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DE10316062A1 - System zum Abschätzen des Nox-Gehalts des von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases - Google Patents

System zum Abschätzen des Nox-Gehalts des von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases

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DE10316062A1
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exhaust gas
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John F Wright
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Original Assignee
Cummins Inc
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Abstract

Ein System zum Abschätzen des NOx-Gehalts des von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases umfasst einen Steuercomputer, der betriebsfähig ist, um eine Abgastemperatur zu schätzen, die einer Temperatur des von dem Motor erzeugten Abgases entspricht, um einen EGR-Anteil zu bestimmen, der einer anteiligen Menge rückgeführten Abgases entspricht, das in einer dem Motor zugeführten Gascharge vorhanden ist, und um einen Emissionsindex als Funktion der Abgastemperatur und des EGR-Anteils zu schätzen, der einer bezüglich einer Kraftstoffrate normalisierten, massebasierten NOx-Konzentration des von dem Motor erzeugten Abgases entspricht. Ferner ist der Steuercomputer betriebsfähig, um eine Massenstromrate von Frischluft, die in den Ansaugkrümmer eintritt, und eine Kraftstoffmassenstromrate zu bestimmen und den NOx-Gehalt pro Volumen des von dem Motor erzeugten Abgases als Funktion eines Chargenmassenstromwerts, des Kraftstoffmassenstromwerts und des Emissionsindexwerts zu schätzen.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme zum Bestimmen des NOx- Gehalts des von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases und insbesondere solche Systeme zum Abschätzen der NOx-Produktion als Funktion eines oder mehrerer Motorbetriebszustände.
    • Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
  • Bei einer Verbrennung in einer Umgebung mit Sauerstoffüberschuss steigen die Verbrennungsspitzentemperaturen an, was zur Bildung unerwünschter Emissionen führt, wie z. B. Stickoxiden (NOx). Dieses Problem wird durch die Verwendung von Turboladern verstärkt, die die Masse des Frischluftzustroms erhöhen und somit die Konzentrationen von Sauerstoff und Stickstoff vergrößern, die in der Verbrennungskammer vorhanden sind, wenn Temperaturen während oder nach dem Verbrennungsvorgang hoch sind.
  • Ein bekanntes Verfahren, um unerwünschte Emissionen, wie z. B. NOx, zu reduzieren, umfasst ein Einbringen chemisch inerter Gase in den Frischluftzustrom zur nachfolgenden Verbrennung. Indem auf diese Weise die Sauerstoffkonzentration der resultierenden, zu verbrennenden Charge reduziert wird, brennt der Kraftstoff langsamer und die Verbrennungsspitzentemperaturen werden entsprechend abgesenkt, wodurch die Produktion von NE» vermindert wird. In einer Verbrennungsmotorumgebung sind solche chemisch inerten Gase ohne weiteres reichlich in Form von Abgasen vorhanden und ein bekanntes Verfahren, um das vorstehende Ergebnis zu erreichen, besteht darin, ein sogenanntes Abgasrückführ-(EGR; engl.: exhaust gas recirculation)-System zu verwenden, das Abgase von dem Abgaskrümmer in den Frischluftstrom, der zur Drosselklappe fließt, gesteuert einzubringen, d. h. Abgas gesteuert in den Ansaugkrümmer zurückzuführen. Durch die Verwendung eines On-Board- Mikroprozessors wird die Steuerung des EGR-Ventils typischerweise als Funktion von Informationen durchgeführt, die von einer Anzahl Motorbetriebssensoren geliefert werden.
  • Obwohl EGR-Systeme des vorherigen Typs im Allgemeinen unerwünschte, aus dem Verbrennungsprozess resultierende Emissionen wirksam reduzieren, wird dadurch ein Nachteil in Form eines Verlusts an Motorwirkungsgrad in Kauf genommen. Daher liegt bei typischen Motorsteuerstrategien ein Kompromiss zwischen dem Pegel einer NOx-Produktion und dem Motorbetriebswirkungsgrad vor, und Schwierigkeiten, die mit der Behandlung dieses Kompromisses verbunden sind, wurden in hohem Maß durch die zunehmend strengeren Anforderungen von regierungsseitig vorgegebenen Emissionsstandards verstärkt.
  • Um die diametral entgegengesetzten Ziele zu erreichen, die Produktion von NOx- Emissionen auf ein akzeptabel niedriges Niveau zu begrenzen und zugleich den Motorbetriebswirkungsgrad unter einer Vielzahl von Lastzuständen zu maximieren, muss ein großer Aufwand dahingehend getrieben werden, mit einem hohen Grad an Genauigkeit die korrekten Anteile von Luft, Brennstoff und Abgas zu bestimmen, die die Verbrennungscharge bilden. Zu diesem Zweck müssen daher genaue Echtzeit-Werte einer Anzahl EGR-System bezogener Betriebsparameter, vorzugsweise bei niedrigen Kosten, erhalten werden. Steuerstrategien müssen dann entwickelt werden, um derartige Informationen beim genauen Steuern des Motors, des EGR-Systems und/oder des Turboladers zu verwenden. Sind derartige Steuerungen installiert, ist es ferner wünschenswert, die Menge des von dem Motor produzierten NOx zu berechnen oder abzuschätzen, um sowohl die Übereinstimmung mit vorgegebenen Emissionsstandards zu überwachen und auch möglicherweise als Steuereingabe für das Luftzufuhrsteuersystem.
  • Die vorliegende Erfindung ist dementsprechend auf Techniken zum Abschätzen der NOX Produktion eines Verbrennungsmotors in Echtzeit gerichtet.
  • Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlicher.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Systems zum Abschätzen des NOx-Gehalts des von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases.
  • Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Konfiguration des Steuercomputers aus Fig. 1 zum erfindungsgemäßen Schätzen der NOX Produktion veranschaulicht.
  • Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Fluss- und Abgastemperaturbestimmungsblocks aus Fig. 2 veranschaulicht.
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des NOx- Bestimmungsblocks aus Fig. 2 gemäss der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Software- Algorithmus zum erfindungsgemäßen Abschätzen der NOx-Produktion veranschaulicht.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu erleichtern, wird nun auf eine Anzahl bevorzugter Ausführungsformen Bezug genommen, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind, wobei Fachbegriffe verwendet werden, um diese zu beschreiben. Nichtsdestotrotz ist es verständlich, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Abwandlungen und weitere Modifikationen bei den dargestellten Ausführungsformen und solche weitere Anwendungen der hier veranschaulichten Prinzipien der Erfindung, wie sie normalerweise ein Fachmann auf dem Gebiet; das die Erfindung betrifft, vornehmen würde, eingeschlossen sind.
  • Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 10 zum Abschätzen des NOx Gehalts des von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases gezeigt. Das System 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12 mit einem Ansaugkrümmer 14, der fluidisch mit einem Auslass eines Kompressors 16 eines Turboladers 18 über eine Ansaugleitung 20 verbunden ist, wobei der Kompressor 16 einen Kompressoreinlass aufweist, der mit einer Ansaugleitung 22 verbunden ist, um von dieser Frischluft zu erhalten. Wie in Fig. 1 in Durchsicht gezeigt, kann das System 10 optional einen Ansaugluftkühler 24 bekannter Bauform umfassen, der in Reihe mit der Ansaugleitung 20 zwischen dem Turboladerkompressor 16 und dem Ansaugkrümmer 14 geschaltet ist. Der Turboladerkompressor 16 ist über eine Antriebswelle 28 mechanisch mit einer Turboladerturbine 26 verbunden, wobei die Turbine 26 einen Turbineneinlass, der über eine Abgasleitung 32 in Fluidverbindung mit einem Abgaskrümmer 30 des Motors 12 steht, und ferner einen Turbinenauslass umfasst, der über eine Abstromleitung 34 in Fluidverbindung mit der Umgebung steht. Ein EGR-Ventil 38 ist in Reihe mit einer EGR-Leitung 36 angeordnet, die an einem Ende mit der Ansaugleitung 20 und an einem gegenüberliegenden Ende mit der Abgasleitung 32 in Fluidverbindung steht, wobei, wie in Durchsicht in Fig. 1 gezeigt, optional ein EGR-Kühler 40 bekannter Bauart in Reihe mit der EGR-Leitung 36 zwischen dem EGR-Ventil 38 und der Ansaugleitung 20 angeordnet sein kann.
  • Das System 10 umfasst einen Steuercomputer 24, der vorzugsweise mikroprozessorbasiert und allgemein dazu in der Lage ist, den Gesamtbetrieb des Motors 12 zu steuern und zu bewerkstelligen. Der Steuercomputer 42 umfasst eine Speichereinheit 45 sowie eine Anzahl von Eingängen und Ausgängen zur Verbindung mit verschiedenen Sensoren und Systemen, die mit dem Motor 12 verbunden sind. Der Steuercomputer 42 kann öei einer Ausführungsform eine bekannte Steuereinheit sein, die manchmal als Elektronik- oder Motorsteuermodul (ECM; engl.: electronic or engine control module), Elektronik- oder Motorsteuereinheit (ECU; engl.: electronic or engine control unit) oder dergleichen bezeichnet wird, oder kann alternativ ein Steuerschaltkreis sein, der wie im Folgenden beschrieben betrieben werden kann. Jedenfalls umfasst der Steuercomputer 42 vorzugsweise, wie im Folgenden detaillierter beschrieben, einen oder mehrere Steueralgorithmen, um einen Betriebszustand des Motors 12 zu steuern.
  • Der Steuercomputer 42 umfasst eine Anzahl von Eingängen, um von verschiedenen, dem System 10 zugeordneten Sensoren oder Messsystemen Signale zu empfangen. Beispielsweise umfasst das System 10 einen Motordrehzahlsensor 44, der mit einem Motordrehzahleingang ES des Steuercomputers 42 über einen Signalweg 46 elektrisch verbunden ist. Der Motordrehzahlsensor 44 kann die Drehzahl des Motors 12 erfassen und ein Motordrehzahlsignal auf dem Signalweg 46 erzeugen, das die Motordrehzahl angibt. Bei einer Ausführungsform ist der Sensor 44 ein Hall-Effekt- Sensor, der die Motordrehzahl bestimmt, indem das Passieren einer Anzahl in gleichen Winkeln beabstandeter Zähne an diesem vorbei erfasst wird, die an einem Zahn- oder Resolverrad ausgebildet sind. Alternativ kann der Motordrehzahlsensor 44 ein anderer bekannter Sensor sein, der wie gerade beschrieben betriebsfähig ist, einschließlich, aber ohne darauf begrenzt zu sein, eines Sensors variabler Reluktanz oder dergleichen.
  • Das System 10 umfasst ferner einen Ansaugkrümmertemperatursensor 48, der in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer 14 des Motors 12 angeordnet und über einen Signalweg 50 mit einem Ansaugkrümmertemperatureingang (IMT; engl.: intake manifold temperature) des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist. Der Ansaugkrümmertemperatursensor 48 kann von bekannter Bauart sein und auf dem Signalweg 50 ein Temperatursignal erzeugen, das die Temperatur einer Gascharge angibt, die in den Ansaugkrümmer 14 strömt, wobei die in den Ansaugkrümmer 14 strömende Luftcharge im Allgemeinen aus von dem Turboladerkompressor 16 gelieferter Frischluft kombiniert mit zurückgeführter, von dem EGR-Ventil 38 gelieferten Abgases gebildet wird.
  • Das System 10 umfasst ferner einen Ansaugkrümmerdrucksensor 52, der in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer 14 angeordnet und über einen Signalweg 54 mit einem Ansaugkrümmerdruckeingang (IMP; engl.: intake manifold pressure) des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist. Alternativ kann der Drucksensor 52 in Fluidverbindung mit der Ansaugleitung 20 angeordnet sein. Der Drucksensor 42 kann in jedem Fall von bekannter Bauform sein und auf dem Signalweg 54 ein Drucksignal erzeugen, das den Gasdruck in der Ansaugleitung 20 und dem Ansaugkrümmer 14 angibt.
  • Das System 10 umfasst ferner einen Differenzdrucksensor oder ΔP-Sensor 56, der an einem Ende über eine Leitung 60 in Fluidverbindung mit der EGR-Leitung 36 benachbart zu einem Abgaseinlass des EGR-Ventils 38 steht und an seinem gegenüberliegenden Ende über eine Leitung 58 in Fluidverbindung mit der EGR-Leitung 36 benachbart zu einem Abgasauslass des EGR-Ventils 38 steht. Alternativ kann der ΔP- Sensor 56 über einem anderen Mechanismus zur Flussbegrenzung angeschlossen sein, der in Reihe mit der EGR-Leitung 36 verbunden sein. Der ΔP-Sensor 56 kann in jedem Fall von bekannter Bauform sein und ist über einen Signalweg 62 mit einem ΔP-Eingang des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden. Der ΔP-Sensor 62 kann auf dem Signalweg 62 ein Differenzdrucksignal bereitstellen, das die Druckdifferenz über dem EGR-Ventil 38 oder einem anderen Mechanismus zur Flussbegrenzung angibt, der in Reihe mit der EGR-Leitung 36 angeordnet ist.
