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Diese Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen und insbesondere die Regenerierung einer so angeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung, dass sie Abgase einer Brennkraftmaschine aufnimmt.
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Es ist bekannt, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung wie einen Katalysator, einen NOX-Speicher oder einen Diesel-Partikelfilter mit dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine zu verbinden, um die Schadstoffe des Motors, die in die Atmosphäre gelangen, zu reduzieren. Weiterhin ist bekannt, dass diese Abgasnachbehandlungsvorrichtungen von Zeit zu Zeit verunreinigt oder mit unerwünschten Verbrennungsprodukten gefüllt werden und von diesen Schadstoffen gereinigt oder gesäubert werden müssen. Eine derartige Reinigung oder Säuberung wird normalerweise durch Betreiben des Motors in solcher Weise bewirkt, dass die Temperatur der durch die Abgasnachbehandlung strömenden Abgase angehoben wird, um ein Abbrennen oder zur Reaktionbringen der Schadstoffe zu ermöglichen und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung wieder in einen leistungsfähigeren Betriebszustand zurückzuführen. Ein derartiges Verfahren wird hier als Regenerieren bezeichnet.
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Die
DE 100 33 159 A1 offenbart dabei eine Brennkraftmaschine mit einem regenerierbaren Partikelfilter. Ferner ist eine Steuerung vorgesehen, die mit einem stromauf des Partikelfilters angeordneten Temperatursensor verbunden ist und einen Temperatur-Istwert ermittelt. Dabei ist vorgesehen, dass die sogenannte Regenerationsphase des Partikelfilters mit einem Aufheizen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung auf einen Soll-Temperaturwert ausgeführt wird, indem in Abhängigkeit einer Differenz des gewünschten Soll-Temperaturwerts zum erfassten Ist-Temperaturwert der Abgasnachbehandlungsvorrichtung die im Motor zu verbrennende Kraftstoffmenge und/oder die zeitliche Steuerung des Verbrennungszeitpunkts geregelt wird. In anderen Worten wird also umso mehr Kraftstoff verbrannt und/oder eingeführter Kraftstoff umso später verbrannt, je größer die Differenz des Ist-Temperaturwerts zu dem Soll-Temperaturwert ist. Das führt im Wesentlichen dazu, dass der Ist-Temperaturwert sich in etwa asymptotisch an den Soll-Temperaturwert angleicht.
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Ein weiteres Beispiel für solches Regenerieren wird in dem
US 6 568 173 B1 gegeben, in welchem der Motor in drei Betriebsmodi betrieben wird, einem Anspringmodus, der zum Anspringen eines Katalysators verwendet wird, einem Regeneriermodus, der zum Regenerieren der Abgasnachbehandlungsvorrichtung verwendet wird, und einem Speichermodus oder normalen Motorbetriebsmodus, in dem der Motor arbeitet, um Leistung zu erbringen, und unerwünschte Verbrennungsprodukte in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gesammelt werden.
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Ein Problem bei dieser Anordnung ist, dass es bei zyklischem Betrieb des Motors, welcher Beschleunigung gefolgt von Abbremsen und dann Leerlauf wie z.B. während Stadtfahrten umfasst, schwierig ist, die erforderliche Abgastemperatur für das wirksame Regenerieren der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu erreichen oder dass die erforderliche Zeit zum Erreichen einer solchen Temperatur lang ist und bis zu fünf Minuten umfassen kann. In jedem Fall kann dies dazu führen, dass mangelhafte oder keine effektive Regenerierung stattfindet. Denn während dieser Übergangsbedingungen erzeugt die konservative Motorsteuerstrategie, die zum Anheben der Abgastemperatur ohne Übersteigen von Temperaturgrenzwerten der Abgasanlage erforderlich ist, einfach nicht ausreichend Wärme im Abgasstrom, um eine schnelle Zunahme der Abgastemperatur zu erzeugen, und daher kann diese Temperatur während eines kurzen Motorbetriebszyklus nicht erreicht werden oder ist unter Umständen schwierig zu halten.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren für das Regenerieren einer mit einem Motor verbundenen Abgasnachbehandlungsvorrichtung an die Hand zu geben.
