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WO2008131789A1 - Regelungssystem zur regelung der abgasrückführrate mittels virtuellem nox-sensors mit adaption über einen nox sensor - Google Patents

Regelungssystem zur regelung der abgasrückführrate mittels virtuellem nox-sensors mit adaption über einen nox sensor Download PDF

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WO2008131789A1
WO2008131789A1 PCT/EP2007/003686 EP2007003686W WO2008131789A1 WO 2008131789 A1 WO2008131789 A1 WO 2008131789A1 EP 2007003686 W EP2007003686 W EP 2007003686W WO 2008131789 A1 WO2008131789 A1 WO 2008131789A1
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WO
WIPO (PCT)
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control
nox
exhaust gas
internal combustion
virtual
Prior art date
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English (en)
French (fr)
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WO2008131789A8 (de
Inventor
Erik Herrmann Olaf
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FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
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Publication date
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • Control system for controlling the exhaust gas recirculation rate by means of a virtual NOx sensor with adaptation via a NOx sensor
  • the present invention relates to a method for adjusting an exhaust gas recirculation of an internal combustion engine taking into account a NOx behavior as well as a diesel commercial vehicle internal combustion engine with at least one exhaust gas recirculation.
  • the object of the present invention is to enable a control that takes into account a time delay by a NOx sensor.
  • a method for adjusting an exhaust gas recirculation of an internal combustion engine is carried out in consideration of an NOx behavior, wherein a regulation provides for a coupling of a virtual NOx determination with a real NOx control.
  • This method can be carried out particularly advantageously in a special diesel commercial vehicle internal combustion engine, which is also proposed.
  • This has at least one exhaust gas recirculation, a supercharging charge, a diesel particulate filter, a catalytic converter, a NOx sensor and a first tion with respect to a recirculation rate of an exhaust stream for adjusting a NOx value.
  • a first control comprises first control means which simulate a virtual NOx sensor, second control means which perform an adapted control of the virtual NOx sensor, and third control means, which realize a NOx control, the first control being constructed in this way in that the virtual NOx sensor presets a default for the first control.
  • an exhaust gas recirculation mass flow is preferably used as the controlled variable.
  • Exhaust gas recirculation flow control has the advantage of faster control over a boost pressure setting.
  • a setting of the supercharging pressure can be integrated as part of an overall control.
  • An adaptation is carried out, for example, with respect to the used NOx model.
  • This preferably has adaptive components.
  • a further adaptation can take place, for example, in the area of determining a mass flow.
  • a mass loading model can be adapted.
  • the mass-loading model is based on a cylinder mass. By adapting it results in a more accurate determination of the necessary values, in particular compared to a single cylinder filling otherwise derived from total measurements. If, for example, an exhaust gas recirculation model is used, this may also have an adaptation according to one embodiment.
  • a particle model for example a particle filter model. This makes it possible, for example, to set a particle concentration in the exhaust gas.
  • a particle concentration in the exhaust gas is taken into account in the context of the control and can thus lead to an adjustment of an adjusted NOx value.
  • the proposed particle model may also take into account a particulate filter loading. From this, a strategy for the regeneration of a particulate filter can be obtained. For example, it can be calculated via the model when a regeneration should be carried out under NOx aspects. There is also the possibility of relying on a smoking be shut off by particles during operation. For a smoke value, a particulate load of a particulate filter as well as a particulate concentration in the exhaust gas, the model or control may have set limits that are taken into account.
  • a controlled variable of the NOx control is determined by means of a virtual NOx sensor. Furthermore, it is advantageous if a virtual NOx-dependent controlled variable is compared with a determined from a map NOx target value.
  • an exhaust gas recirculation mass flow is used, for example, hereinafter referred to as EGR mass flow.
  • the exhaust gas recirculation model can be present one or more times, in particular depending on whether there is a low pressure as well as a high pressure exhaust gas recirculation in the internal combustion engine.
  • the respective exhaust gas recirculation model of the control in a quasi-stationary
  • the exhaust gas recirculation model can therefore also be self-learning.
  • necessary adjustments are made during the comparison, and on the other hand preferably a basis of learning values is also increased.
  • the exhaust gas recirculation model can be interpolated as well as extrapolated.
  • the exhaust gas recirculation model can be based, for example, on simulation techniques of neural network technology, on fuzzy models and in particular also on equation systems which result on the basis of the internal combustion engine, the components present therein or connected and balance limits.
  • the regulation further provides that a PID controller is used to control a virtually determined NOx value.
  • a PID controller is used to control a virtually determined NOx value.
  • this makes it possible that already existing regulations, which have a PID controller, can be extended by integration of the virtual NOx sensor.
  • the use of the PID controller allows rapid response, especially in trasient areas. It has proved to be advantageous if a virtually determined NOx control variable is adapted within the framework of an adapted control.
  • the adapted control uses a real NOx sensor.
  • the adaptation is exposed, for example, during rapid load changes. It has been found that often the dynamics are too high for the adapted control to be able to enable a reasonable adaptation of the virtual determined NOx control variable.
  • an adaptation is carried out even with fast load change reactions. This can be carried out, for example, in a mirrored system and checked for usability of the adaptation following the load change or changes. Thus, for example, an adaptation to transients for the actual control can be suspended.
  • an adaptation to transients for the actual control can be suspended.
  • the adaptation as a learning function preferably uses a real NOx sensor, but can also rely on other sensors or data.
  • the inner cascade preferably uses a lambda probe, while the outer cascade preferably uses a real NOx sensor.
  • the lambda probe is less sluggish than the real NOx sensors currently on the market.
  • the lambda probe is used in particular to carry out a comparison of an air determination.
  • the exhaust gas recirculation model may provide airflow at various locations, respectively.
  • the lambda probe can be used to compare these virtually determined values.
  • the outer cascade is used in particular for a comparison of a NOx determination.
  • the values determined by the real NOx sensor can be compared with those used or determined in the exhaust gas recirculation model or by the virtual NOx sensor. In particular, it can be ensured with the outer cascade that the model-determined values remain verifiable.
  • a cascade control has proven itself in which the outer cascade reacts faster than the inner cascade.
  • a real NOx sensor in the inner cascade enter, while virtually determined values, preferably oxygen values, enter into the outer cascade.
  • the model-derived virtual signal can predetermine a first adaptation of the NOx value, which is then further treated via the corresponding control using the values from the real NOx sensor.
  • a Stolig rö.etzsclien for example, an auxiliary control variable can be switched, as well as an auxiliary control variable réelleschbar. It is also possible to provide a follow-up control with feedforward control, in particular with an activation of the derivative of the respective reference variables.
  • a further embodiment provides that a lambda probe is arranged in the air path, for example in the intake manifold.
  • an oxygen content can be determined by measurement, which results before the internal combustion engine. This can still be calculated via a model, but not necessarily. If a model is used for determining oxygen, for example as a virtual oxygen sensor, this can also be adapted with the values of the lambda probe.
  • a special lambda probe in the air path or in the exhaust line can be used, which is particularly suitable for use in cold start.
  • These may preferably be broadband lambda probes, in particular improved broadband lambda probes, which are currently being developed.
  • the lambda probe may, for example, have a heating element. It may, for example, be constructed and / or operated as disclosed in DE 10 2004 057929 A1, which is referred to in the context of the disclosure.