  • Wie in Durchsicht in Fig. 1 gezeigt, kann das System 10 optional einen ersten Luftmassenstromsensor 76 umfassen, der in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer 14 angeordnet und über einen Signalweg 78 mit einem Chargenmassenstromeingang (CMF; engl.: charge mass llow rate) des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist. Alternativ kann der Luftmassenstromsensor 76 in Fluidverbindung mit der Ansaugleitung 20 stromabwärts der EGR-Leitung 36 angeordnet sein. Der Luftmassenstromsensor 76 kann in jedem Fall von bekannter Bauform sein und auf dem Signalweg 54 ein Luftmassenstromsignal erzeugen, das die Massenstromrate einer in den Ansaugkrümmer 14 eintretenden Gascharge angibt, wobei die Gascharge, die in den Ansaugkrümmer 14 strömt, im Allgemeinen aus frischer, von dem Turboladerkompressor 16 gelieferter Luft kombiniert mit rückgeführtem, von dem EGR-Ventil 38 geliefertem Abgas gebildet ist.
  • Das System 10 kann ferner optional einen Motorabgastemperatursensor 80 umfassen, der in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 32 angeordnet und, wie in Durchsicht in Fig. 1 gezeigt, über einen Signalweg 82 mit einem Motorabgastemperatureingang (ET; engl.: engine exhaust temperature) des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist. Alternativ kann der Temperatursensor 80 in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer 14 angeordnet sein. Der Motorabgastemperatursensor 80 kann in jedem Fall von bekannter Bauform sein und auf dem Signalweg 82 ein Temperatursignal erzeugen, das die Temperatur von dem Motor 12 erzeugten Abgases angibt. Optional kann das System 10 ferner einen Massenstromsensor 84 umfassen, der in Fluidverbindung mit der EGR-Leitung 36 angeordnet und, wie in Durchsicht in Fig. 1 gezeigt, über einen Signalweg 84 mit einem EGR-Massenstromeingang (EGRMF; engl.: EGR mass flow rate) des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist. Der Sensor 84 kann auf jeder Seite des EGR-Ventils 38 angeordnet sein, wobei der Massenstromsensor 84 in jedem Fall von bekannter Bauform sein und auf dem Signalweg 86 ein Massenstromsignal erzeugen kann, das die Massenstromrate von rückgeführten Abgases angibt, das durch die EGR-Leitung 36 fließt.
  • Optional kann das System 10 ferner einen weiteren Gasmassenstromsensor 88 umfassen, der in Fluidverbindung mit der Ansaugleitung 22 angeordnet, und wie in Durchsicht in Fig. 1 gezeigt, über einen Signalweg 90 mit einem Frischluftmassenstromeingang (FAMF; engl.: fresh air mass 110w rate) des Steuercomputers 42 verbunden ist. Alternativ kann der Sensor 88 in Fluidverbindung mit der Ansaugleitung 20 stromaufwärts der Verbindung der Ansaugleitung 20 mit der EGR-Leitung 36 angeordnet sein. In jedem Fall kann der Sensor 88 auf dem Signalweg 90 ein Gasmassenstromsignal erzeugen, das die Massenstromrate von Frischluft angibt, die durch die Ansaugleitungen 20 und 22 fließt.
  • Der Steuercomputer 42 umfasst auch eine Anzahl von Ausgängen, um eine oder mehrere, dem System 10 zugeordnete Motorfunktionen zu steuern. Beispielsweise umfasst das EGR-Ventil 38 einen EGR-Ventilaktuator 64, der über einen Signalweg 66 mit einem EGR-Ventilsteuerausgang (EGRC; engl.: EGR valve control) des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist. Der Steuercomputer 42 kann, wie auf dem Gebiet bekannt, auf dem Signalweg 66 ein EGR-Ventilsteuersignal erzeugen, um dadurch die Position des EGR-Ventils 38 relativ zu einer Referenzposition zu steuern. Dementsprechend kann der Steuercomputer 42 das EGR-Ventil 38 steuern, um selektiv für einen Fluss rückgeführten Abgases von dem Abgaskrümmer 30 zu dem Ansaugkrümmer 14 zu sorgen. Das EGR-Ventil 38 umfasst ferner einen EGR- Ventilaktuatorpositonssensor 68, der über einen Signalweg 70 mit einem EGR- Positionseingang (EGRP; engl.: EGR position input) des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist. Der Positionssensor 68 kann von bekannter Bauform sein und auf dem Signalweg 70 ein Positionssignal erzeugen, das die Position des EGR- Ventilaktuators 64 relativ zu einer Referenzposition angibt.
  • Das System 10 umfasst ferner ein Kraftstoffsystem 72, das über einen Signalweg 74 mit einem Kraftstoffsteuerbefehlsausgang (FC; engl.: fuel command) des Steuercomputers 42 elektrisch verbunden ist. Das Kraftstoffsystem 42 spricht auf Kraftstoffzufuhrsteuerbefehle an, die von dem Steuercomputer 42 auf dem Signalweg 74 erzeugt werden, um Kraftstoff dem Motor 12 zuzuführen, wobei der Steuercomputer 42 derartige Kraftstoffzufuhrsteuerbefehle in einer auf dem Gebiet bekannten Weise erzeugen kann.
  • Bezugnehmend auf Fig. 2 ist ein Blockdiagramm gezeigt, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Teils des Steuercomputers 42 aus Fig. 1 veranschaulicht, der konfiguriert ist, um gemäss der vorliegenden Erfindung die NOx Produktion abzuschätzen. Der Steuercomputer 42 umfasst einen Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 102, der über den Signalweg 46 von dem Motordrehzahlsensor 44 das Motordrehzahlsignal ES sowie eine Anzahl zusätzlicher Eingangssignale erhält. Der Block 102 spricht auf das Es-Signal auf dem Signalweg 46 sowie auf ein oder mehrere der zusätzlichen Signale an, um einen Kraftstoffzufuhrsteuerbefehl (FC; engl.: fueling command) gemäss auf dem Gebiet bekannter Verfahren als Funktion eines Kraftstoffmassenstrom-(Kraftstofffluss)-Werts FF (engl.: fuel flow rate or fuel flow) und eines Kraftstoffinjektionsbeginnzeitpunktwerts SOI (engl.: start-off-fuel injection) zu berechnen. Der Kraftstoffzufuhrsteuerbefehl FC wird dann von dem Block 102 auf dem Signalweg 74 bereitgestellt, wobei das Kraftstoffzufuhrsystem 72 auf die von dem Block 102 erzeugten Kraftstoffzufuhrsteuerbefehle anspricht, um Kraftstoff dem Motor 12 zuzuführen.
  • Der Steuercomputer 42 umfasst ferner einen Fluss- und Abgastemperaturbestimmungsblock 100, der an Eingängen SOI bzw. F die Injektionsbeginn- und Kraftstoffflusswerte SOI bzw. FF erhält. Zusätzlich erhält der Block 100 als Eingaben das Druckdifferenzsignal ΔP auf dem Signalweg 62, das Ansaugkrümmertemperatursignal IMT auf dem Signalweg 50, das Ansaugkrümmerdrucksignal IMP auf dem Signalweg 54, das EGR-Ventilpositionssignal EGRP auf dem Signalweg 70 und das Motordrehzahlsignal ES auf dem Signalweg 46. Der Block 100 ist, wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 detaillierter beschrieben, betriebsfähig, um als Funktion verschiedener Kombinationen der Eingangssignale des Blocks 100 einen Chargenflusswert CF (engl.: charge flow), der der Massenstromrate der Gascharge (Kombination von von dem Kompressor 16 gelieferter frischer Luft und von von dem EGR-Ventil 38 geliefertem, rückgeführtem Abgas) entspricht, die in den Ansaugkrümmer 14 eintritt, einen EGR- Flusswert EGRF, der der Massenstromrate von rückgeführtem, durch die EGR-Leitung 36 fließendem Gas entspricht, und einen Motorabgastemperaturwert Tex abzuschätzen, der der Temperatur von dem Motor erzeugten Abgases entspricht.
