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EP1313935B1 - Verfahren zur bestimmung des stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen abgasen von brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren zur bestimmung des stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen abgasen von brennkraftmaschinen Download PDF

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Publication number
EP1313935B1
EP1313935B1 EP01960712A EP01960712A EP1313935B1 EP 1313935 B1 EP1313935 B1 EP 1313935B1 EP 01960712 A EP01960712 A EP 01960712A EP 01960712 A EP01960712 A EP 01960712A EP 1313935 B1 EP1313935 B1 EP 1313935B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
detected
combustion
gravity
centre
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01960712A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1313935A1 (de
Inventor
Helmut Daudel
Günter Prof. Dr.-Ing. HOHENBERG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1313935A1 publication Critical patent/EP1313935A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1313935B1 publication Critical patent/EP1313935B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/028—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the combustion timing or phasing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F02D41/1461—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases emitted by the engine
    • F02D41/1462—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases emitted by the engine with determination means using an estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/36—Control for minimising NOx emissions

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the nitrogen oxide content in oxygen-containing exhaust gases of internal combustion engines, according to the preamble of claim 1 (see, for example, US-A-4 556 030).
  • DE 198 01 626 A1 has already proposed a method for the diagnosis of a catalytic converter in the exhaust gas of internal combustion engines, which has both an oxygen and a nitrogen oxide storage capability.
  • this method it is provided that a first phase shift between a reduction of the oxygen concentration and one on it following reaction of the probe and a second phase shift between subsequent increase in the oxygen concentration and a subsequent reaction of the probe is detected.
  • the difference in the phase shift is determined and an error signal is stored and / or output when said difference does not reach a predetermined threshold.
  • EP 0 783 918 A1 discloses a method for reducing the nitrogen oxide content in oxygen-containing exhaust gases of internal combustion engines, in particular of diesel engines and direct injection gasoline engines for motor vehicles.
  • the nitrogen oxides are reduced by means of a depending on operating parameters to the exhaust metered reducing agent on a catalyst.
  • hydrogen / or hydrocarbon is used as the reducing agent, wherein in a first operating range of the internal combustion engine only hydrogen, in a second operating range both hydrogen and hydrocarbon and in a third operating range only hydrocarbon upstream of the catalyst is supplied to the exhaust gas.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for determining the nitrogen oxide content in oxygen-containing exhaust gases of internal combustion engines, with which the nitrogen oxide emission can be determined on the basis of the actual influencing variables.
  • This object is achieved by a method for determining the nitrogen oxide content in oxygen-containing exhaust gases of internal combustion engines with the features of claim 1.
  • NO x emission nitrogen oxide emission
  • Such a determination serves, for example, for the precalculation of NO x emissions and the experimental design, as well as plausibility checks of measured values such as indexing data and NO x values.
  • the computational determination of NO x with the current simulation models is completely insufficient for NO x determination.
  • a control and regulation algorithm for vehicle use can not be represented with these calculation models.
  • the present invention makes it possible to calculate the NO x emission exactly, since this calculation is based on values from the actual influencing variables on the NO x emission.
  • the level of NO x emission of an internal combustion engine depends primarily on the local temperature, the oxygen concentration and the residence time of the cylinder charge in the combustion chamber. Leave the last two sizes relatively easy to detect by measuring the engine speed of the air used and the amount of fuel. In contrast, it is much more difficult to determine the gas temperature in the combustion chamber.
  • the present invention therefore proposes to use a different size, which correlates directly with the gas temperature relevant for the formation of nitrogen oxide.
  • the gas temperature depends crucially on the focus of the combustion, which is the location of the 50% conversion of the fuel with respect to the piston position OT, it is advantageous to use the center of gravity or a comparable variable such as the position of the maximum energy conversion as a reference for the NO x - to choose emission. From this value for the focus of the combustion and the values of the detected fuel quantity and air mass, the amount of NO x emission is calculated, for example, with the aid of neural networks.
  • the determination of the center of gravity of the combustion is preferably carried out by measuring the combustion chamber pressure profile.
  • a pressure sensor is provided in the region of the combustion chamber. This type of determination of the center of gravity of combustion is extremely accurate.
  • pressure sensors are provided for determining the center of gravity of the combustion, then there are further advantages, in particular with regard to the monitoring of the maximum pressure for error detection, for determining the operating mode and the like.
