DE102009021887A1

DE102009021887A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle des Betriebs eines Motors

Info

Publication number: DE102009021887A1
Application number: DE102009021887A
Authority: DE
Inventors: Khizer Tufail
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-01-14
Also published as: GB2460397B; CN101586500A; GB0809050D0; CN101586500B; GB2460397A

Abstract

Ein Verfahren zur Kontrolle des Betriebes eines turbogeladenen Dieselmotors 10 mit Abgasrezirkulation ist offenbart, in dem Abweichungen der Emissionen von NOx und feststoffhaltiger Materie von Soll-Output-Werten genutzt werden, um die Kontrolle eines Abgasrezirkulationsventils 34 und eines Turbolader-Einlassflusskontrollgerätes 44 zu priorisieren, um das Emissionsverhalten zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu senken. Entsprechend eines anderen Aspektes der Erfindung werden virtuelle NOx- und feststoffhaltige Materie-Sensoren durch Daten gebildet, die in Nachschlagetabellen gespeichert sind, die in einem Speicher eines elektronischen Controllers 24 gespeichert sind.

Description

Diese Erfindung betrifft turbogeladene Verbrennungsmotoren und insbesondere einen turbogeladenen Verbrennungsmotor mit einem Abgasrezirkulations (EGR) System.
Wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, sind Hochleistungs-, Hochgeschwindigkeitsmotoren häufig mit Turboladern ausgestattet, um die Leistungsdichte über einen größeren Motorbetriebsbereich zu erhöhen, und mit EGR-Systemen, um die Produktion der NOx Emissionen zu reduzieren.
Insbesondere nutzen Turbolader einen Teil der Abgasenergie, um die Masse der Luftmenge (i. e. Boost) zu erhöhen, die den Motorverbrennungskammern zugeführt wird.
Die größere Luftmasse kann mit einer größeren Menge von Kraftstoff verbrannt werden, wodurch eine größere Leistung, Drehmoment und Kraftstoffeffizienz verglichen zu normal luftaufnehmenden Motoren erhalten wird.
Wie es auch aus dem Stand der Technik bekannt ist, werden EGR-Systeme dazu verwendet, die NOx-Emissionen zu reduzieren, indem der Verdünnungsanteil im Einlasskrümmer erhöht wird. EGR wird üblicherweise zusammen mit einem EGR-Ventil ausgeführt, das den Einlasskrümmer mit dem Auslasskrümmer verbindet. In den Zylindern dient das rezirkulierte verbrannte Abgas als inertes Gas, wodurch die Flammen- sowie die Gastemperatur im Zylinder verringert wird, und folglich die Entstehung von NOx vermindert wird. Andererseits verdrängt das rezirkulierte verbrannte Abgas die frische Luft und vermindert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches im Zylinder.
Ein typischer Turbolader umfaßt einen Kompressor und eine Turbine, die durch einen gemeinsamen Schaft miteinander verbunden sind. Das Abgas treibt die Turbine an, die den Kompressor antreibt, die wiederum Umgebungsluft komprimiert und diese zu dem Einlasskrümmer führt. Ein Turbolader mit kontinuierlich verstellbarer Geometrie (VGT) erlaubt es, dass der Einlass-Luftstrom kontinuierlich über einen Bereich von Motorgeschwindigkeiten optimiert wird. Bei Dieselmotoren wird dies erreicht, indem man den Winkel der Einlass Leitschaufeln an dem Turbinenstator ändert und eine optimale Position für die Einlass Leitschaufeln wird durch eine Kombination von angestrebten Drehmomentantwort, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Abgaserfordernissen bestimmt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Kontrolle des Betriebes eines Motorsystems bereitzustellen.
Entsprechend eines ersten Aspektes der Erfindung wird ein Verfahren zur Kontrolle eines Dieselmotors bereitgestellt, mit dem die NOx-Emissionen durch die Veränderung des Abgasrezirkulationsflusses durch ein Abgasrezirkulationssystem kontrolliert werden, und die Emissionen an feststoffhaltiger Materie werden durch die Änderung des Boosts eines Turboladers kontrolliert, wobei das Verfahren die Priorisierung der Kontrolle des Abgasstroms und des Turbolader-Boosts auf der Grundlage, welche der beiden Emissionen derzeit die signifikanteste ist, umfaßt.
Wenn NOx-Emissionen derzeit die signifikantesten sind, wird dem ansteigenden Abgaszirkulationsstrom die Priorität eingeräumt.
Wenn demgegenüber die Emissionen an feststoffhaltiger Materie derzeit die signifikantesten sind, wird dem ansteigenden Turbolader-Boost die Priorität eingeräumt.
Der Dieselmotor kann einen Abgaskrümmer und einen Einlasskrümmer aufweisen, der Turbolader kann eine Turbine aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie von Abgasen des Motors angetrieben wird, einen Kompressor zur selektiven Erhöhung des Druckes im Einlasskrümmer des Motors und ein elektronisch geregeltes Einlassflusskontrollgerät, um das Abgas, das in die Turbine eintritt, zu regulieren, und das Abgasrezirkulationssystem kann selektiv Gas von einer Position im Abgaskrümmer stromaufwärts des Turboladers zum Einlasskrümmer des Motors rezirkulieren und kann ein elektronisch kontrolliertes Abgasrezirkulationskontrollventil umfassen, um den Fluß des Abgases, das von dem Abgaskrümmer zu dem Einlasskrümmer strömt, zu kontrollieren, und das Verfahren kann des Weiteren die Priorisierung-Kontrolle des Abgasrezirkulationskontrollventils oder des Einlassflusskontrollgerätes umfassen, und zwar basierend darauf, welche Differenz zwischen (i) einem Soll NOx Output Wert und einem derzeitigen NOx Output Wert und (ii) einem Soll Output Wert an feststoffhaligter Materie und einem derzeitigen Output Wert an feststoffhaltiger Materie größer ist.
Das Verfahren kann des Weiteren das Erhalten der Differenzen durch Subtraktion der Sollwerte von den derzeitigen Werten und die Nutzung der größeren positiven Differenz als die größere Überproduktionsdifferenz umfassen.
Das Verfahren kann des Weiteren das Erhalten der Differenzen durch Subtraktion der derzeitigen Werte von den Sollwerten und die Nutzung der größeren negativen Differenz als die größere Überproduktionsdifferenz umfassen.
Das Verfahren kann für den Fall, dass die größere Differenz die NOx-Differenz ist, des Weiteren die Einstellung der Position des Abgasrezirkulationsventils so umfas sen, dass der NOx Output von dem Motor in Richtung des Soll NOx Output Wertes bewegt wird.
Das Verfahren kann des Weiteren die Einstellung der Position des Abgasrezirkulationsventils so umfassen, dass der NOx Output von dem Motor in Richtung des Soll NOx Output Wertes auf der Grundlage der Größe der NOx Differenz bewegt wird.
Das Verfahren kann für den Fall, dass die größere Differenz die Differenz der feststoffhaltigen Materie ist, die Einstellung der Position des Einlassflusskontrollgerätes so umfassen, dass der Output an feststoffhaltiger Materie von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes an feststoffhaltiger Materie bewegt wird.
Das Verfahren kann die Einstellung der Position des Einlassflusskontrollgerätes so umfassen, dass der Output an feststoffhaltiger Materie von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes auf der Grundlage der Größe der Differenz an feststoffhaltiger Materie bewegt wird.
Das Verfahren kann des Weiteren die Summation der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie umfassen, und falls die Summe der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Reduktion des Kraftstoffes, der dem Motor zugeführt wird.
Das Verfahren kann des Weiteren die Summation der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie umfassen, und falls die Summe der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Ausgabe einer Warnung an den Nutzer des Motors.
Der vorbestimmte Wert kann basierend auf einer Funktion der Größe des NOx Outputs und der Größe des Outputs an feststoffhaltiger Materie variieren.
Entsprechend eines zweiten Aspektes der Erfindung wird ein Kontrollsystem zur Kontrolle eines Dieselmotors bereitgestellt, in dem NOx Emissionen durch Variation des Abgasrezirkulationsflusses durch ein Abgasrezirkulationssystem kontrolliert werden und die Emissionen an feststoffhaltiger Materie werden durch Variation des Boosts von einem Turbolader kontrolliert, wobei das System einen elektronischen Controller aufweist, der ausgeführt ist, um die Kontrolle des Abgasflusses und des Turbladerboosts zu priorisieren, und zwar basierend darauf, welche der zwei Emissionen derzeit die signifikanteste ist.