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Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren für das Regenerieren einer mit einer Brennkraftmaschine so verbundenen Abgasnachbehandlungsvorrichtung, dass diese Abgase von dem Motor erhält, an die Hand gegeben, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Das Verfahren kann weiterhin das Wechseln zwischen dem regenerativen Modus und dem Übergangsmodus umfassen, um die Temperatur der in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eindringenden Abgase hoch genug zu halten, um eine wirksame Regenerierung zu wahren.
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Das Verfahren kann weiterhin das Betreiben des Motors in dem Übergangsmodus umfassen, wenn die Temperatur der Abgase unter der ersten vorbestimmten Temperatur, aber über einer zweiten vorbestimmten Temperatur liegt.
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Wenn die Temperatur der Abgase unter der zweiten vorbestimmten Temperatur liegt, kann der Motor in einem Anspringbetriebsmodus betrieben werden.
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Die erste vorbestimmte Temperatur kann die zum Regenerieren der Abgasnachbehandlungsvorrichtung erforderliche Temperatur sein.
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Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann ein Katalysator sein und die zweite vorbestimmte Temperatur ist eine Anspringtemperatur des Katalysators.
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Alternativ kann der Motor einen damit verbundenen Katalysator, um Abgase vom Motor aufzunehmen, und eine stromabwärts des Katalysators angeschlossene Abgasnachbehandlungsvorrichtung aufweisen.
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In diesem Fall kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein Partikelfilter oder ein NOX-Speicher sein.
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Die Brennkraftmaschine kann ein Dieselmotor sein und der Partikelfilter kann ein Dieselpartikelfilter sein.
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Die zweite vorbestimmte Temperatur kann eine Anspringtemperatur des Katalysators sein.
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Das Verfahren kann weiterhin das Zurückkehren zum Betriebsmodus umfassen, wenn ermittelt wird, dass das Regenerieren der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu Ende geführt wurde.
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Der regenerative Modus kann eine erste späte Kraftstoffeinspritzung in mindestens einen Zylinder des Motors früh im Arbeitstakt des Motors zur Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder, um so die Temperatur der aus dem jeweiligen Zylinder austretenden Abgase anzuheben, und mindestens eine weitere späte Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Zylinder später im Arbeitstakt umfassen.
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Der Übergangsmodus kann eine erste späte Kraftstoffeinspritzung in mindestens einen Zylinder des Motors früh im Arbeitstakt des Motors zur Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder, um so die Temperatur der aus dem jeweiligen Zylinder austretenden Gase anzuheben, und mindestens eine weitere späte Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Zylinder später im Arbeitstakt umfassen, wobei die während des Übergangsmodus eingespritzte Kraftstoffmenge größer als die während des regenerativen Modus eingespritzte Kraftstoffmenge ist, um einen schnellen Temperaturanstieg der in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eindringenden Abgase zu erzeugen.
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Die bzw. jede weitere späte Kraftstoffeinspritzung kann zeitlich so gesteuert werden, dass mindestens ein Teil des während der bzw. jeder weiteren späten Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs den jeweiligen Zylinder unverbrannt verlässt.
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Der Anspringmodus kann eine erste späte Kraftstoffeinspritzung in mindestens einen Zylinder des Motors früh im Arbeitstakt des Motors zur Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder umfassen, um so die Temperatur der aus dem jeweiligen Zylinder austretenden Gase anzuheben.
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Der Motor kann einen ventilgesteuerten Ansaugkrümmer aufweisen und das Ventil kann an einer Position angeordnet sein, die während des Regenerierens das Strömen von Luft in den Motor beschränkt.
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Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird ein System für das Steuern der Regenerierung einer mit einer Brennkraftmaschine verbundenen Abgasnachbehandlungsvorrichtung an die Hand gegeben, das sämtliche Merkmale des Anspruch 15 aufweist.
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Die erste vorbestimmte Temperatur kann eine zum Regenerieren der Abgasnachbehandlungsvorrichtung erforderliche Temperatur sein.
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Der Motor kann einen damit verbundenen Katalysator aufweisen und das Steuergerät kann dazu dienen, den Motor nur im Übergangsmodus zu betreiben, wenn die Temperatur der in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eindringenden Abgase über der Anspringtemperatur des Katalysators, aber unter der ersten vorbestimmten Temperatur liegt.
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Das Steuergerät kann weiterhin so betrieben werden, dass es den Motor in einem Anspringbetriebsmodus betreibt, wenn die Temperatur der in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eindringenden Abgase unter der Anspringtemperatur des Katalysators liegt.