  • the first control is constructed, for example, as a higher-level external control cascade having a second, inner control cascade with a faster control time than the outer control cascade.
  • the determination means for determining an oxygen concentration at an engine inlet of the diesel internal combustion engine and for determining an oxygen content of a recirculated exhaust gas are provided.
  • the model can be compared or by direct determination of correlations, a correlation of a nitrogen oxide concentration in the exhaust gas can be calculated.
  • the adaptation for adaptation of one or more models of the control is provided for the comparison of virtually determined values of the models in the control of the diesel commercial vehicle internal combustion engine, which for this purpose with a signal flow from the lambda probe as well as from a NOx Probe are connected.
  • This allows in particular a constant adjustment and by utilizing the learning function an improved behavior of the diesel commercial vehicle internal combustion engine.
  • a development provides that the data determined in particular by the model and the learning function can also be read out. If this is carried out in a plurality of the same diesel commercial vehicle internal combustion engines, these data can be combined and combined by a corresponding processing, in particular each weighted against each other weighting to a single record. This data set can then be stored as a default in new diesel commercial vehicle internal combustion engines.
  • FIG. 1 is a schematic view of a diesel commercial vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic overview of an adaptation of an EGR mass flow via a lambda probe
  • 3 shows a schematic view of an adaptation of a NOx model via a
  • FIG. 4 shows a schematic view of a mass flow determination by means of a mass-loading model.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine, in particular a diesel commercial vehicle internal combustion engine 1, each with associated associated units, sensors and actuators.
  • the diesel commercial vehicle internal combustion engine has a high-pressure exhaust gas recirculation 2 and a low-pressure exhaust gas recirculation 3.
  • an air supply 4 to the diesel commercial vehicle internal combustion engine 1 various sensors or devices are used. Sensor locations or sensors are again illustrated in FIG. 1 with outlined numbers.
  • air is drawn in by the diesel commercial vehicle internal combustion engine 1, it can be measured directly upon entry through an air mass sensor 5, in particular a hot film air mass sensor. If, as shown, the low-pressure exhaust gas recirculation 3 is present, additional exhaust gas is supplied from there. This may require that another air mass meter 5 is provided.
  • a cooler 7 is preferably arranged next to a control valve 6.
  • the recirculated exhaust gas is cooled to a temperature such that a compressor 8 of an exhaust gas turbocharger is able to provide a sufficient air mass flow compressed the internal combustion engine available.
  • Downstream of the compressor 8 is preferably in turn a cooler 7 in order to dissipate the resulting in the compression temperature in the gas can.
  • the thus cooled gas stream can then be fed through the high-pressure exhaust gas recirculation 2 further exhaust gas, which has been cooled by a corresponding cooler, by a further control valve 6.
  • further sensors are preferably arranged, which receive parameters for the control.
  • An exhaust gas from the diesel commercial vehicle internal combustion engine 1 can then be removed, with a partial mass flow of the high-pressure exhaust gas recirculation 2 and the low-pressure exhaust gas recirculation 3 is supplied. Furthermore, a main flow of the exhaust gas via a turbine 10 of the exhaust gas turbocharger is used to drive the compressor 8. Instead of an exhaust gas turbocharger, another charge pressure charging can be performed. For this purpose, for example, a mechanical loader or other means can be used. Downstream of the turbine 10 is a diesel particulate filter 11 as well as a catalyst 12. For the sake of simplicity, only the diesel particulate filter 11 is shown. Furthermore, a NOx sensor as well as a lambda probe are also arranged in the exhaust gas system.
  • the diesel commercial vehicle internal combustion engine 1 resulting from FIG. 1 is used in the context of the proposed method as follows:
  • the EGR control concept preferably provides the illustrated combination of high-pressure EGR and low-pressure EGR, but may alternatively also be provided with a separate high-pressure AGR or low pressure EGR be executed.
  • an exhaust gas concentration is measured after the turbine 10 with a NOx sensor at position 2 in the circuit.
  • a boost pressure P2 is measured with a boost pressure sensor at position 6 in a circle.
  • a position SEGR of the valve is determined.
  • an EGR mass flow can then be calculated.
  • an air effort model which is not described in more detail here. This is the boost pressure P2 and a Saugrohrtemperatur T2, positions 6 and 7, respectively in a circle, fed. From this, the air effort model can calculate an engine mass flow. In the case of the presence of low pressure EGR and high pressure EGR as shown, it is necessary that the low pressure EGR mass flow is also calculated or measured for this.
  • a low-pressure EGR mass flow is determined by a differential pressure measurement DP at position 8 in a circle.
  • a pressure drop is preferably determined via an orifice in the exhaust gas line of the low-pressure EGR path.
  • an air mass meter may be used before low pressure EGR delivery, position 10 in the loop, and air mass meter after low pressure EGR supply, position 11 in the circle. From this, the low pressure EGR rate can be calculated.
  • an air mass meter it may be possible to dispense with the model of a high-pressure exhaust gas recirculation and calculate a high-pressure exhaust gas recirculation rate from a fresh air mass flow, measured at position 11 in the circuit, and an engine mass flow of an air-consumption model.
  • an exhaust gas recirculation rate can also be determined via a model, as can be seen for example from DE 102 42 234, to which reference is made in this regard.
  • an oxygen content of the recirculated exhaust gas can be determined based on a lambda signal of the NOx sensor, for example, at position 2 in the circuit.
  • an oxygen concentration at the engine inlet 9 it is possible to calculate a concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas via correlations which are described in the abovementioned thesis. With regard to this correlation, reference is made to the dissertation within the scope of this application.
  • a virtual NOx signal is determined by means of a model. This is used as a controlled variable and compared with a NOx setpoint. This setpoint is preferably obtained from a map and indeed as a function of an engine speed and engine load.
  • a conventional PID controller is then used to initiate a deviation of the virtual NOx signal from the setpoint.
  • a manipulated variable of the PID controller for this purpose is a desired EGR mass flow. This can be converted with the EGR model into a corresponding desired EGR valve position.
  • the EGR model takes into account the condition at the respective EGR valve and can thereby provide a compensation for, for example, a changing pressure upstream of the turbine.
  • An internal position control of the EGR valve regulates a position of the valve and returns the actual position to the EGR model, which in turn calculates the current actual EGR mass flow.
  • An EGR controller structure may thus provide an EGR model, a NOx model and, connected thereto, the internal combustion engine and corresponding data streams therebetween.
  • the pressures P2, P3 as well as the temperature TEGR and the position value SEGR enter the EGR model.
  • the temperature T2 a value of the lambda sensor and the pressure P2 enter into an air effort model.
  • the EGR model provides the EGR mass flow determined by the model.
  • the air effort model calculates therefrom further values, in particular a mass flow, which is supplied to the internal combustion engine, an exhaust gas / air ratio as well as values of the NOx sensor. From this, the NOx model determines a virtual NOx signal. This is provided to the PID controller, where the PID controller receives the virtual NOx signal associated with a desired NOx value. The NOx value desired as the input signal results from a characteristic map. From this, the PID controller determined a mass flow of exhaust gas recirculation, which in turn results in the EGR model of the travel of the respective exhaust gas recirculation valve.