Wenn die NOx Emissionen derzeit die signifikantesten sind, kann der elektronische Kontroller derart ausgeführt sein, um einen ansteigenden Abgasrezirkluationsfluss zu priorisieren.
Demgegenüber, wenn die Emissionen an feststoffhaltiger Materie derzeit die signifikantesten sind, kann der elektronische Kontroller derart ausgeführt sein, um einen ansteigenden Turboladerboost zu priorisieren.
Der Dieselmotor kann einen Abgaskrümmer und einen Einlasskrümmer aufweisen, der Turbolader kann eine Turbine aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie von Abgasen des Motors angetrieben wird, und einen Kompressor zur selektiven Erhöhung des Druckes im Einlasskrümmer des Motors und das Abgasrezirkulationssystem kann selektiv Gas von einer Position im Abgaskrümmer stromaufwärts des Turboladers zum Einlasskrümmer des Motors rezirkulieren und das System kann des Weiteren ein Einlassflusskontrollgerät umfassen, das durch den elektronischen Controller kontrolliert wird, um das Abgas, das in die Turbine des Turboladers eintritt, zu regulieren, ein Abgasrezirkulationskontrollventil, das durch den elektronischen Controller kontrolliert wird, um den Fluß des Abgases, das von dem Abgaskrümmer zu dem Einlasskrümmer durch das Abgasrezirkulationssystem strömt, zu kontrollieren, wobei der elektronische Controller ausgeführt ist, um die Kontrolle des Abgasrezirkulationskontrollventils oder des Einlassflusskontrollgerätes zu priorisieren, und zwar basierend darauf, welche Differenz zwischen (i) einem Soll NOx Output Wert und einem derzeitigen NOx Output Wert und (ii) einem Soll Output Wert an feststoffhaliger Materie und einem derzeitigen Output Wert an feststoffhaltiger Materie größer ist.
Die Differenzen können durch Subtraktion der Sollwerte von den derzeitigen Werten und die Nutzung der größeren positiven Differenz als die größere Überproduktionsdifferenz erhalten werden.
Die Differenzen können durch Subtraktion der derzeitigen Werte von den Sollwerten und die Nutzung der größeren negativen Differenz als die größere Überproduktionsdifferenz erhalten werden.
Der elektronische Controller kann ferner derart ausgeführt sein, dass er für den Fall, dass die größere Differenz die NOx-Differenz ist, die Position des Abgasrezirkulationsventils so einstellt, dass der NOx Output von dem Motor in Richtung des Soll NOx Output Wertes bewegt wird.
Der elektronische Controller kann ferner derart ausgeführt sein, dass er die Position des Abgasrezirkulationsventils so einstellt, dass der NOx Output von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes auf der Grundlage der Größe der NOx Differenz bewegt wird.
Der elektronische Controller kann des Weiteren derart ausgeführt sein, dass er für den Fall, dass die größere Differenz die Differenz der feststoffhaltigen Materie ist, die Position des Einiassflusskontrollgerätes so eingestellt wird, dass der Output an feststoffhaltiger Materie von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes an feststoffhaltiger Materie bewegt wird.
Der elektronische Controller kann des Weiteren derart ausgeführt sein, dass die Position des Einlassflusskontrollgerätes so eingestellt wird, dass der Output an feststoffhaltiger Materie von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes auf der Grundlage der Größe der Differenz an feststoffhaltiger Materie bewegt wird.
Der elektronische Controller kann des Weiteren derart ausgeführt sein, dass er die Summation der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie vor nimmt, und falls die Summe der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Reduktion des Kraftstoffes, der dem Motor zugeführt wird, veranlasst.
Der elektronische Controller kann des Weiteren derart ausgeführt sein, dass er die Summation der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie vornimmt, und falls die Summe der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Ausgabe einer Warnung an den Nutzer des Motors vornimmt.
Der vorbestimmte Wert kann basierend auf einer Funktion der Größe des NOx und der Größe von feststoffhaltiger Materie variieren.
Die Bestimmung des derzeitigen NOx Output Levels kann die Messung des derzeitigen NOx Output Levels unter Nutzung eines NOx Sensors im Abgaskrümmer umfassen.
Die Bestimmung des derzeitigen NOx Output Levels kann die Nutzung eines virtuellen NOx Sensors umfassen, der unter Nutzung einer Anzahl von Nachschlagetabellen, die in dem elektronischen Controller gespeichert sind, generiert wurde, um einen Wert für das derzeitigen NOx zu erhalten.
Die Bestimmung des derzeitigen Output Levels an feststoffhaltiger Materie kann die Messung des derzeitigen Output Levels an feststoffhaltiger Materie unter Nutzung eines Sensors für feststoffhaltige Materie umfassen, der im Abgaskrümmer angeordnet ist.
Die Bestimmung des derzeitigen NOx Output Levels kann die Nutzung eines virtuellen Sensors für feststoffhaltige Materie umfassen, der unter Nutzung einer Anzahl von Nachschlagetabellen, die in dem elektronischen Controller gespeichert sind, generiert wurde, um einen Wert für das derzeitigen NOx zu erhalten.
Entsprechend eines dritten Aspekts der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem Kontrollsystem bereitgestellt, das gemäß dem genannten zweiten Aspekt der Erfindung aufgebaut ist.
Entsprechend eines vierten Aspektes der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines virtuellen Sensors für einen Motor bereitgestellt, der ein Paar von miteinander in Beziehung stehenden Variablen hat, wobei das Verfahren das Auswählen einer vorbestimmten Anzahl von Geschwindigkeits- und Last-Kombinationen für jede Kombination von Geschwindigkeit und Last umfaßt, das Setzen einer Variablen auf einen vorbestimmten Betriebslevel und das Kontrollieren der anderen Variablen derart, dass sich diese durch ihren normalen Betriebsbereich bewegt, wobei Daten erfasst werden, die den Gegenstand des Sensors bilden, die Wiederholung des Prozesses für vorbestimmte Betriebslevel durch den normalen Betriebsbereich der einen Variablen hindurch und das Speichern der Daten als eine Folge von Nachschlagetabellen.
Das Verfahren kann des Weiteren das Setzen der andern Variablen auf einen vorbestimmten Betriebslevel umfassen, sowie das Kontrollieren der genannten einen Variablen derart, dass sich diese durch ihren normalen Betriebsbereich bewegt, wobei Daten erfasst werden, die den Gegenstand des Sensors bilden, die Wiederholung des Prozesses für vorbestimmte Betriebslevel durch den normalen Betriebsbereich der anderen Variablen hindurch und das Speichern der Daten als eine Folge von Nachschlagetabellen.
Das Verfahren kann des Weiteren die Herstellung eines ersten virtuellen Sensors für den Gegenstand des Sensors unter Verwendung eines Verfahrens gemäß Anspruch 22 oder 23 umfassen, die Herstellung eines zweiten virtuellen Sensors für denselben Gegenstand unter Verwendung eines Verfahrens gemäß Anspruch 22 oder 23 mit Variablen, die sich von denen unterscheiden, die zur Herstellung des ersten virtuellen Sensors verwendet wurden, und das Kombinieren der Werte von dem ersten und von dem zweiten virtuellen Sensor, um einen kompensierten Sensorwert für den Gegenstand des Sensors zu erhalten.
Ein Paar von Variablen kann die Turbolader Boost Position und die Position des Abgasrezirkulationsflussventils darstellen.
Ein Paar von Variablen kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck und der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung darstellen.
Der virtuelle Sensor kann ein virtueller NOx Sensor, der Gegenstand NOx und die gespeicherten Daten können Werte des produzierten NOx sein.
Der virtuelle Sensor kann ein virtueller Sensor für feststoffhaltige Materie sein, der Gegenstand kann feststoffhaltige Materie sein und die gespeicherten Daten können Werte der produzierten feststoffhaltigen Materie sein.