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Der Motor kann eine stromabwärts des Katalysators angeschlossene Abgasnachbehandlungsvorrichtung aufweisen.
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Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann ein Partikelfilter oder ein NOX-Speicher sein.
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Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Motors und eines Systems nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung; und
- 2: ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren für das Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung zeigt.
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Unter Bezug auf 1 wird eine Diesel-Brennkraftmaschine 12 mit einem Ansaugkrümmer 14 und einem Abgaskrümmer gezeigt, an welchem ein Turbolader 13 angeschlossen ist. Eine Abgasleitung 16 verbindet einen Auslass des Turboladers 13 mit einem Katalysator 35 und dann mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung in Form eines Dieselpartikelfilters 36 (DPF). Die Abgasleitung 16 weist ein Auslassende 26 auf, an dem Abgase, die den Katalysator 35 und den Partikelfilter 36 passiert haben, an die umgebende Atmosphäre abgelassen werden.
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Eine herkömmliche Kraftstoffzufuhr 26 stellt Kraftstoff bereit, welcher direkt in den Motor 12 gespritzt wird, wo er sich mit der Luft von dem Ansaugkrümmer 14 mischt, um ein Verbrennungsgemisch zu erzeugen. Die Einspritzung von Kraftstoff in den Motor 12 wird durch ein Steuergerät in Form eines elektronischen Steuermoduls (ECM) 28 gesteuert. Eine Drosselklappe 25 ist in dem Ansaugkrümmer 14 angebracht, um das Strömen von Luft in den Motor 12 zu steuern. Die Drosselklappe 25 wird von dem elektronischen Steuergerät 28 gesteuert, welches auch eine Eingabe von einem (nicht dargestellten) Gaspedal erhält, welche dazu dient, einen Hinweis auf eine Fahrerforderung zu liefern.
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Ein System für das Steuern des Regenerierens des Dieselpartikelfilters umfasst ein Steuergerät, welches in diesem Fall als integraler Teil des Motorsteuermoduls 28 enthalten ist, aber durch ein oder mehrere separate elektronische Steuergeräte gebildet werden könnte. Das Steuergerät ist so angeordnet, dass es Signale von einer Reihe von Sensoren empfängt, welche Teil des Systems bilden, wie nachstehend beschrieben wird, und ist dafür programmiert, bestimmte Funktionen auszuführen, um die Regenerierung des Dieselpartikelfilters 36 zu steuern.
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Der Begriff Signal, wie er hier zu verstehen ist, ist in seiner breitesten Bedeutung zu interpretieren und kann ein digitales Signal, Daten, ein analoges Signal, eine Messung von Spannung oder Strom, eine Messung der Frequenz oder Frequenzänderungen umfassen, ist aber nicht hierauf beschränkt.
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Der erste Sensor ist ein Luftsensor 22, welcher die Temperatur der in den Motor 12 durch den Ansaugkrümmer 14 eindringenden Luft misst. Der Luftsensor 22 kann so betrieben werden, dass er dem elektronischen Steuermodul 28 ein Signal sendet, welches die erfasste Temperatur anzeigt. Der Luftdurchsatz durch den Ansaugkrümmer 14 wird mittels eines Luftmassenmessers (MAF) 18 gemessen, und ein die Luftmasse anzeigendes Signal wird an das elektronische Steuermodul 28 gesendet.
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Ein Motorkühlmitteltemperatursensor 30 und ein Motordrehzahlmesser 32 (U/min) teilt die Motortemperatur- und Motordrehzahlinformationen jeweils dem elektronischen Steuermodul 28 mit, welche dazu genutzt werden können, den Arbeitszyklus des Motors 12 zu schätzen.
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Die Temperatur der in den Dieselpartikelfilter 36 eindringenden Abgase wird über einen stromaufwärts befindlichen Temperaturfühler 37 überwacht.
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Der Temperaturfühler 37 ist zwischen dem Katalysator 35 und dem Partikelfilter 36 angeordnet und liefert dem elektronischen Steuermodul 28 ein Signal, welches die Temperatur der Abgase im Katalysator 35 anzeigt, sowie eine Angabe der Temperatur der in den Dieselpartikelfilter 36 eindringenden Abgase. Es versteht sich, dass bei Bedarf separate Temperaturfühler stromaufwärts des Katalysators 35, in dem Katalysator 35, in oder stromabwärts des Dieselpartikelfilters 36 positioniert werden könnten, um weitere Temperaturinformationen zu liefern. Zum Beispiel könnte ein Temperaturfühler stromaufwärts des Katalysators 35 positioniert werden, um zu ermitteln, wann die Anspringtemperatur des Katalysators 35 erreicht wird, und ein zweiter Sensor könnte stromabwärts des Dieselpartikelfilters 36 zur Verwendung bei der Steuerung des Wechselns zwischen verschiedenen Modi positioniert werden, was nachstehend beschrieben wird.