  • the virtual EGR rate resulting from FIG. 1, where it is referred to as the "virtual EGR rate”, can therefore be calculated using a mass flow balance High pressure side is model calculated. Such an approach also makes it possible in particular to omit an air mass meter.
  • FIG. 2 shows a schematic view of an adaptation of an EGR mass flow via a lambda probe.
  • This adaptation is provided as follows:
  • the pressures and temperatures P2, T2 known from FIG. 1 enter into an air-lift model, here referred to as "engine-in-mass-model”.
  • engine-in-mass-model In the EGR model, here called “EGR model”, the values P2, P3, TEGR and SEGR are included.
  • the EGR model for the low-pressure exhaust gas recirculation comes the pressure difference DP and the position SEGR LP .
  • LP stands for "low pressure”.
  • Below the EGR model for the low-pressure exhaust gas recirculation a lambda probe or the values determined via the sensors present there are schematically indicated.
  • the structure of the regulation provides that the mass flows determined from the respective models are linked and continued with each other.
  • a learning function referred to here as "adaptive learner”
  • an adaptation of the virtually determined mass flows can take place.
  • an EGR mass flow recirculated in the low-pressure exhaust gas recirculation is virtually determined and adapted via the learning function.
  • This value is included in the model of high-pressure exhaust gas recirculation, which in turn results in connection with the air charge model, the virtually determined mass flows for the air and the exhaust gas recirculation rate, so that there is a virtual lambda, a virtual oxygen content and an exhaust gas recirculation rate , These are the results that can now be transferred from the virtual exhaust gas recirculation models and from the air mass sensors into the NOx model.
  • FIG. 3 shows an adaptation of the NOx model via the values determined by means of the NOx sensor.
  • the virtual values air expenditure ⁇ -v ⁇ rtua i > virtual EGR rate X EGR virtual and the virtual oxygen amount fraction ⁇ o 2 v ⁇ ai determined from FIG. 2 are used, for example, to determine a virtual oxidation air ratio A 0x, V i rtual .
  • V i rtu a l of the oxygen taking into account a difference in oxygen content, which has been adapted, a corrected substance quantity proportion of oxygen ⁇ 02 .
  • V i rtu a l ⁇ rrected fed to a NOx model From this, a virtual mole fraction of NOx can then be determined.
  • the formula for the determination of the oxygen amount fraction results here from the relationship resulting from FIG. 3.
  • a desired value of a proportion of oxygen substance is supplied. The same is done for a mole fraction of NOx as a setpoint from a map, this value is compared with the determined by the NOx sensor mole fraction NOx also.
  • the correlation which is preferably used here, results from the abovementioned dissertation, in particular from Equation 2-3 given on page 7.
  • the determined difference value then returns to the comparison with the virtually determined proportion of oxygen substance amount and corrects it.
  • This corrected value goes into the NOx model, whereby from this NOx model now the virtual NOx mole fraction ⁇ NOX, w rtu ai can be determined.
  • the goal here is that the NOx value, which is determined by the NOx sensor, indicates an actual description of the condition and, if possible, coincides with the value which, as the NOx mass fraction ⁇ NOX , finally becomes known from the NOx model this way could be determined. Due to the virtually faster available values and the use of the learning function and thus the adaptation, a faster and, in particular, more precise setting of a mass flow at the exhaust gas recirculation can be carried out in order to be able to comply with the desired nitrogen values or particle values.
  • FIG. 4 shows a further example, in particular based on the system of FIG. 2, for determining mass flows using a mass-loading model of a cylinder.
  • an adaptation of the mass loading from the model "engine-in-mass model” takes place via an illustrated adaptation.
  • the value determined in this way is finally used to obtain a virtual air value.
  • it is linked with a virtual EGR mass flow and a load, so that the subsequent module the virtual values air expenditure ⁇ -vi r tuai. can determine the virtual EGR rate X EGR Vrtueii and the virtual oxygen amount fraction ⁇ o 2 v ⁇ rua i.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Massenstroms einer Abgasrückführung einer Verbrennungskraftmaschine unter Berücksichtigung eines NOx-Verhaltens, wobei eine Regelung eine Koppelung einer virtuellen NOx-Bestimmung mit einer realen NOx-Regelung vorsieht. Des weiteren wird eine Brennkraftmaschine mit entsprechenden Regelungsmitteln vorgeschlagen.

Description

Regelungssystem zur Regelung der Abgasrückführrate mittels virtuellem NOx- Sensors mit Adaption über einen NOx-Sensor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Abgasrückführung einer Verbrennungskraftmaschine unter Berücksichtigung eines NOx-Verhaltens sowie eine Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einer Abgasrückführung.
Es ist bekannt, dass für eine Reduktion von Stickoxidemissionen bei Dieselmotoren ein Teil eines Abgases zurückgeführt wird. Dadurch soll eine Sauerstoffkonzentration am Motoreintritt reduziert werden. Diese Abgasrückführung beeinflusst durch die Höhe einer Abgasrückführrate unter anderem eine Ladelufttemperatur wie auch einen Ladedruck, der insbesondere bei großen Nutzfahrzeugen durch eine Aufladung erzeugt wird. Insbesondere bei großen Nutzfahrzeugen ist der Wunsch vorhanden, dass Stickoxidemissionen wie auch Partikelemissionen direkt gemessen und auch geregelt werden könnten. Während NOx-Sensoren daher bereits in Serienproduktionen vorhanden sind, befinden sich Partikelsensoren jedoch noch im Entwicklungsstadium. Eine Regelung, die auf Basis eines Signals vom NOx-Sensor basiert, ist zwar möglich; problematisch hierbei kann jedoch sein, dass das so erzeugte Sensorsignal unter dynamischen Betriebsbedingungen nicht den aktuellen Stickoxidwert sondern nur einen zeitlich verzögerten Stickoxidwert anzeigen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regelung zu ermöglichen, die einer zeitlichen Verzögerung durch einen NOx-Sensor Rechnung trägt.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einer Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Es wird vorgeschlagen, dass ein Verfahren zum Einstellen einer Abgasrückführung einer Verbrennungskraftmaschine unter Berücksichtung eines NOx-Verhaltens ausgeführt wird, wobei eine Regelung eine Koppelung einer virtuellen NOx-Bestimmung mit einer realen NOx-Regelung vorsieht. Dieses Verfahren kann insbesondere vorteilhaft bei einer speziel- len Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine ausgeführt werden, die ebenfalls vorgeschlagen wird. Diese weist zumindest eine Abgasrückführung, eine Ladedruckaufladung, einen Dieselpartikelfilter, einen Katalysator, einen NOx-Sensor und eine erste Re- gelung bezüglich einer Rückführungsrate eines Abgasstromes zur Einstellung eines NOx- Wertes auf. Eine erste Regelung weist erste Regelungsmittel auf, die einen virtuellen NOx-Sensor simulieren, zweite Regelungsmittel, die eine adaptierte Regelung des virtuellen NOx-Sensors ausführen, und dritte Regelungsmittel, die eine NOx-Regelung verwirkli- chen, wobei die erste Regelung derart aufgebaut ist, dass der virtuelle NOx-Sensor eine Voreinstellung für die erste Regelung vorgibt.
