DE60311934T2

DE60311934T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Schwarzrauchemission für Dieselmotoren

Info

Publication number: DE60311934T2
Application number: DE60311934T
Authority: DE
Inventors: Juerg Spuler; Laurentius W. Jaeger; Leonardo Montali
Original assignee: Iveco Motorenforschung AG
Current assignee: FPT Motorenforschung AG
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: EP1413732B1; ES2282558T3; DE60311934D1; ITTO20020929A1; EP1413732A1; ATE354725T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Rußemission in einem Dieselmotor.
Es ist bekannt, dass Dieselmotoren mit einem Rußemissionssteuerungssystem zum Begrenzen der Rußemissionen während Motorübergangsperioden versehen sind (beispielsweise einer Beschleunigung). Die Rußemissionssteuerung wird idealerweise durch das Steuern der Kraftstoffmenge bewirkt, welche als eine Funktion der Sauerstoffmenge eingespritzt wird, welche tatsächlich für die Verbrennung verfügbar ist. Jedoch ist gegenwärtig kein Sensor verfügbar, welcher für die direkte Messung der verfügbaren Sauerstoffmenge technologisch zuverlässig ist. Eine häufig angewendete Technik ist, einen Wert abzuleiten, welcher für den gemessenen Luftdurchsatz, für den gemessenen Ladedruck, oder für das Gesamtluft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) repräsentativ ist.
Die oben genannte Steuerung wird mittels eines zweidimensionalen (2D) Abfragedatenfelds passend bewirkt, welches zwei Eingangsparameter empfängt, nämlich:

a) einen Parameter, welcher sich auf die Sauerstoffmenge bezieht, welche in der Verbrennungskammer tatsächlich vorhanden ist, das heißt, die Luftmasse, welche in der Verbrennungskammer tatsächlich enthalten ist; und
b) einen Parameter, welcher für die aktuelle Motordrehzahl repräsentativ ist.

Dieses zweidimensionale Abfragedatenfeld emittiert ein Signal, welches die aktuell zulässige Kraftstoffzufuhr oder das aktuell zulässige Luft-Kraftstoff-Verhältnis als eine Funktion der realen Größe der zwei Eingangsparameter anzeigt.
Unabhängig von ihren besonderen Merkmalen berücksichtigen bekannte Rußemissionssteuerungssysteme nur das zulässige Sauerstoff-Kraftstoff-Verbrennungsverhältnis als eine Funktion des momentanen Motorbetriebszustands.
Jedoch kann, sofern das angewendete Kraftstoffeinspritzsystem eine Steuerung des Einspritzdrucks vorsieht (beispielsweise ein Common-Rail-System), der Einspritzdruck während des Motorübergangsbetriebs von seinem vorgegebenen Wert abweichen. Das bedeutet, dass der Einspritzdruck eine Verzögerung zeigen kann, sobald er mit variablen Werten innerhalb des Motorbetriebsbereichs gesteuert wird.
Diese Verzögerung beeinflusst tatsächlich das Rußemissionsverhalten, aber dieser Effekt wird durch bekannte Rußemissionssteuerungsmittel nicht erkannt.
Im Wesentlichen erhöht ein extrem niedriger Einspritzdruck die Rußemission.
EP1164274 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem für einen Dieselmotor, bei welchem eine Steuerungseinheit eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf der Ansaugfrischluftmenge, der Restluftmenge und einem erfassten möglichen Beschleunigungs- oder Verzögerungsbetrieb bestimmt. Zur Einstellung des Kraftstoffeinspritzdrucks wird eine Regelung ausgeführt, aber der aktuelle Wert des Kraftstoffeinspritzdrucks wird bei der Bestimmung der gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge nicht berücksichtigt.
Der oben genannte Nachteil wird durch die vorliegende Erfindung vermieden, welche sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rußemissionssteuerung in einem Dieselmotor in Übereinstimmung mit den beigefügten Ansprüchen bezieht, welche als ein integraler Bestandteil der vorliegenden Beschreibung betrachtet werden.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben, welche ein nichteinschränkendes Beispiel der Erfindung darstellen, in welchen:
die 1 schematisch eine Rußemissionssteuerungsvorrichtung von einem Dieselmotor zeigt, welche in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung entworfen ist; und
die 2 schematisch eine Rußemissionssteuerungsvorrichtung von einem Dieselmotor zeigt, welche in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung entworfen ist.
In der 1 kennzeichnet die Bezugziffer 1 allgemein eine Rußemissionssteuerungsvorrichtung von einem Dieselmotor 2 (schematisch dargestellt).
Der Dieselmotor 2 ist mit einem Kraftstoffeinspritzsystem 4 von einem bekannten Typ versehen, beispielsweise einem Common-Rail-System, welches Kraftstoff unter Druck in die Verbrennungskammern (nicht dargestellt) von dem Dieselmotor 2 einspritzt.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 4 wird durch eine elektronische Dieselsteuerungseinheit (EDC) 6 gesteuert, welche Eingangssignale empfängt, welche vorwiegend im Motor gemessen werden, und Steuerungssignale für den Dieselmotor 2 emittiert.
Die elektronische Dieselsteuerungseinheit (EDC) 6 steuert die eingespritzte Kraftstoffmenge und den Kraftstoffeinspritzdruck in einer bekannten Weise. Außerdem führt die elektronische Dieselsteuerungseinheit (EDC) 6 eine Rußemissionssteuerung von Dieselmotor 2 aus, um die Rußemission während Übergangsperioden (beispielsweise bei einer Beschleunigung) von Motor 2 zu begrenzen.
Zu diesem Zweck ist die EDC 6 mit einem dreidimensionalen Datenfeld 10 (3D) versehen, welches die nachfolgenden Eingangsparameter empfängt:

