rauschen“ bezeichnet werden. Umgekehrt, je höher der Standardeffekt eines Parameters ist, desto größer ist der Einfluss auf das Motordrehmoment. Aus dieser repräsentativen Kurve wurde bestimmt, dass der Ansaugkrümmerdruck pi am meisten zum Motordrehmoment beiträgt, dann AFR, RPM, Motordreieckdruck = Px/Pi und dann MAF (äquivalent zu EGR), SOI usw. Mithilfe der Regression kann ein lineares Parameter-variierendes Motordrehmomentmodell erstellt werden: - additive Modelle
- multiplikative Modelle
-
4 ist ein Diagramm, das ein repräsentatives Mehrzonen-Drehmomentregressionsmodell mit dem tatsächlichen Drehmoment (AT), das gegen das geschätzte Drehmoment (ET) aufgetragen ist, sowohl in Newtonmetern (Nm) als auch in dem oben erläuterten multiplikativen Regressionsmodell zeigt. In dem dargestellten Beispiel kann Zone 1 (Z1) als „Niedrigbereich“-Drehmoment berücksichtigt werden, Zone 2 (Z2) als „Mittelbereich“-Drehmoment berücksichtigt werden, während Zone 3 (Z3) als „Hochbereich“-Drehmoment berücksichtigt werden kann. Wenn es einen Drehmomentsensor oder eine Drehmomentabschätzung mit hoher Wiedergabetreue gibt, können die Zonen entfernt werden, indem rekursive Least-Square-Algorithmen verwendet werden, um die Parameter a1 bis a8 zu identifizieren, um das LPV-Drehmomentmodell zu identifizieren. Diese Grafik zeichnet das geschätzte Drehmoment - geschätzt aus dem multiplikativen Drehmomentmodell - mit dem tatsächlich gemessenen Drehmoment auf; Wenn das Ergebnis eine diagonale Linie ist (wie gezeigt), dann ist Torque_est = Torque_actual. Die Darstellungslinie PL1 hilft, das Drehmomentmodell mit nur einer Zone zu validieren (z. B. sind alle Koeffizienten a1, a2, ... a8 konstant, egal wie groß das Drehmoment wird). Die Darstellungslinie PL2 hilft, das Drehmomentmodell zu validieren, wenn es in jeder Betriebszone Z1, Z2, Z3 aus drei Untermodellen besteht, wobei die Drehmomentkoeffizienten in jeder Zone Z1, Z2, Z3 konstant bleiben. In diesem repräsentativen Modell sind die drei Zonen Zone1 (z. B. 0 bis 50 Nm), Zone2 (z. B. 50-250 Nm) und ZONE3 (z. B. 250 Nm und darüber). Dies zeigt, dass die Modellgenauigkeit durch das Dreizonen-Drehmomentmodell verbessert wird. Zusätzlich zu diesem Regressionsdrehmomentmodell kann ein anderes Drehmomentmodell verwendet werden, bei dem in jeder Betriebszone ein Zustandsraumdrehmomentmodell basierend auf einer Eingabe identifiziert werden kann, die das angezeigte Drehmoment u und Eingaben beeinflusst, die das Pumpendrehmoment und das Reibungsdrehmoment d beeinflussen, worin -
- Mit Bezug auf das Flussdiagramm von
5 ist ein verbessertes Verfahren oder eine verbesserte Steuerstrategie zum Betreiben eines multivariablen Motordrehmoment- und Emissionsregelungssystems während des Betriebs eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise der ICE-Anordnung 12 von1 , für ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise das Kraftfahrzeug 10, allgemein bei 200 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung beschrieben.5 kann repräsentativ für einen Algorithmus sein, der zumindest einigen Anweisungen entspricht, die beispielsweise im Haupt- oder Hilfsspeicher gespeichert werden können und beispielsweise von einer Motorsteuereinheit, einer CPU, einer im Fahrzeug oder entfernt befindlichen Fahrzeugsteuerlogikschaltung oder einer anderen Vorrichtung ausgeführt werden können, um beliebige oder alle der oben und/oder unten beschriebenen Funktionen auszuführen, die den offenbarten Konzepten zugeordnet sind. - Das Verfahren 200 von
5 beginnt bei Block 201 mit dem Empfangen, z. B. über das Torque Emission Inverse(TEI)-Modul 102 von2 , eines oder mehrerer Signale, die die aktuelle Motordrehzahl (U/min) anzeigen. Der Block 201 kann ferner ein TEI-Modul 102 umfassen, das ein oder mehrere Signale empfängt, die eine Drehmomentanforderung (Tq_des) anzeigen. Bei Block 203 umfasst das Verfahren 200 das Kommunizieren oder anderweitige Ausgeben, z. B. über das TEI-Modul 102, einer oder mehrerer Luftladereferenzen, wie beispielsweise jene, die in2 veranschaulicht und vorstehend beschrieben sind. Das Verfahren 200 von5 fährt mit dem Block 205 mit dem Empfangen, z. B. über das Model Predictive Control-Modul (MPC-Modul) 104 von2 , eines oder mehrerer Signale fort, die das Soll- Motordrehmoment (Tq_des) und den Soll-NOx-Ausstoß (NOx_des) anzeigen. Dann beinhaltet das Verfahren 200 in Block 207 das Kommunizieren oder Ausgeben auf andere Weise, z. B. über das MPC-Modul 104, von einem oder mehreren Soll Motorbetriebswerten und Soll-Abgasbetriebswerten. - Mit weiterem Bezug auf
