DE102005057086A1 - Verfahren und System zum Steuern der aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase - Google Patents

Verfahren und System zum Steuern der aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase Download PDF

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Abstract

Es werden ein Verfahren, ein System und eine Steuervorrichtung zum Steuern der Sauerstoffkonzentrationen in Abgasen in Abhängigkeit von Rußverbrennungsraten eines Partikelfilters zur Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters angegeben. Das Verfahren, das System und die Steuervorrichtung können für Systeme mit einem Motor angewandt werden, der Abgase mit Partikeln ausstößt, die durch das Partikelfilter aufgefangen werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern der aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase.
  • Ein Partikelfilter ist eine Einrichtung zum Auffangen von Partikeln in Abgasen aus einem Verbrennungsmotor. In einigen Systemen, die ein Partikelfilter verwenden, kann es vorteilhaft sein, die aufgefangenen Partikeln in einem allgemein als Regeneration bezeichneten Prozess zu oxidieren bzw. zu verbrennen. Die Regeneration der Partikeln hängt von den Temperaturen an dem Partikelfilter ab, die durch die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen und/oder die Abgastemperaturen beeinflusst werden können.
  • Dementsprechend besteht ein Bedarf für die Steuerung der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen und/oder der Abgastemperaturen, um die Regeneration eines Partikelfilters zu unterstützen.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Steuern der Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen und/oder der Abgastemperaturen zur Unterstützung und/oder Steuerung der Regeneration eines Partikelfilters.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Steuervorrichtung konfiguriert sein, um gewünschte Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen und/oder Abgastemperaturen zu bestimmen und die Systemkomponenten in Übereinstimmung damit zu steuern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen in Abhängigkeit von den Rußverbrennungsraten des Partikelfilters während der Regeneration bestimmt werden, sodass die Sauerstoffkonzentrationen gesteuert werden können, um eine unkontrollierte Regeneration des Partikelfilters zu verhindern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen gesteuert werden, indem die Rezirkulation der Abgase zu einem die Abgase ausstoßenden Motor gesteuert wird. Zum Beispiel können Abgase zu dem Motor über eine gekühlte Abgasrezirkulationsleitung (EGR-Leitung) mit einem EGR-Kühler oder über eine Umgehungsleitung rezirkuliert werden, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu steuern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine gewünschte Abgastemperatur zur Unterstützung der Regeneration des Partikelfilters bestimmt werden, wobei eine Abgasrezirkulation über den Kühler oder über die Umgehungsleitung in Abhängigkeit davon gesteuert wird, um die gewünschte Abgastemperatur zu erreichen und aufrechtzuerhalten.
  • Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
  • 1 zeigt ein System gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • Das in 1 gezeigte Fahrzeug-Leistungsübertragungssystem 10 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Leistung zum Antrieben eines Kraftfahrzeugs, eines Lastkraftfahrzeugs, einer Baumaschine, eines Schiffes, eines stationären Generators, einer Zugmaschine oder ähnlichem vor.
  • Das System 10 ist ein Verbrennungsmotorsystem, bei dem ein Kraftstoff wie etwa Benzin oder Diesel in einem Verbrennungsmotor 14 mit einer Funkenzündung oder einer Kompressionszündung verbrannt wird. Der Motor 14 kann ein Dieselmotor sein, der eine Anzahl von Zylindern 18 umfasst, in die Kraftstoff und Luft für die Zündung eingespritzt werden. Der Motor 14 kann ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit einer Kompressionszündung wie etwa ein Dieselmotor mit 4, 6, 8, 12, 16 oder 24 Zylindern sein. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ von Motor oder Kraftstoff beschränkt ist.
