DE102006042541A1

DE102006042541A1 - System und Verfahren zur Verringerung der Emissionen von Dieselmotoren

Info

Publication number: DE102006042541A1
Application number: DE102006042541A
Authority: DE
Inventors: Xiaobin Livonia Li; Zornitza Pavlinova Farmington Hills Pavlova-MacKinnon; Adedejo Canton Bukola Oladipo; Rakesh Farmington Hills Aneia
Original assignee: Detroit Diesel Corp
Current assignee: Detroit Diesel Corp
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2007-03-15
Also published as: US7212908B2; US20070056554A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verringerung von Stickoxiden (NOx) und Feststoffen (PM) bei den Emissionen eines Dieselmotors vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst, zumindest einen Brennkraftmaschinensensor zu überwachen, der ein Signal in Reaktion auf zumindest einem Brennkraftmaschinenbetriebszustand erzeugt, und zumindest einen Brennkraftmaschinensteuerparameter in Reaktion auf das Signal so einzustellen, dass die räumliche Verteilung im Zylinder des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur im Wesentlichen in einem Betriebsbereich gehalten wird. Der Betriebsbereich entspricht einer Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur, die im Wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Bildung von NOx und PM unterstützen. Die Tmepraturwerte sind höher als 1650 K, und die Äquivalenzverhältniswerte sind größer als 0,5.

Description

Die Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung gemäß Vertrag Nr. DE-FC05-997-OR22606 entwickelt. Die Regierung hat bestimmte Rechte an der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Verringerung der Emission von Stickoxiden (NOx) und Feststoffen (PM) eines Dieselmotors.

Brennkraftmaschinen, und insbesondere Dieselmotoren, werden in weitem Ausmaß eingesetzt, einschließlich bei Passagierfahrzeugen, Schiffen, Erdbewegungs- und Baumaschinen, ortsfesten Generatoren, und bei Lastkraftfahrzeugen für den Fernverkehr, unter anderem. Bei derartigen Anwendungen sind typischerweise verschiedene (beispielsweise leichte, mittlere, und schwere) Betriebsbedingungen (also Brennkraftmaschinenbetriebsarten) vorhanden.

Wenn die Temperatur des Brennkraftmaschinen-Brennraums eine bestimmte Temperatur in Bezug auf das Luft/Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis überschreitet, können Oxide des Stickstoffs (also Stickoxide, NOx) und Feststoffe (PM) als Nebenprodukte des Verbrennungsvorgangs erzeugt werden. NOx und PM werden allgemein als unerwünschte Schadstoffe angesehen, und von ihnen wird speziell angenommen, dass sie Einflussgrößen bei der Ausbildung von Smog darstellen.

In 1 ist ein Diagramm 10 dargestellt, das veröffentlichte Daten zeigt, welche die lokale Temperatur und lokale Äquivalenzverhältnisse angeben, von denen bekannt ist, dass sie die Förderung von NOx (also Bereich 106) und von PM (also Bereich 104) bei Dieselmotoren fördern. Das Diagramm 10 zeigt weiter einen Verbrennungsbereich (LTHE) 12 mit niedriger Temperatur und hohem Äquivalenzverhältnis, und einen Bereich (LTLE) 14 mit niedriger Temperatur und niedrigem Äquivalenzverhältnis. Der LTHE-Bereich 12 ist durch Temperaturen im Zylinder im Bereich von 1000 K bis 1650 K gekennzeichnet, und Verbrennungsäquivalenzverhältnisse im Bereich von 0 bis B. Der LTLE-Bereich 14 ist durch Temperaturen im Zylinder im Bereich von 1000 K bis 2000 K gekennzeichnet, und Verbrennungäquivalenzverhältnisse im Bereich von 0 bis 0,5. Herkömmliche Vorgehensweise zur Begrenzung der Bildung von NOx und PM haben sich darauf konzentriert, die Brennkraftmaschine im Bereich 12 oder 14 zu betreiben, oder in einer Kombination der Bereiche 12 und 14. Während eine Brennkraftmaschine, die entweder im LTHE 12 oder im LTLE 14 arbeitet, niedrige Emissionen von NOx und PM erzeugen kann, ist ein derartiger Betrieb jedoch in der Hinsicht nachteilig, dass die Brennkraftmaschine auf Einsätze mit geringer Belastung begrenzt ist. Weiterhin kann der Betrieb innerhalb des Bereiches 12 oder 14 auch zu übermäßigen Nachteilen in Bezug auf Kraftstoffverbrauch und die Emission von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid führen.

Daher wäre es wünschenswert, ein System und ein Verfahren zur Verringerung der Bildung von NOx und PM für Dieselmotoren zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile herkömmlicher Vorgehensweisen verringern oder überwinden.

Die vorliegende Erfindung stellt allgemein neue, verbesserte, und innovative Vorgehensweisen zur Verringerung der Bildung von Stickoxiden (also Oxiden des Stickstoffs, NOx) und von Feststoffen (also PM) während der Verdichtungsentflammungs-Verbrennung zur Verfügung, bei welcher die Brennkraftmaschine unter Bedingungen mit mittlerer oder hoher Belastung arbeitet, zusätzlich zu Bedingungen mit niedriger Belastung. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung die Wirksamkeit herkömmlicher Emissionsbehandlungsvorrichtungen nach der Verbrennung erhöhen (also von Nachbehandlungsvorrichtungen).

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verringerung von Stickoxiden (NOx) und Feststoffen (PM) bei den Emissionen von Dieselmotoren zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst, zumindest einen Brennkraftmaschinensensor zu überwachen, wobei der zumindest eine Brennkraftmaschinensensor ein Signal in Reaktion auf zumindest einen Brennkraftmaschinenbetriebszustand erzeugt, und das Einstellen zumindest eines Brennkraftmaschinensteuerparameters in Reaktion auf das Signal, so dass die räumliche Verteilung im Zylinder des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur im wesentlichen in einem Betriebsbereich aufrechterhalten wird. Der Betriebsbereich entspricht einer Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Bezug auf die Temperatur, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Bildung von NOx und PM fördern. Die Temperaturwerte sind höher als 1650 K, und die Äquivalenzverhältniswerte sind größer als 0,5.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein System zur Verringerung von Stickoxiden (NOx) und Feststoffen (PM) bei Emissionen von Fahrzeugen zur Verfügung gestellt, wobei ein derartiges Fahrzeug einen Dieselmotor aufweist. Das System weist ein Abgasrückführventil (EGR-Ventil) auf, das bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und mit einem Stellglied versehen ist, um eine EGR-Flussrate über das EGR-Ventil in Reaktion auf eine EGR-Ratensteuersignal einzustellen, ein Kraftstoffinjektorventil, das bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied aufweist, das so ausgebildet ist, dass es den Kraftstofffluss durch das Kraftstoffinjektorventil in Reaktion auf ein Kraftstoffinjektorsteuersignal einstellt, einen ersten Sensor zur Bestimmung einer Brennkraftmaschinendrehzahl, einen zweiten Sensor zur Bestimmung eines Brennkraftmaschinendrehmoments, einen dritten Sensor zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit, und ein Brennkraftmaschinensteuermodul (ECM). Das ECM ist elektrisch mit dem EGR-Ventil-Stellglied verbunden, mit dem Kraftstoffinjektorventil-Stellglied, dem ersten Sensor, dem zweiten Sensor, und dem dritten Sensor. Das ECM bestimmt das EGR-Ratensteuersignal und das Kraftstoffinjektorsteuersignal in Reaktion auf zumindest ein Signal, das von zumindest einem unter dem ersten Sensor, dem zweiten Sensor, und dem dritten Sensor zur Verfügung gestellt wird, so dass die räumliche Verteilung im Zylinder des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur im wesentlichen in einem Betriebsbereich aufrechterhalten bleibt. Der Betriebsbereich entspricht einer Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Bezug auf die Temperatur, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Ausbildung von NOx und PM unterstützen. Die Temperaturwerte sind höher als 1650 K, und die Äquivalenzverhältniswerte sind größer als 0,5.