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Das elektronische Steuermodul 28 umfasst mindestens einen Mikroprozessor und verschiedene maschinell lesbare Speichermedien, welche einen Festspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM) und einen Dauerspeicher (KAM) umfassen können, aber nicht hierauf beschränkt sind. Die maschinell lesbaren Speichermedien können durch eine einer Reihe bekannter flüchtiger und nichtflüchtiger Speichervorrichtungen implementiert werden, einschließlich aber nicht ausschließlich PROM, EPROM, EEPROM, Flash Memory und dergleichen, die alle auf dem Gebiet bekannt sind. RAM wird typischerweise für die zeitweilige Datenspeicherung verschiedener Betriebsvariablen verwendet, die verloren gehen, wenn die Motorzündung abgeschaltet wird, beispielsweise Zähler, Timer, Zustandsflaggen und dergleichen. KAM wird im Allgemeinen zum Speichern gelernter oder adaptiver Werte verwendet, die sich im Laufe der Zeit ändern können. Der Inhalt von KAM wird aufbewahrt, solange das elektronische Steuergerät 28 mit gewisser Leistung versorgt wird.
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Vorzugsweise enthält ein oder mehrere ROMs in dem elektronischen Steuermodul 28 eine durch Programmbefehle implementierte Steuerlogik, welche durch den Mikroprozessor zusammen mit verschiedenen Systemparameterwerten und Kalibrierungen ausgeführt werden.
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Das elektronische Steuermodul 28 empfängt Signale von dem Abgastemperaturfühler 37, dem Luftmassenmesser 18 und dem Luftsensor 22 und verwendet diese Signale zum Steuern des Betriebs des Motors 12 und zum Steuern des Regenerierens des Partikelfilters 36, wie nachstehend eingehender beschrieben wird.
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Der Betrieb des Systems lässt sich am besten unter Verweis auf das in 2 gezeigte Verfahren verstehen, das zum Steuern der Regenerierung des Dieselpartikelfilters 36 verwendet wird. Dieses Verfahren ist in das als Teil des elektronischen Steuermoduls 28 ausgebildete Steuergerät programmiert.
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Das Verfahren beginnt bei Schritt 100, was normalerweise der Fall ist, wenn das elektronische Steuermodul 28 ein Motor-Ein-Signal von einem bedienergesteuerten Schalter empfängt.
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Der erste Schritt ist die Ermittlung, ob eine Regenerierung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in Form des Dieselpartikelfilters 36 erforderlich ist. Dies kann auf vielerlei Weise verwirklicht werden, zum Beispiel - aber ohne Einschränkung - durch Analyse des Arbeitstakts des Motors 12, nach einer vorbestimmten Motorbetriebsdauer oder wenn ein Druckabfall über dem Dieselpartikelfilter 36 einen bestimmten Wert übersteigt. Wenn keine Regenerierung erforderlich ist, arbeitet das Verfahren so, dass es erneut prüft, ob die Bedingungen für eine Regenerierung erfüllt sind, und das elektronische Steuermodul 28 betreibt den Motor 12 in einem normalen Betriebsmodus, in dem das Drehmoment als Reaktion auf eine Betätigung des Gaspedals erzeugt wird.
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Wenn eine Regenerierung als erforderlich ermittelt wird, dann rückt das Verfahren zu Schritt 120 vor, wo eine Ermittlung erfolgt, ob die von dem Temperatursensor 37 erfasste Temperatur der Abgase (T) eine vorbestimmte Temperatur T1 überschritten hat.
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h. der Test:-
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IST T > T1, wobei T die von dem Temperatursensor 37 gemessene Temperatur der Abgase und T1 ein vorbestimmter Temperaturgrenzwert ist, wird ausgeführt.