Die Erfindung wird nun exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen zeigen:
1 ist eine schematische Ansicht eines Motorsystems mit einem EGR System und einem Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein highlevel Fließbild, das ein Verfahren zur Kontrolle des EGR Systems und des VGT zeigt, das in 1 gezeigt ist, gemäß dem Stand der Technik;
3 ist ein highlevel Fließbild, das ein Verfahren zur Kontrolle des EGR Systems und des VGT zeigt, das in 1 gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen den Emissionen an feststoffhaltiger Materie und NOx für einen typischen Dieselmotor zeigt;
5 ist eine Tabelle, die verschiedene Differenzen für Punkte zeigt, die in dem Graph gemäß 4 gekennzeichnet sind;
6A ist eine Matrix, die verschiedene Kombinationen der Motorgeschwindigkeit und Last zeigt, die als Referenzpunkte zur Bestimmung von NOx Werten verwendet werden;
6B ist eine Matrix, die verschiedene Kombinationen der Motorgeschwindigkeit und Last zeigt, die als Referenzpunkte zur Bestimmung von Werten der feststoffhaltigen Materie verwendet werden;
7A ist eine Matrix, die verschiedene Kombinationen der EGR-Ventil Position und der Position des Turbolader Einlassflusskontrollgerätes zeigt, die als dynamische NOx Werte dargestellt sind;
7B ist eine Matrix, die verschiedene Kombinationen der EGR-Ventil Position und der Position des Turbolader Einlassflusskontrollgerätes zeigt, die als dynamische Werte der partikelförmigen Materie dargestellt sind;
8A ist eine Matrix, die verschiedene Kombinationen des Kraftstoffverteilerrohr Kraftstoffdruckes und des Zeitpunktes der Kraftstoffeinspritzung zeigt, die als dynamische NOx Werte dargestellt sind;
8B ist eine Matrix, die verschiedene Kombinationen des Kraftstoffverteilerrohr Kraftstoffdruckes und des Zeitpunktes der Kraftstoffeinspritzung zeigt, die als dynamische Werte der partikelförmigen Materie dargestellt sind;
9 ist ein Fließbild eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezungnahme auf 1 ist ein Dieselmotorsystem 10 dargestellt. Das Motorsystem 10 umfasst ein Abgasrezirkulations (EGR) System 12 und einen Turblader 14 variabler Geometrie.
Der Turbolader 14 hat einen Kompressor 36 und eine Turbine 38, die durch einen gemeinsamen Schaft 40 verbunden sind, und ein Einlassflusskontrollgerät, das in diesem Fall ein Satz von bewegbaren Turbinenschaufeln 44 ist, die durch einen Aktuator bewegt werden. Das Schließen der Schaufeln 44 steigert die Einlassflussgeschwindigkeit und steigert daher den Boost und umgekehrt.
Der Turbolader 14 nutzt Abgasenergie, um die Masse der Luftmenge (i. e. des Boosts) zu steigern, die zu den Motorverbrennungskammern 18 geliefert wird, was in mehr Drehmoment und Leistung im Vergleich zu einem natürlich luftaufnehmenden, nicht-turbogeladenen Motor resultiert. Das Abgas 30 treibt die Turbine 38 an, die den Kompressor 36 antreibt, der wiederum Umgebungsluft 42 verdichtet und in Richtung des Pfeils 43 in den Einlasskrümmer 26 leitet.
Die VGT 14 wird als Funktion von Motorbetriebsbedingungen eingestellt, so wie beispielsweise die Motorgeschwindigkeit während des Motorbetriebes durch Veränderung der Turbinenströmungsfläche zwischen entweder einer relativ offenen Position oder einer relativ geschlossenen Position. Dies wird durch Veränderung des Winkels der Einlassleitschaufeln 44 der Turbine 38 erreicht.
Die relativ offene oder geschlossene Position der Leitschaufeln 44 wird aus den angestrebten Motorbetriebscharakteristiken bei unterschiedlichen Motorgeschwindigkeiten bestimmt. Es ist zu beachten, dass bei einer vorgegebenen Betriebsbedingung in der relativ offenen Position der Boost, der durch den Pfeil 43 gekennzeichnet ist, relativ klein ist, wohingegen in der relativ geschlossenen Position der Boost relativ hoch ist. Darüber hinaus ist bei geschlossener Position der Druck in dem Abgaskrümmer und somit am Einlass des EGR-Ventils 34 relativ hoch, wohingegen der Druck in der offenen Position relativ gering ist.
Es ist ein Motorblock 16 dargestellt, der vier Verbrennungskammern 18 aufweist, von denen jede einen Direkt-Einspritzungs Kraftstoff Injektor 20 aufweist. Der Betriebszyklus der Kraftstoff Injektoren 20 wird durch einen elektronischen Controller bestimmt, der in diesem Fall in Form einer Motorkontrolleinheit (ECU) 24 ausgeführt ist und entlang der Signalleitung 22 übertragen wird.
Luft tritt in die Verbrennungskammern 18 durch einen Einlasskrümmer 26 ein und Verbrennungsgase werden durch einen Abgaskrümmer 28 in Richtung des Pfeils 30 ausgegeben.
Um den Grad an NOx Emissionen zu reduzieren, ist der Motor mit dem EGR System 12 ausgerüstet, das eine Leitung 32 10 aufweist, die den Abgaskrümmer 28 mit dem Einlasskrümmer 26 verbindet. Dies ermöglicht es, dass ein selektiver Anteil der Abgase von dem Abgaskrümmer 28 zu dem Einlasskrümmer 26 in Richtung des Pfeils 31 zirkulieren. Ein EGR Ventil 34 reguliert die Menge von Abgas, das von dem Abgaskrümmer 26 rezirkuliert und in den Verbrennungskammern dient das rezirkulierte verbrannte Abgas als Inertgas, wodurch die Flamme und die im Zylinder herrschende Temperatur verringert wird und die Bildung von NOx vermindert wird. Es versteht sich für den Fachmann, dass der Fluß von Abgas durch das EGR Ventil 34 eine Funktion des Druckes über das Ventil 34 und der Ventilposition ist, die durch das elektrische Signal gefordert wird, das dem EGR Ventil 34 über Leitung 46 von der ECU 24 zugeführt wird. Dies bedeutet, dass keine lineare Beziehung zwischen der EGR Flussrate und der Position des EGR Ventils 34 existiert.
Das elektrische Signal auf Leitung 46 wird durch die ECU 24 aus Verhältnissen bereitgestellt, die in der ECU 24 gespeichert sind, gemäß einem Computerprogramm, das in der ECU 24 gespeichert ist.
Alle Motorsysteme einschließlich des EGR Ventils 34, VGT 14 und den Kraftstoff-Injektoren 20 werden durch die ECU 24 kontrolliert. Beispielsweise reguliert das Signal 46 von der ECU 24 die EGR Ventil Position, ein Signal auf Leitung 48 reguliert die Position der VGT Schaufeln 44 und ein Signal auf Leitung 47 kontrolliert die Drosselklappe 49.
In der ECU 24 werden die Steuersignale 46, 48 zum EGR 34 und VGT 14 Aktuatoren von gemessenen oder geschätzten Variablen and Motorbetriebsparametern mittels eines Regelalgorithmus berechnet. Sensoren und kalibrierbare Nachschlagtabellen, die in dem ECU Speicher abgelegt sind, versorgen die ECU 24 mit Motorbetriebsinformationen.
Ein Einlasskrümmerdruck (MAP) Sensor 50 liefert ein Signal 52 zu dem ECU, das den Druck in dem Einlasskrümmer 26 anzeigt, ein Luftmengentemperatursensor 58 liefert ein Signal über Leitung 60 zum ECU, das die Temperatur der Einlassluftmenge anzeigt und ein Massenluftstromsensor (MAP) liefert ein Signal über Leitung 66 des Luftstroms, der in den Kompressorbereich 36 eintritt. Zusätzliche Sensorinputs werden auch von der ECU 24 entlang der Singalleitung 62 erhalten, wie beispielsweise die Motorkühlmitteltemperatur, Kraftstoffverteilerrohrdruckes, Kraftstoffinjektionszeitpunkt, Motorgeschwindigkeit und Gasposition. Inputs 68 des Nutzers werden entlang Signalleitung 70 erhalten, wie beispielsweise die Position des Gaspedals.
Basierend auf den Sensorinputs, Daten, die in einem Speicher abgelegt sind, so wie beispielsweise Motormappingdaten, und verschiedenen Algorithmen kontrolliert die ECU 24 das EGR 34, um die EGR Flussfraktion sowie die Position der Schaufeln 44 zu regulieren, um eine Reduktion der Emission durch das EGR und eine große Kraftstoffwirtschaflichkeit durch den VGT Boost bereitzustellen.
