DE102005017348A1 - An injection internal combustion engine and method for determining an emission value of an injection internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Emissionsermittlungseinrichtung (1) zur Ermittlung eines Emissionswertes für das bei der Kraftstoffverbrennung gebildete Abgas sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Emissionswertes für das bei einer Kraftstoffverbrennung in einem Brennraum eines Zylinders einer Einspritzbrennkraftmaschine gebildete Abgas. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist von der Emissionsermittlungseinrichtung (1) in Abhängigkeit vom Einspritzdruck (p¶E¶) und von der Schwerpunktlage (S) der Kraftstoffverbrennung als Emissionswert wenigstens ein Rußemissionswert ermittelbar; für das Verfahen ist vorgesehen, dass aus dem erfassten Einspritzdruck (p¶Z¶) und der ermittelten Schwerpunktlage (S) der Kraftstoffverbrennung wenigstens ein Rußemissionswert ermittelt wird.The invention relates to an injection internal combustion engine having an emission determination device (1) for determining an emission value for the exhaust gas formed in the fuel combustion and a method for determining an emission value for the exhaust gas formed during a fuel combustion in a combustion chamber of a cylinder of an injection internal combustion engine. DOLLAR A According to the invention, at least one soot emission value can be determined by the emission determining device (1) as a function of the injection pressure (p¶E¶) and of the center of gravity (S) of the fuel combustion as emission value; for the method it is provided that at least one soot emission value is determined from the detected injection pressure (p¶Z¶) and the determined center of gravity (S) of the fuel combustion.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Emissionsermittlungseinrichtung zur Ermittlung eines Emissionswertes für das bei der Kraftstoffverbrennung gebildete Abgas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Emissionswertes für das bei einer Kraftstoffverbrennung in einem Brennraum einer Einspritzbrennkraftmaschine gebildete Abgas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The The invention relates to an injection internal combustion engine having an emission determination device for determining an emission value for the fuel combustion formed exhaust gas according to the preamble of claim 1 and a method for determining an emission value for that at a fuel combustion in a combustion chamber of an injection internal combustion engine formed exhaust gas according to the preamble of claim 7.
Es
ist bekannt, dass der Brennverlauf einer Luft-Kraftstoffmischung
maßgeblich
die bei der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine entstehenden Emissionen
beeinflusst. Der Brennverlauf ist jedoch in komplizierter Weise
von einer Vielzahl von Betriebsparametern abhängig und der Zusammenhang zwischen
den Betriebsparametern und dem Brennverlauf und den resultierenden
Emissionswerten wird auch von aufwändigen Simulationsmodellen
häufig nur
unzureichend beschrieben. Für
die Realisierung eines schadstoffarmen Betriebs ist eine Kenntnis
dieser Zusammenhänge
jedoch wünschenswert,
um den Verbrennungsprozess zu optimieren und beispielsweise durch
Veränderungen
von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine deren Emissionen gezielt
beeinflussen zu können.
In Einzelfällen
ist es gelungen, durch vergleichsweise einfache Rechnungen oder
Korrelationen Stickoxid-Emissionswerte zu modellieren. So offenbart
die
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren anzugeben, welche mit einfachen Mitteln eine verbesserte Bestimmung eines Emissionswertes ermöglichen.In contrast, is It is an object of the invention to provide an internal combustion engine and a method, which by simple means an improved determination of an emission value enable.
Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzbrennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.These Task is by an injection internal combustion engine with the features of claim 1 and by a method with the features of Claim 7 solved.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über eine Emissionsermittlungseinrichtung, die zur Ermittlung der Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung auf der Basis von erfassten Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ausgelegt ist. Erfindungsgemäß ist von der Emissionsermittlungseinrichtung in Abhängigkeit vom Einspritzdruck und von der Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung wenigstens ein Rußemissionswert ermittelbar. Überraschend wurde gefunden, dass sich durch eine geeignete Verknüpfung von Einspritzdruck und Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung auf einfache Weise zuverlässige Informationen betreffend zumindest die sich bei der Kraftstoffverbrennung im Brennraum eines Zylinders ergebenden Rußemissionen gewinnen lassen. Die Brennkraftmaschine ist dabei als direkteinspritzende, vorzugsweise mehrzylindrige Hubkolbenmaschine ausgelegt und unter der Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung ist wie üblich die Kurbelwinkelposition zu verstehen, bei welcher 50 % der an der Verbrennung in einem Arbeitszyklus des Zylinders teilnehmenden Kraftstoffmenge umgesetzt ist. Vorzugsweise wird als Rußemissionswert die je Arbeitszyklus aus dem Zylinder ausgestoßene Rußmasse ermittelt. Die Emissionsermittlungseinrichtung ist vorzugsweise in der Art eines Mikrocomputers ausgebildet und verfügt über eine Eingabeeinheit für sensorisch oder anderweitig erfasste Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, eine Recheneinheit und eine Speichereinheit. Die Recheneinheit verarbeitet in vorgegebener Weise in der Speichereinheit abgelegte Daten mit einigen oder allen erfassten Betriebsgrößen derart, dass die Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung und daraus zusammen mit dem erfassten Einspritzdruck der Rußemissionswert erhalten wird. Dabei ist der Einspritzdruck typischerweise als sensorisch erfasste Größe der vorzugsweise als Common-Rail-Anlage ausgeführten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verfügbar.The Internal combustion engine according to the invention has a Emission determination device used to determine the center of gravity Fuel combustion on the basis of recorded operating variables of Internal combustion engine is designed. According to the invention of the emission detection device dependent on from the injection pressure and the center of gravity of the fuel combustion at least a soot emission value determined. Surprised was found that by a suitable link of Injection pressure and center of gravity of fuel combustion simple way reliable Information concerning at least the fuel combustion win in the combustion chamber of a cylinder resulting soot emissions. The internal combustion engine is as direct injection, preferably multi-cylinder reciprocating engine designed and under the center of gravity the fuel combustion is as usual the crank angle position to understand at which 50% of the burn in a work cycle the amount of fuel participating in the cylinder is implemented. Preferably is called the soot emission value determined per working cycle ejected from the cylinder soot mass. The emission determining device is preferably formed in the manner of a microcomputer and has one Input unit for sensory or otherwise recorded operating variables of the internal combustion engine, an arithmetic unit and a storage unit. The arithmetic unit processes in a predetermined manner stored in the memory unit with data some or all recorded operating variables such that the center of gravity the combustion of fuel and, together with it Injection pressure of the soot emission value is obtained. The injection pressure is typically sensory detected size of preferably executed as a common rail system Fuel injection device available.
Was das der Ermittlung der Verbrennungsschwerpunktlage zugrunde liegende Prinzip anbetrifft, so ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schwerpunktlage der Verbrennung aus dem von einem Drucksensor erfassten Druckverlauf im Brennraum ermittelbar ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schwerpunktlage der Verbrennung aus einem errechneten Brennverlauf der Kraftstoffverbrennung ermittelbar.What the basis of the determination of the focus of combustion As regards the principle, it is provided in an embodiment of the invention, that the center of gravity of the combustion from that of a pressure sensor detected pressure profile in the combustion chamber can be determined. In further Embodiment of the invention is the center of gravity of the combustion calculated from a calculated combustion history of fuel combustion.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Rußemissionswert abgespeicherten Kennlinien oder Kennfeldern für die Abhängigkeit der Rußemission von der Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung und dem Kraftstoffeinspritzdruck entnommen.In Another embodiment of the invention, the soot emission value is stored Characteristic curves or characteristic diagrams for the dependence the soot emission from the center of gravity of the fuel combustion and the fuel injection pressure taken.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Further features and advantages of the present invention will become apparent from the dependent claims and from the following descrip tion Application of preferred embodiments.
Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.there are the above and to be explained below Features not only in the specified feature combination, but also usable in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und zugehörigen Beispielen näher erläutert.following The invention will be apparent from the drawings and the accompanying examples explained in more detail.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Die
in
Die
Emissionsermittlungseinrichtung
Eine
erste vorteilhafte Methode zur Ermittlung der Schwerpunktlage der
Kraftstoffverbrennung umfasst zunächst die Durchführung einer
rechnerischen Analyse eines Druckverlaufs in einem Brennraum eines
jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine durch die Recheneinheit
R. Hierzu erhält
die Recheneinheit R Messwerte des entsprechenden Brennrauminnendrucks,
die über
einen Drucksensor erfasst und der Ein-/Ausgabeeinheit E/A zugeführt werden.