  • Die durch den Motor 14 während der Verbrennung erzeugten Abgase können über ein Abgassystem 20 ausgestoßen werden. Das Abgassystem 20 kann verschiedene Einrichtungen wie einen Abgaskrümmer und Leitungen umfassen, um die Abgase zu einer Partikelfilteranordnung 30 zu führen, die im Fall eines Dieselmotors gewöhnlich als Dieselpartikelfilter bezeichnet wird. Optional kann das System 20 einen Turbolader in der Nähe des Abgaskrümmers umfassen, um die Frischluftzufuhr in den Motor 14 zu verdichten. Der Turbolader kann zum Beispiel eine Turbine 32 und einen Verdichter 34 wie etwa einen Turbolader mit einer variablen Geometrie (VGT) und/oder eine Turbocompound-Leistungsturbine umfassen. Natürlich ist die vorliegende Erfindung aber nicht auf Abgassysteme einschließlich von Turboladern oder ähnliches beschränkt.
  • Die Partikelfilteranordnung 30 kann konfiguriert sein, um während des Verbrennungsprozesses erzeugte Partikeln aufzufangen. Insbesondere kann die Partikelfilteranordnung 30 einen Oxidationskatalysatorkanister 36 mit einem darin enthaltenen Oxidationskatalysator 38 und einen Partikelfilterkanister 42 mit einem darin enthaltenen Partikelfilter 44 umfassen. Die Kanister 36, 42 können separate Komponenten sein, die durch eine Klemme oder eine andere Einrichtung miteinander verbunden sind, sodass die Kanister 36, 42 für eine Wartung oder andere Arbeiten voneinander getrennt werden können. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beispielhafte Konfiguration der Partikelfilteranordnung 30 beschränkt. Vielmehr sieht die vorliegende Erfindung eine Partikelfilteranordnung vor, die auch mehr oder weniger als diese Komponenten und Einrichtungen umfassen kann. Insbesondere gibt die vorliegende Erfindung eine Partikelfilteranordnung 30 vor, die nur das Partikelfilter 44, aber nicht unbedingt den Oxidationskatalysatorkanister 36 oder das Substrat 38 umfasst, wobei das Partikelfilter 44 auch in anderen Teilen des Abgassystems 20 wie etwa vor der Turbine 32 angeordnet sein kann.
  • Der Oxidationskatalysator 38, der bei Dieselmotoren allgemein als Dieseloxidationskatalysator bezeichnet wird, kann Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in den Abgasen oxidieren, um die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 zu erhöhen. Das Partikelfilter 44 kann Partikeln in den Abgasen wie etwa Kohlenstoff, Ölpartikeln, Asche und ähnliches auffangen und die aufgefangenen Partikeln verbrennen, wenn die assoziierten Temperaturen ausreichend hoch sind. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht eine Aufgabe der Partikelfilteranordnung 30 darin, schädliche kohlehaltige Partikeln in den Abgasen aufzufangen und diese Substanzen zu speichern, bis die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 eine Oxidation der aufgefangenen Partikeln zu einem Gas unterstützen, das in die Atmosphäre ausgestoßen werden kann.
  • Der Oxidationskatalysatorkanister 36 und der Partikelfilterkanister 42 können Einlässe und Auslässe mit definierten Querschnittflächen umfassen, wobei dazwischen Erweiterungsteile vorgesehen sind, um den Oxidationskatalysator 38 und das Partikelfilter 44 aufzunehmen. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch vor, dass die Kanister 36, 42 verschiedene Konfigurationen und Anordnungen zum Oxidieren von Emissionen und zum Auffangen von Partikeln aufweisen können. Die vorliegende Erfindung ist also nicht auf eine bestimmte Konfiguration für die Partikelfilteranordnung 30 beschränkt.