  • Der Steuercomputer 42 umfasst ferner einen Arithmetikblock 104 mit einem Multiplikationseingang, der den EGR-Flusswert EGRF vom Block 100 erhält, und einem Divisionseingang, der den Chargenflusswert CF vom Block 100 erhält. Alternativ kann, wie in Durchsicht in Fig. 1 gezeigt, der Arithmetikblock 104 die EGR- Massenstrominformationen unmittelbar von dem Massenstromsensor 84 über den Signalweg 86 erhalten und/oder kann auch die Chargenmassenstrominformation unmittelbar von dem Massenstromsensor 76 über den Signalweg 78 erhalten. Bei derartigen Ausführungsformen können die Teile des Fluss- und Abgastemperaturbestimmungsblocks 100, die den EGR-Flusswert EGRF und/oder den Chargenflusswert CF schätzen, weggelassen werden. In jedem Fall ist der Arithmetikblock 104 betriebsfähig, um als eine Ausgabe desselben ein Verhältnis der EGR-Massenstromrate und der Chargenflussmassenstromrate zu erzeugen, das dem Anteil rückgeführten Abgases, das in der gesamten, dem Ansaugkrümmer 14 zugeführten Gascharge enthalten ist, oder dem EGR-Anteil (EGRFRAC; engl.: EGR fraction) entspricht. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass für die Ziele der vorliegenden Erfindung andere bekannte Verfahren verwendet werden können, um den EGR-Anteilswert EGRFRAC zu bestimmen. Beispielsweise kann das System 10 einen CO- oder CO2-Sensor umfassen, der von bekannter Bauform und in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer 14 oder der Ansaugleitung 20 stromabwärts der Verbindung der Ansaugleitung 20 mit der EGR-Leitung 36 verbunden ist. Ein solcher CO- oder C02-Sensor kann ein Signal erzeugen, das den CO- oder CO2-Pegel einer Gascharge angibt, die in den Ansaugkrümmer 14 eintritt, wobei derartige Informationen verwendet werden können, um unter Verwendung bekannter Gleichungen den EGR-Anteilswert EGRFRAC zu bestimmen.
  • Der Steuercomputer 42 umfasst ferner einen Arithmetikblock 108 mit einem den EGR-Flusswert EGRF vom Block 100 erhaltenden Additionseingang und einem den Chargenflusswert CF vom Block 100 erhaltenden Subtraktionseingang. Alternativ kann, wie in Durchsicht in Fig. 1 gezeigt, der Arithmetikblock 100 die EGR- Massenstrominformationen unmittelbar von dem Massenstromsensor 84 über den Signalweg 86 erhalten, und/oder kann auch die Chargenmassenstrominformationen unmittelbar von dem Massenstromsensor 76 über den Signalweg 78 erhalten. In jedem Fall ist der Arithmetikblock 108 betriebsfähig, um als Ausgabe desselben einen Frischluftmassenstromwert FAF (engl.: fresh air mass flow rate) als Differenz zwischen dem Chargenflusswert CF und dem EGR-Flusswert EGRF zu erzeugen. Der Frischluftmassenstromwert FAF entspricht der Massenstromrate frischer Luft, die durch die Ansaugleitungen 20 und 22 fließt.
  • Der Steuercomputer 42 umfasst ferner einen NOx-Bestimmungsblock 106, der als Eingaben den von dem Arithmetikblock 104 erzeugten EGR-Anteilswert EGRFRAC, den von dem Block 108 erzeugten Frischluftmassenstromwert FAF (oder das von dem Gasmassenstromsensor 88 bereitgestellte Frischluftmassenstromsignal FAM F (engl.: fresh air mass flow rate)), das von dem Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 102 erzeugte Kraftstoffflussratensignal FF und den von dem Block 100 erzeugten Motorabgastemperaturwert Tex erhält. Alternativ kann, wie in Durchsieht in Fig. 1 gezeigt, der NOx-Bestimmungsblock 106 die Motorabgastemperaturinformationen unmittelbar von dem Abgastemperatursensor 80 über den Signalweg 82 erhalten. Bei derartigen Ausführungsformen kann der Teil des Fluss- und Abgastemperaturbestimmungsblocks 100, der die Motorabgastemperatur Tex schätzt, weggelassen werden. In jedem Fall ist der NOx-Bestimmungsblock 106 betriebsfähig, um die Eingangssignale zu diesem zu verarbeiten und einen sogenannten "Emissionsindex" FSNOx, der einer bezüglich einer Kraftstoffrate normalisierten, massebasierten NOx- Konzentration (z. B. in Gramm NOx pro Kilogramm Kraftstoff) des von dem Motor 12 produzierten Abgases entspricht, und einen NOx-Gehalt pro Volumen (z. B. in Teilchen pro Million oder ppm) PPMNOx auf eine Weise zu schätzen, die im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 detailliert beschrieben wird.