Bezugnehmend auf 2 eine typische Kontrollstrategie gemäß dem Stand der Technik. Das Verfahren startet bei den Blöcken 100A und 100B, wo vorhergesagte Werte für MAF und MAP üblicherweise von stationären Nachschlagetabellen erzeugt werden, die während des vor der Herstellung erfolgenden Testens des Motors 10 erzeugt werden.
Bei den Blöcken 120A, 120B werden die vorhergesagten Werte mit tatsächlich gemessenen Werten verglichen, die von den MAP und MAF Sensoren 50, 64 erhalten werden. Diese Vergleiche erzeugen Fehlersignale, die bei Block 160A zu dem EGR Ventil 34 und bei Block 160B zu der Aktuatorkontrolle für die Schaufeln 44 gesendet werden.
Bei den Blöcken 160A und 160B arbeitet das System derart, dass es versucht und diese Fehler eliminiert und neue Levels für NOx und feststoffhaltige Materie bereitstellt, wie bei den Blocks 180A und 180B gezeigt.
Es gibt jedoch einige Nachteile bei dieser Vorgehensweise, erstens die Variablen, die wichtig zu kontrollieren sind, sind NOx und feststoffhaltige Materie (vor allem Ruß aber auch andere feststoffhaltige Materie in dem Abgasstrom), aber diese stellen nicht die Inputs dar, die genutzt werden, um eine Kontrolle des Motors bereitzustellen. Zweitens, es gibt eine Interaktion zwischen dem Abgasstrom und des Boost Druck, da der Abgasstrom, der genutzt wird, um die Turbine 38 zu rotieren, derselbe Strom des Abgases ist, der für die Rezirkulation genutzt wird. Daher gibt es weniger Abgas, um den Turbolader mit Leistung zu versorgen, wenn mehr Abgas rezirkuliert wird.
Daher kann es unter einigen Umständen dazu kommen, dass die Kontrollsignale, die zum Aktuator für die Schaufeln 44 und zu dem EGR Ventil 34 gesendet werden, dazu führen, dass die beiden Systeme miteinander in Konflikt stehen, wodurch die angestrebten Reduktionen in NOx Emissionen und in Emissionen partikelhaltiger Materie verfehlt werden.
Unter Bezugnahme auf 3 ist die highlevel-Strategie dargestellt, die in dieser Erfindung verwendet wird, um diesen Konflikt zu vermeiden und verbesserte Emissionen und geringeren Kraftstoffverbrauch zu erzeugen. Eine detalliertere Beschreibung des Verfahrens folgt unter Bezugnahme auf 9.
Das Verfahren startet bei den Blöcken 100C und 100D, wo Sollwerte für NOx und feststoffhaltige Materie von Nachschlagetabellen beschafft werden, die in Tests vor der Produktion des Motors 10 entsprechend der derzeitigen Motorlast und Geschwindigkeit generiert werden.
Bei den Blöcken 120C, 120D werden die Sollwerte mit tatsächlich gemessenen Werten verglichen, die vom NOx Sensor 115C und vom Sensor 115D für feststoffhaltige Materie erhalten werden. Wie dargestellt, besteht der NOx Sensor aus zwei Sensoren 110C und 112C, die an unterschiedlichen Orten im Abgaskrümmer 28 angeordnet sind und der Output des NOx Sensors 115C ist ein zusammengesetzter Wert, der durch das Kombinieren der Outputs von den zwei NOx Sensoren 110C und 112C erhalten wird. Dies sorgt für Redundanz, sollte einer Sensoren 110C und 112C fehlerhaft sein und steigert die Konsistenz der Messung.
In ähnlicher Weise besteht der Sensor 115D für feststoffhaltige Materie aus zwei Sensoren 110D und 112D, die an unterschiedlichen Orten im Abgaskrümmer 28 angeordnet sind und der Output des Sensors 115D für feststoffhaltige Materie ist ein zusammengesetzter Wert, der durch das Kombinieren der Outputs von den zwei Sensoren 110D und 112D für feststoffhaltige Materie erhalten wird. Wie zuvor, sorgt dies für Redundanz, sollte einer Sensoren 110C und 112C fehlerhaft sein und steigert die Genauigkeit der Messung.
Redundanz ist wichtig, da die Umgebung im Abgaskrümmer hart ist und eine Kontamination oder die Deposition von feststoffhaltiger Materie kann die korrekte Betriebsweise der dort befindlichen Sensoren stören. Jedoch versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung von zwei NOx Sensoren und zwei Sensoren für feststoffhaltige Materie beschränkt ist und dass die Nutzen und Vorteile der Erfindung auch erreichbar sind, wenn nur ein Sensor verwendet wird, um NOx zu messen, und ein Sensor verwendet wird, um den Output an feststoffhaltiger Materie zu messen.
Diese Vergleiche generieren Fehlersignale oder Differenzen von den Sollwerten (stationärer Zustand optimierte Sollwerte), die zu dem EGR Ventil 34 bei Block 160C und zu der Aktuatorkontrolle für die Schaufeln 44 bei Block 160D geleitet werden.
Bei den Blöcken 160C und 160D arbeitet das System so, dass die offensichtlichen Fehler eliminiert werden, so dass neue Levels für NOx und für die feststoffhaltige Materie produziert werden, wie dies bei den Blöcken 180C und 180D gezeigt ist, jedoch arbeitet das System in diesem Fall so, dass bestimmt wird, welche der beiden Variablen NOx und feststoffhaltige Materie am dringendsten zu reduzieren ist und die Kontrolle des System zu beeinflussen oder zu priorisieren, um den jeweiligen Fehler gegen Null zu reduzieren. Es versteht sich, dass sich die Priorisierung mit der Zeit ändert, da das System wiederholt den Vergleich bei den Blöcken 120C und 120D durchführt. Wenn zum Beispiel die anfängliche Notwendigkeit besteht, NOx zu reduzieren und somit die Priorität der Maximierung des EGR gegeben wird, kann, da NOx fällt, die feststoffhaltige Materie ein signifikanteres Problem darstellen und somit kann die Priorität dahingehend geändert werden, dass feststoffhaltige Materie durch ansteigenden Boost Druck reduziert wird.
Unter Bezugnahme auf die 4, 5 und 9 wird in größerem Detail das oben im Umriß beschriebene Verfahren gezeigt.
Das Verfahren startet bei Block 200, bei dem es sich um ein Schlüssel- ein Ereignis handelt, dann werden bei Block 210 Sollwerte für NOx und feststoffhaltige Materie bestimmt. Diese können von Nachschlagetabellen erhalten werden, die in dem Speicher der ECU 24 für die gegenwärtigen Last- und Geschwindigkeitsbedingungen des Motors 10 gespeichert sind.
Dann werden bei Block 220 dynamische NOx und feststoffhaltige Materie Werte erhalten, zum Beispiel von den Sensoren 115C und 115D, dann werden bei Block 230 Fehler oder Differenzwerte für NOx und feststoffhaltige Materie unter Verwendung der Gleichungen erhalten: Δ feststoffhaltige Materie (PM) = Dynamisch (PM) – Sollwert (PM) (1) Δ NOx = Dynamisch NOx – Sollwert NOx (2)

Dynamisch(PM): = derzeitige Feststoffemissionen
Dynamisch NOx: = derzeitige NOx Emissionen

Dann wird bei Block 230 bestimmt, ob die Summe der beiden Differenzen größer als eine vorbestimmte Grenze ist. Dieser Test wird durchgeführt, um zu ermitteln, ob es einen Fehler im Motor 10 oder in seinem zugeordneten Kontrollsystem gab, der einen fortlaufenden sicheren Betrieb des Motors 10 innerhalb vorgeschriebener Grenzen verhindert. Dies bedeutet, dass der Test bei Block 240 als ein OBD check dient.
Unter kurzer Bezugnahme auf die 4 und 5 werden Beispiele für einige Situationen gezeigt.
