DE102020204932A1 - Method for operating an internal combustion engine and an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12), in welchen ein Kraftstoff mittels eines Kraftstoffinjektors (14) einbringbar ist. Dabei ist der Verbrennungsmotors (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden, in welcher mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 58) zu Reduzierung der Stickoxidemissionen und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (52) zur Reduzierung der Partikelemissionen angeordnet sind. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:- Ermitteln der Stickoxid-Emissionen und der Partikelemissionen, welche aktuell in die Umwelt emittiert werden und Vergleichen der aktuell emittierten Stickoxide-Emissionen mit den zu erwartenden Stickoxidemissionen des Verbrennungsmotors (10),- Ermitteln eines Wirkungsgrades der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 58) zur Reduzierung der Stickoxid-Emissionen,- Berechnen eines Soll-NOx-Rohemissionswertes auf Basis des ermittelten Wirkungsgrades der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente (52, 54, 56),- Adaptieren der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (10), wenn der ermittelte Wirkungsgrad von dem erwarteten Wirkungsgrad abweicht, um die NOx-Rohemissionen an den angepassten Soll-NOx-Rohemissionswert anzupassen.Die Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor (10) mit einem Steuergerät (80) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine (10) having at least one combustion chamber (12) into which a fuel can be introduced by means of a fuel injector (14). The internal combustion engine (10) is connected by its outlet (18) to an exhaust system (40) in which at least one exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 58) is arranged to reduce nitrogen oxide emissions and at least one exhaust gas aftertreatment component (52) to reduce particulate emissions . The method comprises the following steps: determining the nitrogen oxide emissions and the particle emissions that are currently being emitted into the environment and comparing the currently emitted nitrogen oxide emissions with the expected nitrogen oxide emissions from the internal combustion engine (10), determining an efficiency of the at least one exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 58) to reduce nitrogen oxide emissions, - Calculate a target NOx raw emission value based on the determined efficiency of the at least one exhaust gas aftertreatment component (52, 54, 56), - Adapt the operating parameters of the internal combustion engine (10), if the determined efficiency deviates from the expected efficiency in order to adapt the NOx raw emissions to the adjusted target NOx raw emission value. The invention also relates to an internal combustion engine (10) with a control unit (80) for carrying out such a method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors sowie ein Steuergerät und einen Verbrennungsmotor zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine as well as a control device and an internal combustion engine for carrying out such a method according to the preamble of the independent claims.
Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator oder ein NOX-Speicherkatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Um die hohen Anforderungen an minimale Stickoxidemissionen zu erfüllen, sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche zwei in Reihe geschaltete SCR-Katalysatoren aufweisen, wobei jedem der SCR-Katalysatoren ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels vorgeschaltet ist. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.The current exhaust gas legislation and one that will become increasingly strict in the future place high demands on the engine-related raw emissions and the exhaust gas aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further decrease in consumption and the further tightening of the exhaust gas standards with regard to the permissible nitrogen oxide emissions represent a challenge for the engine developers. In gasoline engines, exhaust gas cleaning is carried out in the known manner via a three-way catalytic converter and the three-way Upstream and downstream catalytic converters. Exhaust aftertreatment systems are currently used in diesel engines which have an oxidation catalytic converter or a NOX storage catalytic converter, a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) and a particle filter for separating out soot particles and, if necessary, further catalytic converters. In order to meet the high requirements for minimum nitrogen oxide emissions, exhaust gas aftertreatment systems are known which have two SCR catalytic converters connected in series, each of the SCR catalytic converters being preceded by a metering element for metering in a reducing agent. A synthetic, aqueous urea solution is preferably used as the reducing agent, which is mixed with the hot exhaust gas flow in a mixing device upstream of the SCR catalytic converter. As a result of this mixing, the aqueous urea solution is heated, with the aqueous urea solution releasing ammonia in the exhaust gas duct. A commercially available, aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.