  • Bei einer Ausführungsform ist der NOx-Bestimmungsblock 106 betriebsfähig, um in einer Form den PPMNOx-Wert und optional den FSNOx-Wert in der Speichereinheit 45 zu speichern. Bei einer Implementierung umfasst die Speichereinheit 45 z. B. einen Puffer vordefinierter Stichprobenlänge N, der betriebsfähig ist, um darin die neuesten N-Stichproben zu speichern. In diesem Fall können die effektiven NOx-Werte PPMNOx und/oder FSNOx als laufende Mittelwerte der Information wiedergegeben werden, die in den entsprechenden Puffern enthalten sind. Fachleute auf dem Gebiet werden andere bekannte Strategien erkennen, um die Komplexität beim Speichern der PPMNOx- und/oder FSNOx-Werte zu variieren, und/oder um tatsächliche oder laufende PPMNOx- und/oder FSNOx-Mittelwerte zu berechnen, wobei es beabsichtigt ist, dass derartige Strategien in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
  • Bezugnehmend auf Fig. 3 ist ein Blockdiagramm gezeigt, das eine bevorzugte Ausführungsform des Fluss- und Abgastemperaturbestimmungsblocks 100 von Fig. 2 veranschaulicht. Der Block 100 umfasst einen Chargenflussbestimmungsblock 110, der als Eingaben das Druckdifferenzsignal ΔP, das Motordrehzahlsignal Es, das Ansaugkrümmerdrucksignal IMP und das Ansaugkrümmertemperatursignal IMT erhält und den Chargenflusswert CF erzeugt, der einer Schätzung der Massenstromrate einer Gascharge entspricht, die in den Ansaugkrümmer 14 eintritt; als Funktion der verschiedenen Eingangssignale zu dem Block 110.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Chargenflussbestimmungsblock 110 betriebsfähig, um eine Schätzung eines Chargenflusses CF zu berechnen, indem zuerst der volumetrische Wirkungsgrad (ηv) des Chargenansaugsystems geschätzt und dann CF als Funktion von ηv unter Verwendung einer herkömmlichen Drehzahl/Dichtegleichung berechnet wird. Jedes bekannte Verfahren zum Schätzen von ηv kann verwendet werden, wobei bei einer bevorzugten Ausführungsform Uv vom Block 110 gemäss einer bekannten Taylor-Machzahl-basierten-volumetrischen Wirkungsgradgleichung berechnet wird, die gegeben ist als:

    ηv = A1.{(Bore/D2.(stroke.ES)B/sqrt(γ.R.IMT).[(1 + EP/IMP) + A2]} + A3 (1),

    wobei A1, A2, A3 und B alle kalibrierbare Parameter sind, die vorzugsweise basierend auf abgebildeten Motordaten an die volumetrische Wirkungsgradgleichung angepasst sind,
    Bore die Ansaugventilbohrungslänge ist,
    D der Ansaugventildurchmesser ist,
    stroke die Kolbenhublänge ist, wobei Bore, D und stroke von der Motorgeometrie abhängen,
    γ und R bekannte Konstanten sind (z. B. γ.R = 387,414 J/kg/deg K),
    ES die Motordrehzahl ist,
    IMP der Ansaugkrümmerdruck ist,
    EP der Abgasdruck ist, wobei EP = IMP + ΔP, und
    IMT die Ansaugkrümmertemperatur ist.
  • Mit dem gemäss der vorherigen Gleichung geschätzten volumetrischen Wirkungsgradwert ηv wird der Chargenflusswert CF vorzugsweise gemäss der Gleichung berechnet:

    CF = ηv.VDIS.ES.IMP/(2.R.IMT) (2),

    wobei
    ηv der geschätzte volumetrische Wirkungsgrad ist,
    VDIS der Motorhubraum ist und im AI'Igemeinen von der Motorgeometrie abhängt,
    ES die Motordrehzahl ist,
    IMP der Ansaugkrümmerdruck ist,
    R eine bekannte Gaskonstante ist (z. B. R = 53,3 ft-lbf/lbm °R oder R = 287 J/Kg °K),
    und
    IMP die Ansaugkrümmertemperatur ist.
  • Der Block 100 umfasst ferner einen Abgastemperaturbestimmungsblock 112, der als Eingaben das Motordrehzahlsignal Es, das Ansaugkrümmerdrucksignal IMP und das Ansaugkrümmertemperatursignal IMT sowie den von dem Block 110 erzeugten Chargenflusswert CF (oder den von dem Sensor 76 erzeugten Chargenmassenstromwert) und die von dem Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 102 erzeugten SOI- und FF- Werte erhält und den Motorabgastemperaturwert TEX erzeugt, der einer Schätzung der Temperatur von dem Motor 12 erzeugten Abgases entspricht. Bei einer Ausführungsform ist der Motorabgastemperaturbestimmungsblock 112 betriebsfähig, um eine Abschätzung der Motorabgastemperatur TEX gemäss dem Modell zu berechnen:

    TEX = IMT + [(A.ES) + (B.IMP) + (C.SOI) + D)][(LHV.FF)/CF] (3),

    wobei A, B, C und D Modellkonstanten sind und LHV ein unterer Heizwert des Kraftstoffes ist, der eine von dem von dem Motor 12 verwendeten Kraftstofftyp abhängende bekannte Konstante ist. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Motorabgastemperaturbestimmungsblock 112 betriebsfähig, um die Motorabgastemperaturschätzung TEX gemäss dem Modell zu berechnen:

    TEX = IMT + A + (B.SOI) + C/(CF/FF) + (D.SOI)/ES + E/[(ES.CF)/FF] (4),

    wobei A, B, C, D und E Modellkonstanten sind. Weitere Einzelheiten, die beide der durch die Gleichungen (3) und (4) wiedergegebenen Motorabgastemperaturmodelle betreffen, sind in der gleichzeitig anhängigen U.S.-Patentanmeldung mit der Nummer 09/774,664 mit dem Titel SYSTEM FOR ESTLMATING ENGINE EXHAUST TEMPERA- TURE bereitgestellt, die dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen und auf deren Offenbarung hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Der Block 100 umfasst ferner einen EGR-Flussbestimmungsblock 114, der als Eingaben das Druckdifferenzsignal ΔP, das Ansaugkrümmerdrucksignal IMP, den von dem Block 112 erzeugten Motorabgastemperaturwert TEX (oder das von dem Sensor 80 bereitgestellte Abgastemperatursignal) und einen von einem Effektivflussbereichbestimmungsblock 116 erzeugten Effektivflussbereichswert EFA (engl.: effective flow area) erhält. Bei einer Ausführungsform erhält der Effektivflussbereichbestimmungsblock 116 als Eingabe das EGR-Ventilpositionssignal EGRP und erzeugt eine Effektivfl'ussbereichsausgabe EFA, die dem effektiven Flussbereich der EGR-Leitung 36 entspricht, wobei EFA bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform durch den Querschnittsflussbereich des EGR-Ventils 38 definiert ist. Der Block 116 kann eine oder mehrere Gleichungen, grafische Darstellungen und/oder Tabellen enthalten, die eine EGR-Position zu Effektivflussbereichswerten EFA in Beziehung setzt.