  • the amount of recirculated exhaust gas is detected and a corresponding signal is supplied to the electrical circuit and this signal is included in the calculation of the amount of NO x emission.
  • the oxygen concentration in the exhaust gas is detected and a corresponding signal is supplied to the electrical circuit and that this signal is included in the calculation of the amount of NO x emission.
  • the speed of the internal combustion engine is detected and a corresponding signal is supplied to the electrical circuit and that this signal is included in the calculation of the amount of NO x emission.
  • a cylinder block 1 comprising four cylinders 2 is shown. Each of the cylinders is associated with a located in the combustion chamber pressure sensor 3. These pressure sensors 3 are connected by means of connecting lines 4 to inputs of a signal conditioning 5.
  • the signal conditioning 5 is part of an electronic circuit 6, which also includes an engine electronics 7.
  • the crankshaft of the internal combustion engine is a disc 8, which may form the flywheel, for example, at the same time, arranged, said disc 8 is associated with a Winkelmarkengeber 9.
  • This angle encoder 9 is connected via a line 10 to an input of the signal conditioning 5.
  • the cylinder block 1 is shown schematically as a longitudinal section through the cylinder 2, wherein in the cylinder 2, a piston 12 is slidably guided, wherein the upper side of the piston 12 defines a combustion chamber 11.
  • the cylinder 2 is closed at its top by a cylinder head 13, wherein in the cylinder head 13, an inlet valve 14 and an outlet valve 17 are arranged.
  • an inlet valve 14 Through the inlet valve 14, the required combustion air from the suction pipe 15 can flow into the cylinder 2, wherein the respective air mass is detected in an air mass meter 16.
  • the air mass meter 16 is connected via a line 22 to the electronic circuit 6.
  • the combustion gases pass into an exhaust pipe 18, which leads to a catalyst arrangement, not shown in the drawing. It is provided a branching off from the exhaust pipe 18 exhaust gas recirculation line 19, which opens downstream of the air mass meter 16 in the intake manifold 15. In this exhaust gas recirculation line 19 is a return flow sensor 20 which detects the mass of the recirculated exhaust gas and transmits corresponding signals via a sensor line 21 to the electronic circuit 6.
  • a measuring device 24 for the fuel mass is connected via an electrical line 27 to the circuit 6 and the injection pump 23 is provided with a control line 28 whose other end is located on the circuit 6.
  • the device described in FIGS. 1 and 2 makes it possible to measure the pressure curve in the combustion chamber 11 with the aid of the pressure sensor 3. From the pressure curve, the center of gravity S of the combustion can be determined, wherein the position of the center of gravity is 50% of the conversion of the fuel.
  • the position of the center of gravity S changes with respect to the crank angle when the combustion course changes, as shown in FIG. 3 is shown. If 50% of the supplied energy is converted, then there is the focus S. With the dashed line in Fig. 3 it is shown that with a changed course of combustion, for example, by a later start of injection also another position of the center of gravity is recorded, in Fig 3 with S 1 is indicated.
  • a monitoring of the peak pressure P max and its location, based on the crank angle, take place. Further, it is possible to perform monitoring for the uniformity of combustion in the indicated cylinders. Furthermore, the use of an additional NO x sensor for redundancy of the system is possible, wherein a comparison of the measured value with the calculated value for NO x can be done.
  • the determined values for NO x can be used for the control or regulation of exhaust aftertreatment systems.
  • the present invention is not only suitable for carrying out tests in test stands, but is also particularly suitable for use in the vehicle, that is, in the so-called on-board diagnosis, a constant calculation and control of NO x emissions is possible.

Landscapes

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Abstract

Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen wird in mindestens einem Zylinder (2) von einem darin alternierend bewegbaren Kolben (12) ein Brennstoffgemisch in einem Brennraum (11) komprimiert. Für ein Verfahren zur Bestimmung des Stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen Abgasen wird die dem Zylinder (2) zugeführte Kraftstoffmenge und die in einem Saugrohr (15) strömende Luftmasse erfaßt und einer elektronischen Schaltung (6) zugeführt. Außerdem wird aus mindestens einem aktuellen Meßwert des Motorbetriebs eine Bestimmung des Schwerpunktes (S) der Verbrennung vorgenommen und aus dem Wert für den Schwerpunkt (S) der Verbrennung sowie unter Einbeziehung der Werte der erfaßten Kraftstoffmenge und Luftmasse der Betrag der Stickoxidemission berechnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen, gemäß Oberbegrift des Anspruchs 1 (siehe z.B. US-A-4 556 030).
  • Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen entstehen Abgase, die verschiedene Schadstoffe enthalten, wobei deren jeweiliger Anteil im wesentlichen von der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches abhängig ist. Insbesondere bei einem Betrieb mit magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch, das heißt Lamda >1, ist der Anteil der Stickoxide (NOx) groß. Damit die in einigen Ländern strengen Abgasvorschriften eingehalten werden können, ist es bekannt, NOx-Speicherkatalysatoren einzusetzen. Diese NOx-Speicherkatalysatoren besitzen jedoch trotz Regeneration während bestimmter Betriebsbedingungen lediglich eine begrenzte Speicherkapazität, so daß eine Speicherung der anfallenden Stickoxide nicht immer in ausreichendem Maße möglich ist.
  • Um diesem Problem zu begegnen, wurde in der DE 198 01 626 A1 bereits ein Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgas von Verbrennungsmotoren vorgeschlagen, der sowohl eine Sauerstoff- als auch eine Stickoxidspeicherfähigkeit aufweist. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, daß eine erste Phasenverschiebung zwischen einer Verringerung der Sauerstoffkonzentration und einer darauf folgenden Reaktion der Sonde und eine zweite Phasenverschiebung zwischen anschließender Erhöhung der Sauerstoffkonzentration und einer darauf folgenden Reaktion der Sonde erfaßt wird. Bei diesem Verfahren wird die Differenz der Phasenverschiebung bestimmt und ein Fehlersignal gespeichert und/oder ausgegeben, wenn die genannte Differenz eine vorgegebene Schwelle nicht erreicht. Mit diesem Verfahren ist eine Einflußnahme auf den Betrieb der Brennkraftmaschine und den Anteil der bei der Verbrennung entstehenden Stickoxide im Abgas nicht möglich.
  • Aus der EP 0 783 918 A1 ist ein Verfahren zur Verringerung des Stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren und direkt einspritzenden Ottomotoren für Kraftfahrzeuge bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Stickoxide mit Hilfe eines in Abhängigkeit von Betriebsparametern zum Abgas zudosierten Reduktionsmittels an einem Katalysator reduziert. Dabei wird als Reduktionsmittel Wasserstoff /oder Kohlenwasserstoff verwendet, wobei in einem ersten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine nur Wasserstoff, in einem zweiten Betriebsbereich sowohl Wasserstoff als auch Kohlenwasserstoff und in einem dritten Betriebsbereich nur Kohlenwasserstoff stromauf des Katalysators zum Abgas zugeführt wird. Auch hierbei ist eine Einflußnahme auf die Betriebsweise der Brennkraftmaschine im Hinblick auf die Entstehung des Stickoxidanteils nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen zu schaffen, mit dem die Stickoxidemission auf der Grundlage der tatsächlichen Einflußgrößen bestimmt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung des Stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung wird bereits seit einiger Zeit angestrebt, die Stickoxid-Emission (NOx-Emission) durch Berechnung zu bestimmen. Eine solche Bestimmung dient beispielsweise der Vorausberechnung der NOx-Emissionen und der Versuchsplanung sowie Plausibilitätskontrollen von Meßwerten wie Indizierdaten und NOx-Werten. Die rechnerische Bestimmung des NOx mit den derzeitigen Simulationsmodellen ist für die NOx-Ermittlung völlig unzureichend. Außerdem läßt sich mit diesen Rechenmodellen aufgrund des extremen Rechenzeit-Bedarfs ein Steuer- und Regelalgorithmus für den Fahrzeugeinsatz nicht darstellen.