  • Um die Oxidation der aufgefangenen Partikeln zu unterstützen, kann eine Dosierungseinrichtung 50 vorgesehen sein, die Kraftstoff in die Abgase einführt, damit der Kraftstoff mit dem Oxidationskatalysator 38 reagiert und verbrennt, um die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 zu erhöhen und dadurch die Regeneration zu unterstützen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Menge des durch die Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit von den Temperaturen an dem Partikelfilter 44 sowie von anderen Systemparametern wie etwa dem Luftmassenfluss, den EGR-Temperaturen und ähnlichem gesteuert, um die Regeneration zu kontrollieren. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch auch vor, dass Kraftstoff auf andere Weise wie etwa über eine Steuerung des Motors 14 in die Abgase eingeführt werden kann, um Kraftstoff zusammen mit den Abgasen auszustoßen.
  • Ein Lufteinlasssystem 52 kann vorgesehen sein, um Frischluft von einem Frischlufteinlass 54 über eine Luftleitung zu einem Einlasskrümmer zuzuführen, von dem aus sie dann in den Motor 14 geführt wird. Außerdem kann das System 52 einen Luftkühler bzw. Ladeluftkühler 56 zum Kühlen der Frischluft nach der Verdichtung durch den Verdichter 34 umfassen. Optional kann ein Drosseleinlassventil 58 vorgesehen sein, um den Fluss der Frischluft zu dem Motor 14 zu steuern. Das Drosselventil 58 kann ein manuell oder elektrisch betätigtes Ventil sein, das etwa auf die Pedalposition eines Drosselventils reagiert, das durch einen Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird. Es sind viele Variationen für ein derartiges Lufteinlasssystem möglich, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Anordnung beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung sieht verschiedene Funktionen und Merkmale zum Zuführen von Frischluft zu den Einlasskrümmern und Zylindern vor, die mehr oder weniger als die zuvor genannten Einrichtungen umfassen können.
  • Ein Abgasrezirkulationssystem (EGR-System) 64 kann optional vorgesehen sein, um Abgas zu dem Motor 14 zurückzuführen und mit Frischluft zu mischen. Das EGR-System 64 kann wahlweise einen abgemessenen Teil der Abgase in den Motor 14 einführen. Das EGR-System 64 kann zum Beispiel die eingehende Luftladung verdünnen und die Spitzenverbrennungstemperaturen senken, um die während der Verbrennung erzeugte Menge an Stickstoffoxiden zu reduzieren. Die zu rezirkulierende Abgasmenge kann gesteuert werden, indem ein EGR-Ventil 66 und/oder andere Einrichtungen wie etwa ein Turbolader gesteuert werden. Das EGR-Ventil 66 kann ein elektronisch gesteuertes Ventil mit einem variablen Durchfluss sein. Es gibt viele mögliche Konfigurationen für das steuerbare EGR-Ventil 66, wobei die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf einen bestimmten Aufbau des EGR-Ventils 66 beschränkt sind.
  • Das EGR-System 64 kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine EGR-Kühlungsleitung 70 einschließlich eines Abgaskühlers 72 und eine nicht kühlende EGR-Umgehungsleitung 74 umfassen. Das EGR-Ventil 66 kann an dem Abgaskrümmer vorgesehen sein, um Abgas durch die EGR-Kühlungsleitung 70 und/oder die EGR-Umgehungsleitung 74 zu führen. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung auch vor, dass das EGR-System 64 eine oder mehrere dieser Einrichtungen in verschiedenen Anordnungen entlang des EGR-Flusspfads sowie andere Einrichtungen zum Rezirkulieren von Abgas umfassen kann. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein bestimmtes EGR-System beschränkt und sieht auch die Verwendung von anderen Systemen vor, die eine oder mehrere der oben genannten Einrichtungen umfassen können, wie zum Beispiel ein EGR-System mit nur einer EGR-Kühlungsleitung oder nur einer EGR-Umgehungsleitung.