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ist beabsichtigt, dass eine Regelung eines Ab- gasrückführungsmassenstroms ermöglicht wird. Es wird bevorzugt ein Abgasrückfüh- rungsmassenstrom als Regelgröße genutzt. Die Regelung des Abgasrückführungsstroms hat den Vorzug einer schnelleren Regelung im Vergleich zu einer Einstellung eines Aufladedrucks. Eine Einstellung des Aufladedrucks kann allerdings im Rahmen einer Gesamtregelung mitintegriert werden. Über die Einstellung des Abgasrückführungsmassenstroms wird beispielsweise ein Sauerstoffgehalt im Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine ermittelt, vorzugsweise gemessen an einem Eintrittsbereich in die Verbrennungskraftmaschine. Ein virtueller Sensor, vorzugsweise ein entsprechendes NOx-Modell, analysiert vorzugsweise einen virtuellen Sauerstoffgehalt, welcher beispielsweise durch einen adaptierten Wert korrigiert wurden, wodurch auf einen virtuellen NOx-Wert im Abgas geschlossen werden kann.
Eine Adaption wird beispielsweise in Bezug auf das genutzte NOx-Modell ausgeführt. Dieses weist vorzugsweise adaptive Anteile auf. Eine weitere Adaption kann beispielsweise im Bereich einer Ermittlung eines Massenstroms erfolgen So kann zum Beispiel ein Massenbeladungsmodell adaptiert werden. Vorzugsweise stellt das Massenbeladungs- model auf eine Zylindermasse ab. Durch dessen Adaption ergibt sich eine genauere Ermittlung der notwendigen Werte insbesondere gegenüber einer ansonsten aus Gesamtmessungen abgeleiteten einzelnen Zylinderbefüllung. Wird beispielsweise ein Abgasrückführungsmodell verwendet, so kann dieses gemäß einer Ausgestaltung ebenfalls eine Adaption aufweisen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, auch ein Partikel-Modell, bei- spielsweise ein Partikelfilter-Modell zu integrieren. Damit besteht die Möglichkeit, beispielsweise eine Partikelkonzentration im Abgas einzustellen. Vorzugsweise wird eine Partikelkonzentration im Abgas im Rahmen der Regelung berücksichtigt und kann somit zu einer Anpassung eines einzustellenden NOx-Wertes führen. Das vorgeschlagene Partikel-Modell kann gemäß einer Weiterbildung auch eine Partikelfilterbeladung berücksich- tigen. Daraus kann eine Strategie zur Regeneration eines Partikelfilters gewonnen werden. Beispielsweise kann über das Modell berechnet werden, wann eine Regeration unter NOx-Gesichtspunkten auszuführen sei. Auch besteht die Möglichkeit, auf eine Rauchent- wicklung durch Partikel im Betrieb abstellen zu können. Für einen Rauchwert, eine Partikelbeladung eines Partikelfilters wie auch für eine Partikelkonzentration im Abgas kann das Modell oder die Regelung Grenzwerte vorgegeben haben, die Berücksichtigung finden.
Vorteilhaft ist es, dass durch die vorgeschlagene Kombination einer Stickoxid-Regelung auf ein virtuell berechnetes schnelles NOx-Signal und eine Adaption eines virtuellen Stickoxid-Signals über einen NOx-Sensor transiente Vorteile einer virtuellen NOx-Regelung mit einem Vorteil einer Erhöhung der Genauigkeit einer direkten Regelung auf das NOx- Signal eines NOx-Sensors ermöglicht wird. Hierzu wird des Weiteren vorgeschlagen, dass eine Regelgröße der NOx-Regelung mittels eines virtuellen NOx-Sensors bestimmt wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine virtuelle NOx-abhängige Regelgröße mit einem aus einem Kennfeld bestimmten NOx-Sollwert verglichen wird. Als eine Stellgröße für eine virtuell ermittelte NOx-Regelgröße wird beispielsweise ein Abgasrückführungs- Massenstrom genutzt, im Folgenden AGR-Massenstrom genannt. Eine weitere Beschleunigung des Reglerverhaltens ist dadurch möglich, dass die Regelung auf ein Abgasrückführungsmodell zurückgreift. Das Abgasrückführungsmodell kann hierbei ein oder mehrmals vorliegen, insbesondere davon abhängig, ob es eine Niederdruck wie auch eine Hochdruckabgasrückführung bei der Verbrennungskraftmaschine gibt. Vorzugweise wird das jeweilige Abgasrückführungsmodell der Regelung in einem quasi stationären
Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine mittels eines Signals des NOx-Sensors abgeglichen. Dieses hat der Vorteil, dass das Abgasrückführungsmodell somit auch selbstlernend ausgeführt sein kann. Einerseits werden bei dem Abgleich notwendige Korrekturen vorgenommen, zum anderen vorzugsweise auch eine Basis an Lernwerten erhöht. Auf Basis dieser Lernwerte kann das Abgasrückführungsmodell interpolieren wie auch extrapolieren. Das Abgasrückführungsmodell kann hierzu beispielsweise auf Simulationstechniken der neuronalen Netzwerktechnik, auf Fuzzi-Modelle wie insbesondere aber auch auf Gleichungssysteme abstellen, die sich auf Basis der Verbrennungskraftmaschine, der darin vorhandenen oder angeschlossenen Komponenten und über Bilanzgrenzen bestimmte Größen ergeben.
Die Regelung sieht des Weiteren vor, dass ein PID-Regler zum Regeln eines virtuell bestimmten NOx-Werts genutzt wird. Zum einen ermöglichst dieses, dass bisher schon vorhandene Regelungen, die einen PID-Regler aufweisen, durch Integration des virtuellen NOx-Sensors erweitert werden können. Zum Anderen erlaubt die Nutzung des PID- Reglers die insbesondere in trasienten Bereichen schnelle Reaktion. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine virtuell ermittelte NOx-Regelgröße im Rahmen einer adaptierten Regelung angepasst wird. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die adaptierte Regelung einen realen NOx-Sensor nutzt. Die Adaption wird beispielsweise jedoch bei schnellen Lastwechseln ausgesetzt. Hierbei hat sich herausge- stellt, dass oftmals die Dynamik zu hoch ist, als dass die adaptierte Regelung in der Lage wäre, eine vernünftige Anpassung der virtuellen ermittelten NOx-Regelgröße ermöglichen zu können. Gemäß einer Weiterbildung ist allerdings vorgesehen, dass auch bei schnellen Lastwechselreaktionen eine Adaption ausgeführt wird. Diese kann beispielsweise in einem gespiegelten System ausgeführt werden und im Anschluss an den oder die Last- Wechsel auf Verwertbarkeit der Adaptierung überprüft werden. So kann beispielsweise zwar eine Adaption bei Transienten für die eigentliche Regelung ausgesetzt werden. Durch einen Vergleich der ohne Adaption ermittelten Werte und der im gespiegelten System mit Adaption erhaltenen virtuellen Werte kann jedoch durch entsprechende Lernalgorithmen vorgesehen sein, dass eine Güte des gespiegelten Systems geschaffen wird, so dass bei einer Mindestgüte auch bei schnellen Lastwechseln die Regelung die Adaption durch Anwendung des im gespiegelten Systems ermittelten angepassten Modells nutzt. Die Adaption als Lernfunktion nutzt vorzugsweise einen realen NOx-Sensor, kann jedoch auch auf andere Sensoren oder Daten zurückgreifen.