  • Von besonderer Bedeutung ist diese Problematik auch im Zusammenhang mit dem Einsatz von SCR-Katalysatoren. Die Menge des für einen solchen Katalysator einzuspritzenden Harnstoffs steht in einem festen Verhältnis zur NOx-Emission. Daraus ist zu folgern, daß in Abhängigkeit von der Exaktheit, mit der man die NOx-Emission bestimmen kann, auch eine entsprechend genaue Dosierung des Harnstoffs möglich ist und so der Wirkungsgrad des Katalysators erhöht werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die NOx-Emission exakt zu berechnen, da dieser Berechnung Werte aus den tatsächlichen Einflußgrößen auf die NOx-Emission zugrunde gelegt werden. Die Höhe der NOx-Emission einer Brennkraftmaschine hängt primär von der lokalen Temperatur, der Sauerstoffkonzentration und der Verweilzeit der Zylinderladung im Brennraum ab. Die beiden letztgenannten Größen lassen sich verhältnismäßig einfach durch Messung der Motordrehzahl der eingesetzten Luft und der Kraftstoffmenge erfassen. Dagegen ist es sehr viel schwieriger, die Gastemperatur im Brennraum zu ermitteln. Durch die vorliegende Erfindung wird daher vorgeschlagen, eine andere Größe zu verwenden, die unmittelbar mit der für die Stickoxid-Entstehung relevanten Gastemperatur korreliert. Da die Gastemperatur maßgeblich vom Schwerpunkt der Verbrennung, das ist die Lage der 50% Umsetzung des Kraftstoffs in Bezug auf die Kolbenstellung OT abhängt, ist es vorteilhaft, den Schwerpunkt oder eine vergleichbare Größe wie z.B. die Lage der maximalen Energieumsetzung als Bezugsgröße für die NOx-Emission zu wählen. Aus diesem Wert für den Schwerpunkt der Verbrennung sowie den Werten der erfaßten Kraftstoffmenge und Luftmasse wird der Betrag der NOx-Emission z.B. mit Hilfe von Neuronalen Netzen berechnet.
  • Die Bestimmung des Schwerpunktes der Verbrennung erfolgt vorzugsweise durch Messung des Brennraumdruckverlaufs. Zu diesem Zweck ist ein Drucksensor im Bereich des Brennraumes vorgesehen. Diese Art der Ermittlung des Schwerpunktes der Verbrennung ist äußerst exakt. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, über ein eigenes Modell zur Berechnung des Schwerpunktes aus dem Beginn der Einspritzung den Wert des Schwerpunktes der Verbrennung zu ermitteln.
  • Sofern Drucksensoren für die Bestimmung des Schwerpunktes der Verbrennung vorgesehen sind, so ergeben sich weitere Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Überwachung des Maximaldruckes zur Fehlererkennung, zur Feststellung der Betriebsart und dergleichen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß mittels eines Sensors die Menge des rückgeführten Abgases erfaßt und ein entsprechendes Signal der elektrischen Schaltung zugeführt wird und dieses Signal in die Berechnung des Betrags der NOx-Emission einbezogen wird. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas erfaßt und ein entsprechendes Signal der elektrischen Schaltung zugeführt wird und daß dieses Signal in die Berechnung des Betrags der NOx-Emission einbezogen wird. Um alle Zylinder zu überwachen und einen Vergleich der jeweiligen Druckverläufe zum Zwecke der Fehlererkennung durchzuführen, ist es vorteilhaft, in jedem Zylinder einen Drucksensor anzuordnen, so daß in jedem Zylinder der Druckverlauf im Brennraum erfaßt wird und für jeden Zylinder eine separate Berechnung der NOx-Emission erfolgt.
  • Bei schnell laufenden Brennkraftmaschinen ist es darüber hinaus zweckmäßig, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfaßt und ein entsprechendes Signal der elektrischen Schaltung zugeführt wird und daß dieses Signal in die Berechnung des Betrages der NOx-Emission einbezogen wird. Außerdem ist es zweckmäßig, einen NOx-Sensor vorzusehen, der den NOx-Anteil im Abgasstrom erfaßt, wobei der daraus resultierende Meßwert mit dem Betrag der berechneten NOx-Emission verglichen wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Motorblocks mit Druckaufnehmern und Motorelektronik,
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung eines vertikalen Schnittes durch eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff- und Luftzuführung,
    Fig. 3
    die Darstellung des Verlaufs der Verbrennung und Lage des Schwerpunktes, bezogen auf den Kurbelwinkel,
    Fig. 4
    die Darstellung der Abhängigkeit der Stickoxidemission von der Lage des Schwerpunktes, bezogen auf den Kurbelwinkel.