Das Abgasnachbehandlungssystem eines modernen Dieselmotors ist sehr leistungsfähig und erlaubt nach dem Erreichen der günstigen Arbeitsbedingungen eine weitgehende Unabhängigkeit der Endrohr-Abgasemissionswerte von den motorischen Rohabgasemissionen in einem weiten Motor-Arbeitsfenster. Die stationär applizierten motorischen Rohabgasemissionen sind jedoch mit einem Sicherheitsabstand für eine eventuelle Worst-Case-Situation ausgelegt. Es gibt eine direkte Abhängigkeit zwischen den motorischen Stickoxidemissionen (NOx) und den Partikelemissionen (PM) sowie den Kohlenstoffdioxidemissionen (CO2), welche auch als NOx-PM-Trade-Off bezeichnet wird. So ergeben sich im allgemeinen Fahrzeugbetrieb ungenutzte Potentiale hinsichtlich der Kohlenstoffdioxidemissionen und des Kraftstoffverbrauchs eines modernen Dieselmotors.The exhaust gas aftertreatment system of a modern diesel engine is very efficient and, once the favorable working conditions have been achieved, allows the tailpipe exhaust emission values to be largely independent of the engine-related raw exhaust emissions in a wide engine operating window. The stationary applied engine raw exhaust gas emissions are, however, designed with a safety margin for a possible worst-case situation. There is a direct dependency between engine nitrogen oxide emissions (NOx) and particulate emissions (PM) as well as carbon dioxide emissions (CO2), which is also known as the NOx-PM trade-off. This results in unused potential in general vehicle operation with regard to carbon dioxide emissions and the fuel consumption of a modern diesel engine.
Aus der
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ungenutzten Potenziale bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Kohlenstoffdioxidemissionen zu nutzen, ohne dass eine Veränderung der Motorparameter zu einem unzulässigen Anstieg der weiteren Emissionen, insbesondere der Partikelemissionen oder der Stickoxidemission führt.The invention is now based on the object of using unused potential with regard to fuel consumption and carbon dioxide emissions without a change in the engine parameters leading to an inadmissible increase in further emissions, in particular particulate emissions or nitrogen oxide emissions.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Brennraum, in welchen ein Kraftstoff mittels eines Kraftstoffinjektors einbringbar ist. Dabei ist der Verbrennungsmotors mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden, in welcher mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Reduzierung der Stickoxidemissionen und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Reduzierung der Partikelemissionen angeordnet sind. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Ermitteln der Stickoxid-Emissionen und der Partikelemissionen, welche aktuell in die Umwelt emittiert werden und Vergleichen der aktuell emittierten Stickoxide-Emissionen mit den zu erwartenden Stickoxidemissionen des Verbrennungsmotors,
- - Ermitteln eines Wirkungsgrades der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente zur Reduzierung der Stickoxid-Emissionen,
- - Berechnen eines Soll-NOx-Rohemissionswertes auf Basis des ermittelten Wirkungsgrades der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente,
- - Adaptieren der in einem Steuergerät hinterlegten Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, wenn der ermittelte Wirkungsgrad der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente von dem erwarteten Wirkungsgrad abweicht, um die NOx-Rohemissionen an den angepassten Soll-NOx-Rohemissionswert anzupassen.