  • In jedem Fall ist der EGR-Flussbestimmungsblock 114 betriebsfähig, um den EGR- Flusswert EGRF als Funktion von ΔP, IMP, TEX und EFA zu schätzen. Bei einer Ausführungsform ist der Block 114 betriebsfähig, um EGRF gemäss dem Modell zu schätzen:

    EGRF = EFA.sqrt[|(2.ΔP.IMP)/R.TEX)|] (5),

    wobei R eine, wie hier oben angegebene Gaskonstante ist. Es ist verständlich, dass Gleichung (5) sowie die hier oben beschriebene Berechnung des EGR-Anteilswerts EGRFRAC vereinfachte Näherungen dieser zwei Parameter basierend auf Annahmen einer konstanten Abgastemperatur durch das EGR-Ventil 38 und eines konstanten Flusses von Abgas durch das EGR-Ventil 38 darstellen, wobei Effekte, die aus einer variablen Zeitverzögerung zwischen der Passage rückgeführten Abgases durch das EGR-Ventil 38 und dem Erreichen des entsprechenden EGR-Anteils in den Motorzylindern resultieren, vernachlässigt werden. Weitere Einzelheiten, die Strategien bezüglich derartiger Annahmen betreffen, sind in der gleichzeitig anhängigen U. S. - Patentanmeldung mit der Nummer 09/774,897 mit dem Titel SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING EGR MASS FLOW AND EGR FRACTION beschrieben, die dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Bezugnehmend auf Fig. 4 ist ein Blockdiagramm gezeigt, das eine bevorzugte Ausführungsform des NOx-Bestimmungsblocks 106 von Fig. 2 gemäss der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Block 106 umfasst einen FSNOx-Bestimmungsblock 120, der als Eingaben den von dem Abgastemperaturbestimmungsblock 112 (oder von dem Sensor 80) bereitgestellten Motorabgastemperaturwert TEX und den von dem Arithmetikblock 104 bereitgestellten EGR-Anteilswert EGRFRAC erhält und als Funktionen derselben einen FSNOx-Wert bestimmt, wobei FSNOx einer bezüglich der Kraftstoffrate normalisierten, massebasierten NOx-Konzentration (z. B. in Gramm NOx pro Kilogramm Kraftstoff) des von dem Motor 12 erzeugten Abgases entspricht. Der Block 106 umfasst ferner einen PPMNOx-Bestimmungsblock 122, der als Eingaben den von dem Arithmetikblock 108 (oder von dem Gasmassenstromsensor 88) bereitgestellten Frischluftmassenstromwert FAS, den von dem Kraftstoffzufuhrbestimmungsblock 102 bereitgestellten Kraftstoffflusswert FF und den von dem FSNOx- Bestimmungsblock 120 erzeugten FSNOx-Wert erhält und als Funktion derselben einen PPMNOx-Wert erzeugt, wobei PPMNOx dem NOx-Gehalt pro Volumen des von dem Motor 12 erzeugten Abgases entspricht. Bei einer Ausführungsform werden FSNOx in Einheiten von Gramm NOx pro Kilogramm Kraftstoff und PPMNOx in Einheiten von Teilchen pro Million (PPM) bestimmt, auch wenn es die vorliegende Erfindung vorsieht, derartige Parameter in beliebigen geeigneten Einheiten zu bestimmen.
  • Bezugnehmend auf Fig. 5 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Software-Algorithmus 150 zum Schätzen von FSNOx und PPMNOx gemäss der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei einer Ausführungsform liegt der Algorithmus 150 im Block 106 vor, wobei der FSNOx- Bestimmungsblock 120 betriebsfähig ist, um die ersten drei Schritte des Algorithmus 150 auszuführen, während der PPMNOx-Bestimmungsblock 122 betriebsfähig ist, um die übrigen drei Schritte des Algorithmus 150 auszuführen. In jedem Fall ist der Steuercomputer 42 betriebsfähig, um den Algorithmus 150 auszuführen, der bei Schritt 152 beginnt, wo der Steuercomputer 42 betriebsfähig ist, um die Abgastemperatur TEX zu bestimmen. Bei einer Ausführungsform ist der Steuercomputer 42 betriebsfähig, um durch Schätzen TEX über den Block 112 den Schritt 152 auszuführen, auch wenn es die vorliegende Erfindung vorsieht, dass der Steuercomputer 42 den Schritt 152 alternativ ausführen kann, indem das Temperatursignal auf dem Signalweg 82 überwacht wird. Die Ausführung des Algorithmus geht von Schritt 152 zu Schritt 154 weiter, wo der Steuercomputer 42 betriebsfähig isti, um den EGR-Anteil EGRFRAC zu bestimmen. Bei einer Ausführungsform ist der Steuercomputer 42 betriebsfähig, durch Berechnen von EGRFRAC als Verhältnis des EGR-Flusswerts EGRF (oder der EGR-Massenstromrate EGRMF) und des Chargenflusswerts CF (oder der Chargenmassenstromrafie CMF) den Schritt 154 auszuführen, wobei EGRF, CF, EGRMF und/oder CMF unter Verwendung einer der hier oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden können.
  • Nach dem Schritt 154 geht der Algorithmus 150 zum Schritt 156 weiter, wo der Steuercomputer 42 betriebsfähig ist, um FSNOx als Funktion von TEX und EGRFRAC gemäss dem Modell zu berechnen:
    FSNOx = (A*TEx2+B*TEX+C)*(D*EGRFRAC2+E*EGRFRAC +F) (6), wobei A, B, C, D, E und F Modellkonstanten sind.. Bei einer speziellen Implementierung ist A = -7,29035E-06, B = -1,11227E-01, C = 2,26886E+02, D = 2,51859, E = -1,85085 und F = 3,95463E-01, auch wenn die vorliegende Erfindung andere Werte für diese Konstanten vorsieht.
  • Der Algorithmus 150 geht vom Schritt 156 zum Schritt 158 weiter, wo der Steuercomputer 42 betriebsfähig ist, um den Frischluftmassenstromwert FAF (oder den Frischluftmassensfiromwert FAMf) unter Verwendung einer der hier oben beschriebenen Verfahren zu bestimmen. Danach ist bei Schritt 160 der Steuercomputer 42 betriebsfähig, um den Kraftstoffflusswert FF zu bestimmen, der dem von dem Kraftsfioffzufuhrbestimmungsblock I02 erzeugten Kraftstoffmassenstromwert entspricht. Danach ist der Steuercomputer 42 bei Schritt 162 betriebsfähig, um PPMNOx als Funktion von FFNOx, FAF und FF gemäss dem Modell zu berechnen:
  • PPMNOx = [FF/(FF + FAF)]*1000*FSNOx*MWNOx*MWEX*MWEX/DtoW (7), wobei MWNOx das Molekulargewicht von NOx ist (z. B. 46,01), MWEX das Molekulargewicht von Motorabgas ist (z. B. 28,8), und DtoW ein Trocken-zu-Nass-Verhältnis ist, das als Funktion eines von dem Steuercomputer 42 berechneten, herkömmlichen Gas-Kraftstoff-Verhältniswerts AFR (engl.: air-to-fuel-ratio) berechnet wird. Bei einer Ausführungsform ist DtoW = A x AFR2 + B x AFR + C. Bei einer speziellen Implementierung ist A = -0,00007094, B = 0,006325 und C = 0,8105, auch wenn die vorliegende Erfindung andere Werte für A, B und C vorsieht.