Eine Beschleunigung des Verfahrens ergibt sich für die Regelung, wenn die Regelung eine innere und äußere Kaskade betreibt. Die innere Kaskade greift hierbei vorzugsweise auf eine Lambda-Sonde zurück, während die äußere Kaskade vorzugsweise auf einen realen NOx-Sensor zurückgreift. Durch die Nutzung der Lambda-Sonde in der inneren Kaskade wird ein schnellerer Signalfluss ermöglicht. Die Lambda-Sonde ist weniger träge als die zur Zeit auf dem Markt befindlichen realen NOx-Sensoren. Die Lambda-Sonde wird insbesondere dazu genutzt, einen Abgleich einer Luftbestimmung auszuführen. So kann beispielsweise das Abgasrückführungsmodell einen Luftstrom an verschiedenen Orten jeweils vorsehen. Die Lambda-Sonde kann für einen Abgleich dieser virtuell ermittelten Werte genutzt werden. Die äußere Kaskade wird insbesondere für einen Abgleich einer NOx-Bestimmung genutzt. Hierzu können die vom realen NOx-Sensor ermittelten Werte mit denen verglichen werden, die im Abgasrückführungsmodell bzw. durch den virtuellen NOx-Sensor genutzt bzw. ermittelt werden. Insbesondere kann mit der äußeren Kaskade sichergestellt werden, dass die modellhaft ermittelten Werte überprüfbar bleiben.
Neben dieser Ausgestaltung hat sich ebenfalls eine Kaskadenregelung bewährt, bei der die äußere Kaskade schneller reagiert als die innere Kaskade. Hierbei kann beispielswei- se ein realer NOx-Sensor in der innere Kaskade eingehen, während virtuell ermittelte Werte, vorzugsweise Sauerstoffwerte, in die äußerer Kaskade eingehen.
Neben einer Kaskadenregelung besteht weiterhin die Möglichkeit, dass ergänzend dazu oder anstelle der Kaskadenregelung eine Vorregelung vorgesehen ist. Hierbei kann beispielsweise das modellhaft gewonnene virtuelle Signal eine erste Anpassung des NOx- Wertes vorgeben, das sodann über die entsprechende Regelung unter Heranziehung der Werte vom realen NOx-Sensors weiterbehandelt wird. Des Weiteren können auch eine Stelig rößenaufschaltung, beispielsweise eine Hilfsstellgröße aufgeschaltet werden, eben- so wie auch eine Hilfsregelgröße aufschaltbar wäre. Auch besteht die Möglichkeit eine Folgeregelung mit Vorsteuerung vorzusehen, insbesondere mit einer Aufschaltung der Ableitung der jeweiligen Führungsgrößen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Lambda-Sonde im Luftpfad angeordnet ist, beispielsweise im Saugrohr. Damit kann ein Sauerstoffgehalt messtechnisch ermittelt werden, der vor der Verbrennungskraftmaschine sich ergibt. Dieser kann zwar weiterhin über ein Model berechnet werden, muss aber nicht unbedingt. Wird ein Modell zur Sauerstoffermittlung genutzt, beispielsweise als ein virtueller Sauerstoffsensor, kann dieses auch mit den Werten der Lambda-Sonde adaptiert werden. Des Weiteren kann auch eine spezielle Lambda-Sonde im Luftpfad oder im Abgasstrang zum Einsatz gelangen, die besonders für den Einsatz im Kaltstart geeignet ist. Dieses können vorzugsweise Breit- band-Lambdasonden sein, insbesondere verbesserte Breitband-Lambda-Sonden, wie sie momentan in der Entwicklung sind. Die Lambda-Sonde kann beispielsweise ein Heizelement aufweisen. Sie kann beispielsweise so aufgebaut sein und/oder so betrieben werden wie es aus der DE 10 2004 057929 A1 hervorgeht, auf die im Rahmen der Offenbarung hingewiesen wird.
Bei einer bevorzugten Nutzung des Verfahrens insbesondere an einem Diesel- Nutzfahrzeugmotor wird die erste Regelung beispielsweise als eine übergeordnete äuße- re Regelkaskade aufgebaut, die eine zweite, innere Regelkaskade mit einer schnelleren Regelzeit als der der äußeren Regelkaskade aufweist. In Bezug auf diese Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschine ist des Weiteren vorzugsweise vorgesehen, das Bestimmungsmittel zur Ermittlung einer Sauerstoffkonzentration an einem Motoreintritt der Diesel-Verbrennungskraftmaschine und zur Ermittlung eines Sauerstoffgehalts eines zurück- geführten Abgases vorgesehen sind. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, dass das Modell abgeglichen werden kann bzw. durch direkte Bestimmung aus Korrelationen eine Korrelation einer Stickoxydkonzentration im Abgas berechnet werden kann. Eine derartige Korrelation geht beispielsweise aus der Dissertation von O.E. Hermann an der RWTH Aachen hervor. Diese Dissertation trägt den Titel "Emissionsregelung bei Nutzfahrzeugmotoren über den Luft- und Abgaspfad". Auf diese Dissertation wird bezüglich der Korrelation im Umfang dieser Offenbarung verwiesen. Gleiches gilt auch für den grundsätzlichen Aufbau einer Regelung in Bezug auf ein Signal eines realen NOx- Sensors, wie es ebenfalls aus dieser Dissertation zu entnehmen ist. Insbesondere wird auch auf einen AGR-Regler verwiesen, der dort ebenfalls beschrieben ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Adaption zur Anpassung eines oder mehrerer Modelle der Regelung zum Abgleich von virtuell ermittelten Werten der Modelle in der Regelung der Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, die hierfür mit einem Signalfluss von der Lambda-Sonde wie auch von einer NOx-Sonde verbunden sind. Dieses ermöglicht insbesondere einen ständigen Abgleich und durch Ausnutzung der Lernfunktion ein verbessertes Verhalten der Diesel-Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschine. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die insbesondere durch das Modell und die Lernfunktion ermittelten Daten auch ausgelesen werden können. Wird dieses bei einer Mehrzahl von gleichen Diesel-Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschinen ausgeführt, können diese Daten zusammengeführt und durch eine entsprechende Aufbereitung, insbesondere jeweils gegeneinander gewertete Wichtung zu einem einzigen Datensatz zusammengeführt werden. Dieser Datensatz kann sodann als Voreinstellung in neue Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschinen hinterlegt werden.