- - Determining the nitrogen oxide emissions and the particle emissions that are currently being emitted into the environment and comparing the currently emitted nitrogen oxide emissions with the expected nitrogen oxide emissions from the internal combustion engine,
- - Determining an efficiency of the at least one exhaust gas aftertreatment component for reducing nitrogen oxide emissions,
- - Calculating a target NOx raw emission value based on the determined efficiency of the at least one exhaust gas aftertreatment component,
- - Adapting the operating parameters of the internal combustion engine stored in a control unit if the determined efficiency of the at least one exhaust gas aftertreatment component deviates from the expected efficiency in order to adapt the NOx raw emissions to the adjusted target NOx raw emission value.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors kann der Kraftstoffverbrauch und damit verbunden die Kohlenstoffdioxidemissionen des Verbrennungsmotors reduziert werden. Dabei werden die Reserven aus dem Partikel-NOx-Trade-Off genutzt, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Da die Rohemissionen und Endrohremissionen an Partikeln und Stickoxiden ermittelt werden, ist eine Regelung des Verbrennungsmotors auf die tatsächlich auftretenden Rohemissionen möglich. Insbesondere kann damit die Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennräume in Richtung früh verstellt werden, wobei ein definierter Sollwert für die Stickoxidrohemissionen festgelegt wird, wodurch der Verbrennungsmotor in einem wirkungsgradoptimierten Betriebspunkt betrieben werden kann, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch weiter reduzieren lässt.A method according to the invention for operating an internal combustion engine makes it possible to reduce the fuel consumption and the associated carbon dioxide emissions of the internal combustion engine. The reserves from the particulate NOx trade-off are used to reduce fuel consumption. Since the raw emissions and tailpipe emissions of particles and nitrogen oxides are determined, it is possible to regulate the combustion engine based on the raw emissions that actually occur. In particular, the injection of the fuel into the combustion chambers can thus be adjusted in the early direction, with a defined setpoint value for the raw nitrogen oxide emissions being established, whereby the internal combustion engine can be operated at an operating point with optimized efficiency, whereby the fuel consumption can be further reduced.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht-triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors möglich.The features listed in the dependent claims enable advantageous improvements and non-trivial further developments of the method for operating an internal combustion engine specified in the independent claim.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohemissionen und/oder die Endrohremissionen des Verbrennungsmotors über ein definiertes Zeitintervall gemittelt werden. Durch eine Mittelwertbildung über ein definiertes Zeitintervall kann sichergestellt werden, dass einzelne Abgasevents, beispielsweise beim Beschleunigen oder beim Schalten nicht sofort zu einer Anpassung der Applikationsparameter führen und Steuerparameter des Verbrennungsmotors oder des Abgasnachbehandlungssystems sehr häufig angepasst werden. Zudem können Messfehler durch eine Mittelwertbildung eliminiert werden, sodass ein verfälschtes Messsignal oder ein singuläres Auftreten eines erhöhten Messwerts nicht zu einer Änderung in der Abgasnachbehandlung führt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the raw emissions and / or the tailpipe emissions of the internal combustion engine are averaged over a defined time interval. By averaging over a defined time interval, it can be ensured that individual exhaust gas events, for example when accelerating or switching, do not immediately lead to an adjustment of the application parameters and control parameters of the internal combustion engine or the exhaust gas aftertreatment system are adjusted very frequently. In addition, measurement errors can be eliminated by averaging so that a falsified measurement signal or a singular occurrence of an increased measurement value does not lead to a change in the exhaust gas aftertreatment.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Steuergerät ein Umsatzmodell für die Abgasnachbehandlungskomponenten des Verbrennungsmotors hinterlegt ist, wobei auf Basis des Umsatzmodells ein verbrauchsoptimales Emissionsniveau zugelassen wird, welches vollständig durch die Abgasnachbehandlungskomponenten in unlimitierte Abgaskomponenten konvertiert wird. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems in die Steuerungsparameter des Verbrennungsmotors einfließen, wodurch die Rohemissionen des Verbrennungsmotors entsprechend der aktuellen Leistungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems angepasst werden. Somit kann sichergestellt werden, dass sämtliche schädlichen Abgaskomponenten durch das Abgasnachbehandlungssystem in unlimitierte Abgaskomponenten konvertiert werden können, wodurch die Verbrennung in den Brennräumen des Verbrennungsmotors in Richtung maximaler Wirkungsgrad hin optimiert werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that a sales model for the exhaust gas aftertreatment components of the internal combustion engine is stored in the control unit, with a consumption-optimal emission level being permitted on the basis of the sales model, which is completely converted into unlimited exhaust gas components by the exhaust gas aftertreatment components. As a result, the performance of the exhaust gas aftertreatment system can flow into the control parameters of the internal combustion engine, as a result of which the raw emissions of the internal combustion engine are adapted according to the current performance of the exhaust gas aftertreatment system. It can thus be ensured that all harmful exhaust gas components can be converted into unlimited exhaust gas components by the exhaust gas aftertreatment system, so that the combustion in the combustion chambers of the internal combustion engine can be optimized towards maximum efficiency.