  • In Fig. 1 ist ein Zylinderblock 1, der vier Zylinder 2 umfaßt, dargestellt. Jedem der Zylinder ist ein im Bereich des Brennraumes befindlicher Drucksensor 3 zugeordnet. Diese Drucksensoren 3 sind mittels Verbindungsleitungen 4 an Eingänge einer Signalaufbereitung 5 geschaltet. Die Signalaufbereitung 5 ist Bestandteil einer elektronischen Schaltung 6, die auch eine Motorelektronik 7 umfaßt. Auf einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist eine Scheibe 8, die beispielsweise gleichzeitig das Schwungrad bilden kann, angeordnet, wobei dieser Scheibe 8 ein Winkelmarkengeber 9 zugeordnet ist. Dieser Winkelmarkengeber 9 ist über eine Leitung 10 an einen Eingang der Signalaufbereitung 5 geschaltet.
  • In Fig. 2 ist der Zylinderblock 1 schematisch als Längsschnitt durch den Zylinder 2 dargestellt, wobei in dem Zylinder 2 ein Kolben 12 verschiebbar geführt ist, wobei die Oberseite des Kolbens 12 einen Brennraum 11 begrenzt. Der Zylinder 2 ist an seiner Oberseite durch einen Zylinderkopf 13 geschlossen, wobei in dem Zylinderkopf 13 ein Einlaßventil 14 und ein Auslaßventil 17 angeordnet sind. Durch das Einlaßventil 14 kann die benötigte Verbrennungsluft aus dem Saugrohr 15 in den Zylinder 2 einströmen, wobei die jeweilige Luftmasse in einem Luftmassenmesser 16 erfaßt wird. Der Luftmassenmesser 16 ist über eine Leitung 22 mit der elektronischen Schaltung 6 verbunden.
  • Durch das Auslaßventil 17 gelangen die Verbrennungsgase in eine Abgasleitung 18, die zu einer in der Zeichnung nicht dargestellten Katalysatoranordnung führt. Es ist eine von der Abgasleitung 18 abzweigende Abgasrückführleitung 19 vorgesehen, die stromab des Luftmassenmessers 16 in das Saugrohr 15 mündet. In dieser Abgasrückführleitung 19 befindet sich ein Rückführmengensensor 20, der die Masse des rückgeführten Abgases erfaßt und entsprechende Signale über eine Sensorleitung 21 an die elektronische Schaltung 6 überträgt.
  • Im Zylinderkopf 13 ist der bereits zu Fig. 1 beschriebene Drucksensor 3 angeordnet und über die Verbindungsleitung 4 an die elektronische Schaltung 6 geschaltet. Außerdem befindet sich um Zylinderkopf 13 ein Einspritzventil 25, das über eine Einspritzleitung 26 mit einer Einspritzpumpe 23 verbunden ist. Zwischen der Einspritzpumpe 23 und dem Einspritzventil 25 befindet sich eine Meßeinrichtung 24 für die Kraftstoffmasse. Diese Meßeinrichtung 24 ist über eine elektrische Leitung 27 mit der Schaltung 6 verbunden und die Einspritzpumpe 23 ist mit einer Steuerleitung 28 versehen, deren anderes Ende an der Schaltung 6 liegt.
  • Die in den Fig. 1 und 2 beschriebene Vorrichtung ermöglicht es, mit Hilfe des Drucksensors 3 den Druckverlauf im Brennraum 11 zu messen. Aus dem Druckverlauf kann der Schwerpunkt S der Verbrennung bestimmt werden, wobei die Lage des Schwerpunktes bei 50% der Umsetzung des Kraftstoffs liegt. Dieser Bezug entspricht dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik dQ = dU + dW, das heißt, die zugeführte Energie ist gleich der inneren Energie plus der Kolbenarbeit. Die Lage des Schwerpunktes S ändert sich bezüglich des Kurbelwinkels bei Änderung des Verbrennungsverlaufs, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Ist 50% der zugeführten Energie umgesetzt, so liegt dort der Schwerpunkt S. Mit der gestrichelten Linie in Fig. 3 ist dargestellt, daß bei geändertem Verlauf der Verbrennung beispielsweise durch einen späteren Einspritzbeginn auch eine andere Lage des Schwerpunktes zu verzeichnen ist, der in Fig. 3 mit S1 angegeben ist.