5 geht das Verfahren 200 weiter zu Block 209 mit der Berechnung, z. B. über das Multiple Input Multiple Output (MIMO)-Steuermodul 106 von2 , von einem oder mehreren Motorbetriebssteuerbefehlen und einem oder mehreren Abgasbetriebssteuerbefehlen. Diese können einzeln und in beliebiger Kombination den WG-Befehl, den Thr-Befehl, den VVA-Befehl, den EGR-Befehl und den VG-Befehl enthalten. In Block 211 überträgt oder gibt das Verfahren 200 diese Steuerbefehle anderweitig an die Motor- und Abgassysteme (z. B. die ICE-Anordnung 12 und die Abgasnachbehandlung 55 von2 ) aus. Bei Block 213 werden TFC- und EFC-Rückmeldungssteuerdaten an die Motorsteuereinheit 5 zur nachfolgenden Modifikation der MPC- und MIMO-Steuerung übermittelt. - Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm von Anweisungen implementiert werden, wie zum Beispiel Programmmodulen, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden, die von einem Onboard-Computer ausgeführt werden. Die Software kann in nicht einschränkenden Beispielen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen enthalten, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, damit ein Computer entsprechend einer Eingabequelle reagieren kann. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um eine Vielzahl von Aufgaben in Reaktion auf Daten zu initiieren, die in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten empfangen werden. Die Software kann auf einem beliebigen einer Vielzahl von Speichermedien, wie CD-ROM, Magnetplatte, Blasenspeicher und Halbleiterspeicher (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM), gespeichert sein.
- Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzkonfigurationen einschließlich Mehrprozessorsystemen, Mikroprozessor-basierter oder programmierbarer Unterhaltungselektronik, Minicomputern, Mainframe-Computern und dergleichen durchgeführt werden. Zusätzlich können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in Umgebungen mit verteilter Datenverarbeitung ausgeführt werden, bei denen Aufgaben durch Fernverarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, die durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer verteilten Computerumgebung können Programmmodule sowohl auf lokalen als auch entfernten Computerspeichermedien einschließlich Speichergeräten angeordnet sein. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem implementiert werden.
- Jedes der hierin beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung enthalten durch: (a) einen Prozessor, (b) eine Steuerung, und/oder (c) jede andere geeignete Verarbeitungsvorrichtung. Jeder hierin offenbarte Algorithmus, jede Software oder jedes Verfahren kann in einer Software enthalten sein, die auf einem greifbaren Medium, wie beispielsweise einem Flash-Speicher, einer CD-ROM, einer Diskette, einer Festplatte, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder andere Speichervorrichtungen, gespeichert ist, jedoch werden Fachleute leicht erkennen, dass der gesamte Algorithmus und/oder Teile davon alternativ durch eine andere Vorrichtung als eine Steuerung ausgeführt werden können und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware in einer gut bekannten Weise implementiert werden können (z. B. kann er durch einen anwendungsspezifischen integrierter Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit), eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD), eine feldprogrammierbare Logikvorrichtung (FPLD), eine diskrete Logik usw. implementiert werden). Obwohl spezielle Algorithmen unter Bezugnahme auf die hier dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, wird der Durchschnittsfachmann leicht erkennen, dass viele andere Verfahren zum Implementieren der exemplarischen maschinenlesbaren Anweisungen alternativ verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Reihenfolge der Ausführung der Blöcke geändert werden und/oder einige der beschriebenen Blöcke können geändert, eliminiert oder kombiniert werden.