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren eine motorische und eine außermotorische Regelung der Abgasemissionen des Verbrennungsmotors aufweist. Dadurch kann der Verbrennungsmotor in Hinblick auf eine maximale Kraftstoffeffizienz weiter optimiert werden.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the method has an engine and an external control of the exhaust gas emissions of the internal combustion engine. In this way, the internal combustion engine can be further optimized with regard to maximum fuel efficiency.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Wirkungsgrad der einzelnen Abgasnachbehandlungskomponenten gemessen oder modelliert wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die an einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors auftretenden Rohemissionen betriebssicher in unlimitierte Abgaskomponenten konvertiert werden können.In a preferred embodiment of the method it is provided that the efficiency of the individual exhaust gas aftertreatment components is measured or modeled. This ensures that the raw emissions occurring at an operating point of the internal combustion engine can be reliably converted into unlimited exhaust gas components.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn aus den einzelnen Wirkungsgraden der Abgasnachbehandlungskomponenten ein Gesamtwirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems berechnet wird. Dadurch können Wechselwirkungen zwischen den Abgasnachbehandlungskomponenten berücksichtigt werden und die Endrohremissionen des Verbrennungsmotors weiter minimiert werden.It is particularly preferred if an overall efficiency of the exhaust gas aftertreatment system is calculated from the individual efficiencies of the exhaust gas aftertreatment components. This allows interactions between the exhaust gas aftertreatment components to be taken into account and the tailpipe emissions of the internal combustion engine are further minimized.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperaturen der einzelnen Abgasnachbehandlungskomponenten gemessen oder modelliert werden. Die Leistungsfähigkeit der Abgasnachbehandlungskomponenten ist wesentlich von der Temperatur der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente abhängig. So weisen beispielsweise SCR-Katalysatoren einen begrenzten Temperaturbereich auf, in denen eine maximal-effiziente Konvertierung von Stickoxiden mittels der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden möglich ist.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the temperatures of the individual exhaust gas aftertreatment components are measured or modeled. The performance of the exhaust aftertreatment components is essentially dependent on the temperature of the respective exhaust aftertreatment component. For example, SCR catalytic converters have a limited temperature range in which a maximally efficient conversion of nitrogen oxides by means of the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides is possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das gemessene mittlere Stickoxid- uns Rußrohemissionsniveau auf den ermittelten Rohabgasemissionssollwert adaptiert wird. Dadurch können einzelne Spitzenwerte geglättet und der Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems genauer bestimmt werden. Somit führen singuläre Fehlmessungen oder singuläre kurzfristige Abweichungen nicht zu einer übertrieben starken Adaption. Neben der Verringerung der Emissionen kann durch eine solche „sanfte“ Adaption auch der Fahrkomfort erhöht werden.In a preferred embodiment of the method it is provided that the measured mean nitrogen oxide and soot raw emission level is adapted to the determined raw exhaust gas emission target value. This enables individual peak values to be smoothed out and the efficiency of the exhaust gas aftertreatment system to be determined more precisely. Thus singular incorrect measurements or singular short-term deviations do not lead to an excessive adaptation. In addition to reducing emissions, such a “gentle” adaptation can also increase driving comfort.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die NOx-Rohemissionsadaption durch einen diskreten 2-Punkt-Regler geregelt wird. Durch einen 2-Punkt-Regler ist eine besonders einfache und kostengünstige Regelung der Rohemissionsadaption möglich. Dabei erfolgt unterhalb eines Schwellenwertes keine Adaption und oberhalb des Schwellenwertes eine Adaption. Der Zweipunktregler erreicht zwar den eingeschwungenen Zustand, kommt aber nie zur Ruhe. Bei starken Änderungen der Führungsgröße kann er aber Regelabweichungen schneller ausregeln als es mit anderen Regelverfahren möglich ist.In a preferred embodiment of the method it is provided that the NOx raw emission adaptation is regulated by a discrete 2-point controller. A particularly simple and cost-effective control of the raw emission adaptation is possible with a 2-point controller. No adaptation takes place below a threshold value and an adaptation takes place above the threshold value. The two-position controller reaches the steady state, but never comes to rest. In the event of major changes in the reference variable, however, it can correct system deviations faster than is possible with other control methods.