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In diesem Fall entspricht T1 einer Anspringtemperatur des Katalysators 35 und ist 300°C. Wenn die von dem Temperatursensor 37 erfasste Temperatur über 300°C liegt, rückt daher das Verfahren zu Schritt 140 vor, wenn sie aber unter oder gleich 300°C ist, rückt das Verfahren zu Schritt 130 vor. Dieses Test dient der Ermittlung, ob der Katalysator angesprungen ist, denn wenn er es ist, übersteigt die Temperatur 300°C um eine bestimmte Spanne, wenn er aber nicht angesprungen ist, dann ist es unbedingt erforderlich, ihn schnell zum Anspringen zu bringen, um die Emissionen während der Regenerierung des Dieselpartikelfilters 36 zu reduzieren.
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Wenn daher die Antwort auf Schritt 120 ,NEIN‘ lautet, rückt das Verfahren zu Schritt 130 vor und das elektronische Steuermodul 28 ist betriebsbereit, um den Motor 12 in einem ersten Betriebsmodus oder einem Anspringmodus zu steuern, was in 2 durch den Begriff ,Modus 1' angezeigt wird.
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In diesem Betriebsmodus ist das vorrangige Ziel das Anheben der Temperatur der aus dem Motor 12 kommenden Abgase, um den Katalysator 35 zum Anspringen zu bringen. In diesem Fall wird dies durch die späte Einspritzung von Kraftstoff in jeden Zylinder des Motors 12 früh in dessen Arbeitstakt verwirklicht, d.h. zwischen 10 und 50 Grad nach dem oberen Totpunkt. Da der Kraftstoff früh im Arbeitstakt eingespritzt wird, wird ein großer Teil des Kraftstoffs in den Zylindern des Motors 12 verbrannt, bevor der Auspufftakt beginnt, und daher hebt dies die Temperatur der aus den Zylindern des Motors 12 kommenden Abgase an. Diese hohe Temperatur bewirkt ein schnelles Erwärmen des Katalysators 35, bis er an einem gewissen Punkt anspringt und wirksam die Behandlung der Schadstoffe des Motors 12 angeht.
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Während des Betriebs im Anspringmodus rückt das Verfahren zu Schritt 170 vor, um zu ermitteln, ob die Regenerierung zu Ende geführt wurde, und kehrt dann zu Schritt 120 zurück, um die Temperatur der Abgase erneut zu prüfen. Die Ermittlung, ob die Regenerierung zu Ende geführt wurde, kann auf verschiedene Weise erfolgen, zum Beispiel - aber ohne Einschränkung - durch Regenerieren über eine vorbestimmte Zeitdauer, durch Überwachen des Druckabfalls über dem Dieselpartikelfilter oder durch Analyse des Arbeitstakts des Motors während des Regenerierens. Wenn die Regenerierung als zu Ende geführt betrachtet wird, rückt das Verfahren zu Schritt 200 vor, wo es endet.
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Wenn die Antwort auf die Frage von Schritt 120 ,JA‘ lautet, dann weiß man, das der Katalysator 35 bereits angesprungen ist, und das Verfahren rückt zu Schritt 140 vor, wo eine Ermittlung erfolgt, ob die Temperatur der Abgase einen weiteren vorbestimmten Temperaturgrenzwert T2 übersteigt.
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Wenn die Temperatur der Abgase gleich oder unter der vorbestimmten Temperatur T2 liegt, dann rückt das Verfahren zu einem zweiten Betriebsmodus oder Übergangsbetriebsmodus vor, der in 2 mit dem Begriff Modus 2' bezeichnet ist, wenn aber die Temperatur der Abgase über dem vorbestimmten Grenzwert T2 liegt, dann rückt das Verfahren zu Schritt 160 vor, wo der Motor in einem regenerativen oder dritten Modus betrieben wird, der in 2 durch den Begriff Modus 3' bezeichnet ist.
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Dieser weitere vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist die Temperatur, bei welcher eine effiziente Regenerierung des Dieselpartikelfilters 36 erfolgt. Bei einem Dieselpartikelfilter liegt diese Temperatur in dem Bereich von etwa 450°C bis 650°C, abhängig davon, ob ein Dieselpartikelfilter mit Cerdioxid-Kraftstoffadditiv oder ein beschichtetet Dieselpartikelfilter verwendet wird. In diesem Fall wird ein Dieselpartikelfilter mit einem Cer-Kraftstoffadditiv verwendet und die Temperatur T2 liegt bei 480°C.