Der Referenzpunkt „R” entspricht dem Ort der Sollwerte für NOx und feststoffhaltige Materie und die Linie „Q”, auf der „R” liegt, repräsentiert eine Beziehung zwischen NOx und feststoffhaltiger Materie für den Motor 10. Es ist zu beachten, dass der Punkt „R” eine Position darstellt, in der beide Variablen NOx und feststoffhaltige Materie gering sind, es handelt sich nicht um den geringsten NOx Punkt und auch nicht um den geringsten Punkt für feststoffhaltige Materie, jedoch um eine optimierte oder Kompromiß-Position dazwischen.
Es ist zu beachten, dass zwischen den Punkten „A” und „B” große Änderungen in den Emissionen an feststoffhaltiger Materie vorliegen, ohne dass eine signifikante Änderung des NOx vorliegt und dass in ähnlicher Weise an dem anderen Extrem zwischen den Punkten „E” und „F” große Änderungen in den NOx Emissionen vorliegen, ohne dass eine signifikante Änderung der feststoffhaltigen Materie vorliegt. Daher wird es keine signifikante Auswirkung auf das NOx haben, jedoch eine dramatische reduzierende Auswirkung auf Output an feststoffhaltiger Materie, wenn der Boost Druck steigt, während der Motor in dem Bereich „A” bis „B” betrieben wird, und in ähnlicher Weise, wenn der EGR Fluß in großem Maße ansteigt, wenn der Motor 10 in dem Bereich „E” bis „F” arbeitet, wird dies keine signifikante Auswirkung auf die feststoffhaltige Materie, jedoch einen dramatischen reduzierenden Einfluß auf den NOx Output haben. Tatsächlich wird, wann immer der Fehler der Emission feststoffhaltiger Materie positiv ist (zum Linken von Punkt „R”) ein Ansteigen des Turbolader Boosts, um die Emissionen an feststoffhaltiger Materie zu reduzieren, keinen ernsthaften Effekt auf NOx haben, weil in diesem Betriebsbereich NOx immer geringer ist als der optimierte Wert „R”, und in ähnlicher Weise wird, wann immer der Fehler der NOx Emission positiv ist (zum Rechten von Punkt „R”) ein Ansteigen des EGR Flusses keinen ernsthaften Effekt auf die Emissionen von feststoffhaltiger Materie haben, weil in diesem Betriebsbereich die Emissionen an feststoffhaltiger Materie immer geringer sind als der optimierte Wert „R” und es ist diese Erkenntnis, die die Grundlage für diese Erfindung bildet.
Punkt „A” repräsentiert eine Situation, in der ein sehr hoher Grad an Emissionen von feststoffhaltiger Materie vorliegt, und die Differenz, die unter Nutzung der Gleichung (2) berechnet wurde, ist 10 – 3, was eine Differenz oder einen Fehler von +7 ergibt (d. h. eine Überproduktion von feststoffhaltiger Materie), jedoch ist der NOx-Level, der unter Nutzung von Gleichung (1) berechnet wurde, 1 – 3, was eine Differenz oder einen Fehler von –2, was geringer ist, als der Soll-Level „R” (d. h. eine Unterproduktion oder ein besserer Output von NOx als erwartet). 5 zeigt, dass die Summe dieser Werte +5 ist.
Punkt „B” repräsentiert eine Situation, in der ein hohes Maß an Emissionen von feststoffhaltiger Materie vorliegt (Fehler +5), jedoch ist der NOx-Level (Fehler –2) geringer als der Soll-Level „R”. 5 zeigt, dass die Summe dieser Werte +3 ist.
Punkt „C” repräsentiert eine Situation, in der ein geringfügig hoher Grad an Emissionen von feststoffhaltiger Materie vorliegt (Fehler +2), jedoch ist der NOx-Level (Fehler –1,5) geringer als der Soll-Level „R”. 5 zeigt, dass die Summe dieser Werte +0,5 ist.
Punkt „F” repräsentiert eine Situation, in der ein sehr hoher Grad an NOx-Emissionen vorliegt (Fehler +8), jedoch ist der Level an feststoffhaltiger Materie (Fehler –2) geringer als der Soll-Level „R”. 5 zeigt, dass die Summe dieser Werte +6 ist.
Punkt „E” repräsentiert eine Situation, in der ein hoher Grad an NOx vorliegt (Fehler +5), jedoch ist der Level an feststoffhaltiger Materie (Fehler –2) geringer als der Soll-Level „R”. 5 zeigt, dass die Summe dieser Werte +3 ist.
Punkt „D” repräsentiert eine Situation, in der ein geringfügig hoher Grad an NOx-Emissionen vorliegt (Fehler +1,5), jedoch ist der Level an feststoffhaltiger Materie (Fehler –1,0) geringer als der Soll-Level „R”. 5 zeigt, dass die Summe dieser Werte +0,5 ist.
Punkt „G” repräsentiert eine Fehlersituation, die durch die Tatsache angezeigt wird, dass Punkt „G” wesentlich von der Linie „Q” entfernt liegt, und es gibt einen hohen Level an NOx-Emissionen (Fehler +4) und der Level an feststoffhaltiger Materie (Fehler +4) ist ebenfalls höher als der Soll-Level „R”. 5 zeigt, dass die Summe dieser Werte +8 ist. Die Linie „L” repräsentiert ein vorbestimmtes Limit, oberhalb dessen und zu dessen Rechter davon ausgegangen wird, dass ein OBD-Fehler vorliegt und für den eine Einstellung des Boosts oder EGR Flusses keinen signifikanten Effekt hat.
Es versteht sich, dass kleinere Abweichungen von der Linie „Q” des optimalen Verhältnisses auftreten können und diese nicht die Quelle falscher OBD Fehlermeldungen oder unnötigen Kraftstoffversorgungsrestriktionen sein dürfen.
Es versteht sich, dass diese Zahlen auf dem Subtrahieren der Sollwerte von den dynamischen Werten in Gleichungen (1) und (2) basieren, so dass eine Überproduktion von NOx oder feststoffhaltiger Materie positive Differenzen produziert, die verringert werden müssen und dies wird als am einfachsten angesehen, um den Approach zu verstehen und zu nutzen. Es versteht sich jedoch für den Fachmann, dass Gleichungen (1) und (2) durch Gleichungen ersetzt werden können, in denen die dynamischen Werte von den Sollwerten abgezogen werden und in diesem Fall wäre es die größte negative Differenz, die zur Kontrolle des Prozesses genutzt würde und nicht die größte positive Differenz, da eine große negative Differenz dann eine Überproduktion von NOx oder feststoffhaltiger Materie repräsentieren würde.
Zurück zu Block 240 in 9 versteht es sich, dass der verwendete Test nur einer von vielen ist, die verwendet werden können und dass die Erfindung nicht auf solch einen Test beschränkt ist. Beispielsweise könnte für jeden NOx Output Level (Größe des Outputs) ein Output für feststoffhaltige Materie existieren, oberhalb dessen ein Fehler automatisch angezeigt wird oder für jeden Output Level für feststoffhaltige Materie (Größe des Outputs) könnte es einen NOx Output geben, oberhalb dessen ein Fehler automatisch angezeigt wird. Was wichtig ist, ist dass geringere Abweichungen von der Linie „Q” nicht in einem angezeigten Fehler resultieren dürfen.
Wenn der Test bei Block 240 bestanden wurde und einen Systemfehler anzeigt, wird bei Schritt 244 die Kraftstoffversorgung zum Motor 10 verringert und bei Block 246 wird dem Nutzer des Motors 10 eine Warnung ausgegeben, beispielsweise durch Aufleuchten einer Warnlampe. Nach Block 246 schreitet das Verfahren über Block 248 zu Block 500, um zu bestimmen, ob der Schlüssel-Ein Zustand noch immer an ist, und wenn nicht, endet das Verfahren bei Block 900, andernfalls kehrt das Verfahren zu Block 210 zurück. Die Reduktion der Kraftstoffversorgung kann die Limitierung der maximalen Menge an Kraftstoff umfassen, die dem Motor 10 unabhängig von der Position des Gaspedals zugeführt wird.
Wenn der Test bei Block 240 nicht bestanden wird, wird bei Block 250 bestimmt, welcher der zwei Fehler der größte positive Fehler ist. Es ist zu beachten, dass es sich nicht einfach um den größten Fehler, sondern um den größten positiven Fehler handelt, da positive Fehler verringert werden müssen, wohingegen negative Fehler anzeigen, dass der Motor 10 mit dieser besonderen Variablen (NOx oder feststoffhaltige Materie) unterhalb des optimierten Wertes „R” in 4 arbeitet.