In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Regelung des Verfahrens durch einen PI-Regler erfolgt. Der PI-Regler (proportional-integral controller) besteht aus den Anteilen des P-Gliedes und I-Gliedes mit einer Zeitkonstante. Er kann sowohl aus einer Parallelstruktur oder aus einer Reihenstruktur definiert werden. Der Begriff der Nachstellzeit stammt aus der Parallelstruktur des Reglers. Signaltechnisch wirkt der PI-Regler gegenüber einem I-Regler so, dass nach einem Eingangssprung dessen Wirkung um die Nachstellzeit vorverlegt ist. Durch den I-Anteil wird die stationäre Genauigkeit gewährleistet, die Regelabweichung wird nach dem Einschwingen der Regelgröße zu Null. Somit führen singuläre schädliche Abgasereignisse nicht zu einer Verstellung des Reglers.Another improvement of the method provides that the method is controlled by a PI controller. The PI controller (proportional-integral controller) consists of the components of the P element and I element with a time constant. It can be defined from a parallel structure or from a series structure. The term reset time comes from the parallel structure of the controller. In terms of signaling, the PI controller acts compared to an I controller in such a way that after an input jump, its effect is brought forward by the reset time. The steady-state accuracy is guaranteed by the I component, the control deviation becomes zero after the controlled variable has settled. Thus singular harmful exhaust gas events do not lead to an adjustment of the controller.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn eine kurzfristige Überschreitung eines Abgasevents zu einem unveränderten Beibehalten der Steuerparameter zum Betreiben des Verbrennungsmotors führt und eine Anpassung der in den Steuerparameter hinterlegten Rohemissionen nur dann erfolgt, wenn die Überschreitung länger als ein definiertes Zeitintervall andauert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der I-Anteil der PI-Regelung bei einem Erreichen des Rohabgasemissionssollwertes zurückgesetzt wird.It is particularly preferred if a short-term exceeding of an exhaust event leads to the control parameters for operating the internal combustion engine being retained unchanged and the raw emissions stored in the control parameters only being adapted if the exceeding lasts longer than a defined time interval. In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the I component of the PI control is reset when the raw exhaust gas emission setpoint is reached.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Wirkungsgrad der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente zur Reduzierung der Stickoxidemissionen als Minimum von
- - einem modellbasierten Wirkungsgrad eines SCR-Systems des Verbrennungsmotors,
- - einem aus den aktuellen Rohemissionen und den aktuellen Endrohremissionen ermittelten Wirkungsgrad der Abgasnachbehandlung, und
- - einem aus den aktuellen Rohemissionen und den aufsummierten Endrohremissionen über eine Betriebsstrecke eines Kraftfahrzeuges oder die Laufzeit des Verbrennungsmotors
Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Endrohremission auch bei Ausfall eines Sensors stets über im gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors eingehalten und ein unzulässiger Anstieg der Endrohremissionen verhindert werden.In a preferred embodiment of the method it is provided that the efficiency of the at least one exhaust gas aftertreatment component for reducing nitrogen oxide emissions is a minimum of
- - a model-based efficiency of an SCR system of the combustion engine,
- - an exhaust gas aftertreatment efficiency determined from the current raw emissions and the current tailpipe emissions, and
- - One from the current raw emissions and the summed up tailpipe emissions over an operating route of a motor vehicle or the running time of the internal combustion engine
This ensures that the tailpipe emissions are always maintained over the entire operating range of the internal combustion engine even if a sensor fails, and an impermissible increase in tailpipe emissions is prevented.