Vorteile und weitere Merkmale der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeich- nungen näher erläutert. Dort beschriebene Merkmale sind jedoch nicht auf die jeweils dargestellte Ausgestaltung beschränkt. Auch sind die Figuren nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr können die dort dargestellten Merkmale mit anderen Merkmalen in anderen Ausgestaltungen wie auch mit denjenigen der oben beschriebenen Merkmale zu nicht näher ausgeführten Weiterbildungen verknüpft werden. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Ansicht einer Diesel-Nutzfahrzeug-
Verbrennungskraftmaschine mit Aktorik und Sensorik;
Fig. 2: eine schematische Übersicht über eine Adaption eines AGR-Massenstroms über eine Lambda-Sonde, Fig. 3: eine schematische Ansicht einer Adaption eines NOx-Modells über einen
NOx-Sensor, und
Fig. 4: eine schematische Ansicht eines Massenstromermittlung mittels eines Massenbeladungsmodells.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine 1 mit jeweils zugehörigen angeschlossenen Aggregaten, Sensoren und Aktuatoren. Die Diesel-Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschine weist eine Hochdruck-Abgasrückführung 2 und eine Niederdruck-Abgasrückführung 3 auf. In einer Luftzuführung 4 zu der Diesel-Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschine 1 sind verschiedene Sensoren oder Vorrichtungen eingesetzt. Sensorstellen bzw. Sensoren sind in der Fig. 1 mit umrandeten Ziffern nochmals verdeutlicht. Wenn eine Luft durch die Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine 1 angesaugt wird, kann diese direkt bei Eintritt durch einen Luftmassensensor 5, insbesondere einen Heißfilmluftmassensensor gemessen werden. Ist, so wie dargestellt, die Niederdruck-Abgasrückführung 3 vorhanden, wird von dort zusätzlich Abgas zugeführt. Dieses kann es erforderlich machen, dass ein weiterer Luftmassenmesser 5 vorgesehen ist. In der Niederdruck-Abgasrückführung 3 ist vorzugsweise neben einem Stellventil 6 auch ein Kühler 7 angeordnet. Dadurch wird das zurückgeführte Abgas auf eine derartige Temperatur abgekühlt, dass ein Verdichter 8 eines Abgasturboladers in der Lage ist, einen ausreichenden Luftmassenstrom verdichtet der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung zu stellen. Dem Verdichter 8 nachgeordnet ist vorzugsweise wiederum ein Kühler 7, um die bei der Verdichtung entstandene Temperatur im Gas abführen zu können. Dem so abgekühlten Gasstrom kann über die Hochdruck-Abgasrückführung 2 sodann weiteres Abgas, das über einen entsprechenden Kühler abgekühlt wurde, durch ein weiteres Stellventil 6 zugeführt werden. An einem Motoreintritt 9 sind vorzugsweise weitere Sensoren angeordnet, die Parameter für die Regelung aufnehmen. Ein Abgas aus der Diesel- Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine 1 kann sodann abgeführt werden, wobei ein Teilmassenstrom der Hochdruck-Abgasrückführung 2 bzw. der Niederdruck- Abgasrückführung 3 zugeführt wird. Des Weiteren wird ein Hauptstrom des Abgases über eine Turbine 10 des Abgasturboladers genutzt, um den Verdichter 8 anzutreiben. Anstatt eines Abgasturboladers kann auch eine andere Ladedruckaufladung ausgeführt sein. Hierzu kann beispielsweise ein mechanischer Lader oder sonstige Mittel genutzt werden. Der Turbine 10 nachgeordnet ist ein Dieselpartikelfilter 11 wie auch ein Katalysator 12. Der Einfachheit halber ist nur der Dieselpartikelfilter 11 dargestellt. Des Weiteren ist im Abgasstrang ebenfalls ein NOx-Sensor ebenso wie eine Lambda-Sonde angeordnet. Die aus Fig. 1 hervorgehende Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine 1 wird im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens wie folgt genutzt: Das AGR-Regelkonzept sieht vorzugsweise die dargestellte Kombination aus Hockdruck-AGR und Niederdruck-AGR vor, kann alternativ jedoch auch mit einem separaten Hochdruck-AGR oder Niederdruck- AGR ausgeführt sein. Im Abgas wird nach der Turbine 10 mit einem NOx-Sensor an der Position 2 im Kreis eine Abgaskonzentration gemessen. Über einen Abgasdrucksensor, Position 3 im Kreis, und einem Abgastemperatursensor, Position 4 im Kreis, wird ein Zustand des Abgases, insbesondere eine Dichte, vor dem Stellventil 6, dem Hochdruck- AGR-Ventil gemessen. Ein Ladedruck P2 wird mit einem Ladedrucksensor an der Position 6 im Kreis gemessen. Im Stellventil 6 der Hochdruck-Abgasrückführung 2 wird eine Position SEGR des Ventils ermittelt. Über eine Dichte des Abgases vor dem Ventil und unter Nutzung des Differenzdruckes aus P3 und P2 über dem Ventil kann sodann ein AGR-Massenstrom berechnet werden. Des Weiteren ist ein hier nicht näher beschriebe- nes Luftaufwandmodell vorhanden. Diesem wird der Ladedruck P2 und eine Saugrohrtemperatur T2, Positionen 6 und 7 jeweils im Kreis, zugeführt. Daraus kann das Luftaufwandmodell einen Motormassenstrom berechnen. Im Falle des Vorhandenseins von Niederdruck-AGR und Hochdruck-AGR, so wie dargestellt, ist es erforderlich, dass hierfür ebenfalls der Niederdruck-AGR-Massenstrom berechnet oder gemessen wird. Ist hinge- gen kein Niederdruck-AGR vorhanden, kann die AGR-Rate und der Frischluftmassenstrom über das Luftaufwandmodell ebenfalls berechnet werden. Ein Niederdruck-AGR- Massenstrom wird durch eine Differenzdruckmessung DP an der Position 8 im Kreis ermittelt. Hierzu wird vorzugsweise ein Druckabfall über eine Blende im Abgasstrang des Niederdruck-AGR-Pfades bestimmt. Alternativ hierzu kann ein Luftmassenmesser vor Niederdruck-AGR-Zuführung, Position 10 im Kreis, und ein Luftmassenmesser nach Nie- derdruck-AGR-Zuführung, Position 11 im Kreis, verwendet werden. Hieraus kann die Nie- derdruck-AGR-Rate berechnet werden. Ist ein Luftmassenmesser vorhanden, so kann gegebenenfalls auf das Modell einer Hochdruck-Abgas-Rückführung verzichtet werden und eine Hochdruck-Abgasrückführungsrate aus einem Frischluftmassenstrom, gemes- sen an der Position 11 im Kreis, und einem Motormassenstrom eines Luftaufwandmodells berechnet werden. Beispielsweise kann eine Abgasrückführungsrate auch über ein Modell ermittelt werden, wie es beispielsweise aus der DE 102 42 234 hervorgeht, auf welche diesbezüglich verwiesen wird.