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Steuerung zum Steuern der Emissionen von Abgas-Stickoxiden (NOx) und von Feststoffen (PM) von einem Dieselmotor zur Verfügung gestellt. Die Steuerung weist einen ersten Ausgangsanschluss auf, der ein erstes Steuersignal an ein Ventil zur Abgasrückführung (EGR) liefert, das bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied aufweist, das so ausgebildet ist, dass es eine EGR-Flussrate durch das EGR-Ventil in Reaktion auf das erste Steuersignal einstellt, einen zweiten Ausgangsanschluss, der ein zweites Steuersignal an einen EGR-Kühler liefert, der bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied aufweist, das dazu ausgebildet ist, einen EGR-Fluss durch den EGR-Kühler in Reaktion auf das zweite Steuersignal einzustellen, einen dritten Ausgangsanschluss, der ein drittes Steuersignal ein Kraftstoffinjektorventil liefert, das bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied aufweist, das dazu ausgebildet ist, den Kraftstofffluss durch das Kraftstoffinjektorventil in Reaktion auf das dritte Steuersignal einzustellen, einen ersten Eingangsanschluss, der ein erstes Sensorsignal von einem betreffenden Sensor zur Bestimmung der Brennkraftmaschinendrehzahl empfängt, einen zweiten Eingangsanschluss, der ein zweites Sensorsignal von einem betreffenden Sensor zur Bestimmung des Brennkraftmaschinendrehmoments empfängt; und einen dritten Eingangsanschluss, der ein drittes Sensorsignal von einem betreffenden Sensor empfängt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen. Die Steuerung ist elektrisch mit dem EGR-Ventilstellglied verbunden, mit dem EGR-Kühlerstellglied, mit dem Kraftstoffinjektorventil-Stellglied, mit dem Sensor zur Bestimmung der Brennkraftmaschinendrehzahl, mit dem Sensor zur Bestimmung des Brennkraftmaschinendrehmoments, und mit dem Sensor zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Die Steuerung bestimmt zumindest entweder das erste Steuersignal, das zweite Steuersignal oder das dritte Steuersignal so, dass die räumliche Verteilung im Zylinder des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur im wesentlichen in einem Betriebsbereich beibehalten bleibt. Der Betriebsbereich entspricht einer Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Bezug auf Temperaturen, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Ausbildung von NOx und PM fördern. Die Temperaturwerte sind höher als 1650 K, und die Äquivalenzverhältniswerte sind größer als 0,5.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1 ein Diagramm zur Erläuterung der lokalen Temperatur und lokale Äquivalenzverhältnisse, von denen bekannt ist, dass sie die Ausbildung für ein NOx und PM fördern;
2 eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Dieselmotors, der verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist;
3 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine und eines Brennkraftmaschinensteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ein Diagramm des Verbrennungsäquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur, welches den IDTE-Bereich in Beziehung zum LTHE- und zum LTLE-Bereich erläutert;
5 ein Diagramm mit einer Darstellung von Plots simulierter NOx- und PM-Daten für einen herkömmlichen Dieselmotor und einen Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ein Diagramm mehrdimensionaler Verbrennungssimulationsdaten zu einem Zeitpunkt entsprechend einer maximalen Wärmeabgaberate für einen herkömmlichen Dieselmotor und einen Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ein Diagramm von Brennkraftmaschinenversuchsergebnissen, welche die Steuerung von CO-Emissionen auf vorbestimmte Pegel erläutern, während NOx verringert wird, bei einem Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ein Diagramm von Brennkraftmaschinenversuchsergebnissen, welches die Steuerung von HC-Emissionen auf vorbestimmte Pegel erläutert, während NOx verringert wird, bei einem Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ein Diagramm, welches Abgastemperaturen während Abschnitten eines Übergangsversuchszyklus für einen herkömmlichen FTP-75-Dieselmotor und einen FTP-75-Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
10 ein Diagramm von Versuchsergebnissen, welches Pegel von NOx-Emissionen eines Fahrzeugs relativ zu NOx-Emissionen einer Brennkraftmaschine für einen herkömmlichen FTP-75-Dieselmotor und einen FTP-75-Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Allgemein stellt die vorliegende Erfindung ein verbessertes System und ein verbessertes Verfahren zum Steuern (beispielsweise Verringern, Begrenzen, Minimieren, Optimieren, usw.) der Ausbildung von Stickoxiden (also Oxiden des Stickstoffs, NOx) und von Feststoffen (PM) während eines Verdichtungsentflammungsverbrennungs-Prozesses zur Verfügung, wenn die Brennkraftmaschine unter Bedingungen mit mittlerer oder hoher Belastung arbeitet, zusätzlich zu Bedingungen bei geringer Belastung. Der Betriebsbereich der vorliegenden Erfindung ist allgemein breit. Bei einem Beispiel umfasst der Betriebsbereich Brennkraftmaschinendrehzahlen von 600 RPM (Umdrehungen pro Minute) bis 4000 RPM, und Belastungen von bis zu 8 Bar des mittleren induzierten Drucks (BMEP). Weiterhin kann die vorliegende Erfindung die Wirksamkeit herkömmlicher Emissionsbehandlungsvorrichtungen nach der Verbrennung (also von Nachbehandlungsvorrichtungen) verbessern, durch Bereitstellung höherer Abgastemperaturen, verbesserte Steuerung der Emissionen von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC), und höherer Anteile von Stickstoffdioxid (NO₂) an den gesamten NOx-Emissionen, im Vergleich zu herkömmlichen Vorgehensweisen.
In 2 ist eine Perspektivansicht dargestellt, welche einen Dieselmotor 100 erläutert, der verschiedene Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Brennkraftmaschine 100 kann bei sehr verschiedenen Anwendungen verwirklicht sein, einschließlich Fernverkehrs- Lastkraftfahrzeugen, Baumaschinen, Schiffen, ortsfesten Generatoren, Pumpstationen, und dergleichen. Die Brennkraftmaschine 100 weist im wesentlichen mehrere Zylinder auf, bei denen ein Kolben unterhalb eines entsprechenden Deckels angeordnet ist, insgesamt mit dem Bezugszeichen 102 bezeichnet.
Bei einer Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine 100 ein Mehrzylinder-Dieselmotor, beispielsweise ein Dieselmotor mit 3, 4, 6, 8, 12, 16, oder 24 Zylindern. Allerdings kann die Brennkraftmaschine 100 mit jeder geeigneten Anzahl an Zylindern 102 verwirklicht werden, um die konstruktiven Anforderungen einer speziellen Anwendung zu erfüllen.
Ein Ventil für die Abgasrückführung (EGR) (als Element 110 in 3 gezeigt) ist im wesentlichen zwischen einen Abgaskrümmer 112 und einen Einlasskrümmer 114 geschaltet. Das EGR-Ventil 110 sorgt im wesentlichen für das Umwälzen eines Anteils des Abgases in Reaktion auf zumindest einen vorbestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100. Das EGR-Ventil 110 ist im wesentlichen als Vorrichtung mit variablem Fluss ausgeführt.
Die Brennkraftmaschine 100 weist im wesentlichen ein Brennkraftmaschinensteuermodul (ECM) auf, ein Kraftübertragungssteuermodul (PCM), oder eine andere geeignete Steuerung 120 (dargestellt und beschrieben im einzelnen im Zusammenhang mit 3). Das ECM 120 kommuniziert im wesentlichen mit verschiedenen Brennkraftmaschinensensoren und Stellgliedern über zugehörige Verbindungskabel (also Leitungen, Drähte, Verbinder, usw.) 122, um die Brennkraftmaschine 100 zu steuern. Weiterhin kommuniziert das ECM 120 im wesentlichen mit der Bedienungsperson oder dem Benutzer (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine unter Verwendung zugehöriger Leuchten, Schalter, Anzeigen, und dergleichen (nicht gezeigt).
Bei einem Beispiel kann die Brennkraftmaschine 100 in einem Fahrzeug (nicht gezeigt) angebracht (also installiert, verwirklicht, positioniert, angeordnet, usw.) sein. Bei einem anderen Beispiel kann die Brennkraftmaschine 100 in einer ortsfesten Umgebung installiert sein. Die Brennkraftmaschine 100 kann mit einem Getriebe (nicht gezeigt) über ein Schwungrad 124 verbunden sein. Zahlreiche Getriebe weisen eine Konstruktion mit einer Kraftabnahme (PTO) auf, bei welcher eine Hilfswelle (nicht gezeigt) an zugehörige Zusatzgeräte (nicht gezeigt) angeschlossen sein kann. Allerdings ist die vorliegende Erfindung unabhängig von der speziellen Ausbildung der Brennkraftmaschine 100, oder davon, ob das Fahrzeug ortsfest ist oder sich bewegt, für die Anwendungen, bei welchen die Brennkraftmaschine 100 in einem Fahrzeug eingesetzt wird, das eine PTO-Betriebsart aufweist. Die Belastungen, die auf die Brennkraftmaschine 100 bzw. das Getriebe in einer ortsfesten Konfiguration einwirken, können relativ konstant sein, oder können variieren.