  • Ein Kühlsystem 80 kann vorgesehen sein, um die Temperatur des Motors 14 durch das Steuern des Flusses oder der Temperatur eines Kühlmittels zu steuern. Das Kühlmittel kann in einer ausreichenden Menge vorgesehen sein, um die durch den Motor 14 erzeugte Wärme fließend etwa über einen Motorkühler abzuleiten. Der Motorkühler kann eine Anzahl von Rippen umfassen, durch die das Kühlmittel fließt, um durch den Luftfluss gekühlt zu werden, der durch ein Motorgehäuse strömt und/oder durch einen Kühlventilator erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch mehr oder weniger als die oben genannten Einrichtungen in dem Kühlsystem 80 umfassen, wobei die Erfindung nicht auf das oben beschriebene beispielhafte Kühlsystem beschränkt ist.
  • Das Kühlsystem 80 kann in Verbindung mit einem Heizsystem 84 betrieben werden. Das Heizsystem 84 kann einen Heizkegel, ein Heizgebläse und ein Heizventil umfassen. Der Heizkegel kann ein erwärmtes Kühlmittel von dem Motor 14 über das Heizventil empfangen, sodass das Heizgebläse, das elektrisch durch die Insassen in einem Insassenbereich bzw. Insassenraum des Fahrzeugs bedient werden kann, die durch den Heizkonus erwärmte Luft zu den Insassen blasen kann. Zum Beispiel kann das Heizgebläse mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden, um die Menge der an dem Heizkonus entlang geblasenen und dadurch erwärmten Luft zu steuern, wobei die erwärmte Luft dann über ein Lüftungssystem zu den Insassen verteilt wird. Optional können Sensoren und Schalter 86 in dem Insassenbereich enthalten sein, um die Heizanforderungen der Insassen zu steuern. Die Schalter und Sensoren können analoge oder digitale Schalter zum Anfordern eines Heizbetriebs und Sensoren umfassen, die feststellen, ob der angeforderte Heizbetrieb erfüllt wird. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass mehr oder weniger als die oben genannten Einrichtungen in dem Heizsystem enthalten sein können, wobei die Erfindung nicht auf das oben beschriebene beispielhafte Heizsystem beschränkt ist.
  • Eine Steuereinrichtung 92 wie etwa ein elektronisches Steuermodul oder ein Motorsteuermodul kann in dem System 10 enthalten sein, um verschiedene Operationen des Motors 14 und anderer damit assoziierter Systeme bzw. Subsysteme wie etwa der Sensoren in den Abgas-, EGR-, und Einlasssystemen zu steuern. Es können verschiedene Sensoren elektrisch über Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 94 mit der Steuereinrichtung kommunizieren. Die Steuereinrichtung 92 kann eine Mikroprozessoreinheit (MPU) 98 umfassen, die über einen Daten- und Steuerbus 100 mit verschiedenen Computer-lesbaren Speichermedien kommuniziert. Die Computer-lesbaren Speichermedien können eine Anzahl von bekannten Einrichtungen umfassen, die als ROM 102, RAM 104 und NVRAM 106 funktionieren. Eine Ein-/Ausgabeeinrichtung 108 für Daten-, Diagnose- und Programmierfunktionen kann wahlweise über einen Stecker mit der Steuereinrichtung verbunden werden, um verschiedene Informationen auszutauschen. Die Einrichtung 108 kann auch verwendet werden, um Werte in den Computer-lesbaren Speichermedien wie etwa Konfigurationseinstellungen, Kalibrierungsvariablen, Befehle für die Steuerung der EGR-, Einlass- und Abgassysteme und anderes zu ändern.
  • Das System 10 kann eine Einspritzungsmechanismus 114 zum Steuern der Kraftstoff- und/oder Lufteinspritzung für die Zylinder 18 umfassen. Der Einspritzmechanismus 114 kann durch die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Steuereinrichtung gesteuert werden und kann eine Anzahl von Einrichtungen wie etwa Einrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff und/oder Luft in einen gemeinsamen Zylindereinlass sowie eine Einheit umfassen, die Kraftstoff und/oder Luft in jeden Zylinder einzeln einspritzt. Zum Beispiel kann der Einspritzmechanismus 114 separat und unabhängig die Menge an Kraftstoff und/oder Luft steuern, die in jeden Zylinder eingespritzt wird, sodass jeder Zylinder separat und unabhängig gesteuert wird und verschiedene Mengen an Kraftstoff und/oder Luft oder keinen Kraftstoff und keine Luft empfängt. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung vor, dass der Einspritzmechanismus 114 mehr oder weniger als diese Einrichtungen umfassen kann, wobei die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt ist.