  • Daß die Lage des Schwerpunktes S der Verbrennung unmittelbar Auswirkungen auf die Stickoxidemission NOx hat, wird aus Fig. 4 deutlich, wobei ersichtlich ist, daß die NOx-Emission in g/kg Brennstoff größer ist, je geringer der Kurbelwinkel ist, bei dem der Schwerpunkt S erreicht wird. Es ergeben sich somit für spätere Kurbelwinkel und deren Schwerpunkt S1 bzw. S2 geringere NOx-Werte.
  • Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann eine Überwachung des Spitzendruckes Pmax sowie dessen Lage, bezogen auf den Kurbelwinkel, erfolgen. Ferner ist es möglich, eine Überwachung bezüglich der Gleichmäßigkeit der Verbrennung in den indizierten Zylindern durchzuführen. Ferner ist der Einsatz eines zusätzlichen NOx-Sensors zur Redundanz des Systems möglich, wobei ein Vergleich des gemessenen Wertes mit dem berechneten Wert für NOx erfolgen kann. Die ermittelten Werte für NOx können für die Steuerung bzw. Regelung von Abgasnachbehandlungssystemen benutzt werden. Die vorliegende Erfindung eignet sich nicht nur zur Durchführung von Versuchen in Prüfständen, sondern eignet sich insbesondere auch für den Einsatz im Fahrzeug, das heißt, bei der sogenannten On Bord-Diagnose ist eine ständige Berechnung und Kontrolle der NOx-Emission möglich.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen, wobei in mindestens einem Zylinder (2) ein darin alternierend bewegbarer Kolben (12) ein Brennstoffgemisch in einem Brennraum (11) komprimiert und wobei die dem Zylinder (2) zugeführte Kraftstoffmenge und die in einem Saugrohr (15) strömende Luftmasse erfaßt und deren Werte einer elektronischen Schaltung (6) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus mindestens einem aktuellen Meßwert des Motorbetriebs eine Bestimmung des Schwerpunktes (S) der Verbrennung erfolgt, wobei die Lage des Schwerpunktes bei 50% der Umsetzung des Kraftstoffs angenommen wird, und daß nachfolgend aus dem Wert für den Schwerpunkt (S) der Verbrennung sowie den Werten der erfaßten Kraftstoffmenge und Luftmasse der Betrag der Stickoxidemission berechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Sensors (3) der Druckverlauf im Brennraum (11) erfaßt und mindestens ein dem Druckverlauf entsprechendes Signal der elektronischen Schaltung (6) zugeführt wird und daraus der Schwerpunkt (S) der Verbrennung bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (6) die Motorelektronik (7) umfaßt, in der ein Rechenmodell abgelegt ist, über das aus dem jeweiligen Zeitpunkt des Spritzbeginns (A) der Schwerpunkt (S) der Verbrennung oder eine vergleichbare Größe wie z.B. die Lage der maximalen Energieumsetzung berechnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Sensors (20) die Menge des rückgeführten Abgases erfaßt und ein entsprechendes Signal der elektrischen Schaltung (6) zugeführt wird und dieses Signal in die Berechnung des Betrags der NOx-Emission einbezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration erfaßt und ein entsprechendes Signal der elektrischen Schaltung zugeführt wird und daß dieses Signal in die Berechnung des Betrags der NOx-Emission einbezogen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zylinder (2) der Druckverlauf im Brennraum (11) erfaßt wird und für jeden Zylinder (2) eine separate Berechnung der NOx-Emission erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein NOx-Sensor den NOx-Anteil im Abgasstrom erfaßt und ein entsprechender Meßwert mit dem Betrag der berechneten NOx-Emission verglichen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfaßt und ein entsprechendes Signal der elektrischen Schaltung zugeführt wird und daß dieses Signal in die Berechnung des Betrags der NOx-Emission einbezogen wird.
EP01960712A 2000-09-02 2001-08-28 Verfahren zur bestimmung des stickoxidgehalts in sauerstoffhaltigen abgasen von brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP1313935B1 (de)

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EP (1) EP1313935B1 (de)
JP (1) JP4008810B2 (de)
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