In 3 sind die Brennkraftmaschine 100 und das zugehörige Steuersystem (oder die Steuerung) 120 und Untersysteme dargestellt. Verschiedene Sensoren und Schalter (nicht gezeigt) stehen im wesentlichen in elektrischer Verbindung mit der Steuerung 120 über Eingangsanschlüsse 130 (sind also mit dieser verbunden oder an diese angeschlossen). Die Sensoren können verschiedene Positionssensoren umfassen, beispielsweise einen Gaspedal- oder einen Bremspositionssensor. Entsprechend können die Sensoren einen Kühlmitteltemperatursensor umfassen, der im wesentlichen eine Anzeige der Temperatur eines Brennkraftmaschinenblocks zur Verfügung stellt, und einen Ansaugkrümmer- Lufttemperatursensor, der im wesentlichen eine Anzeige der Temperatur der Brennkraftmaschinenansaugluft am Einlass oder in dem Ansaugkrümmer 114 zur Verfügung stellt.
Andere Sensoren können zumindest einen Sensor umfassen, der eine Betätigung (beispielsweise Position, Öffnungsprozentsatz, Massenfluss dort hindurch, usw.) eines EGR-Steuerventils 110 anzeigt. Das EGR-Steuerventil 110 weist im allgemeinen ein Stellglied auf, welches das EGR-Ventil in einem Ausmaß (also einem Pegel, zu einer Position, usw.) öffnet und schließt, welches einem Steuersignal (beispielsweise ACT) entspricht (hierauf reagiert), und einen Sensor, der ein Positionssignal (beispielsweise POSIT) erzeugt, welches dem Ausmaß des Öffnens (oder Schließens) des EGR-Steuerventils 110 entspricht (also hierauf reagiert).
Weiterhin kann die Steuerung 120 mit zumindest einem Sensor kommunizieren, der die Betätigung eines EGR-Kühlventils 132 anzeigt (beispielsweise über ein Signal COOL_POSIT), mit zumindest einem Sensor, der die Drehzahl der Brennkraftmaschine 100 anzeigt (beispielsweise einem Sensor 134 über ein Signal ESPEED), und mit zumindest einem Sensor, der das Drehmoment der Brennkraftmaschine 100 anzeigt (beispielsweise einem Sensor 136 über ein Signal ET).
Entsprechend können die anderen Sensoren einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 138 (VSS) umfassen. Der VSS 138 stellt im wesentlichen eine Anzeige der Drehzahl (beispielsweise über ein Signal VSPEED) der Ausgangswelle (nicht gezeigt) des Getriebes zur Verfügung. Die Geschwindigkeit der Welle, die über den VSS 138 überwacht wird, kann zur Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden. Der VSS 138 kann auch einen oder mehrere Radgeschwindigkeitssensoren repräsentieren, die bei Anwendungen mit einem Antiblockierbremssystem (ABS) eingesetzt werden können, bei Fahrzeugsstabilitätssteuersystemen, und dergleichen.
Die Brennkraftmaschine 100 weist im allgemeinen einen Abgaskrümmeranschluss (beispielsweise Auslass) 150 zum Ausstoßen von Verbrennungsabgasen auf (beispielsweise TOT_EXH). Ein Anteil von TOT_EXH kann dem EGR-Ventil 110 zugeführt werden (beispielsweise ein Anteil EGR_EXH). Der Rest des Abgases (also ein Anteil EXOUT) kann durch ein Abgassystem hindurchgehen, das ein Dieselfeststofffilter (DPF) 152 aufweist. Das DPF 152 ist ein Beispiel für eine Nachverbrennungs-Emissionsbehandlungsvorrichtung, welche die Feststoffe (PM) in von dem Fahrzeug abgegebenen Gasen verringert.
Entsprechend kann ein Anteil EGRCL des Abgases, das dem EGR-Ventil 110 zugeführt wird (also der Anteil EGR_EXH) dem EGR-Kühlventil 132 zugeführt werden, und kann der Rest des Anteils EGR_EXH (beispielsweise ein Anteil EGRHT) dem Ansaugkrümmer 114 der Brennkraftmaschine 100 zugeführt werden. Das EGR-Kühlventil 132 ist im wesentlichen als Vorrichtung mit variablem Fluss ausgebildet. Die Vorrichtung mit variablem Fluss weist im wesentlichen ein Stellglied auf, welches das EGR-Kühlventil 132 in einem Ausmaß (also Pegel, zu einer Position, usw.) öffnet und schließt, welche einem Steuersignal (beispielsweise COOL) entspricht (also darauf reagiert), sowie einen Sensor, der ein Positionssignal (beispielsweise COOL_POSIT) erzeugt, welches dem Ausmaß des Öffnens (oder Schließens) des EGR-Kühlventils entspricht (also darauf reagiert). Durch Verstellung des Stellgliedes kann die Menge an EGR-Gas eingestellt werden, die einem Kühlsystem 154 zugeführt wird.
Der Anteil EGRCL kann durch den Kühler 154 geleitet werden, um die Temperatur des Abgasflusses vor dessen erneuten Zuführen zur Brennkraftmaschine 100 über den Ansaugkrümmer 114 zu verringern. Der Kühler 154 kann einen Wärmetauscher aufweisen, um die Wärmeübertragung von dem Abgas an ein Kühlmittel (beispielsweise Brennkraftmaschinenkühlmittel) zu erleichtern. Daher kann jede gewünschte Menge an EGR-Gas (also jede gewünschte Menge des Anteils EGR_EXH) vor dem Hineingelangen in den Ansaugkrümmer 114 gekühlt werden.
Die Steuerung 120 weist vorzugsweise einen programmierbaren Mikroprozessor 160 in Kommunikation mit (also angeschlossen an) verschiedenen computerlesbaren Speichermedien 162 über zumindest einen Daten- und Steuerbus 164 auf. Die computerlesbaren Speichermedien 162 können jede beliebige Anzahl an Vorrichtungen umfassen, beispielsweise einen Nur-Lesespeicher (ROM) 166, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 168, und einen nicht-flüchtigen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (NVRAM) 170.
Die verschiedenen Arten computerlesbarer Speichermedien 162 können im wesentlichen für eine Kurzzeit- und Langzeitspeicherung von Daten sorgen (beispielsweise zumindest eine Nachschlagetabelle, LUT, bereitstellen, zumindest eine Betriebsroutine, zumindest ein mathematisches Modell für die EGR-Steuerung, zumindest ein mathematisches Modell für die EGR-Kühlsteuerung, zumindest ein mathematisches Modell für die Kraftstoffeinspritztimingsteuerung, usw.), die von der Steuerung 120 zum Steuern der Brennkraftmaschine 100 verwendet werden, und speziell zur Steuerung des EGR-Ventils 110, des EGR-Kühlventils 132, und von Kraftstoffeinspritzelektromagneten 182. Die computerlesbaren Speichermedien 162 können durch jede Anzahl bekannter physikalischer Vorrichtungen verwirklicht werden, welche Daten speichern können, die Befehle repräsentieren, die von dem Mikroprozessor 160 ausgeführt werden können. Derartige Vorrichtungen können PROM, EPROM, EEPROM, Flash-Speicher, und dergleichen umfassen, zusätzlich zu verschiedenen magnetischen, optischen, und kombinierten Medien, welche zu einer temporären und permanenten Datenspeicherung fähig sind.
Die computerlesbaren Speichermedien 162 können Daten enthalten, welche Programmbefehle (beispielsweise Software) repräsentieren, Kalibrierungen, Routinen, Schritte, Verfahren, Blöcke, Operationen, Betriebsvariablen, und dergleichen, die im Zusammenhang mit zugehöriger Hardware dazu verwendet werden, um die verschiedenen Systeme und Untersysteme der Brennkraftmaschine 100, des EGR-Ventils 110, des EGR-Kühlventils 132, der Kraftstoffeinspritzelektromagneten 182, und des Fahrzeugs zu steuern. Die Steuerlogik des Brennkraftmaschinen/Fahrzeugs/EGR-Kraftstoffeinspritzsystems ist im wesentlichen über die Steuerung 120 verwirklicht, auf Grundlage der Daten, die in den computerlesbaren Speichermedien 162 gespeichert sind, zusätzlich zu verschiedenen anderen elektrischen und elektronischen Schaltungen (also Hardware, Firmware, usw.).