  • Das System 10 kann einen Ventilmechanismus 116 zum Steuern der Ventilbetätigungszeiten der Zylinder 18 umfassen, um etwa den Luftfluss in und den Abgasfluss aus den Zylindern 18 zu steuern. Der Ventilmechanismus 116 kann durch die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Steuereinrichtung gesteuert werden und kann eine beliebige Anzahl von Einrichtungen wie etwa Einrichtungen zum wahlweisen und unabhängigen Öffnen und Schließen von Einlass- und/oder Auslassventilen umfassen. Zum Beispiel kann der Ventilmechanismus 116 die Abgasventilzeiten für jeden Zylinder derart steuern, dass die Abgasventile und/oder Einlassventile unabhängig voneinander mit steuerbaren Intervallen wie etwa bei einem Verdichtungsbremsen geöffnet und geschlossen werden können. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung vor, dass der Ventilmechanismus mehr oder weniger dieser Einrichtungen umfassen kann, wobei die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt ist.
  • Während des Betriebs empfängt die Steuereinrichtung 92 Signale von verschiedenen Motor-/Fahrzeugsensoren und führt eine in Hardware und/oder Software eingebettete Steuerlogik zur Steuerung des Systems 10 aus. Die Computer-lesbaren Speichermedien können zum Beispiel gespeicherte Befehle umfassen, die durch die Steuereinrichtung 92 ausgeführt werden können, um Verfahren zum Steuern der Einrichtungen und Subsysteme in dem System 10 durchzuführen. Die Programmbefehle können durch die Steuereinrichtung in der MPU 98 ausgeführt werden, um die verschiedenen Systeme und Subsysteme des Motors und/oder des Fahrzeugs über die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 94 zu steuern. Allgemein geben die Strichlinien in 1 die optionale Sensor- und Steuerkommunikation zwischen der Steuereinrichtung und den verschiedenen Komponenten in dem Leistungsübertragungssystem wieder. Weiterhin ist zu beachten, dass eine beliebige Anzahl von Sensoren und Einrichtungen mit jeder Einrichtung in dem System assoziiert sein kann, um deren Betrieb zu überwachen und zu steuern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung 92 eine DDEC-Steuereinrichtung von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan sein.
  • Verschiedene andere Einrichtungen in dieser Steuereinrichtung sind im Detail in einer Anzahl von US-Patenten der Detroit Diesel Corporation beschrieben. Weiterhin kann die Steuereinrichtung eine Anzahl von Programmier- und Verarbeitungstechniken bzw. entsprechende Strategien zur Steuerung der Einrichtungen in dem System 10 umfassen. Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung vor, dass das System eine oder mehrere Steuereinrichtungen wie etwa separate Steuereinrichtungen zum Steuern von Systemen oder Subsystemen einschließlich einer Systemsteuereinrichtung zum Steuern der Abgastemperaturen, der Massenflussraten oder anderer damit assoziierter Merkmale umfasst. Diese Steuereinrichtungen können wiederum andere Steuereinrichtungen neben der oben beschriebenen DDEC-Steuereinrichtung umfassen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Einrichtung wie etwa eine Regenerationssystem-Steuereinrichtung konfiguriert sein, um eine gewünschte Rußverbrennungsrate für das Partikelfilter 44 zur Unterstützung des Partikelfilters 44 zu bestimmen, wobei die durch das Partikelfilter 44 aufgefangenen Partikeln oxidiert oder auf andere Weise verbrannt werden. Eine derartige Entsorgung der Partikeln kann vorteilhaft sein, um eine Verstopfung oder Füllung des Partikelfilters 44 zu verhindern, sodass die Abgase mit einem minimalen Widerstand durch den Partikelfilter hindurchgehen können und weitere Partikeln aufgefangen werden können.