Dann wird bei Block 300 die Kontrolle des Motors 10 basierend auf dem NOx Fehler priorisiert, wenn es der größere Fehler ist, und die ECU 24 arbeitet, um das NOx zu reduzieren, und zwar durch Vergrößern des EGR-Flusses durch Öffnen des EGR-Ventils 34.
Wenn der NOx Fehler der größere positive Fehler ist, dann findet bei Block 310 die Kontrolle des EGR Ventils 34 auf der Grundlage der tatsächlichen Größe des Fehlers statt. Dies bedeutet, dass wenn der Fehler sehr groß ist, die Änderung der Ventilstellung zur Erzeugung eines vergrößerten EGR Flusses groß und schnell ist, wenn der Fehler jedoch klein ist, ist die Änderung der EGR Ventilstellung kleiner und findet mit geringerer Geschwindigkeit statt, wodurch das Risiko einer Systeminstabilität aufgrund einer zu langsamen Antwort des Systems verringert. Nach Block 310 schreitet das Verfahren fort zu Block 500, um zu bestimmen, ob der Schlüssel-Ein Zustand noch immer an ist, wenn nicht, endet das Verfahren bei Block 900, andernfalls kehrt das Verfahren zu Block 210 zurück.
Wenn der Fehler der feststoffhaltigen Materie der größere positive Fehler ist, dann schließt bei Block 400 die ECU 24 die Schaufeln 44, um den Boost zu vergrößern, wodurch die Emissionen an feststoffhaltiger Materie verringert werden, dann findet bei 410 die Kontrolle der Schaufeln 44 auf der Grundlage der tatsächlichen Größe des Fehlers statt. Dies bedeutet, dass wenn der Fehler sehr groß ist, die Änderung der Schaufelposition zur Erzeugung eines vergrößerten Boosts groß und schnell ist, wenn der Fehler jedoch klein ist, ist die Änderung der Schaufelposition kleiner und findet mit geringerer Geschwindigkeit statt. Nach Block 410 schreitet das Verfahren fort zu Block 500, um zu bestimmen, ob der Schlüssel-Ein Zustand noch immer an ist, wenn nicht, endet das Verfahren bei Block 900, andernfalls kehrt das Verfahren zu Block 210 zurück.
Es versteht sich, dass die Verfahren, die in den 3 und 9 gezeigt sind, durch den elektronischen Controller oder ECU 24 in Echtzeit durchgeführt werden.
Zurück zu 3, obwohl die Sensoren 115D für NOx und feststoffhaltige Materie oben als physikalische Sensoren beschrieben werden, haben die Erfinder erkannt, dass virtuelle Sensoren, gespeichert als eine Vielzahl von Nachschlagetabellen in dem Speicher der ECU 24 genutzt werden können. Ein Vorteil eines solchen virtuellen Sensors besteht darin, dass dieser nicht der rauhen Umgebung des Abgaskrümmers 28 ausgesetzt ist und damit von der Temperatur und den dort vorliegenden Bedingungen unberührt ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein virtueller Sensor, sobald erzeugt, sehr billig genutzt werden kann, da dieser nur programmiert oder in dem Speicher der ECU 24 gespeichert werden muß und daher keine tatsächlichen Kosten zu dem Motor 10 oder eine Komplexizität zu dem Kabelbaum hinzufügt.
Unter besonderer Bezugnahme auf die 6A bis 8B werden einige der Schritte gezeigt, die benötigt werden, um einen virtuellen Sensor für einen Motor mit zwei kontrollierbaren, miteinander in Beziehung stehenden Variablen, wie Boost Druck und EGR Flussrate, Kraftstoffverteilerrohrdruck und Einspritzzeitpunkt oder anderen Variablen, die die zu messenden Parameter beeinflussen, wie NOx oder feststoffhaltige Materie, herzustellen.
Das Verfahren erfordert die Nutzung eines Motors, der auf einer voll instrumentierten Dynamometer-Vorrichtung betrieben wird, die physikalische Sensoren für die zu messenden Parameter aufweist.
Der erste Schritt des Verfahrens umfaßt die Auswahl einer vorbestimmten Anzahl von Geschwindigkeits und Last Kombinationen. Wie in 6A gezeigt, wird eine Matrix von Punkten X₁Y₁ bis X₅Y₅ für den normalen Betriebsbereich des Motors 10 zur Nutzung bei der Bestimmung des vorübergehenden NOx Outputs des Motors 10 erzeugt und in ähnlicher Weise wird in 6B eine Matrix von Punkten X₁Y₁ bis X₅Y₅ für den normalen Betriebsbereich des Motors 10 zur Nutzung bei der Bestimmung des vorübergehenden Outputs feststoffhaltiger Materie des Motors 10 erzeugt. Es versteht sich, dass dieselben Punkte oder auch unterschiedliche Punkte für NOx und für feststoffhaltige Materie verwendet werden können.
Dann wird für jede Kombination aus Geschwindigkeit und Last eine Variable auf einen vorbestimmten Level gesetzt und die andere Variable wird durch ihren normalen Betriebsbereich hindurch bewegt, wobei Daten erfasst werden, die den Gegenstand des Sensor bilden. Exemplarisch und mit Bezugnahme auf 7A wird die EGR Ventilposition bei Level N₁ gehalten, wobei die Schaufelposition „P” von P₁ zu P₅ bewegt wird und die Daten (in diesem Fall NOx) werden als Nachschlagetabelle gespeichert.
Der Prozeß wird dann für vorbestimmte Level N₂ bis N₅ wiederholt, die Schritte im normalen Betriebsbereich des EGR Ventils 34 darstellen und in jedem Fall werden die Daten als Nachschlagetabellen gespeichert.
Obwohl diese Nachschlagetabellen ausreichend sind, um den Erfordernissen der Erfindung zu entsprechen, ist es bevorzugt, wenn ein zweites Überstreichen wie unten im Detail beschrieben, durchgeführt wird, um die Werte, die beim ersten Überstreichen erhalten wurden, zu bestätigen.
Die andere Variable, nämlich die Schaufelposition wird auf einen vorbestimmten Level P₁ gesetzt und die Position des EGR Ventils wird von N₁ zu N₅ entsprechend seines normalen Betriebsbereiches gesetzt, wobei Daten erfasst werden, die den NOx Level repräsentieren, der in diesem Fall den Gegenstand des Sensors bildet, und der Prozeß wird für vorbestimmte Levels P₂ bis P₅ des normalen Betriebsbereiches der Schaufeln 44 wiederholt und die Daten werden als eine Serie von Nachschlagetabellen gespeichert.
Dann wird unter Bezugnahme auf 7B ein Sensor für feststoffhaltige Materie unter Nutzung derselben Technik erzeugt. Für jeden der Punkte X₁Y₁ bis X₅Y₅, die in 6B gezeigt werden, wird die Position des EGR Ventils bei Level N₁ gehalten, während die Schaufelposition „P” von P₁ bis P₅ bewegt wird und die Daten (in diesem Fall feststoffhaltige Materie) werden als Nachschlagetabelle gespeichert.
Der Prozeß wird dann die vorbestimmte Levels N₂ bis N₅ wiederholt, die Schritte im normalen Betriebsbereich des EGR Ventils 34 darstellen und in jedem Fall werden die Daten als Nachschlagetabelle gespeichert.
Obwohl diese Nachschlagetabellen ausreichend sind, um den Erfordernissen der Erfindung zu entsprechen, ist es bevorzugt, wenn ein zweites Überstreichen wie unten im Detail beschrieben, durchgeführt wird, um die Werte, die beim ersten Überstreichen erhalten wurden, zu bestätigen. Die andere Variable, nämlich die Schaufelposition wird auf einen vorbestimmten Level P₁ gesetzt und die Position des EGR Ventils wird von N₁ bis N₅ entsprechend seines normalen Betriebsbereiches gesetzt, wobei Daten erfasst werden, die den Level an feststoffhaltiger Materie repräsentieren, der in diesem Fall den Gegenstand des Sensors bildet, und der Prozeß wird für vorbestimmte Levels P₂ bis P₅ des normalen Betriebsbereiches der Schaufeln 44 wiederholt und die Daten werden als eine Serie von Nachschlagetabellen gespeichert.