In den computerlesbaren Speichermedien 162 sind im wesentlichen Befehle gespeichert, die von der Steuerung 120 ausgeführt werden können, um die Brennkraftmaschine 100 zu steuern, einschließlich des EGR-Ventils 110, des EGR-Kühlventils 132, und der Kraftstoffeinspritzelektromagneten 182. Die Programmbefehle können die Steuerung 120 anweisen, die verschiedenen Systeme und Untersysteme des Fahrzeugs zu steuern, bei welchem die Brennkraftmaschine 100 vorgesehen ist, wobei die Befehle von dem Mikroprozessor 160 ausgeführt werden, wobei wahlweise Befehle auch von jeder Anzahl von Logikeinheiten 172 ausgeführt werden können. Die Eingangsanschlüsse 130 können Signale von den verschiedenen Sensoren und Schaltern empfangen, und die Steuerung 120 kann Signale (beispielsweise die Signale ACT, COOL, und INJ) an Ausgangsanschlüssen 180 erzeugen. Die Ausgangssignale werden im wesentlichen den verschiedenen Fahrzeugkomponenten zugeführt (oder an diese übertragen) (beispielsweise an das Stellglied des EGR-Ventils 110, das Stellglied des EGR-Kühlventils 132, an die Kraftstoffeinspritzelektromagneten 182, an andere Stellglieder, Anzeigen, und dergleichen).
Die Stellglieder können verschiedene Brennkraftmaschinenbauteile aufweisen, die über zugehörige Steuersignale von der Steuerung 120 betätigt werden. Die verschiedenen Stellglieder können auch Signalrückkopplung an die Steuerung 120 in Bezug auf den Betriebszustand des Stellgliedes (beispielsweise über einen jeweiligen Sensor) zur Verfügung stellen, zusätzlich zu Rückkopplungspositionssignalen oder anderen Signalen, die zum Steuern der Stellglieder verwendet werden. Die Stellglieder weisen vorzugsweise mehrere Kraftstoffinjektoren 184 auf, die über zugehörige Elektromagneten (beispielsweise die Elektromagneten 182) gesteuert werden, um Kraftstoff den entsprechenden Zylindern 102 in Reaktion auf ein Signal (beispielsweise das Signal INJ) zuzuführen. Die Stellglieder können auch zumindest ein Stellglied umfassen, das so ausgebildet ist, dass es das EGR-Ventil 110 in Reaktion auf ein Signal (beispielsweise das Signal ACT) steuert, sowie zumindest ein Stellglied zum Steuern des EGR-Kühlventils 132 in Reaktion auf ein Signal (beispielsweise das Signal COOL).
Eine Daten-, Diagnose- und Programmierschnittstelle 174 kann weiterhin selektiv an die Steuerung 120 über einen Bus und einen Verbinder 176 angeschlossen sein, um verschiedene Information dazwischen auszutauschen. Die Schnittstelle 174 kann dazu eingesetzt werden, Werte in den computerlesbaren Speichermedien 162 zu ändern, beispielsweise Konfigurationseinstellungen, Kalibrierwerte, Befehle für EGR, EGR-Kühlung und Brennkraftmaschinensteuerung, und dergleichen.
Die gesamte Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist so zu verstehen, dass zumindest eine auswählbare (also programmierbare, vorbestimmte, abänderbare, usw.) Konstante, Grenze, Gruppe von Kalibrierbefehlen, Kalibrierwerte (also Schwelle, Pegel, Intervall, Wert, Menge, Dauer usw.) oder Wertebereiche von jedem unter mehreren Individuen (also Benutzern, Bedienungspersonen, Eignern, Fahrern, usw.) ausgewählt werden kann bzw. können, über eine Programmiervorrichtung, beispielsweise die Vorrichtung 174, die selektiv mit einem geeigneten Stecker oder Verbinder 176 an die Steuerung 120 angeschlossen ist. Statt einer primären Steuerung durch Software, können die auswählbaren oder programmierbaren Werte für Konstanten und Grenzen (oder Bereiche) auch durch eine geeignete Hardwareschaltung zur Verfügung gestellt werden, die verschiedene Schalter, Anzeigen, usw. aufweist. Alternativ können die Grenze und der Bereich, die auswählbar oder programmierbar sind, auch dadurch geändert werden, dass eine Kombination aus Software und Hardware eingesetzt wird, ohne Abweichung vom Wesen der vorliegenden Erfindung. Allerdings kann der zumindest eine auswählbare Wert oder Bereich vorher festgelegt und/oder abgeändert werden, durch jede geeignete Einrichtung und jedes geeignete Verfahren, um die konstruktiven Anforderungen einer speziellen Anwendung zu erfüllen. Jede geeignete Anzahl und Art von Sensoren, Anzeigen, Stellgliedern, usw. kann eingesetzt werden, um die konstruktiven Anforderungen einer speziellen Anwendung zu erfüllen.
Bei zumindest einer Betriebsart kann die Steuerung 120 Signale von den verschiedenen Sensoren und Schaltern des Fahrzeugs empfangen, und eine Steuerlogik ausführen, die in Hardware und Software vorliegt, um die Brennkraftmaschine 100 zu steuern, das EGR-Ventil 110, das EGR-Kühlventil 132, die Kraftstoffeinspritzelektromagneten 182, und dergleichen. Bei einem Beispiel ist die Steuerung 120 als zumindest eine Ausbildung einer DDEC-Steuerung verwirklicht, die von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan bezogen werden kann. Verschiedene andere Merkmale der DDEC-Steuerung sind im einzelnen in einer Anzahl unterschiedlicher US-Patente beschrieben, die an die Detroit Diesel Corporation übertragen wurden. Allerdings kann die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit jeder geeigneten Steuerung verwirklicht werden, um die konstruktiven Anforderungen einer speziellen Anwendung zu erfüllen.
Steuerlogik kann als Hardware, Firmware, Software, oder Kombinationen hieraus verwirklicht sein. Weiterhin kann Steuerlogik von der Steuerung 120 ausgeführt werden, zusätzlich zu den verschiedenen Systemen und Untersystemen, oder durch die verschiedenen Systeme und Untersysteme des Fahrzeugs oder eines anderen Installationsortes, an welchem die Steuerung 120 vorgesehen ist. Obwohl bei einer Ausführungsform die Steuerung 120 den Mikroprozessor 160 aufweist, kann darüber hinaus jede Anzahl bekannter Programmier- und Verarbeitungsverfahren, Algorithmen, Schritten, Blöcken, Prozesse, Routinen, Strategien und dergleichen eingesetzt werden, um die Brennkraftmaschine 100, das EGR-Ventil 110, das EGR-Kühlventil 132, und die Kraftstoffeinspritzelektromagneten 182 gemäß der vorliegenden Erfindung zu steuern. Weiterhin kann die Brennkraftmaschinensteuerung 120 Information auf verschiedene Arten und Weisen empfangen. So kann beispielsweise Systeminformation in Bezug auf die Brennkraftmaschine 100 über eine Datenverbindung empfangen werden, an einem Digitaleingang, oder an einem Sensoreingang der Brennkraftmaschinensteuerung 120.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das EGR-Ventil 110 und das EGR-Kühlventil 132 als Ventile mit variablem Fluss ausgebildet, die elektronisch durch die Steuerung 120 gesteuert werden. Es können zahlreiche mögliche Konstruktionen für ein steuerbares Ventil vorhanden sein, und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf irgendeinen speziellen Aufbau des EGR-Ventils 110 und des EGR-Kühlventils 132 beschränkt. Weiterhin können verschiedene Sensoren, die am EGR-Ventil 110, dem EGR-Kühlventil 132, an der Brennkraftmaschine 100, und in Verbindung mit entsprechenden Systemen, Untersystemen, und Bauteilen angeordnet sind, die Temperatur und den Differenzdruck erfassen, um eine Bestimmung der Abgas-Massenflussrate durch das EGR-Ventil 110 und das EGR-Kühlventil 132 über die Steuerung 120 zu ermöglichen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen Steuerlogik, die verschiedene Eingangssignale verarbeitet, die verschiedene Brennkraftmaschinenzustände (oder Zustände von Bauteilen, des Systems, des Untersystems, usw.) repräsentieren, und die wiederum zumindest ein EGR-Befehlssignal (oder Steuersignal) (beispielsweise ACT) zur Verfügung stellt, zumindest ein EGR-Kühlbefehlssignal (oder Steuersignal) (beispielsweise COOL), und zumindest ein Kraftstoffeinspritzbefehlssignal (oder Steuersignal) (beispielsweise INJ). Das EGR-Befehlssignal (oder Steuersignal) ACT steuert im wesentlichen eine Position des EGR-Ventils 110 mit variablem Fluss, um den Gasfluss durch den EGR-Abgasflussweg 180 zu steuern. Der EGR-Positionssensor liefert im wesentlichen ein Signal (beispielsweise POSIT) an zumindest einen der Eingangsanschlüsse 130. Das Positionssignal POSIT entspricht im wesentlichen (steht als in Beziehung zu) der Position (beispielsweise dem Prozentsatz des Öffnens oder Schließens) des EGR-Ventils 110. Das EGR-Kühlbefehlssignal (oder Steuersignal) COOL steuert im wesentlichen eine Position des EGR-Kühlventils 132 mit variablem Fluss, zum Steuern des Gasflusses durch den EGR-Abgaskühlgasflussweg 182. Der EGR-Kühlpositionssensor liefert im wesentlichen ein Signal (beispielsweise COOL_POSIT an zumindest einen der Eingangsanschlüsse 130. Das Positionssignal COOL_POSIT entspricht im wesentlichen (also steht in Beziehung zu) der Position (also dem Prozentsatz des Öffnens oder Schließens) des EGR-Kühlventils 132. Das Kraftstoffeinspritzbefehlssignal (oder Steuersignal) INJ wird im wesentlichen im Zusammenhang mit den Elektromagneten 182 eingesetzt, um die Menge, das Timing, und die Dauer von Kraftstoffeinspritzvorgängen während eines Verbrennungszyklus zu steuern.