  • Die gewünschte Rußverbrennungsrate kann in Entsprechung zu anderen Faktoren und Einflüssen für den Regenerationsprozess berechnet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nimmt die gewünschte Rußverbrennungsrate auf eine gewünschte Rate oder einen Ratenbereich Bezug, bei der bzw. in welchem eine Oxidation der durch das Partikelfilter aufgefangenen Partikeln auftreten sollte. Die gewünschte Rußverbrennungsrate kann von dem Material und den geometrischen Eigenschaften des Partikelfilters abhängig sein und wird vorzugsweise in Entsprechung zu einer maximalen Rate gewählt, bei der die Partikeln oxidiert werden und keine unkontrollierte Oxidation oder Rußverbrennung auftritt, was allgemein der Fall ist, wenn die Oxidationsrate dafür sorgt, dass die Temperaturen an dem Partikelfilter schneller steigen als das Partikelfilter gekühlt werden kann, sodass die Temperaturen zu einer Höhe steigen, bei der das Partikelfilter beschädigt werden kann. Weil es häufig vorteilhaft ist, die Partikeln so schnell wie möglich zu verbrennen, und weil die Partikeln bei höheren Temperaturen schneller oxidieren, sollte die gewünschte Rußverbrennungsrate so nahe wie möglich an den Rußverbrennungsraten liegen, bei denen eine unkontrollierte Regeneration stattfindet. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung vor, dass auch eine Anzahl von anderen Parametern bei der Bestimmung der gewünschten Rußverbrennungsrate berücksichtigt werden können, wobei insbesondere andere auf die Regenration bezogene Parameter wie etwa die Abgastemperaturen, die Flussrate des Abgases und ähnliches berücksichtigt werden können.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Steuern der Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen aus dem Motor 14, um eine unkontrollierte Rußverbrennung zu verhindern. Diese Steuerung kann in Übereinstimmung mit einer Software erfolgen, die in der Steuereinrichtung 92 enthalten ist oder in dieselbe eingegeben wird. Die Steuerung kann jedoch auch in Übereinstimmung mit einer anderen Logik und durch andere Steuereinrichtungen wie etwa eine Regenerationssystem-Steuereinrichtung erfolgen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Sauerstoffkonzentrationen in den aus dem Motor 14 ausgestoßenen Abgasen gesteuert, indem die Menge der zu dem Motor 14 über die EGR-Kühlerleitung 70 oder über die Umgehungsleitung 74 rezirkulierten Abgase gesteuert wird. Zum Beispiel kann die Menge der rezirkulierten Abgase in Abhängigkeit von der Partikelfilter-Rußverbrennungsrate derart gesteuert werden, dass die Sauerstoffkonzentrationen erhöht werden, wenn die Rußverbrennungsrate kleiner als die gewünschte Rußverbrennungsrate ist, und vermindert werden, wenn die Rußverbrennungsrate größer als die gewünschte Rußverbrennungsrate ist oder diese wahrscheinlich übersteigen wird. Insbesondere können Abgase über die EGR-Kühlerleitung 70 rezirkuliert werden, um die Sauerstoffkonzentration in den aus dem Motor ausgestoßenen Abgasen zu vermindern, und über die Umgehungsleitung 74 rezirkuliert werden, um die Sauerstoffkonzentration in den aus dem Motor ausgestoßenen Abgasen zu erhöhen. Entsprechend können die rezirkulierten Abgase auch zwischen der EGR-Kühlerleitung 70 und der Umgehungsleitung 74 moduliert oder gemischt werden, um die Sauerstoffkonzentrationen zu steuern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Partikelfilter-Rußverbrennungsrate vorzugsweise durch die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Einrichtung in dem System überwacht werden, um einen Rückkopplungsfaktor für das Anpassen der Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen vorzusehen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 92 programmiert oder in anderer Weise angewiesen werden, die Rußverbrennungsrate des Partikelfilters 44 in Abhängigkeit von der Temperatur des Partikelfilters zu bestimmen, was mithilfe eines virtuellen Sensors, eines Partikelfiltersensors oder eines anderen Sensors bewerkstelligt werden kann, der in dem Partikelfilterkanister 42 vorgesehen ist oder mit demselben kommuniziert, und auf der Basis dieser Temperatur dann die zu dem Motor rezirkulierten Abgase zu steuern. Optional können die Sauerstoffkonzentrationen weiterhin gesteuert werden, indem die Steuerung der rezirkulierten Abgase mit anderen Funktionen in dem System wie etwa der Motorgeschwindigkeitssteuerung, der Drosselventilsteuerung oder der Frischluftverdichtersteuerung kombiniert wird.