Mittels der oben beschriebenen Sensoren und Modelle wird eine Berechnung der Abgasrückführungsrate und unter Nutzung eines Sauerstoffgehaltes des jeweils zurückgeführten Abgases eine Berechnung einer Sauerstoffkonzentration des der Verbrennungskraftma- schine zugeführten Gases als Ziel ermöglicht. Hierbei kann ein Sauerstoffgehalt des zurückgeführten Abgases anhand eines Lambda-Signals des NOx-Sensors beispielsweise an der Position 2 im Kreis bestimmt werden. Über eine Sauerstoffkonzentration am Motoreintritt 9 kann über Korrelationen, die in der oben angegebenen Dissertation beschrie- ben sind, eine Stickoxydkonzentration im Abgas berechnet werden. Bezüglich dieser Korrelation wird auf die Dissertation im Umfang dieser Anmeldung verwiesen. Mit dem zur Verfügung gestellten Aufbau ist es somit möglich, einen adaptiven NOx-Regler mit einer Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführung betreiben zu können. Hierzu wird mittels eines Modells ein virtuelles NOx-Signal ermittelt. Dieses wird als Regelgröße genutzt und mit einem NOx-Sollwert verglichen. Dieser Sollwert wird vorzugsweise aus einem Kennfeld gewonnen und zwar in Abhängigkeit über eine Motordrehzahl und Motorlast. Ein konventioneller PID-Regler wird sodann genutzt, um eine Abweichung des virtuellen NOx- Signals von dem Sollwert anzuregein. Eine Stellgröße des PID-Reglers hierfür ist ein gewünschter AGR-Massenstrom. Dieser kann mit dem AGR-Modell in eine entsprechende Soll-AGR-Ventilposition umgerechnet werden. Das AGR-Modell berücksichtigt hierbei unter anderen den Zustand an dem jeweiligen AGR-Ventil und kann dadurch eine Kompensation zum Beispiel eines sich ändernden Druckes vor der Turbine zur Verfügung stellen. Eine interne Lageregelung des AGR-Ventils regelt eine Position des Ventils ein und meldet die tatsächliche Position an das AGR-Modell zurück, welches wiederum den aktu- eilen Ist-AGR-Massenstrom berechnet. Eine AGR-Reglerstruktur kann somit ein AGR- Modell, ein NOx-Modell sowie dazugeschaltet die Verbrennungskraftmaschine und entsprechende Datenströme dazwischen vorsehen. So gehen die Drücke P2, P3 wie auch die Temperatur TEGR und der Positionswert SEGR in das AGR-Modell ein. In ein Luftaufwandmodell gehen wiederum die Temperatur T2, ein Wert des Lambda-Sensors sowie der Druck P2 ein. Vom AGR-Modell wird der über das Modell ermittelte AGR- Massenstrom zur Verfügung gestellt. Das Luftaufwandmodell berechnet hieraus weitere Werte, insbesondere einen Massenstrom, der der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, ein Abgas-/Luftverhältnis sowie auch Werte des NOx-Sensor. Hieraus ermittelt das NOx-Modell ein virtuelles NOx-Signal. Dieses wird dem PID-Regler zur Verfügung ge- stellt, wobei der PID-Regler das virtuelle NOx-Signal verknüpft mit einem gewünschten NOx-Wert erhält. Der als Eingangssignal gewünschte NOx-Wert ergibt sich aus einem Kennfeld. Hieraus ermittelte der PID-Regler einen Massenstrom der Abgasrückführung, woraus sich über das AGR-Modell wiederum der Stellweg des jeweiligen Abgasrückführungsventils ergibt.
Die aus Fig. 1 hervorgehende virtuelle AGR-Rate, dort als 'Virtual EGR-Rate" bezeichnet, ist somit über eine Massenstrombilanz berechenbar. Die virtuelle AGR-Rate auf der Hochdruckseite ist modellberechnet. Ein derartiger Ansatz ermöglicht insbesondere auch einen Entfall eines Luftmassenmessers.
Eine mögliche AGR-Reglerstruktur wie auch jeweilige Adaption im Rahmen des AGR- beziehungsweise NOx-Modells wird nachfolgend näher erläutert. Dieses ist jedoch nur eine von verschiedenen Möglichkeiten, wie eine Regelung umgesetzt werden kann.
Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht eine Adaption eines AGR-Massenstromes über eine Lambda-Sonde. Diese Adaption wie folgt vorgesehen: In ein Luftauffwandmodell, hier mit "engine-in-mass-model" bezeichnet, gehen die aus Fig. 1 bekannten Drücke und Temperaturen P2, T2 ein. In das AGR-Modell, hier "EGR-Modell" bezeichnet, gehen die Werte P2, P3, TEGR und SEGR ein. In das AGR-Modell für die Niederdruck-Abgasrückführung geht die Druckdifferenz DP sowie die Position SEGRLP ein. LP steht hierbei für "low pressure". Unterhalb des AGR-Modells für die Niederdruck-Abgasrückführung ist schematisch eine Lambda-Sonde beziehungsweise die über die dort vorhandenen Sensoren ermittelten Werte angegeben. Die Struktur der Regelung sieht vor, dass die aus den jeweiligen Modellen ermittelten Massenströme jeweils miteinander verknüpft und weitergeführt werden. Um insbesondere auch den Transientenbereich im Rahmen der Regelung erfassen zu können, ist eine Lernfunktion, hier bezeichnet als "adaptive Learner", integriert vorhan- den. Mittels der dort hinterlegten Lernfunktion kann eine Anpassung der virtuell ermittelten Massenströme erfolgen. Hierbei wird, wie oben in Bezug auf Fig. 1 schon ausgeführt ein in der Niederdruck-Abgasrückführung rückgeführter AGR-Massenstrom virtuell ermittelt und über die Lernfunktion adaptiert werden. Dieser Wert geht in das Modell der Hochdruck-Abgasrückführung mit ein, worüber wiederum unter Verknüpfung mit dem Luftauf- wandmodell sich die virtuell ermittelten Massenströme für die Luft und die Abgasrückführungsrate ergeben, so dass darüber ein virtuelles Lambda, ein virtueller Sauerstoffgehalt sowie eine Abgasrückführungsrate sich ergeben. Dieses sind die Ergebnisse, die sich aus den virtuellen Abgasrückführungsmodellen und aus den Luftmassensensoren nun in das NOx-Modell überführt werden können.