Während die repräsentativen Beispiele für die Brennkraftmaschine 100 und das Steuersystem ein Beispiel für die Einsatzumgebung der vorliegenden Erfindung erläutern, ist die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Art von Kraftstoff oder Kraftstoffsystem beschränkt, und kann daher bei jeder geeigneten Brennkraftmaschine und/oder jedem geeigneten Brennkraftmaschinensystem eingesetzt werden, um die konstruktiven Vorgaben für eine spezielle Anwendung zu erfüllen.
Wie im Zusammenhang mit 1 erläutert, kann eine Verringerung an NOx und PM im wesentlichen durch ein niedriges Äquivalenzverhältnis in Verbindung mit einer niedrigen Verbrennungstemperatur charakterisiert werden. Wie im einzelnen in 4 gezeigt, kann der Betrieb einer Brennkraftmaschine 100 bei mittlerer oder schwerer Belastung, während die Verringerung von NOx und PM beibehalten bleibt, im wesentlichen durch Werte des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur charakterisiert werden, die im wesentlichen innerhalb des vorbestimmten Bereiches 202 für die Abhängigkeit des Äquivalenzverhältnisses von der Temperatur liegen. Zur Vereinfachung der Beschreibung kann der Bereich 202 bezeichnet werden als der Bereich (IDTE) des "idealen Gebiets der Temperatur und des Äquivalenzverhältnisses".
Im wesentlichen hält die Steuerung 120 die Zylindertemperaturen und Äquivalenzverhältnisse der Brennkraftmaschine 100 an einem Punkt fest, der in zumindest entweder dem LTHE-Bereich 12 liegt, dem LTLE-Bereich 14, oder dem IDTE-Bereich 202, durch Einstellung zumindest entweder des Kraftstoffeinspritztimings, der EGR-Rate, und der EGR-Kühlung. Speziell kann die Steuerung 120 zumindest eines der Ausgangssignale INJ, ACT, und COOL erzeugen, in Reaktion auf zumindest eines der Eingangssignale ESPEED, ET, VSPEED, POSIT, und COOL_POSIT, so dass die Brennkraftmaschine 100 im wesentlichen innerhalb des Bereichs 12, des Bereichs 14 und/oder des Bereichs 202 arbeitet (also ein entsprechendes Äquivalenzverhältnis und eine entsprechende Zylindertemperatur aufweist).
Bei einer Ausführungsform kann zumindest eines der Eingangssignale ESPEED, ET, und VSPEED unter Bezugnahme auf eine Nachschlagetabelle ermittelt werden, die in den computerlesbaren Speichermedien 162 gespeichert ist, um zumindest eines der Signale INJ, ACT und COOL zu bestimmen. Bei einer anderen Ausführungsform kann zumindest eines der Eingangssignale ESPEED, ET, und VSPEED durch ein mathematisches Modell (also einen mathematischen Algorithmus) gebildet werden, das in den computerlesbaren Speichermedien 162 gespeichert ist, um zumindest eines der Signale INJ, ACT und COOL zu bestimmen. Allerdings kann jedes verfügbare Eingangssignal bei jedem geeigneten Steuermodell eingesetzt werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, mit welchem die konstruktiven Vorgaben einer speziellen Anwendung erfüllt werden.
Die Steuerung 120 kann das Signal INJ so erzeugen, dass das Kraftstoffeinspritztiming innerhalb eines Bereiches von zehn Grad vor dem oberen Totpunkt (BTDC) und 15 Grad nach dem oberen Totpunkt (ATDC) gehalten wird. Allerdings kann die Steuerung 120 das Signal INJ auch so erzeugen, dass das Kraftstoffeinspritztiming innerhalb jeden geeigneten Bereiches gehalten wird, so dass die Verbrennungstemperatur und das Äquivalenzverhältnis im wesentlichen auf einem Punkt innerhalb der Bereiche LTHE 12, LTLE 14, und/oder IDTE 202 gehalten werden.
Die Steuerung 120 kann das Signal ACT so erzeugen, dass die EGR-Rate auf fünfzig Prozent oder darunter gehalten wird. Allerdings kann die Steuerung 120 das Signal ACT auch so erzeugen, dass die EGR-Rate innerhalb jedes geeigneten Bereiches so gehalten wird, dass die Verbrennungstemperatur und das Äquivalenzverhältnis im wesentlichen auf einem Punkt innerhalb des Bereiches LTHE 12, LTLE 14, und/oder IDTE 202 gehalten werden.
Im allgemeinen kann die Steuerung 120 zumindest eines der Ausgangssignale (beispielsweise die Signale INJ, ADJ, und COOL) so bestimmen, dass die Temperatur im Zylinder der Brennkraftmaschine über einen Zeitraum verringert wird. Die Steuerung 120 kann weiterhin zumindest eines der Ausgangssignale so festlegen, dass die Homogenität der Luft/Kraftstoffmischung im Verlauf der Zeit zunimmt. Entsprechend kann die Steuerung 120 zumindest eines der Ausgangssignale so festlegen, dass die Zündung der Verbrennung im Verlauf der Zeit verzögert wird.
In 4 ist ein Plot 200 des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt, welcher den IDTE-Bereich 202 in Beziehung zu den Bereichen LTHE 12 und LTLE 14 erläutert. Der Bereich 202 entspricht Äquivalenzverhältnis/Temperaturwerten, die im wesentlichen den Betrieb einer Brennkraftmaschine 100 bei mittleren und hohen Belastungen unterstützen, während die Verbrennung im wesentlichen außerhalb von Bereichen 206, welche die Erzeugung von NOx unterstützen, und von Bereichen 204 (also Rußbereichen) stattfindet, welche die Ausbildung von PM unterstützen. Bei einer Ausführungsform kann der IDTE-Bereich 202 vorher als Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Bezug auf die Temperatur festgelegt werden, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Bildung von NOx und von PM fördern, und die Temperaturwerte von mehr als 1650 K und Äquivalenzverhältniswerte von mehr als 0,5 aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform kann der IDTE-Bereich 202 vorher als Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur festgelegt werden, welche im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Ausbildung von NOx und PM fördern, und Temperaturwerte von mehr als 1800 K und Äquivalenzverhältniswerte von mehr als 0,5 aufweisen. Allerdings kann der IDTE-Bereich 202 vorher als jede Gruppe oder Untergruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur festgelegt werden, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Bildung von NOx und PM fördern, und die außerhalb der Bereiche LTHE 12 und LTLE 14 liegen.
Im allgemeinen kann die Zylinderverbrennungstemperatur dadurch abgeändert (eingestellt, bestimmt, festgelegt, vorgegeben, usw.) werden, durch Einstellung zumindest entweder des Kraftstoffeinspritztimings, der EGR-Rate, der EGR-Kühlung, und des Verdichtungsverhältnisses. Wenn die Kraftstoffeinspritzung spät in einem Verbrennungszyklus auftritt (also bei verzögertem Kraftstoffeinspritztiming), ist das Volumen des Brennraums 102 im allgemeinen größer, infolge der Bewegung des sich zurückziehenden Kolbens. Das vergrößerte Volumen kann die Erzielung niedrigerer Zylindertemperaturen erleichtern, da mehr Raum für die Energieverteilung vorhanden ist.