Nachdem dieser Prozeß abgeschlossen ist, wurde eine Serie von Nachschlagetabellen, die einen NOx Output für jeden der Punkte X₁Y₁ bis X₅Y₅ in 6A liefern, erzeugt sowie eine Serie von Nachschlagetabellen, die einen Output an feststoffhaltiger Materie für jeden der Punkte X₁Y₁ bis X₅Y₅ in 6B liefern, erzeugt.
Diese Nachschlagetabellen können dann in dem Speicher der ECU 24 gespeichert werden und genutzt werden, um virtuelle Sensor Outputs zu erzeugen, die den Outputs von 115C, 115D, wie in 3 angedeutet, entsprechen, zum Vergleich mit Sollwerten von NOx und feststoffhaltiger Materie. Das bedeutet, dass einzelne virtuelle Sensoren für NOx und feststoffhaltige Materie genutzt werden können.
Jedoch bilden sie nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung jeweils virtuelle Sensoren, die den Sensoren 110C und 110D in 3 entsprechen und zweite virtuelle Sensoren 112C und 112D für NOx und feststoffhaltige Materie werden in einer ähnlichen Art und Weise zu der oben beschriebenen erzeugt, jedoch unter Nutzung unterschiedlicher Variablen, nämlich der Kraftstoffverteilerrohrdruck und dem Zeitpunkt der Kraftstoffinjektion.
Wie zuvor, ist der erste Schritt zur Erzeugung der Sensoren 112C und 112D die Auswahl einer vorbestimmten Anzahl von Geschwindigkeits und Last Kombinationen, so wie die in den 6A und 6B dargestellten.
Dann wird wie zuvor für jede Kombination aus Geschwindigkeit und Last eine Variable auf einen vorbestimmten Level gesetzt und die andere Variable wird durch ihren normalen Betriebsbereich hindurchbewegt, während Daten erfasst werden, die den Gegenstand des Sensors bilden.
Beispielsweise und unter Bezugnahme auf 8A wird der Zeitpunkt des Kraftstoffinjektors bei Level K₁ gehalten, während der Kraftstoffverteilerrohrdruck „L” von L₁ bis L₅ bewegt wird und die Daten (in diesem Fall NOx) werden in einer Nachschlagtabelle gespeichert.
Der Prozeß wird dann für vorbestimmte Levels K₂ bis K₅ wiederholt, die Schritte im normalen Bereich der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte darstellen und in jedem Fall werden die Daten als Nachschlagetabelle gespeichert. Obwohl diese Nachschlagetabellen ausreichend sind, um den Erfordernissen der Erfindung zu entsprechen, ist es bevorzugt, wenn ein zweites Überstreichen, wie unten im Detail beschrieben, durchgeführt wird, um die Werte, die beim ersten Überstreichen erhalten wurden, zu bestätigen. Die andere Variable, nämlich der Kraftstoffverteilerrohrdruck wird auf einen vorbestimmten Level L₁ gesetzt und der Kraftstoff-Zeitpunkt wird von K₁ bis K₅ entsprechend des normalen Bereiches der Zeitpunkte der Kraftstoffinjektion gesetzt, wobei Daten erfasst werden, die den NOx-Level repräsentieren, der in diesem Fall den Gegenstand des Sensors bildet, und der Prozeß wird für vorbestimmte Levels 12 bis 15 des normalen Bereiches des Kraftstoffleitungsdruckes wiederholt und die Daten werden als eine Serie von Nachschlagetabellen gespeichert.
Dann wird unter Bezugnahme auf 8B ein Sensor für feststoffhaltige Materie unter Nutzung derselben Technik erzeugt. Für jeden der Punkte X₁Y₁ bis X₅Y₅, die in 6B gezeigt werden, wird der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung bei Level K₁ gehalten, während der Kraftstoffverteilerrohrdruck „L” von L₁ bis L₅ bewegt wird und die Daten (in diesem Fall feststoffhaltige Materie) werden als Nachschlagetabelle gespeichert.
Der Prozeß wird dann für vorbestimmte Levels K₂ bis K₅ wiederholt, die Schritte im normalen Bereich der Zeitpunkte der Kraftstoffeinspritzung darstellen und in jedem Fall werden die Daten als Nachschlagetabelle gespeichert. Obwohl diese Nachschlagetabellen ausreichend sind, um den Erfordernissen der Erfindung zu entsprechen, ist es bevorzugt, wenn ein zweites Überstreichen wie unten im Detail beschrieben, durchgeführt wird, um die Werte, die beim ersten Überstreichen erhalten wurden, zu bestätigen. Die andere Variable, nämlich der Kraftstoffverteilerrohrdruck wird auf einen vorbestimmten Level L₁ gesetzt und der Kraftstoffzeitpunkt wird von K₁ bis K₅ entsprechend des normalen Bereiches der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte bewegt, wobei Daten erfasst werden, die den Level an feststoffhaltiger Materie repräsentieren, der in diesem Fall den Gegenstand des Sensors bildet, und der Prozeß wird für vorbestimmte Levels L₂ bis L₅ des normalen Bereiches des Kraftstoffverteilerrohrdruckes wiederholt, und die Daten werden als eine Serie von Nachschlagetabellen gespeichert.
Nachdem dieser Prozeß abgeschlossen ist, wurde eine zweite Serie von Nachschlagetabellen, die einen NOx Output für jeden der Punkte X₁Y₁ bis X₅Y₅ in 6A liefern, erzeugt, sowie eine zweite Serie von Nachschlagetabellen, die einen Output an feststoffhaltiger Materie für jeden der Punkte X₁Y₁ bis X₅Y₅ in 6B liefern, erzeugt.
Die Vielzahl der Nachschlagetabellen kann dann in dem Speicher der ECU 24 gespeichert werden, um vier virtuelle Sensoren 110C, 112C und 110D, 112D auszubilden, die dazu in der Lage sind, für verschiedene Kombinationen von Motorgeschwindigkeit und Last einen Wert für NOx oder feststoffhaltige Materie zu liefern.
Wie in 3 dargestellt, werden die Output-Werte der virtuellen Sensoren 110C und 112C kombiniert, um einen zusammengesetzten Sensor 115C zu erhalten und die Outputs der virtuellen Sensoren 110D und 112D werden kombiniert, um einen zusammengesetzten Sensor 115D zu erhalten.
Diese können jedoch in einfacher Art und Weise kombiniert werden, wie beispielweise; 115C = 0,5(110C-Wert + 112C-Wert);und 115D = 0,5(110D-Wert + 112D-Wert);
Es versteht sich, dass andere Kombinationen möglich sind. Wenn beispielsweise die wesentliche vorübergehende Änderung im Betrieb des Motors 10 eine Änderung im Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung oder im Kraftstoffverteilerrohrdruck liegt, kann den Werten von NOx und feststoffhaltiger Materie, die von den Sensoren 112C und 112D geliefert werden, Vorzug gegeben werden, wohingegen, wenn die wesentliche Änderung im EGR Fluß oder Boost Druck liegt, kann den Sensoren 110C und 110D ein Vorzug gegeben werden und auf diese Weise können die vorübergehenden Levels von NOx und feststoffhaltiger Materie mit größerer Genauigkeit auf die tatsächlichen Änderungen modelliert werden, die während der Nutzung des Motors 10 auftreten.
Der Prozeß der Erzeugung von Daten durch die Variation von Luftweg-(EGR Ventil versus Turbolader Boost Position) oder Verbrennungsvariablen (Kraftstoffverteilerrohrdruck versus Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung) kann durch Anwendung des Designs des Experimentes, statistische oder CAE basierte Methodiken verbessert werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf einen Motor mit einer Drosselklappe beschrieben wurde, versteht es sich, dass sie auch auf einen Dieselmotor angewendet werden kann, der keine Drosselklappe aufweist.