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In dem regenerativen Modus muss die Temperatur der Abgase hoch genug sein, um eine Regenerierung des Dieselpartikelfilters 36 zu erzeugen, was in diesem Fall eine so hohe Temperatur erfordert, dass der in dem Dieselpartikelfilter 36 gespeicherte Ruß abgebrannt wird.
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Um diese hohe Temperatur zu erreichen, wird der Motor 12 durch das elektronische Steuermodul 28 gesteuert, um eine erste späte Einspritzung von Kraftstoff in jeden Zylinder des Motors 12 früh im Arbeitstakt zu erzeugen, wie sie zuvor verwendet wurde, um ein Anspringen des Katalysators zu erzeugen, und zusätzlich hierzu werden eine oder mehrere weitere spätere Einspritzungen von Kraftstoff in die Zylinder des Motors 12 später im Arbeitstakt vorgenommen. In dem gerade beschriebenen Beispiel wird nur eine weitere späte Einspritzung verwendet, es versteht sich aber, dass es zwei oder mehr weitere späte Einspritzungen geben könnte. Wie zuvor neigt diese erste späte Kraftstoffeinspritzung dazu, in den Zylindern zu verbrennen, so dass die Temperatur der aus dem Motor 12 kommenden Abgase angehoben wird, aber die weitere späte Kraftstoffeinspritzung wird so zeitlich angesetzt, dass ein Teil des in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffs unverbrannt bleiben kann und aus dem Motor 12 in den Katalysator 35 emittiert wird oder nicht unverbrannt bleiben kann, sondern nur die Verbrennung im Brennraum verlängert. Dies hängt von den Betriebsbedingungen des Motors 12 ab.
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Wenn unverbrannter Kraftstoff vorhanden ist, entzündet er sich im Katalysator 35 während einer exothermen Reaktion und hebt die Temperatur der aus dem Katalysator 35 austretenden Abgase und daher die Temperatur der in den Dieselpartikelfilter 36 gelangenden Abgase weiter an. Die Steuerung des Motors 12 während dieses regenerativen Modus ist so, dass selbst unter den Bedingungen eines stationären Zustands die Zunahme der Abgastemperatur nicht die maximale unbedenkliche Temperatur des Turboladers 13, des Katalysators 35 oder des Dieselpartikelfilters 36 übersteigt, so dass diese Bestandteile nicht beschädigt werden. Ferner werden die Sauerstoffwerte der Abgase innerhalb annehmbarer Grenzwerte gehalten. Aufgrund der Verwendung einer solchen konservativen Strategie ist aber die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit relativ langsam, vor allem wenn der Motor 12 nicht in einem stationären Zustand arbeitet, sondern wiederholter Beschleunigung und Abbremsung mit Leerlaufzeiten unterworfen ist. Dies liegt daran, dass insbesondere während des Schiebebetriebs des Motors ungenügend Kraftstoff in den Motor 12 eingelassen wird, um die erwünschte Regenerierungstemperatur zu erzeugen oder zu halten.
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Während des Betriebs im regenerativen Modus dient das elektronische Steuermodul 28 dazu, ständig zu ermitteln, ob die Regenerierung zu Ende geführt wurde, wie durch Schritt 170 gezeigt wird, und ständig zu prüfen, ob die in den Schritten 120 und 140 verkörperten Temperaturvergleiche gleich bleiben oder sich geändert haben. Wenn die Regenerierung als zu Ende geführt betrachtet wird, rückt das Verfahren zu Schritt 200 vor, wo es endet.
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Bei Schritt 140 wird, wenn die von dem Temperaturfühler 37 gemessene Temperatur der Abgase unter oder gleich 480°C ist, der Motor 12 durch das elektronische Steuermodul 28 im Übergangsmodus betrieben.
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Der Übergangsmodus ist ein sehr aggressiver Motorbetriebsmodus und kann bei Einsatz über längere Zeit unter den Bedingungen des stationären Zustands zu einem Überschreiten des maximalen Temperaturgrenzwerts des Turboladers 13, des Katalysators 35 oder des Dieselpartikelfilters 36 führen, und die Sauerstoffmindestwerte für das Abgas können unter dem Grenzwert für die Regenerierung liegen, der bei der Regenerierung oder dem dritten Modus verwendet wird. D.h. würde der Übergangsmodus längere Zeit eingesetzt, kann es zu einer Beschädigung des Turboladers, des Katalysators 35 oder des Dieselpartikelfilters 36 kommen.