Entsprechend führt die Erhöhung der EGR-Rate im allgemeinen zu einer Verringerung der Menge an Sauerstoff (also O₂), die zur Verbrennung in jedem Zylinder 102 zur Verfügung steht. Das Kraftstoff/Luftgemisch kann bei einer niedrigeren Temperatur verbrennen, wenn der Anteil an O₂ verringert wird, verglichen mit einer Verbrennung mit unbegrenzter Menge an O₂. Weiterhin erhöht das Zuführen der Abgase die Wärmekapazität der Masse im Zylinder. Die vergrößerte Wärmekapazität ermöglicht eine stärkere Absorption der Energie, die während der Verbrennung erzeugt wird, so dass Temperaturerhöhungen begrenzt werden. Im allgemeinen kann eine EGR-Rate von fünfzig Prozent oder weniger aufrechterhalten werden, um sicherzustellen, dass ausreichend O₂ vorhanden ist, um die Verbrennung des gewünschten Luft/Kraftstoffgemisches zu unterstützen. Allerdings kann jede EGR-Rate aufrechterhalten werden, um die konstruktiven Vorgaben für eine spezielle Anwendung zu erfüllen.
Das EGR-Gas kann vor dem Zuführen in einen Zylinder 102 gekühlt werden. Gekühlte EGR-Gase wirken sich im wesentlichen so aus, dass die Temperatur im Inneren des Zylinders über Wärmeübertragung von dem Zylinder an die kälteren, umgewälzten Gase verringert wird.
Weiterhin unterstützt eine Absenkung des Verdichtungsverhältnisses (also des Verhältnisses des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben an der Unterseite des Hubes befindet, zum Volumen des Zylinders, wenn sich der Kolben an der Oberseite des Hubs befindet) eines Zylinders 102 eine Verbrennung mit niedriger Zylindertemperatur, infolge der sich ergebenden Abnahme des Drucks, der auf das Luft/Kraftstoffgemisch einwirkt. Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass eine Verringerung des Drucks, der auf ein enthaltenes Gas einwirkt, zu einer verringerten Temperatur des Gases führt.
Die verringerte Zylindertemperatur, die sich infolge einer Abänderung zumindest entweder des Kraftstoffeinspritztimings, der EGR-Rate, der EGR-Kühlung oder des Verdichtungsverhältnisses während eines Verbrennungszyklus ergibt, kann wiederum eine verzögerte Verbrennung während darauffolgender Verbrennungszyklen unterstützen. Eine verzögerte Verbrennung ergibt sich im allgemeinen aufgrund der zusätzlichen Zeit, welche das Luft/Kraftstoffgemisch benötigt, um den Zündpunkt zu erreichen (also jene Temperatur, an welcher das Luft/Kraftstoffgemisch spontan zündet), infolge der niedrigeren, ursprünglichen Zylindertemperatur. Wie voranstehend in Bezug auf ein verzögertes Kraftstoffeinspritztiming erläutert, unterstützt eine Verzögerung der Verbrennung bis zu einem späten Zeitpunkt in dem Verbrennungszyklus im allgemeinen eine Verbrennung mit niedriger Temperatur, da das Volumen des Brennraums im allgemeinen größer ist, infolge des Zurückziehens des Kolbens.
Im allgemeinen kann das Äquivalenzverhältnis (also ϕ) folgendermaßen definiert werden: ϕ = α/βwobei
α das tatsächliche Luft/Kraftstoffverhältnis auf Grundlage der Masse für die Beschickung in dem Brennkraftmaschinenbrennraum ist,
und β das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis auf Grundlage der Masse ist, welches theoretisch die Menge an Sauerstoff bereitstellen würde, die für eine vollständige Verbrennung des sämtliche Kohlenstoffs und des sämtlichen Wasserstoffs im Kraftstoff benötigt wird.
Wenn ϕ größer als Eins ist, wird ein homogenes Luft/Kraftstoffgemisch üblicherweise als mager bezeichnet, da mehr Sauerstoff vorhanden ist als erforderlich, um eine vollständige Verbrennung zu erzielen. Im Gegensatz wird, wenn ϕ kleiner als Eins ist, ein homogenes Luft/Kraftstoffgemisch normalerweise als fett bezeichnet, da nicht ausreichend Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung vorhanden ist.
Wenn das Luft/Kraftstoffgemisch nicht im wesentlichen homogen ist, kann die Anforderung an das Äquivalenzverhältnis zunehmen, infolge der zusätzlichen Menge an Luft, die zur Sicherstellung der Verbrennung benötigt wird. Wenn daher sichergestellt wird, dass eine Luft/Kraftstoffbeschickung vor der Verbrennung im wesentlichen homogen ist, wird das Äquivalenzverhältnis verringert, das zur Erzielung eines vorgegebenen Niveaus der Verbrennung benötigt wird.
Im allgemeinen kann die Luft/Kraftstoffhomogenität beeinflusst werden durch das Ausmaß des Dralls in den Zylindern, durch den Kraftstoffeinspritzdruck, das Kraftstoffeinspritztiming, die EGR-Rate, die EGR-Kühlung, und das Verdichtungsverhältnis.
Wie voranstehend erläutert, können das Kraftstoffeinspritztiming, die EGR-Rate, die EGR-Kühlung, und das Verdichtungsverhältnis eingestellt werden, um die Temperatur im Zylinder zu verringern. Die verringerte Temperatur im Zylinder unterstützt im wesentlichen eine verzögerte Verbrennung infolge der zusätzlichen Zeit, welche das Luft/Kraftstoffgemisch benötigt, um den Zündpunkt zu erreichen. Die zusätzliche Zeit ermöglicht eine stärkere Mischung (also eine erhöhte Homogenität) des Luft/Kraftstoffgemisches vor der Verbrennung. Daher kann die Einstellung des Kraftstoffeinspritztimings, der EGR-Rate, der EGR-Kühlung, und des Verdichtungsverhältnisses auch zur Verringerung des Äquivalenzverhältnisses eingesetzt werden.
Im allgemeinen erhöht die Erhöhung des Kraftstoffeinspritzdruckes die Fähigkeit des Kraftstoffes, sich mit der Verbrennungsluft zu vermischen. Darüber hinaus kann der erhöhte Druck die Zeit verringern, die dazu benötigt wird, den Kraftstoffeinspritzvorgang fertig zu stellen, was zu einer zusätzlichen Zeit zum Mischen des Kraftstoffes und der Luft vor der Verbrennung führt. Bei einer speziellen Ausführungsform sorgt ein Kraftstoffeinspritzdruck, der in der Größenordnung von 500 Bar bis 2200 Bar moduliert wird, für eine Verbesserung der Mischung von Kraftstoff und Verbrennungsluft, so dass eine höhere Luft/Kraftstoffhomogenität und ein verringertes Äquivalenzverhältnis erzielt werden.
Darüber hinaus erhöht die Erhöhung des Ausmaßes des Dralls in einem Verbrennungszylinder im allgemeinen die Homogenität des Luft/Kraftstoffgemisches. Wiederum kann die erhöhte Homogenität zu einem verringerten Äquivalenzverhältnis führen. Das Ausmaß des Dralls in dem Brennraum 102 kann dadurch erhöht werden, dass jede geeignete Einlassöffnungskonstruktion, Kolbenbecherform, und Flussspitzenkonstruktion eingesetzt wird, um die konstruktiven Anforderungen einer speziellen Anwendung zu erfüllen. Allerdings kann eine Erhöhung des Ausmaßes des Dralls mit Hilfe der Einlassöffnungskonstruktion zur Verschlechterung in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch führen, infolge erhöhter Flusskoeffizienten. Daher können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung niedrige oder mittlere Niveaus des durch die Einlassöffnung erzeugten Dralls einsetzen, während eine Verringerung von NOx und PM beibehalten bleibt.