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Rezirkulation der Abgase über die Kühlerleitung 70 und die Umgehungsleitung 74 in Abhängigkeit von einer Niedertemperaturbedingung für die Abgase gesteuert werden. Insbesondere kann die Niedertemperaturbedingung niedrigen Abgastemperaturen wie etwa unter 250°C entsprechen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Abgasrezirkulation über die Umgehungsleitung 74, sodass die folgende Verbrennung aufgrund der rezirkulierten und nicht gekühlten Abgase eine höhere Abgastemperatur erzeugt.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Strom der Abgase über die Kühlerleitung 70 oder die Umgehungsleitung 74 in Abhängigkeit von der Abgastemperatur gesteuert werden. Zum Beispiel kann die gewünschte Abgastemperatur zur Unterstützung einer Regeneration des Partikelfilters 44 derart bestimmt werden, dass das Abgas über die Kühlerleitung 70 rezirkuliert wird, um die Abgastemperaturen zu erhöhen, und über die Umgehungsleitung 74 rezirkuliert wird, um die Abgastemperaturen zu vermindern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Strom des Abgases über die Kühlerleitung 70 oder die Umgehungsleitung 74 in Abhängigkeit von der gewünschten Abgastemperatur und den Sauerstoffkonzentrationen der Abgase gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Rezirkulation in Abhängigkeit von der gewünschten Abgastemperatur zur Unterstützung einer Regeneration des Partikelfilters gesteuert und in Übereinstimmung mit den gewünschten Sauerstoffkonzentrationen begrenzt werden, um eine unkontrollierte Rußverbrennung zu verhindern.
  • Es wurden Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben, wobei zu beachten ist, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr ist die Beschreibung beispielhaft und nicht einschränkend, wobei verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Steuern der Sauerstoffkonzentrationen in Abgasen aus einem Verbrennungsmotor mit einem Partikelfilter, der in Fluidkommunikation mit den ausgestoßenen Abgasen steht, um Partikeln aufzufangen, wobei das Verfahren umfasst: Steuern der Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen in Abhängigkeit von einer Rußverbrennungsrate des Partikelfilters während einer Regeneration durch das Steuern der Menge der Abgase, die über eine gekühlte EGR-Leitung zu dem Motor rezirkuliert werden, wobei die gekühlte EGR-Leitung einen Kühler zum Kühlen der rezirkulierten Abgase umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der gekühlten Abgase, die über die gekühlte EGR-Leitung zu dem Motor rezirkuliert werden, erhöht wird, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu vermindern, und vermindert wird, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu erhöhen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Menge der zu dem Motor rezirkulierten Abgase gesteuert wird, indem die Flussrate der rezirkulierten Abgase gesteuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Steuern der Menge der nicht-gekühlten Abgase, die über eine Umgehungsleitung zu dem Motor rezirkuliert werden, und durch das damit kombinierte Steuern der Menge der gekühlten Abgase, die über die gekühlte EGR-Leitung zu dem Motor rezirkuliert werden, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu steuern.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin gekennzeichnet durch das Rezirkulieren von mehr Abgasen über die Umgehungsleitung als über den EGR-Kühler, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu erhöhen, und über das Rezirkulieren von weniger Abgasen über die Umgebungsleitung als über den EGR-Kühler, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu vermindern.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin gekennzeichnet durch das Steuern der Abgasmengen aus dem EGR-Kühler und der Umgehungsleitung und das Betätigen eines Drosselventils, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu steuern, wobei das Drosselventil die zu dem Motor zugeführte Frischluft steuert.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Vermindern der Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen, wenn die Rußverbrennungsrate eine unkontrollierte Rußverbrennung angibt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen der unkontrollierten Rußverbrennungsbedingung, wenn die Rußverbrennungsrate größer als ein vordefinierter Rußverbrennungsratenwert ist.