a) einen ersten Parameter O₂, welcher sich auf die aktuelle Sauerstoffmenge in den Verbrennungskammern bezieht, beispielsweise auf die Luftmasse, welche tatsächlich in den Verbrennungskammern enthalten ist;
b) einen zweiten Parameter ω, welcher für die momentane Motordrehzahl repräsentativ ist (welcher beispielsweise durch das Messen der Drehzahl von Kurbelwelle 2A von dem Motor 2 erhalten wird); und
c) einen dritten Parameter p, welcher für den momentanen Kraftstoffeinspritzdruck in dem Kraftstoffeinspritzsystem 4 repräsentativ ist.

Der Kraftstoffeinspritzdruck p kann vorzugsweise durch den Druck repräsentiert werden, welcher in dem Kanal von einem Common-Rail-System vorhanden ist.
Außerdem kann der dritte Parameter c) die Abweichung Δp bei dem momentanen Kraftstoffeinspritzdruck in dem Kraftstoffeinspritzsystem 4 mit Bezug auf einen Referenzdruck p₀ repräsentieren, das heißt, Δp = p – p₀.
Dieses 3D-Datenfeld 10 emittiert für jede Kombination von den drei Eingangsparametern ein Signal F, welches für die aktuell zulässige Kraftstoffzufuhr oder für das aktuell zulässige Luft-Kraftstoff-Verhältnis repräsentativ ist, welches mittels des Kraftstoffeinspritzsystems 4 vorgesehen werden muss.
Folglich wird das Signal F zur Steuerung von dem Kraftstoffeinspritzsystem 4 angewendet, so dass die Kraftstoffmenge, welche dem Motor 2 zugeführt wird, mit dem Einspritzdruck korreliert ist. Deshalb wird die irreguläre Rußemission, welche durch Druckvariationen verursacht wird, vermieden.
In der Ausführungsform, welche in der 2 dargestellt ist, führt die elektronische Dieselsteuerungseinheit (EDC) 6 eine Rußemissionssteuerung von Dieselmotor 2 aus, um die Rußemissionen während der Übergangsbetriebperiode (beispielsweise bei einer Beschleunigung) von Motor 2 zu begrenzen.
Zu diesem Zweck ist die EDC 6 mit einem zweidimensionalen Datenfeld 12 (2D) versehen, welches die nachfolgenden Eingangsparameter empfängt:

a) einen ersten Parameter O₂, welcher sich auf die aktuelle Sauerstoffmenge in den Verbrennungskammern bezieht, das heißt, auf die Luftmasse, welche tatsächlich in den Verbrennungskammern enthalten ist;
b) einen zweiten Parameter ω, welcher für die momentane Motordrehzahl repräsentativ ist (welcher beispielsweise durch das Messen der Drehzahl von Kurbelwelle 2A von dem Motor 2 erhalten wird).