Die Recheneinheit R verarbeitet diese Messwerte mittels eines in
der Speichereinheit SP abgespeicherten Rechenmodells und berechnet
daraus zunächst
einen Brennverlauf und weiter daraus einen Summen brennverlauf. Aus
letzterem ergibt sich die Lage des Verbrennungsschwerpunkts als
die Kolben- oder Kurbelwinkelposition, bei welcher 50 % der an der
Verbrennung in einem Arbeitszyklus des Zylinders teilnehmenden Kraftstoffmenge
umgesetzt ist. Ein derartiges Rechenmodell ist beispielsweise in Pischinger,
R., Krassnig, G., Taucar, G., Sams, Th.; Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine, Springer-Verlag,
1989 beschrieben. Es kann jedoch auch ein beliebiges anderes Rechenmodell
eingesetzt werden. Unter Verzicht auf Einzelheiten wird nachfolgend
lediglich auf die zum Verständnis
nötigen
Zusammenhänge
eingegangen, wozu auf die
Für eine Verbesserung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit der solcherart berechneten Schwerpunktlage S kann eine Glättung oder Filterung des erfassten Druckwertes pZ vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Mittelung über mehrere Arbeitsspiele und/oder mehrere Brennräume vorgesehen sein. Für die Berechnungen des Brennverlaufs dQ/dϕ = f(ϕ) ist es vorteilhaft, wenn die Zylinderladung hinsichtlich Frischluftmasse, Restgasmasse, Abgasrückführmenge sowie gegebenenfalls weiter Einflussgrößen wie Wandwärmeverluste, Leckage und dergleichen berücksichtigt werden. Die genannten Größen können dabei als Messgrößen vorliegen und von der Ein-/Ausgabeeinheit E/A eingelesen werden oder als vorab eingespeicherte empirisch ermittelte Werte in der Speichereinheit SP zur Verfügung stehen.In order to improve the reliability and accuracy of the center of gravity S calculated in this way, a smoothing or filtering of the detected pressure value p Z can be provided. Additionally or alternatively, an averaging over several cycles and / or multiple combustion chambers may be provided. For the calculations of the combustion process dQ / dφ = f (φ), it is advantageous if the cylinder charge in terms of fresh air mass, residual gas mass, exhaust gas recirculation and possibly other factors such as wall heat losses, leakage and the like are taken into account. The variables mentioned can be present as measured variables and can be read in by the input / output unit I / O or can be made available as pre-stored empirically determined values in the memory unit SP.
Als weitere Methode zur Ermittlung der Schwerpunktlage S der Kraftstoffverbrennung kann alternativ oder zusätzlich eine Berechnung auf der Basis eines in der Speichereinheit SP abgelegten empirischen Modells oder eines phänomenologischen Modells vorgesehen sein. Dabei wird bei einem empirischen Modell der Brennverlauf dQ/dϕ = f(ϕ) mittels einer mathematischen Funktion aus aktuellen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt.When Another method for determining the center of gravity S of fuel combustion may alternatively or additionally a calculation based on an empirical stored in the memory unit SP Model or a phenomenological Model be provided. This is done in an empirical model the combustion process dQ / dφ = f (φ) by means of a mathematical Function from current operating variables of the internal combustion engine determined.
Was
ein gegebenenfalls eingesetztes empirisches Modell betrifft, so
werden hier Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine über
eine mathematische Funktion miteinander verknüpft und ergeben einen modellierten
Brennverlauf dQ/dϕ = f(ϕ), der graphisch als Polygonzug
entsprechend dem in
Was
ein gegebenenfalls eingesetztes phänomenologisches Modell betrifft,
so sind eine Vielzahl von Modellen bekannt, die im wesentlichen
auf einer physikalisch-chemischen Beschreibung des Brennverlaufs,
gegebenenfalls unter besonderer Berücksichtigung des Einspritzverlaufs
beruhen. Für
ein entsprechendes Modell betreffende Einzelheiten wird beispielhaft
auf den Fachaufsatz von Chmela, F., Orthaber, G., Schuster, W.:
Die
Vorausberechnung des Brennverlaufs von Dieselmotoren mit direkter
Einspritzung auf Basis des Einspritzveraaufs, MTZ 59, Nr. 7/8, 1998
verwiesen.As regards a possibly used phenomenological model, a large number of models are known, which are based essentially on a physico-chemical description of the combustion process, optionally with special consideration of the course of the injection. Details relevant to a corresponding model are given by way of example in the technical paper by Chmela, F., Orthaber, G., Schuster, W .:
The forecast of the combustion history of diesel engines with direct injection based on the Einspritzveraaufs, MTZ 59, No. 7/8, 1998 directed.