Jegliche rechtlichen Emissionen von NOx und PM können durch herkömmliche Emissionsbehandlungsvorrichtungen nach der Verbrennung entfernt werden (beispielsweise Dieselfeststofffilter (DPF), selektives katalytisches Reduzieren (SCR), und dergleichen). Die Wirksamkeit von Nachverbrennungs-Behandlungsvorrichtungen kann durch Erhöhung der Temperatur der Abgase und die Einstellung der Pegel von CO und HC in dem Abgasstrom verbessert werden. Im allgemeinen führt eine Verzögerung des Timings der Kraftstoffeinspritzvorgänge und eine Verringerung des Äquivalenzverhältnisses, wie dies bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwirklicht wird, zu niedrigeren Temperaturen im Zylinder, während höhere Brennkraftmaschinenabgastemperaturen als bei der herkömmlichen Dieselverbrennung erzielt werden. Weiterhin können die Pegel von CO und HC auf jeden geeigneten Pegel eingestellt werden, um die konstruktiven Vorgaben einer speziellen Anwendung zu erfüllen, durch Steuern der Anzahl und des Timings von Kraftstoffeinspritzvorgängen während eines Verbrennungszyklus. Der Einsatz mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge erzeugt normalerweise niedrigere Pegel an CO und HC durch Verwendung eines Anteils des eingespritzten Kraftstoffes zur Vorbereitung der Bedingungen im Zylinder, und durch Wirkung als Stabilisator für den restlichen Kraftstoff, so dass der Verbrennungsvorgang vollständig unterstützt wird.
In 5 zeigt ein Diagramm 300 Plots simulierter Daten für NOx und PM für einen herkömmlichen Dieselmotor (beispielsweise Plot 302), bzw. für einen Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (beispielsweise Plot 304). Aus dem Diagramm 300 geht im wesentlichen hervor, dass mit der vorliegenden Erfindung eine gleichzeitige Verringerung der Emissionen von PM und NOx erreicht werden kann.
In 6 ist ein Diagramm 310 mehrdimensionaler Verbrennungssimulationsdaten dargestellt. Jeder Datenpunkt repräsentiert im wesentlichen die Charakteristik des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur im Zylinder eines kleinen, dreidimensionalen Berechnungsgebietes in einem Brennraum der Brennkraftmaschine 100 zu einem Zeitpunkt entsprechend der maximalen Wärmefreigaberate bei einem herkömmlichen Dieselmotor bzw. einem Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung stellt im wesentlichen eine räumliche Verteilung der lokalen Temperatur und des Äquivalenzverhältnisses zur Verfügung, die im wesentlichen außerhalb der Bereiche liegt, welche die Ausbildung von NOx und PM unterstützen (also außerhalb des Bereiches 106 bzw. 104). Genauer gesagt, ist bei der Ausführungsform der Erfindung entsprechend den in 6 gezeigten Daten der Spitzenwert der Temperatur im Zylinder von 2800 K auf 2600 K verringert, ist das Äquivalenzverhältnis bei hoher Temperatur (2000 K bis 2600 K) auf 2,0 oder weniger begrenzt, und ist die Betriebstemperatur bei etwa 50 % des Brennraums auf 1700 K oder weniger verschoben. Die vorliegende Erfindung kann auch den Brennkraftmaschinenbetrieb innerhalb der Bereiche LTHE 12, LTLE 14 und IDTE 202 verbessern, wodurch gleichzeitig die Emissionen an NOx und PM verringert werden.
In den 7 und 8 sind Diagramme 320 und 330 von Brennkraftmaschinenversuchsergebnissen dargestellt, welche die Fähigkeit erläutern, die Emissionen an CO bzw. HC zu steuern, auf hohe oder niedrige Pegel je nach Wunsch, zum Zwecke der Anwendung einer Nachbehandlung, während gleichzeitig NOx-Emissionen verringert werden, bei einem Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei einer Ausführungsform können die Pegel an CO und HC so gesteuert werden, dass exothermische Reaktionen stattfinden, um die Rußoxidationsraten bei einem DPF mit Katalysator zu erhöhen. Bei einer anderen Ausführungsform können die Pegel an HC so gesteuert werden, dass sie als Reduziermittel in einem DPF dienen, der mit Platin bestückt ist. Allerdings können die Pegel an CO und HC unter Einsatz der vorliegenden Erfindung auf jeden Pegel so gesteuert werden, dass die konstruktiven Anforderungen einer speziellen Anwendung erfüllt werden.
In 9 ist ein Diagramm 340 von Versuchsergebnissen eines Dieselmotors mit herkömmlichen Verbrennungsverfahren und eines Dieselmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im wesentlichen zeigt das Diagramm 340 Abgastemperaturen über verschiedene Abschnitte eines Übergangsversuchszyklus einer Brennkraftmaschine FTP-75 mit geringer Belastung (FTP-75, Kalt 505, Stabilisiert 876, Heiß 505). Wie aus 9 hervorgeht, kann die vorliegende Erfindung signifikant höhere Abgastemperaturen im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsverfahren zur Verfügung stellen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die höhere Abgastemperatur die DPF-Regenerierung unter Bedingungen im Leerlauf und mit niedriger Zyklusleistung unterstützen, da Abgastemperaturen herkömmlicher Dieselmotoren, die im Leerlauf und bei Bedingungen mit niedriger Leistung arbeiten, normalerweise zu niedrig sind, in Bezug auf die erforderliche Anspringtemperatur von Dieseloxidationskatalysatoren.
In 10 ist ein Diagramm 350 von Versuchsergebnissen bezüglich eines FTP-75-Brennkraftmaschinenübergangszyklus gezeigt. Die Daten zeigen im wesentlichen die Pegel der Emissionen von NOx, die von der Brennkraftmaschine bzw. dem Auspuff (also dem Fahrzeug) abgegeben werden, bei einem Dieselmotor, der nach dem herkömmlichen Verbrennungsverfahren betrieben wird, im Vergleich zu einem Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 10 gezeigt, stellt die vorliegende Erfindung eine Verringerung der Emissionen von NOx, die von der Brennkraftmaschine abgegeben werden, zur Verfügung (beispielsweise von etwa 0,38 g/Meile auf etwa 0,2 g/Meile). Zusätzlich zu der Fähigkeit, NOx zu verringern, die von der Brennkraftmaschine abgegeben werden, kann die vorliegende Erfindung die Wirksamkeit von Emissionsbehandlungsvorrichtungen nach der Verbrennung erhöhen. Wie in 10 gezeigt, kann die erhöhte Wirksamkeit von Vorrichtungen nach der Verbrennung die Emissionen von NOx aus dem Auspuff verringern (beispielsweise von etwa 0,24 g/Meile auf etwa 0,03 g/Meile).
Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, stellt die vorliegende Erfindung im wesentlichen eine verbesserte Einrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Steuern der Emission von NOx und PM von Dieselmotoren zur Verfügung, unter leichten, mittleren, und/oder hohen Belastungsbedingungen. Weiterhin erhöht die vorliegende Erfindung im wesentlichen die Wirksamkeit herkömmlicher Emissionsbehandlungsvorrichtungen nach der Verbrennung (also von Nachbehandlungsvorrichtungen).
Zwar wurden Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben, jedoch sollen diese Ausführungsformen nicht sämtliche möglichen Formen der Erfindung erläutern und beschreiben. Stattdessen sind die in der Beschreibung verwendeten Begriffe eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren von Stickoxiden (NOx) und Feststoffen (PM) bei Emissionen von Dieselmotoren, wobei das Verfahren umfasst: Überwachung zumindest eines Brennkraftmaschinensensors, der ein Signal in Reaktion auf zumindest einen Brennkraftmaschinenbetriebszustand erzeugt; und Einstellung zumindest eines Brennkraftmaschinensteuerparameters in Reaktion auf das Signal so, dass die räumliche Verteilung im Zylinder des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur im wesentlichen in einem Betriebsbereich gehalten werden, wobei der Betriebsbereich einer Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur entspricht, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Bildung von NOx und PM fördern, die Temperaturwerte höher sind als 1650 K, und die Äquivalenzverhältniswerte größer als 0,5 sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Brennkraftmaschinenbetriebszustand zumindest entweder die Brennkraftmaschinendrehzahl oder das Brennkraftmaschinendrehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Brennkraftmaschinensteuerparameter zumindest entweder das Kraftstoffeinspritztiming ist, die Rate der Abgasrückführung (EGR), die EGR-Kühlung, oder die Anzahl an Kraftstoffeinspritzvorgängen pro Verbrennungszyklus.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die EGR-Rate kleiner oder gleich etwa 50 Prozent ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Brennkraftmaschinensteuerparameter das Kraftstoffeinspritztiming ist, und das Timing auf innerhalb eines Bereiches von etwa 10 Grad vor dem oberen Totpunkt (BTDC) bis etwa 15 Grad nach dem oberen Totpunkt (ATDC) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Einspritzens von Kraftstoff in einem Brennkraftmaschinenbrennraum, wobei der Kraftstoff auf einem Druck von größer oder gleich etwa 500 Bar eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt der Einleitung mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge während eines Verbrennungszyklus so, dass die Bildung von zumindest entweder Kohlenmonoxid (CO) oder Kohlenwasserstoffen (HC) während des Verbrennungszyklus auf etwa einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der zumindest eine Brennkraftmaschinensteuerparameter so eingestellt wird, dass die Temperatur der Verbrennung im Zylinder der Brennkraftmaschine in Bezug auf eine voreingestellte Verbrennungstemperatur im Zylinder der Brennkraftmaschine verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Brennkraftmaschinensteuerparameter so eingestellt wird, dass die Homogenität des Kraftstoff/Luftgemisches in Bezug auf eine voreingestellte Homogenität des Kraftstoff/Luftgemisches erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Brennkraftmaschinensteuerparameter so eingestellt wird, dass die Zündung der Verbrennung in Bezug auf das Timing einer voreingestellten Zündung der Verbrennung verzögert wird.