Dieses Datenfeld 12 emittiert für jede Kombination von den zwei Eingangsparametern ein angenähertes Signal Fr, welches anfangs näherungsweise für die aktuell zulässige Kraftstoffzufuhr oder für das aktuell zulässige Luft-Kraftstoff-Verhältnis repräsentativ ist, welches durch das Kraftstoffeinspritzsystem 4 vorgesehen werden sollte.
Das angenäherte Signal Fr wird einem Korrekturblock 15 zugeführt, in welchem das angenäherte Signal Fr mit einem Korrekturverstärkungsfaktor G multipliziert wird, um ein korrigiertes Signal Fc zu emittieren, welches zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzsystem 4 angewendet wird, so dass die Kraftstoffmenge, welche dem Motor 2 zugeführt wird, an den Kraftstoffeinspritzdruck gekoppelt ist.
Der Wert von dem Verstärkungsfaktor G ist mit der Abweichung Δp bei dem momentanen Kraftstoffeinspritzdruck in dem Kraftstoffeinspritzsystem 4 mit Bezug auf einen Referenzdruck p₀ korreliert, das heißt, Δp = p – p₀.
Beispielsweise kann der Verstärkungsfaktor G als ein Datenfeld 17 emittiert werden, welches einen Wert G für jeden Eingangswert Δp emittiert.
Insbesondere ist, sofern der momentane Einspritzdruck p niedriger als der Referenzdruck p₀ ist, der Verstärkungsfaktor G kleiner als 1, und ist, sobald die Differenz Δp nahe an 0 ist, der Verstärkungsfaktor G nahe an 1, und ist, sofern der Einspritzdruck p höher als der Referenzwert p₀ ist, der Verstärkungsfaktor G größer oder gleich 1.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Korrekturverstärkungsfaktor G auch an die momentane Motordrehzahl gekoppelt werden. In dieser Ausführungsform kann das Datenfeld 17 ein zweidimensionales Kennfeld (2G) mit zwei Eingangsparametern umfassen, welche für die Motordrehzahl beziehungsweise für den Kraftstoffeinspritzdruck oder für die Einspritzdruckabweichung repräsentativ sind.
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise durch ein Computerprogramm implementiert werden, welches vorzugsweise in der elektronischen Dieselsteuerungseinheit EDC installiert ist und läuft, und welches einen Programmkode zur Implementierung von einem oder mehreren Verfahrensschritten umfasst, sobald dieses Programm auf einem Computer oder einem Mikroprozessorsystem läuft. Folglich ist zu verstehen, dass der Schutzbereich auf solch ein Computerprogramm und zusätzlich auf ein computerlesbares Mittel ausgeweitet wird, welches eine darauf aufgezeichnete Information aufweist, wobei dieses computerlesbare Mittel einen Programmkode zur Implementierung von einem oder mehreren Verfahrensschritten umfasst, sobald dieses Programm auf einem Computer oder einem Mikroprozessorsystem gestartet wird.

Claims

Verfahren zum Steuern der Rußemission bei einem Dieselmotor, dadurch gekennzeichnet, dass es die nachfolgenden Schritte umfasst: – das Bestimmen eines ersten Parameters (ω), welcher repräsentativ für die momentane Motordrehzahl ist; – das Bestimmen eines zweiten Parameters (O₂), welcher zu der aktuellen Sauerstoffmenge korreliert ist, welche in den Verbrennungskammern des Motors vorhanden ist; – das Bestimmen eines dritten Parameters (p; Δp), welcher zu einem momentanen Kraftstoffeinspritzdruck korreliert ist, und – das Erzeugen eines Signals (F; Fc), welches repräsentativ ist für die aktuell zulässige Kraftstoffzufuhr oder für das aktuell zulässige Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Eliminierung von irregulärer Rauchemission auf Basis von ersten, zweiten und dritten Parametern.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens des dritten Parameters den Schritt des Bestimmens des Drucks in dem Kanal (p) eines Common-Rail-Systems umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens des dritten Parameters den Schritt des Bestimmens eines Parameters umfasst, welcher repräsentativ ist für die Differenz (Δp) zwischen einem momentanen Kraftstoffeinspritzdruck (p) und einem gegebenen Wert (p₀).
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Signals (F; Fc), welches repräsentativ ist für die aktuell zulässige Kraftstoffzufuhr, den Schritt des Erzeugens von ersten, zweiten und dritten Parametern für ein dreidimensionales Datenfeld (10) umfasst, welches emittiert, für jede Kombination von den drei Eingangssignalen, das Signal (F; Fc), welches repräsentativ ist für die aktuell zulässige Kraftstoffzufuhr oder das aktuell zulässige Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens eines Signals (F; Fc), welches repräsentativ ist für die aktuell zulässige Kraftstoffzufuhr, den Schritt des Erzeugens von ersten und zweiten Parametern für ein zweidimensionales Datenfeld (12) umfasst, welches emittiert, für jede Kombination aus den zwei Eingangssignalen, ein angenähertes Signal (Fr), welches repräsentativ ist für die aktuell zulässige Kraftstoffzufuhr oder das aktuell zulässige Luft-Kraftstoff-Verhältnis; wobei das Verfahren weiter den Schritt des Korrigierens des angenäherten Signals (Fr) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturschritt den Schritt des Multiplizierens der angenäherten Signale (Fr) mit einem Verstärkungsfaktor (G) umfasst, welcher zumindest von dem dritten Parameter (p; Δp) abhängig ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor (G) auf Basis des dritten Parameters (p; Δp) und der momentanen Motordrehzahl (ω) bestimmt wird.
Vorrichtung zum Steuern der Russemission bei einem Dieselmotor, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Implementierung des Verfahrens von jedem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.
Computerprogramm, welches einen Computerprogrammkode umfasst, welcher alle Schritte von Anspruch 1 bis 7 ausführen kann, sobald das Programm auf einem Computer oder einem Mikroprozessorsystem gestartet wird.
Computerlesbares Medium mit einem darauf aufgezeichneten Programm, wobei das computerlesbare Medium einen Computerprogrammkode umfasst, welcher alle Schritte von Ansprüchen 1 bis 7 ausführen kann, sobald das Programm auf einem Computer oder einem Mikroprozessorsystem gestartet wird.