Claims (9)
- Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem für eine Verbrennungsmotoranordnung (12), wobei die Verbrennungsmotoranordnung (12) eine oder mehrere Brennkammern (17) umfasst, die mit einem Abgasnachbehandlungssystem (55) in Fluidverbindung stehen, wobei das Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem umfasst: einen Motorsensor (108), der konfiguriert ist, um ein aktuelles Motordrehmoment der Verbrennungsmotoranordnung (12) zu erfassen und ein dafür indikatives Signal auszugeben; einen Abgassensor (40), der konfiguriert ist, um einen aktuellen Stickoxid (NOx)-Ausstoß der Verbrennungsmotoranordnung (12) zu erfassen und ein dafür indikatives Signal auszugeben; und eine programmierbare Motorsteuereinheit (5), die kommunikativ mit dem Motorsensor (108), dem Abgassensor (40) und der Verbrennungsmotoranordnung (12) verbunden ist, wobei die Motorsteuereinheit (5) konfiguriert ist zum: Empfangen von Indikationen eines Soll-Motordrehmoments und eines Soll-NOx-Ausstoßes; Bestimmen einer Soll-Motorbetriebsreferenz und einer SollAbgasbetriebsreferenz aus dem aktuellen Motordrehmoment, dem aktuellen NOx-Ausstoß, einem Soll-Motordrehmoment und einem Soll-NOx-Ausstoß; Bestimmen eines Motorbetriebssteuerbefehls und eines Abgasbetriebssteuerbefehls aus der Soll-Motorbetriebsreferenz und der Soll-Abgasbetriebsreferenz; und Ausgeben der Motorbetriebs- und Abgasbetriebssteuerbefehle an die Verbrennungsmotoranordnung (12); wobei die programmierbare Motorsteuereinheit (5) ferner konfiguriert ist, um einen optimalen Steuerparameter U für gewünschte Sollwerte für Luftladung und Verbrennung zu bestimmen, wobei der Steuerparameter (U) definiert ist als:
- Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem nach
Anspruch 1 , wobei die Motorsteuereinheit (5) ferner konfiguriert ist zum: Empfangen einer Anzeige der aktuellen Motordrehzahl; und Bestimmen einer Luftladereferenz aus der aktuellen Motordrehzahl und dem Soll-Motordrehmoment, wobei das Bestimmen des Motorbetriebssteuerbefehls oder des Abgasbetriebssteuerbefehls oder beider ferner auf der Luftladereferenz basiert. - Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem nach
Anspruch 2 , wobei die Luftladereferenz eine Motorladedruckreferenz, eine Motoransaugkrümmerdruckreferenz (MAP-Referenz), eine Abgasrückführungsreferenz (EGR-Referenz), eine variable Ventilstellgliedreferenz (VVA-Referenz) oder eine Einspritzbeginnreferenz (SOI-Referenz) oder eine Kombination davon umfasst. - Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem nach
Anspruch 1 , wobei die Soll-Motorbetriebsreferenz eine Soll-Motor-Ladedruckreferenz, eine Soll-Motoransaugkrümmerdruck (MAP)-Referenz, variable Soll-Ventilstellgliedreferenz (VVA-Referenz) oder eine Soll-Einspritzbeginnreferenz (SOI-Referenz) oder eine beliebige Kombination davon umfasst. - Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem nach
Anspruch 1 , wobei die Soll-Abgasbetriebsreferenz eine Soll-Abgasrückführungsreferenz (EGR-Referenz) umfasst. - Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem nach
Anspruch 1 , wobei die Motorsteuereinheit (5) ein modellprädiktives Steuerungsmodul (MPC-Modul) (104) umfasst, das kommunikativ mit der Verbrennungsmotoranordnung (12) und den Abgassensoren (40) verbunden und konfiguriert ist, um die Soll-Motorbetriebsreferenz und die Soll-Abgasbetriebsreferenz zu bestimmen und indikative Signale davon auszugeben. - Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem nach
Anspruch 6 , wobei die Motorsteuereinheit (5) ferner ein Multiple Input Multiple Output-Steuermodul (MIMO-Steuermodul) (106) umfasst, das kommunikativ mit dem MPC-Modul (104) verbunden und konfiguriert ist, um die Motorbetriebs- und Abgasbetriebssteuerbefehle zu bestimmen. - Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem nach
Anspruch 7 , wobei die Motorsteuereinheit (5) ferner ein Torque Emission Inverse-Modul (TEI -Modul) (102) umfasst, das eine Nachschlagetabelle speichert und konfiguriert ist, um eine Luftladereferenz aus der Nachschlagetabelle basierend auf einer aktuellen Motordrehzahl und dem Soll-Motordrehmoment zu bestimmen. - Motordrehmoment- und Emissionssteuerungssystem nach
Anspruch 1 , wobei die Kostenfunktion J Motorsystembeschränkungen dTq/dt und dNOx/dt unterworfen ist, wobei
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