System zur Verringerung der Emissionen von Stickoxiden (NOx) und Feststoffen (PM) eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen Dieselmotor aufweist, und das System aufweist: ein Ventil zur Abgasrückführung (EGR), das bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied zur Einstellung einer EGR-Flussrate durch das EGR-Ventil in Reaktion auf ein EGR-Ratensteuersignal aufweist; ein Kraftstoffinjektorventil, das bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied aufweist, das dazu ausgebildet ist, den Kraftstofffluss durch das Kraftstoffinjektorventil in Reaktion auf ein Kraftstoffinjektorsteuersignal einzustellen; einen ersten Sensor zur Bestimmung der Brennkraftmaschinendrehzahl; einen zweiten Sensor zur Bestimmung des Brennkraftmaschinendrehmoments; einen dritten Sensor zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit; und ein Brennkraftmaschinensteuermodul (ECM) in elektrischer Kommunikation mit dem EGR-Ventilstellglied, dem Kraftstoffinjektorventil-Stellglied, dem ersten Sensor, dem zweiten Sensor, und dem dritten Sensor, wobei das ECM das EGR-Ratensteuersignal und das Kraftstoffinjektorsteuersignal in Reaktion auf zumindest ein Signal bestimmt, das von zumindest entweder dem ersten Sensor, dem zweiten Sensor, oder dem dritten Sensor zur Verfügung gestellt wird, so dass die räumliche Verteilung im Zylinder des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur im wesentlichen auf einen Betriebsbereich festgelegt bleibt, wobei der Betriebsbereich einer Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur entspricht, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Ausbildung von NOx und PM unterstützen, und die Temperaturwerte höher sind als 1650 K, und die Äquivalenzverhältniswerte größer als 0,5 sind.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein EGR-Kühler vorgesehen ist, der bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied zur Einstellung des EGR-Flusses durch den Kühler in Reaktion auf ein EGR-Kühlsteuersignal aufweist, wobei das ECM das EGR-Kühlsteuersignal in zumindest ein Signal festlegt, das von zumindest entweder dem ersten Sensor, dem zweiten Sensor, oder dem dritten Sensor zur Verfügung gestellt wird, so dass die räumliche Verteilung im Zylinder des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur im wesentlichen in einem Betriebsbereich gehalten wird, wobei der Betriebsbereich einer Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur entspricht, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Ausbildung von NOx und PM unterstützen, die Temperaturwerte höher sind als 1650 K, und die Äquivalenzverhältniswerte größer als 0,5 sind.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das ECM weiterhin einen ECM-Speicher aufweist, der mit einer Nachschlagetabelle versehen ist, und zumindest entweder das EGR-Ratensteuersignal, das EGR-Kühlsteuersignal, oder das Kraftstoffinjektorsteuersignal dadurch bestimmt wird, dass auf zumindest einen Wert zumindest entweder des ersten Sensors, des zweiten Sensors, oder des dritten Sensors in der Nachschlagetabelle zurückgegriffen wird.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das ECM weiterhin einen Mikroprozessor und ein Medium aufweist, und das Medium mit zumindest einem mathematischen Modell zur Bestimmung zumindest entweder des EGR-Ratensteuersignals, des EGR-Kühlsteuersignals, oder des Kraftstoffinjektorsteuersignals programmiert ist.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ECM das Kraftstoffinjektorsteuersignal so festlegt, dass das Kraftstoffinjektorventil das Kraftstoffeinspritztiming innerhalb eines Bereiches von etwa 10 Grad vor dem oberen Totpunkt (BTDC) bis etwa 15 Grad nach dem oberen Totpunkt (ATDC) hält.
System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Brennkraftmaschinenbrennraum, wobei Kraftstoff in den Brennkraftmaschinenbrennraum auf einem Druck von größer oder gleich etwa 500 Bar eingespritzt wird.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ECM das EGR-Ratensteuersignal so bestimmt, dass das EGR-Ventilstellglied die EGR-Flussrate auf einem Wert kleiner oder gleich etwa 50 Prozent hält.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ECM das Kraftstoffinjektorsteuersignal so bestimmt, dass das Kraftstoffinjektorventil mehrere Kraftstoffeinspritzvorgänge während eines Verbrennungszyklus einleitet, und die Bildung von zumindest entweder Kohlenmonoxid (CO) oder Kohlenwasserstoff (HC) während des Verbrennungszyklus auf etwa einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
Steuerung zum Steuern der Emissionen des Abgases von Stickoxiden (NOx) und Feststoffen (PM) von einem Dieselmotor, wobei die Steuerung aufweist: einen ersten Ausgangsanschluss, der ein erstes Steuersignal an ein Ventil zur Abgasrückführung (EGR) liefert, das bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied aufweist, das so ausgebildet ist, dass es die EGR-Flussrate durch das EGR-Ventil in Reaktion auf das erste Steuersignal einstellt; einen zweiten Ausgangsanschluss, der ein zweites Steuersignal an einen EGR-Kühler liefert, der bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied aufweist, das so ausgebildet ist, dass es den EGR-Fluss durch den EGR-Kühler in Reaktion auf das zweite Steuersignal einstellt; einen dritten Ausgangsanschluss, der ein drittes Steuersignal an ein Kraftstoffinjektorventil liefert, das bei der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und ein Stellglied aufweist, das so ausgebildet ist, dass es den Kraftstofffluss durch das Kraftstoffinjektorventil in Reaktion auf das dritte Steuersignal einstellt; einen ersten Eingangsanschluss, der ein erstes Sensorsignal von einem zugehörigen Sensor zur Bestimmung der Brennkraftmaschinendrehzahl empfängt; einen zweiten Eingangsanschluss, der ein zweites Sensorsignal von einem zugehörigen Sensor zur Bestimmung des Brennkraftmaschinendrehmoments empfängt; und einen dritten Eingangsanschluss, der ein drittes Sensorsignal von einem zugehörigen Sensor zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit empfängt, wobei die Steuerung in elektrischer Verbindung mit dem EGR-Ventilstellglied steht, mit dem EGR-Kühlerstellglied, mit dem Kraftstoffinjektorventilstellglied, mit dem Sensor zur Bestimmung der Brennkraftmaschinendrehzahl, mit dem Sensor zur Bestimmung des Brennkraftmaschinendrehmoments, und mit dem Sensor zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei die Steuerung zumindest entweder das erste Steuersignal, das zweite Steuersignal, oder das dritte Steuersignal so bestimmt, dass die räumliche Verteilung im Zylinder des Äquivalenzverhältnisses und der Temperatur im wesentlichen in einem Betriebsbereich gehalten wird, wobei der Betriebsbereich einer Gruppe von Werten des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur entspricht, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, welche die Bildung von NOx und PM unterstützen, die Temperaturwerte höher sind als 1650 K, und die Äquivalenzverhältniswerte höher als 0,5 sind.
Steuerung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung das dritte Steuersignal so bestimmt, dass mehrere Kraftstoffeinspritzvorgänge während eines Verbrennungszyklus eingeleitet werden, und die Bildung von zumindest entweder Kohlenmonoxid (CO) oder Kohlenwasserstoffen (HC) während des Verbrennungszyklus auf etwa einem vorbestimmten Wert gehalten wird.