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Das elektronische Steuermodul 28 ist im Übergangsmodus betriebsfähig, um den Motor 12 so zu betreiben, dass eine sehr schnelle Zunahme der Abgastemperatur erzeugt wird, selbst wenn der Motor 12 nicht in einem stationären Zustand arbeitet, sondern wiederholter Beschleunigung und Abbremsung mit Leerlaufzeiten unterliegt.
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Im Übergangsmodus ist das elektronische Steuermodul 28 betriebsfähig, um eine erste späte Einspritzung von Kraftstoff in jeden Zylinder des Motors 12 früh im Arbeitstakt zu erzeugen, wie zuvor verwendet, um ein Anspringen des Katalysators zu erzeugen, und zusätzlich hierzu wird wie beim regenerativen Modus eine weitere spätere Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder des Motors 12 später im Arbeitstakt vorgenommen. Wie zuvor wird diese weitere späte Kraftstoffeinspritzung zeitlich so angesetzt, dass ein Teil des in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffs unverbrannt bleiben kann und vom Motor 12 in den Katalysator 35 emittiert wird. Im Gegensatz zum Betrieb im regenerativen Modus werden aber die Temperaturgrenzwerte für den Turbolader 13, den Katalysator 35 oder den Dieselpartikelfilter nicht berücksichtigt und auch nicht die Abgas-Sauerstoffwerte, und das vorrangige Ziel dieses Betriebsmodus ist das schnellstmögliche Anheben der Abgastemperatur. In diesem Fall wird dies durch Einspritzen von mehr Kraftstoff in die Zylinder des Motors während der weiteren späten Einspritzung verwirklicht, so dass es wahrscheinlich ist, dass mehr Kraftstoff zur Verbrennung im Katalysator 35 zur Verfügung steht.
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Es versteht sich aber für den Fachmann, dass es verschiedene Mittel gibt, die zum Anheben der Abgastemperatur verwendet werden könnten, einschließlich einzelne oder mehrere späte Kraftstoffeinspritzungen, Änderungen des Verteilerrohrdrucks, Änderungen des Turbolader-Ladedrucks, Zündzeitpunktverstellung für fremdgezündete Motoren plus andere, und dass die Erfindung nicht auf das bestimmte Verfahren zum Verwirklichen einer Abgastemperaturanhebung beschränkt ist. Wichtig ist, dass unabhängig vom verwendeten Verfahren zur Anhebung der Abgastemperatur im Übergangsmodus der maximale Temperaturgrenzwert des Turboladers, des Katalysators oder des Dieselpartikelfilters und der Sauerstoffwert der Abgase ignoriert werden, während diese Grenzwerte im regenerativen Modus beachtet werden. Dadurch kann der Motor 12 in sehr aggressiver Weise gesteuert werden, um so einen schnellen Anstieg der Abgastemperatur am Einlass zum Dieselpartikelfilter 36 zu erzeugen.
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Während des Betriebs im Übergangsmodus ist das elektronische Steuermodul 28 betriebsfähig, um ständig zu ermitteln, ob die Regenerierung zu Ende geführt wurde, wie durch Schritt 170 gezeigt wird, und ständig zu prüfen, ob die in den Schritten 120 und 140 verkörperten Temperaturvergleiche gleich bleiben oder sich geändert haben. Wird die Regenerierung als zu Ende geführt betrachtet, rückt das Verfahren zu Schritt 200 vor, wo es endet, und wenn die Temperatur der Abgase die Temperatur T2 übersteigt, schaltet das elektronische Steuermodul 28 automatisch die Steuerung des Motors 12 vom Übergangsmodus zum regenerativen Modus. Während des Betriebs im regenerativen Modus ist das elektronische Steuermodul 28 analog betriebsfähig, um zum Übergangsmodus zu wechseln, wenn die erforderliche Regenerierungstemperatur nicht gehalten wird.