Erfindungsgemäß wird ein Steuergerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, wobei das Verfahren ausgeführt wird, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird.According to the invention, a control device is proposed for carrying out such a method for operating an internal combustion engine, the method being carried out when a machine-readable program code is executed by the control device.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum, in welchen ein Kraftstoff mittels eines Kraftstoffinjektors eingebracht werden kann. Dabei ist der Verbrennungsmotor mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage eines Abgasnachbehandlungssystems verbunden, in welcher mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Reduzierung der Stickoxidemissionen und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Partikelminderungen angeordnet sind. Der Verbrennungsmotor ist mit einem Steuergerät verbunden, welches dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Bei einem solchen Verbrennungsmotor können Partikelrohemissionen und Stickoxidrohemissionen aus den Brennräumen des Verbrennungsmotors effizient konvertiert werden. Somit kann in dem Brennverfahren ein Rohemissionswert zugelassen werden, welcher im Sinne einer maximalen Kraftstoffeffizienz eine definierte Menge an schädlichen Rohemissionen zulässt.Another aspect of the invention relates to an internal combustion engine having at least one combustion chamber into which a fuel can be introduced by means of a fuel injector. The internal combustion engine is connected with its outlet to an exhaust system of an exhaust aftertreatment system in which at least one exhaust aftertreatment component for reducing nitrogen oxide emissions and at least one exhaust aftertreatment component for reducing particulate matter are arranged. The internal combustion engine is connected to a control device which is set up to carry out such a method for operating an internal combustion engine when a machine-readable program code is executed by the control device. In such an internal combustion engine, raw particulate emissions and raw nitrogen oxide emissions can emerge from the combustion chambers of the internal combustion engine can be converted efficiently. Thus, a raw emission value can be allowed in the combustion process, which allows a defined amount of harmful raw emissions in the sense of maximum fuel efficiency.
Ein einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abgasnachbehandlungssystem in Strömungsrichtung eines Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch einen Abgaskanal des Abgasnachbehandlungssystems einen Oxidationskatalysator oder einen NOx-Speicherkatalysator aufweist, wobei stromabwärts des Oxidationskatalysators oder des NOx-Speicherkatalysators ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und weiter stromabwärts ein weiterer SCR-Katalysator angeordnet sind. Durch eine Kombination von einem Oxidationskatalysator, einem Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung und einem weiteren SCR-Katalysator ist eine sehr effiziente Abgasnachbehandlung möglich.A preferred embodiment of the invention provides that the exhaust gas aftertreatment system has an oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter in the flow direction of an exhaust gas stream of the internal combustion engine through an exhaust duct of the exhaust gas aftertreatment system, wherein downstream of the oxidation catalytic converter or the NOx storage catalytic converter, a particle filter with a coating for selective catalytic Reduction of nitrogen oxides and further downstream a further SCR catalyst are arranged. A combination of an oxidation catalytic converter, a particle filter with an SCR coating and another SCR catalytic converter enables very efficient exhaust gas aftertreatment.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass stromabwärts der letzten Abgasnachbehandlungskomponente ein Abgassensor zur Erfassung der Partikelemissionen und der Stickoxidemissionen des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Dadurch können auf einfache Art und Weise die aktuellen Stickoxid- und Partikelendrohremissionen ermittelt werden und mit den berechneten oder gemessenen Rohemissionen des Verbrennungsmotors verglichen werden, um den aktuellen Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems zu bestimmen.According to an advantageous embodiment of the internal combustion engine, it is provided that an exhaust gas sensor for detecting the particle emissions and the nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine is arranged downstream of the last exhaust gas aftertreatment component. As a result, the current nitrogen oxide and particulate tailpipe emissions can be determined in a simple manner and compared with the calculated or measured raw emissions of the internal combustion engine in order to determine the current efficiency of the exhaust gas aftertreatment system.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor eine Hochdruckabgasrückführung und eine Niederdruckabgasrückführung aufweist, wobei die Hochdruckabgasrückführung einen Auslass des Verbrennungsmotors mit einem Einlass des Verbrennungsmotors verbindet, und wobei die Niederdruck-Abgasrückführung den Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters mit dem Ansaugkanal stromabwärts eines Luftfilters und stromaufwärts eines Verdichters eines Abgasturboladers verbindet. Durch eine Hochdruckabgasrückführung können die Rohemissionen des Verbrennungsmotors, insbesondere die Stickoxidrohemissionen verringert werden. Durch eine zusätzliche Niederdruckabgasrückführung kann die zurückgeführte Abgasmenge erhöhtIn an advantageous embodiment of the internal combustion engine, it is provided that the internal combustion engine has a high-pressure exhaust gas recirculation and a low-pressure exhaust gas recirculation, the high-pressure exhaust gas recirculation connecting an outlet of the internal combustion engine to an inlet of the internal combustion engine, and the low-pressure exhaust gas recirculation connecting the exhaust gas duct downstream of the particle filter with the intake duct downstream of an air filter and connects upstream of a compressor of an exhaust gas turbocharger. The raw emissions of the internal combustion engine, in particular the raw nitrogen oxide emissions, can be reduced by high pressure exhaust gas recirculation. An additional low-pressure exhaust gas recirculation can increase the amount of exhaust gas recirculated
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention result from the other features mentioned in the subclaims.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Optimierung der Endrohremissionen und des Kraftstoffverbrauchs; -
2 eine schematische Übersicht der Adaptionsfunktion für das Steuergerät des Verbrennungsmotors; und -
3 ein Ablaufdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors.