  • Obwohl die Erfindung in den vorherigen Zeichnungen und Beschreibung detailliert veranschaulicht und beschrieben wurde, sind diese lediglich veranschaulichend und nicht restriktiv aufzufassen, wobei es verständlich ist, dass lediglich bevorzugte Ausführungsformen derselben gezeigt und beschrieben wurden und dass alle Änderungen und Modifikationen, die in den Geist der Erfindung fallen, geschützt werden sollen. Beispielsweise wird angenommen, dass, obwohl FSNOx als Funktion von TEx und EGRFRAC bestimmt beschrieben wurde, die Genauigkeit des Modells von Gleichung (6) verbessert werden kann, indem in Gleichung (6) eine Funktion von SOI aufgenommen wird. Es ist jedoch verständlich, dass es vorgesehen ist, dass derartige Modifikationen in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims (20)

1. System zum Abschätzen des NOx-Gehalts von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases, mit:
einer Einrichtung zum Bestimmen einer Abgastemperatur, die der Temperatur des von dem Motor erzeugten Abgases entspricht,
einer Abgasrückführungsstruktur, die konfiguriert ist, um von dem Motor erzeugtes Abgas steuerbar zu einem Ansaugkrümmer des Motors zu führen,
einer Einrichtung zum Bestimmen eines EGR-Anteils, der einer anteiligen Menge rückgeführten Abgases entspricht, das in einer dem Motor zugeführten Gascharge vorhanden ist, und
einem Steuercomputer, der eine bezüglich einer Kraftstoffrate normalisierte, massebaslerte NOx-Konzentration des von dem Motor produzierten Abgases als Funktion der Abgastemperatur und des EGR-Anteils schätzt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuercomputer betriebsfähig ist, um die bezüglich der Kraftstoffrate normalisierte, massebasierte NOx-Konzentration des von dem Motors erzeugten Abgases gemäss der Funktion abzuschätzen:
FSNOx = (A*TExZ + B*TEx + C)* (D*EGRFRAC2 + E*EGRFRAC + F),
wobei FSNOx die bezüglich der Kraftstoffrate normalisierte, massebasierte NOx- Konzentration des von dem Motor erzeugten Abgases ist, T6< die Abgastemperatur ist, EGRFRAC der EGR-Anteil ist und A, B, C, D, E und F Konstanten sind.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführstruktur einen Flussbegrenzungsmechanismus umfasst, der einen in Fluidverbindung mit einem Abgaskrümmer des Motors stehenden Einlass und einen in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer stehenden Auslass aufweist.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bestimmen eines EGR-Anteils, der einer anteiligen Menge rückgeführten Abgases entspricht, das in einer dem Motor zugeführten Gascharge vorhanden ist, umfasst: einen ersten Drucksensor, der ein erstes Drucksignal erzeugt, das einen Gasdruck in dem Ansaugkrümmer angibt, einen zweiten Drucksensor, der ein zweites Drucksignal erzeugt, das eine Druckdifferenz über dem Flussbegrenzungsmechanismus angibt, und eine Einrichtung zum Bestimmen eines effektiven Flussbereichs des Abgases durch die Abgasrückführungsstruktur, und bei dem der Steuercomputer betriebsfähig ist, um den EGR-Anteil als Funktion des ersten Drucksignals, des zweiten Drucksignals, des effektiven Flussbereichs und der Abgastemperatur zu bestimmen.
5. System nach Anspruch 1, mit einem Kraftstoffsystem, das auf ein Kraftstoffzufuhrsignal anspricht, um dem Motor Kraftstoff zuzuführen, und bei dem die Einrichtung zum Bestimmen einer Abgastemperatur, die der Temperatur von dem Motor erzeugten Abgases entspricht, umfasst: einen Temperatursensor, der ein Temperatursignal erzeugt, das eine Gastemperatur in dem Ansaugkrümmer angibt, einen Drucksensor, der ein Drucksignal erzeugt, das einen Gasdruck in dem Ansaugkrümmer angibt, einen Motordrehzahlsensor, der ein Drehzahlsignal erzeugt, das eine Drehzahl des Motors angibt, und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Chargenmassenstromrate, die einer Massenstromrate der d'em Motor zugeführten Gascharge entspricht, und bei dem der Steuercomputer betriebsfähig ist, um das Kraftstoffzufuhrsignal als Funktion einer Kraftstoffmassenstromrate und eines Injektionsbeginnwerts zu erzeugen, wobei der Steuercomputer die Abgastemperatur als Funktion des Temperatursignals, des Drucksignals, des Drehzahlsignals, der Chargenmassenstromrate, der Kraftstoffmassenstrom rate und des Injektionsbeginnswerts bestimmt.
6. System nach Anspruch 1, mit: einer Einrichtung zum Bestimmen einer Frischluftmassenstromrate, die einer Massenstromrate frischer, dem Motor zugeführter Luft entspricht, und einem Kraftstoffsystem, das auf ein Kraftstoffzufuhrsignal anspricht, um dem Motor Kraftstoff zuzuführen, bei dem der Steuercomputer betriebsfähig ist, das Kraftstoffzufuhrsignal als Funktion einer Kraftstoffmassenstromrate zu erzeugen, wobei der Steuercomputer einen NOx-Gehalt pro Volumen von dem Motor erzeugten Abgases als Funktion der bezüglich der Kraftstoffrate normalisierten, massebasierten NOx-Konzentration des von dem Motor erzeugten Abgases, der Frischluftmassenstromrate und der Kraftstoffmassenstromrate schätzt.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuercomputer betriebsfähig ist, um den NOx- Gehalt pro Volumen von dem Motor erzeugten Abgases in Einheiten von Teilchen pro Million abzuschätzen.
8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuercomputer betriebsfähig ist, um den NOx- Gehalt pro Volumen von Abgas gemäß der Funktion abzuschätzen:
NOx~01 = A*FSNOx*B*[FF/(FF + FAF)],
wobei NOx~01 der NOx-Gehalt pro Volumen von dem Motor erzeugten Abgases ist, FSNOx die bezüglich der Kraftstoffrate normalisierte, massebasierte NOx- Konzentration des von dem Motor erzeugten Abgases ist, FF die Kraftstoffmassenstromrate ist, FAF die Frischluftmassenstromrate ist, A eine Konstante ist und B eine Funktion eines Luft-Kraftstoff-Verhältniswertes ist.
9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsstruktur einen Flussbegrenzungsmechanismus umfasst, der einen in Fluidverbindung mit einem Abgaskrümmer des Motors verbundenen Einlass und einen in Fluidverbindung mit dem Ansaugkrümmer verbundenen Auslass aufweist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bestimmen eines EGR-Anteils, der einer anteiligen Menge rückgeführten Abgases entspricht, die in einer dem Motor zugeführten Gascharge vorhanden ist, umfasst: einen ersten Drucksensor, der ein erstes Drucksignal erzeugt, das einen Gasdruck in dem Ansaugkrümmer angibt, einen zweiten Drucksensor, der ein zweites Drucksignal erzeugt, das eine Druckdifferenz über dem Flussbegrenzungsmechanismus angibt, und eine Einrichtung zum Bestimmen eines effektiven Flussbereichs des Abgases durch die Abgasrückführungsstruktur, und bei dem der Steuercomputer betriebsfähig ist, um den EGR-Anteil als Funktion des ersten Drucksignal, des zweiten Drucksignals, des effektiven Flussbereichs und der Abgastemperatur zu bestimmen.