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Als weiteres Mittel zur Unterstützung der Regenerierung kann die Drosselklappe 25 durch das elektronische Steuermodul 28 in eine Position bewegt werden, in der sie das Strömen von Luft in den Motor 12 drosselt. Dies hat zwei Vorteile, zum einen bewirkt es ein Reduzieren des Abgasvolumens des Motors, wobei die Kühlwirkung auf den Dieselpartikelfilter 36 minimiert wird, zum anderen wird die Abgastemperatur aufgrund des gesenkten Luft-/Kraftstoffverhältnisses höher als ohne Drosselung durch die Drosselklappe und drittens legt es dem Motor 12 eine Last auf, gegen welche der Motor 12 arbeiten muss, was das Einspritzen von mehr Kraftstoff ermöglicht, was weiter vorteilhaft für die Abgastemperaturen ist.
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Dies ist vor allem nützlich, wenn sich der Motor im Leerlauf oder Schiebbetrieb befindet, da es das Einspritzen von mehr Kraftstoff in den Motor 12 zulässt, ohne das Ausgangsdrehmoment des Motors 12 zu erhöhen, und es kann zur Reduzierung oder Minimierung eines Temperaturverlusts aufgrund von Abgasabkühlung und Temperaturverlust in den Abgasen eingesetzt werden.
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Es versteht sich für den Fachmann, dass gemäß dieser Erfindung die Verwendung eines einzelnen Temperaturfühlers zur Ermittlung einer Angabe der Temperatur des Katalysators und auch einer Angabe der Temperatur der in den Dieselpartikelfilter eindringenden Abgase ein sehr kostengünstiges und einfaches Verfahren zum Erhalt dieser Temperaturen mit ausreichender Genauigkeit ist, um den Motor 12 wirksam erfindungsgemäß zu steuern. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt und die Verwendung eines vor dem Katalysator angeordneten Temperaturfühlers zur Anzeige des Katalysatoranspringens und eines nach dem Partikelfilter angeordneten Temperaturfühlers zur Anzeige der Temperatur der Abgase im Partikelfilter ist gleichermaßen zur Verwendung in dem in 2 gezeigten Verfahren geeignet.
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Die Erfinder haben daher erkannt, dass durch das Ignorieren normaler Betriebsbeschränkungen und das Verwenden einer aggressiven Motorsteuerstrategie, die die Temperatur der Abgase schnell anhebt und die, falls man sie fortfahren lässt, eine Beschädigung des Turboladers, des Katalysators oder des Dieselpartikelfilters und möglicherweise anderer den Abgasen ausgesetzten Bauteile verursachen kann, erhebliche Vorteile gewonnen werden können. Durch Erzeugen eines so schnellen Ansteigens der Temperatur kann die für das Regenerieren erforderliche Zeit reduziert werden, was mehrere Vorteile hat, einschließlich der Fähigkeit, die Abgasnachbehandlungsvorrichtung auf kürzeren Fahrten als normalerweise möglich vollständig zu regenerieren, das Reduzieren der als späte Einspritzung verwendeten Kraftstoffmenge muss nicht so lange ausgeführt werden, das Reduzieren der erzeugten Emissionen aufgrund des kürzeren Zeitraums und das Reduzieren der Ölverdünnung aufgrund der Verkürzung der Zeit, in der die späte Einspritzung eingesetzt werden muss. In Situationen, da der Motor wiederholter Beschleunigung und Abbremsen sowie Leerlaufzeiten unterliegt, reduziert das neue Verfahren die Anzahl fehlgeschlagener Regenerierungen durch Sicherstellen, dass die erforderliche Regenerierungstemperatur schnell erreicht wird, und hält diese Temperatur, selbst wenn der Motorbetrieb so ist, dass eine ungenügende Temperatur unter Verwendung des konservativeren regenerativen Betriebsmodus erzeugt werden kann, indem es in den und aus dem Übergangsmodus wechselt.
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Die Erfindung wurde zwar bezüglich ihrer Verwendung für das Regenerieren einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung in Form eines Dieselpartikelfilters beschrieben, doch versteht sich, dass sie bei anderen Motortypen und anderen Arten von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen angewendet werden könnte. Sie könnte zum Beispiel für das Regenerieren eines NOX-Speichers oder das Reinigen eines Katalysators verwendet werden. Bei einem Katalysator zum Beispiel wäre die Temperatur T1 die Anspringtemperatur des Katalysators und die Temperatur T2 die erforderliche Temperatur zum Beseitigen von Schwefel aus dem Katalysator.
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Die Erfindung ist nicht auf die exakte Reihenfolge beschränkt, in der die Temperaturgrenzwerte geprüft werden, d.h. Schritt 140 könnte vor Schritt 120 ausgeführt werden