-
1 a schematic representation of an internal combustion engine for carrying out a method according to the invention for optimizing tailpipe emissions and fuel consumption; -
2 a schematic overview of the adaptation function for the control unit of the internal combustion engine; and -
3 a flowchart for a method according to the invention for operating an internal combustion engine.
Das Luftversorgungssystem
Die Abgasanlage
Die Abgasrückführung
Stromabwärts des Oxidationskatalysators
Der Verbrennungsmotor
Mit der implementierten, intelligenten modellbasierten Online-Adaption der Rohemissionen des Verbrennungsmotors
In
Darüber hinaus werden die laut aktuellen Applikationsparametern zulässingen NOx-Endrohremissionen viii erfasst. In einem Verfahrensschritt IV werden aus den in den Verfahrensschritt I, II und III berechneten Wirkungsgraden für die Abgasnachbehandlungskomponenten
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 1212
- BrennraumCombustion chamber
- 1414th
- KraftstoffinjektorFuel injector
- 1616
- Einlassinlet
- 1818th
- Auslass Outlet
- 2020th
- LuftversorgungssystemAir supply system
- 2222nd
- LuftfilterAir filter
- 2424
- LuftmassenmesserAir mass meter
- 2626th
- Verdichtercompressor
- 2828
- Ansaugkanal Intake duct
- 3030th
- Drosselklappethrottle
- 3232
- LadeluftkühlerIntercooler
- 3434
- HochdruckabgasrückführungHigh pressure exhaust gas recirculation
- 3636
- AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
- 3838
- Abgasrückführungsventil Exhaust gas recirculation valve
- 4040
- AbgasanlageExhaust system
- 4242
- AbgaskanalExhaust duct
- 4444
- AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
- 4646
- Turbineturbine
- 4848
- Oxidationskatalysator Oxidation catalyst
- 5050
- NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter
- 5252
- PartikelfilterParticle filter
- 5454
- SCR-BeschichtungSCR coating
- 5656
- AbgasklappeExhaust flap
- 5858
- SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
- 6060
- SperrkatalysatorBarrier catalyst
- 6262
- Verzweigungbranch
- 6464
- Einleitungintroduction
- 6666
- PartikelsensorParticle sensor
- 6868
- NOx-Sensor NOx sensor
- 7070
- NiederdruckabgasrückführungLow pressure exhaust gas recirculation
- 7272
- AbgasrückführungskühlerExhaust gas recirculation cooler
- 7474
- Filterfilter
- 7676
- AbgasrückführungsventilExhaust gas recirculation valve
- 7878
- Abgasrückführungskanal Exhaust gas recirculation duct
- 8080
- SteuergerätControl unit
- 8282
- TemperatursensorTemperature sensor
- 8484
- DosierventilDosing valve
- 8686
- EndrohrTailpipe
- 8888
- AbgassensorExhaust gas sensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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