Fig. 3 zeigt eine Adaption des NOx-Modells über die mittels des NOx-Sensors ermittelten Werte. Die aus Fig. 2 ermittelten virtuellen Werte Luftaufwand λ-vιrtuai> virtuelle AGR-Rate XEGR virtuell und der virtuelle Sauerstoffmengenanteil Ψo2vιωai wird beispielsweise dazu genutzt, um ein virtuelles Oxidationsluftverhältnis A0x, Virtual zu ermitteln. Dieses geht in ein Partikel-Modell ein. Daraus kann somit eine Partikelkonzentration CPM im Abgas ermittelt werden. Aus dem Stoffmengenanteil Ψ02, Virtual des Sauerstoffs wird unter Berücksichtigung einer Sauerstoffmengenanteilsdifferenz, die adaptiert wurde, ein korrigierter Stoffmengen- anteil an Sauerstoff Ψ02. Virtual ∞rrected einem NOx-Modell zugeführt. Hieraus kann sodann ein virtueller Stoffmengenanteil an NOx bestimmt werden. Die Formel für die Bestimmung des Sauerstoffmengenanteils, der virtuell korrigiert ist, ergibt sich hierbei aus der aus Fig. 3 hervorgehenden Beziehung. Aus dem virtuellen Sauerstoffstoffmengenanteil und dem über eine Drehzahl Nengιne und einer Last q bestimmten Kennfeld wird ein Sollwert eines Sauerstoffstoffmengenanteils zugeführt. Gleiches erfolgt für einen Stoffmengenanteil an NOx als Sollwert aus einem Kennfeld, wobei dieser Wert mit dem vom NOx-Sensor ermittelten Stoffmengenanteil NOx auch verglichen wird. Während aus dem Vergleich des Sauerstoffstoffmengenanteils über eine Korrelation eine Differenz des NOx- Stoffmengenanteils als modellbasierter, schnell ermittelter Wert erfolgt, ergibt der Vergleich der NOx-Stoffmengenanteile aus Kennfeld beziehungsweise vom NOx-Sensor einen zweiten Differenzwert. Diese werden beide miteinander verglichen und sodann einer Lernfunktion zur Verfügung gestellt. Daraus wird sodann ein angepasster NOx-Wert nun einer inversen Korrelation zur Verfügung gestellt, aus der sodann sich ein Differenzwert für den Sauerstoffstoffmengenanteil in Form von ΔΨ02-Adapter ergibt. Die Korrelation, die vorzugsweise hierbei genutzt wird, ergibt sich aus der oben genannten Dissertation, insbesondere aus der auf Seite 7 angegebenen Gleichung 2-3. Der ermittelte Differenzwert geht sodann wieder in den Vergleich mit dem virtuell ermittelten Sauerstoffstoffmengenanteil ein und korrigiert diesen. Dieser korrigierter Wert geht in das NOx-Modell, wobei aus diesem NOx-Modell nun der virtuelle NOx-Stoffmengenanteil ΨNOX, wrtuai ermittelt werden kann. Ziel hierbei ist es, dass der NOx-Wert, der von dem NOx-Sensor ermittelt wird, eine tatsächliche Zustandsbeschreibung angibt, und möglichst mit demjenigen Wert übereinstimmt, der als NOx-Stoffmengenanteil ΨNOX, «rtuai schließlich durch das NOx-Modell auf diese Weise ermittelt werden konnte. Aufgrund der virtuell schneller verfügbaren Werte sowie der Nutzung der Lernfunktion und damit der Adaptierung kann eine schnellere und insbesondere auch präzisere Einstellung eines Massenstromes an der Abgasrückführung erfolgen, um die gewünschten Stickstoffwerte bzw. Partikelwerte einhalten zu können.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel, insbesondere in Anlehnung an dem aus Fig. 2 hervor- gehendem System, zur Ermittlung von Massenströmen unter Nutzung eines Massenbeladungsmodells eines Zylinders. Neben der Nutzung der einzelnen Modelle erfolgt bei der aus Fig. 4 hervorgehenden Umsetzung eine Anpassung der Massenbeladung aus dem Modell "Engine-in Mass Modell" über eine dargestellte Adaption. Der so bestimmte Wert wird schließlich genutzt, um einen virtuellen Luftwert zu erhalten. Gleichzeitig wird dieser mit einem virtuellen AGR-Massenstrom und einer Last verknüpft, so dass das sich anschließende Modul die virtuellen Werte Luftaufwand λ-virtuai. die virtuelle AGR-Rate XEGR Vrtueii und den virtuellen Sauerstoffmengenanteil Ψo2vιruai bestimmen kann. Aus den einzelnen Figuren gehen jeweils verschiedene Parameter, Eingangs- wie auch Ausgangsgrößen und Verknüpfungen hervor. Diese sind nicht im Einzelnen wörtlich beschrieben, sind aber so wie dargestellt aus den Figuren zu entnehmen. Die Figuren und ihr Inhalt sind jedoch nicht beschränkend sondern als Beispiel auszulegen. Daher können Teile der Verknüpfungen, Parameter, Ein- und Auslassgrößen auch geändert, weggelassen oder durch andere ergänzt werden. Auch können aus einzelnen Teilen oder Abschnitten wie auch Parametern, Verknüpfungen, Ein und Auslassgrößen neue Schemata zusammengefügt werden, mit denen Das Verfahren ausgeführt und die Steuerung aufgesetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Einstellen eines Massenstroms einer Abgasrückführung einer Verbren- nungskraftmaschine unter Berücksichtigung eines NOx-Verhaltens, wobei eine Regelung eine Koppelung einer virtuellen NOx-Bestimmung mit einer realen NOx-Regelung vorsieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelgröße der NOx- Regelung mittels eines virtuellen NOx-Sensors bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine virtuelle NOx- abhängige Regelgröße mit einem aus einem Kennfeld bestimmten NOx-Sollwert verglichen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Stellgröße für eine virtuell ermittelte NOx-Regelgröße ein AGR-Massenstrom genutzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung auf ein Abgasrückführungsmodell zurückgreift.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasrückführungsmodell der Regelung in einem quasistationären Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine mittels eines Signals eines realen NOx-Sensors abgegli- chen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung einen PID-Regler zum Regeln eines virtuell bestimmten NOx-Werts nutzt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine virtuell ermittelte NOx-Regelgröße im Rahmen einer adaptierten Regelung angepasst wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die adaptierte Regelung einen realen NOx-Sensor nutzt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung eine innere und eine äußere Kaskade betreibt, wobei die innere Kaskade auf eine Lambda-Sonde zurückgreift, während die äußere Kaskade auf einen realen NOx-Sensor zurückgreift.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kaskade einen Abgleich einer Luftbestimmung ausführt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kaskade einen Abgleich einer NOx-Bestimmung ausführt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob eine Voraussetzung für eine Anwendung einer Adaption der Regelung noch vorliegt und bei Feststellung eines Wegfalls der Voraussetzung die Adaption der Regelung ausgesetzt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle NOx-Bestimmung schneller erfolgt als die Bestimmung eines NOx-Werts über einen realen NOx-Sensor.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Nutzung eines virtuell ermittelten Sauerstoffgehaltes ein einen Partikelstrom kennzeichnender Parameter ermittelt wird.
16. Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einem Diesel-Nutzfahrzeugmotor.
17. Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einer Abgasrückfüh- rung, einer Ladedruckaufladung, einem Dieselpartikelfilter, einem Katalysator, einem
NOx-Sensor und einer ersten Regelung bezüglich einer Rückführungsrate eines Abgasstromes zur Einstellung eines NOx-Wertes, wobei die erste Regelung erste Regelungsmittel aufweist, die einen virtuellen NOx-Sensor simulieren, zweite Regelungsmittel aufweist, die eine adaptierte Regelung des virtuellen NOx-Sensors ausführen, und dritte Rege- lungsmittel aufweist, die eine NOx-Regelung verwirklichen, wobei die erste Reglung derart aufgebaut ist, dass der virtuelle NOx-Sensor eine Voreinstellung für die erste Regelung vorgibt.
18. Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch ge- kennzeichnet, dass die erste Regelung als eine übergeordnete äußere Regelkaskade aufgebaut ist, die eine zweite, innere Regelkaskade mit einer schnelleren Regelzeit als die der äußeren Regelkaskade aufweist.
19. Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch ge- kennzeichnet, dass die erste Regelung als eine übergeordnete äußere Regelkaskade aufgebaut ist, die eine zweite, innere Regelkaskade mit einer langsameren Regelzeit als die der äußeren Regelkaskade aufweist
20. Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bestimmungsmittel zur Ermittlung einer Sauerstoffkonzentration an einem Motoreintritt der Diesel-Verbrennungskraftmaschine und zur Ermittlung eines Sauerstoffgehalts eines zurückgeführten Abgases vorgesehen sind.
21. Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaption zur Anpassung eines oder mehrer Modelle der Regelung zum Abgleich von virtuell ermittelten Werten der Modelle vorgesehen ist, wobei die Adaption hierfür mit einem Signalfluss von der Lambda-Sonde wie auch von einer realen NOx-Sonde verbunden ist.
22. Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Niederdruck-Abgasrückführung und/oder eine Hochdruck-Abgasrückführung vorgesehen sind, die jeweils als Modell in der Regelung hinterlegt sind.
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