11. System nach Anspruch fi, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bestimmen der Abgastemperatur, die einer Temperatur von dem Motor erzeugten Abgases entspricht, umfasst: einen Temperatursensor, der ein Temperatursignal erzeugt, das eine Gastemperatur in dem Ansaugkrümmer angibt, einen Drucksensor, d'er ein Drucksignal erzeugt, das einen Gasdruck in dem Ansaugkrümmer angibt, und einen Motordrehzahlsensor, der ein Drehzahlsignal erzeugt, das eine Drehzahl des 'Motors angibt, und bei dem der Steuercomputer betriebsfähig ist, um das Kraftstoffzufuhrsignal ferner als Funktion eines Injektionsbeginnwerts zu erzeugen, wobei der Steuercomputer die Abgastemperatur als Funktion des Temperatursignals, des Drucksignals, des Drehzahlsignals, der Chargenmassenstromrate, der Kraftstoffmassenstromrate und des Injektionsbeginnwerts bestimmt.
12. Verfahren zum Schätzen des NOx-Gehalts von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Bestimmen einer Abgastemperatur, die einer Temperatur von dem Motor erzeugten Abgases entspricht,
Bestimmen eines EGR-Anteils, der einer anteiligen Menge von rückgeführtem Abgas entspricht, das in einer dem Motor zugeführten Gascharge vorhanden ist, und
Schätzen einer bezüglich einer Kraftstoffrate normalisierten, massebasierten NOx-Konzentration des von dem Motor erzeugten Abgases als Funktion der Abgastemperatur und des EGR-Anteils.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzschritt ein Abschätzen der bezüglich der Kraftstoffrate normalisierten, massebasierten NOx-Konzentration des von dem Motor erzeugten Abgases gemäß der Funktion umfasst:
FSNOx = (A*TDJ + B*TEX + C)*(D*EGRFRAC2+ E*EGRFRAC + F),
wobei NOxwt der NOx-Gehalt pro Gewicht von dem Motor erzeugten Abgases ist, TE< die Abgastemperatur ist, EGRFRAC der EGR-Anteil ist und A, B, C, D, E und F Konstanten sind.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, einen EGR-Anteil zu bestimmen, umfasst:
Bestimmen eines ersten Drucks, der einen Gasdruck in einem Ansaugkrümmer des Motors angibt,
Bestimmen eines zweiten Drucks, der eine Druckdifferenz über einem Flussbegrenzungsmechanismus angibt, der zwischen einem Abgaskrümmer des Motors und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist,
Bestimmen eines effektiven Flussbereichs des Flussbegrenzungsmechanismus, und
Schätzen des EGR-Anteils als Funktion des ersten Drucks, des zweiten Drucks, des effektiven Flussbereichs und der Abgastemperatur.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, eine Abgastemperatur zu bestimmen, umfasst:
Bestimmen einer Ansaugtemperatur, die eine Gastemperatur in einem Ansaugkrümmer des Motors angibt,
Bestimmen eines Ansaugdrucks, der einen Gasdruck in dem Ansaugkrümmer angibt,
Bestimmen einer Motordrehzahl, die die Drehzahl des Motors angibt, Bestimmen einer Chargenmassenstromrate, die einer Massenstromrate einer dem Motor zugeführten Gascharge entspricht,
Bestimmen einer Kraftstoffmassenstromrate, die einer Massenstromrate dem Motor zugeführten Kraftstoffs entspricht,
Bestimmen eines Injektionsbeginnwerts, der einem Beginn einer Injektion von Kraftstoff in den Motor entspricht, und
Schätzen des Abgastemperatur als Funktion der Ansaugtemperatur, des Ansaugdrucks, der Drehzahl, der Chargenmassenstromrate, der Kraftstoffmassenstromrate und des Injekfionsbeginnwerts.
16. Verfahren nach Anspruch 12, ferner die Schritte umfassend:
Bestimmen einer Frischluftmassenstromrate, die einer Massenstromrate frischer, dem Motor zugeführten Luft entspricht,
Bestimmen einer Kraftstoffmassenstromrate, die einer Massenstromrate von dem Motor zugeführten Kraftstoffs entspricht, und
Schätzen eines NOx-Gehalts pro Volumen von dem Motor erzeugten Abgases als Funktion der bezüglich der Kraftstoffrate normalisierten, massebasierten NOx- Konzentration des von dem Motor erzeugten Abgases, der Frischluftmassenstromrate und der Kraftstoffmassenstromrate.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, einen NOx-Gehalt pro Volumen von Abgas zu schätzen, ein Schätzen des NOx-Gehalts pro Volumen von dem Motor erzeugten Abgases in Einheiten von Teilchen pro Million umfasst.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, einen NOx-Gehalt pro Volumen von Abgas zu schätzen, ein Schätzen des NOx-Gehalts pro Volumen von Abgas gemäß der Funktion umfasst:
NOx"o~ = A*FSNOx *B* [FF/(FF + FAF)],
wobei NOx"o, der NOx-Gehalt pro Volumen von dem Motor erzeugten Abgases ist, NOx, die bezüglich der Kraftstoffrate normalisierte, massebasierte NOx- Konzentration des von dem Motor erzeugten Abgases ist, FF die Kraftstoffmassenstromrate ist, FAF die Frischluftmassenstromrate ist, A eine Konstante ist und B eine Funktion eines Luft-Kraftstoff-Verhältniswerts ist.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, einen EGR-Anteil zu bestimmen, umfasst:
Bestimmen eines ersten Drucks, der einen Gasdruck in einem Ansaugkrümmer des Motors angibt,
Bestimmen eines zweiten Drucks, der eine Druckdifferenz über einem Flussbegrenzungsmechanismus angibt, der zwischen einem Abgaskrümmer des Motors und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist,
Bestimmen eines effektiven Flussbereichs des Flussbegrenzungsmechanismus, und
Schätzen des EGR-Anteils als Funktion des ersten Drucks, des zweiten Drucks, des effektiven Flussbereichs und der Abgastemperatur.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, eine Abgastemperatur zu bestimmen, umfasst:
Bestimmen einer Ansaugtemperatur, die eine Gastemperatur in einem Ansaugkrümmer des Motors angibt,
Bestimmen eines Ansaugdrucks, der einen Gasdruck in dem Ansaugkrümmer angibt,
Bestimmen einer Motordrehzahl, die eine Drehzahl des Motors angibt,
Bestimmen eines Injektionsbeginnwerts, der einem Beginn einer Injektion von Kraftstoff in den Motor entspricht, und
Schätzen der Abgastemperatur als Funktion der Ansaugtemperatur, des Ansaugdrucks, der Motordrehzahl, der Chargenmassenstromrate, der Kraftstoffmassenstromrate und des Injektionsbeginnwerts.
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