In den genannten Fällen wird jeweils ebenfalls der Brennverlauf bzw. ein Ersatzbrennverlauf dQ/dϕ = f(ϕ) ermittelt, aus welchem sich gemäß den Erläuterungen zur Druckverlaufsanalyse die Schwerpunktlage S der Kraftstoffverbrennung ergibt.In the cases mentioned in each case also the combustion process or a replacement combustion process dQ / dφ = f (φ) is determined, from which according to the explanations to the pressure curve analysis the center of gravity S of fuel combustion results.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Ermittlung wenigstens eines Rußemissionswertes beruht auf der Annahme, dass die Rußemission sich im wesentlichen aus einer zweifachen Abhängigkeit von der Schwerpunktlage S der Kraftstoffverbrennung einerseits und vom Einspritzdruck andererseits ermitteln lässt. Eine solche Abhängigkeit konnte experimentell bestätigt werden und wird bevorzugt vorab empirisch ermittelt und in der Speichereinheit SP in Form geeigneter Kennfelder hinterlegt.The inventive approach for determining at least one soot emission value is based on the assumption that the soot emission essentially two times depending on the center of gravity S of the fuel combustion on the one hand and the injection pressure on the other hand determine leaves. Such a dependence could be confirmed experimentally are and will preferably be determined in advance empirically and in the memory unit SP deposited in the form of suitable maps.
In
Beim
Betrieb der Brennkraftmaschine wird von der Emissionsermittlungseinrichtung
Es
ist vorgesehen, dass von der Emissionsermittlungseinrichtung
Es
konnte weiterhin ermittelt werden, dass auch die Emission von unverbrannten
Kohlenwasserstoffen maßgeblich
von der Schwerpunktlage S der Kraftstoffverbrennung einerseits und
vom Einspritzdruck pE andererseits abhängt. In
Es versteht sich, dass die hier lediglich beispielhaft in Gramm je Arbeitsspiel Asp angegebenen Emissionswerte auch durch andere Einheiten ausgedrückt werden können, wobei die grundsätzlichen Abhängigkeiten unverändert bleiben. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Emissionswerte der gasförmigen Emissionen Stickoxid NOx und unverbrannte uHC in Volumenanteilen des Abgases insgesamt ermittelt werden.It It goes without saying that these are only examples in grams Working cycle Asp indicated emission values also by other units expressed can be being the basic dependencies unchanged stay. In particular, it can be provided that the emission values the gaseous Emissions of nitrogen oxide NOx and unburned uHC in volume fractions of the exhaust gas are determined in total.
Die
von einer Brennkraftmaschine emittierten Partikel bestehen im allgemeinen
aus Rußpartikeln,
an welche sich unverbrannte Kohlenwasserstoffe angelagert haben.
Zur Abschätzung
einer Partikelemission ist es daher vorgesehen, aus dem Rußemissionswert
und dem Emissionswert unverbrannter Kohlenwassonerstoffe einen,
vorzugsweise massenbezogen Partikelemissionswert zu ermitteln. Hierfür können beispielsweise
ebenfalls vorab empirisch ermittelte Kennfelder in der Speichereinheit
SP abgelegt sein. In diesen sind vorzugsweise für verschiedene Betriebspunkte
der Brennkraftmaschine entsprechend gewichtete Summenwerte aus Rußemission
und Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe abgelegt. Von der
Emissionsermittlungseinrichtung
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
den nicht unerheblichen Einfluss der Abgasrückführmenge bzw. der Abgasrückführrate auf
die Emissionswerte zu berücksichtigen.
Hierfür
werden bevorzugt Kennfeldsätze
analog den in den
Wie
aus den Kennfeldern der
Die
Erfindung erlaubt somit die Ermittlung der wesentlichen Emissionswerte
(Ruß,
Partikel, Stickoxid und/oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe) einer
Brennkraftmaschine. Die in Kennfeldern oder Rechenmodellen in der
Speichereinheit SP der Ermissionsermittlungseinrichtung
Durch
eine andauernde Erfassung des Verhältniswerts aus Stickoxidemission
und Rußemisson und/oder
Partikelemission kann eine beispielsweise verschleißbedingte Änderung
von Motorbetriebsparamtern beurteilt werden oder umgekehrt auf eingetretene Änderungen
von Motorbetriebsparametern korrigierend Einfluss genommen werden,
so dass die Reinigungsfunktion einer Abgasreinigungsanlage weitgehend
erhalten bleibt. In diesem Zusammenhang ist eine Vernetzung der
Emissionsermittlungseinrichtung
Wird
umgekehrt von der Onboard-Diagnoseeinrichtung für eine Abgasnachbehandlungskomponente
eine Fehlfunktion gemeldet, so kann als gegensteuernde Maßnahme von
der Emissionsermittlungseinrichtung
Claims (17)
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| DE200510017348 DE102005017348A1 (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | An injection internal combustion engine and method for determining an emission value of an injection internal combustion engine |
| EP06007772A EP1712763A1 (en) | 2005-04-15 | 2006-04-13 | Apparatus and method to determine an emission value of a fuel injection engine |
Applications Claiming Priority (1)
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