Es versteht sich für den Fachmann, dass – obwohl die Erfindung exemplarisch unter Bezugnahme auf ein oder mehrere Ausführungsformen beschrieben wurde – die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und dass eine oder mehrere Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen oder alternativer Ausführungsformen hergestellt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den anliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

Verfahren zur Kontrolle eines Dieselmotors, bei dem NOx Emissionen durch Variation des Abgasrezirkulationsflusses durch ein Abgasrezirkulationssystem und Emissionen an feststoffhaltiger Materie durch Variation des Boosts von einem Turbolader kontrolliert werden, wobei das Verfahren die Priorisierung der Kontrolle des Abgasstroms und des Turboladerboosts auf der Basis umfaßt, welche der beiden Emissionen derzeit die signifikanteste ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorität einem ansteigenden Abgasrezirkulationsfluss gegeben wird, wenn NOx Emissionen derzeit die signifikantesten sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorität einem ansteigenden Turbolader-Boost eingeräumt wird, wenn die Emissionen an feststoffhaltiger Materie derzeit die signifikantesten sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dieselmotor einen Abgaskrümmer und einen Einlasskrümmer aufweist, dass der Turbolader eine Turbine aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie von den Abgasen des Motors angetrieben wird, einen Kompressor zum selektiven Erhöhen des Druckes in dem Einlasskrümmer des Motors und eine elektronisch kontrolliertes Einlassflusskontrollgerät, um das Abgas zu regulieren, das in die Turbine eintritt, wobei das Abgasrezirkulationssystem selektiv Gas von einer Position in dem Abgaskrümmer stromaufwärts des Turboladers zu dem Einlasskrümmer des Motors rezirkuliert und ein elektronisch kontrolliertes Abgasrezirkulationskontrollventil umfaßt, um den Fluß von Abgas, das von dem Abgaskrümmer zu dem Einlasskrümmer strömt, zu kontrollieren, wobei das Verfahren des Weiteren die Priorisierung der Kontrolle des Abgasrezirkulationskontrollventils oder des Einlassflusskontrollgerätes basierend darauf umfaßt, welche Differenz zwischen (i) einem Soll NOx Output Wert und einem derzeitigen NOx Output Wert und (ii) einem Soll Output Wert an feststoffhaliger Materie und einem derzeitigen Output Wert an feststoffhaltiger Materie größer ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter umfaßt, dass für den Fall, dass die größere Differenz die NOx-Differenz ist, die Position des Abgasrezirkulationsventils so eingestellt wird, dass der NOx Output von dem Motor in Richtung des Soll NOx Output Wertes bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter die Einstellung der Position des Abgasrezirkulationsventils derart umfasst, dass der NOx Output von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes auf der Grundlage der Größe der NOx Differenz bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter umfaßt, dass für den Fall, dass die größere Differenz die Differenz der feststoffhaltigen Materie ist, die Position des Einlassflusskontrollgerätes so eingestellt wird, dass der Output an feststoffhaltiger Materie von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes an feststoffhaltiger Materie bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter die Einstellung der Position des Einiassflusskontrollgerätes derart umfasst, dass der Output an feststoffhaltiger Materie von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes auf der Grundlage der Größe der Differenz an feststoffhaltiger Materie bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter die Summation der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie umfasst, und falls die Summe der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Reduktion des Kraftstoffes, der dem Motor zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter die Summation der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie umfasst, und falls die Summe der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Ausgabe einer Warnmeldung an den Nutzer des Motors.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vorbestimmte Wert basierend auf einer Funktion der Größe des NOx Outputs und der Größe des Outputs an feststoffhaltiger Materie variiert.
Kontrollsystem zur Kontrolle eines Dieselmotors, in dem NOx Emissionen durch Variation des Abgasrezirkulationsflusses durch ein Abgasrezirkulationssystem kontrolliert werden und die Emissionen an feststoffhaltiger Materie werden durch Variation des Boosts von einem Turbolader kontrolliert, wobei das System einen elektronischen Controller aufweist, der ausgeführt ist, um die Kontrolle des Abgasflusses und des Turbladerboosts zu priorisieren, und zwar basierend darauf, welche der zwei Emissionen derzeit die signifikanteste ist.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die NOx Emissionen derzeit die signifikantesten sind, der elektronische Controller derart ausgeführt ist, dass er einen ansteigenden Abgasrezirkluationsfluss priorisiert.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Emissionen an feststoffhaltiger Materie derzeit die signifikantesten sind, der elektronische Controller derart ausgeführt ist, dass er einen ansteigenden Turboladerboost priorisiert.
System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dieselmotor einen Abgaskrümmer und einen Einlasskrümmer aufweist, dass der Turbolader eine Turbine aufweist, die so angeordnet ist, dass sie von Abgasen des Motors angetrieben wird, und einen Kompressor zur selektiven Erhöhung des Druckes im Einlasskrümmer des Motors, wobei das Abgasrezirkulationssystem selektiv Gas von einer Position im Abgaskrümmer stromaufwärts des Turboladers zum Einlasskrümmer des Motors rezirkuliert, wobei das System des Weiteren ein Einlassflusskontrollgerät umfasst, das durch den elektronischen Controller kontrolliert wird, um das Abgas, das in die Turbine des Turboladers eintritt zu regulieren, ein Abgasrezirkulationskontrollventil, das durch den elektronischen Controller kontrolliert wird, um den Fluß des Abgases, das von dem Abgaskrümmer zu dem Einlasskrümmer durch das Abgasrezirkulationssystem strömt, zu kontrollieren, wobei der elektronische Controller ausgeführt ist, um die Kontrolle des Abgasrezirkulationsventils oder des Einlassflusskontrollgerätes zu priorisieren, und zwar basierend darauf, welche Differenz zwischen (i) einem Soll NOx Output Wert und einem derzeitigen NOx Output Wert und (ii) einem Soll Output Wert an feststoffhaliger Materie und einem derzeitigen Output Wert an feststoffhaltiger Materie größer ist.
System gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Controller derart ausgeführt ist, dass er für den Fall, dass die größere Differenz die NOx-Differenz ist, die Position des Abgasrezirkulationsventils so einstellt, dass der NOx Output von dem Motor in Richtung des Soll NOx Output Wertes bewegt wird.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Controller derart ausgeführt ist, dass er die Position des Abgasrezirkulationsventils so einstellt, dass der NOx Output von dem Motor in Richtung des Soll NOx Output Wertes auf der Grundlage der Größe der NOx Differenz bewegt wird.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Controller des Weiteren derart ausgeführt ist, dass er für den Fall, dass die größere Differenz die Differenz der feststoffhaltigen Materie ist, die Position des Einlassflusskontrollgerätes so eingestellt wird, dass der Output an feststoffhaltiger Materie von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes an feststoffhaltiger Materie bewegt wird.
System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Controller des Weiteren derart ausgeführt ist, dass er die Position des Einlassflusskontrollgerätes so einstellt, dass der Output an feststoffhaltiger Materie von dem Motor in Richtung des Soll Output Wertes an feststoffhaltiger Materie auf der Grundlage der Größe der Differenz an feststoffhaltiger Materie bewegt wird.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Controller des Weiteren derart ausgeführt ist, dass er die Summation der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie vornimmt, und falls die Summe der NOx Differenz und der Differenz an fest stoffhaltiger Materie größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Reduktion des Kraftstoffes, der dem Motor zugeführt wird, veranlasst.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Controller des Weiteren derart ausgeführt ist, dass er die Summation der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie vornimmt, und falls die Summe der NOx Differenz und der Differenz an feststoffhaltiger Materie größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Ausgabe einer Warnmeldung an den Nutzer des Motors vornimmt.
System nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert basierend auf einer Funktion der Größe des NOx und der Größe der feststoffhaltigen Materie variiert.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des derzeitigen NOx Output Levels die Messung des derzeitigen NOx Output Levels unter Nutzung eines NOx Sensors im Abgaskrümmer umfasst.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des derzeitigen NOx Output Levels die Nutzung eines virtuellen NOx Sensors umfassen, der unter Nutzung einer Anzahl von Nachschlagetabellen, die in dem elektronischen Controller gespeichert sind, gerneriert wurde, um einen Wert für das derzeitigen NOx zu erhalten.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des derzeitigen Output Levels an feststoffhaltiger Materie die Messung des derzeitigen Output Levels an feststoffhaltiger Materie unter Nutzung eines Sensors für feststoffhaltige Materie umfasst, der im Abgaskrümmer angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des derzeitigen Levels an feststoffhaltiger Materie die Nutzung eines virtuellen Sensors für feststoffhaltige Materie umfasst, der unter Nutzung einer Anzahl von Nachschlagetabellen, die in dem elektronischen Controller gespeichert sind, gerneriert wurde, um einen Wert für den derzeitigen Level des Outputs an feststoffhaltiger Materie zu erhalten.
Kraftfahrzeug mit einem Kontrollsystem gemäß einem der Ansprüche 12 bis 26.