  9. Verfahren zum Steuern der Sauerstoffkonzentrationen in Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, um eine unkontrollierte Rußverbrennung in einem Partikelfilter während einer Regeneration zu verhindern, wobei das Partikelfilter in einer Fluidkommunikation mit den ausgestoßenen Abgasen steht, um Partikeln aufzufangen, wobei das Verfahren umfasst: Überwachen der Rußverbrennungsraten des Partikelfilters während der Regeneration, und Steuern der Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen in Abhängigkeit von den Rußverbrennungsraten, um eine unkontrollierte Rußverbrennung zu verhindern, indem die Menge des gekühlten bzw. des nicht-gekühlten Abgases gesteuert wird, das jeweils über eine gekühlte EGR-Leitung oder über eine Umgehungsleitung zu dem Motor rezirkuliert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachen der Rußverbrennungsraten das Bestimmen einer Temperatur des Partikelfilters und das Berechnen der Rußverbrennungsraten in Abhängigkeit von der Temperatur des Partikelfilters umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen einer unkontrollierten Rußverbrennung, wenn die Rußverbrennungsrate größer als ein vordefinierter Rußverbrennungsratenwert ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin gekennzeichnet durch das Rezirkulieren von mehr Abgasen über die Umgehungsleitung als über den EGR-Kühler, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu erhöhen, und durch das Rezirkulieren von weniger Abgasen über die Umgebungsleitung als über den EGR- Kühler, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu vermindern.
  13. Verfahren zum Steuern der Abgastemperaturen von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, der ein in einer Fluidkommunikation mit den Abgasen stehendes Partikelfilter zum Auffangen von Partikeln sowie einen EGR-Kühler und eine Umgehungsleitung zum gekühlten bzw. nicht-gekühlten Rezirkulieren von Abgasen zu dem Motor aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer gewünschten Abgastemperatur, und Steuern der Abgasrezirkulation über den EGR-Kühler oder die Umgehungsleitung in Abhängigkeit von der gewünschten Abgastemperatur.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen einer Niedrigtemperaturbedingung für die Abgase und das Steuern einer Rezirkulation über nur die Umgehungsleitung, bis die Niedrigtemperaturbedingung beendet wird, wobei danach die Abgasrezirkulation in Abhängigkeit von der gewünschten Abgastemperatur gesteuert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch das Steuern der Abgasrezirkulation in Abhängigkeit von den Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen und unabhängig von der gewünschten Abgastemperatur, wenn eine unkontrollierte Rußverbrennung an dem Partikelfilter bestimmt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen der gewünschten Abgastemperatur in Abhängigkeit von den Rußverbrennungsraten des Partikelfilters während der Regeneration.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen der Temperatur des Partikelfilters und das Berechnen der Rußverbrennungsraten in Abhängigkeit von der Temperatur des Partikelfilters.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen einer unkontrollierten Rußverbrennung, wenn die Rußverbrennungsrate größer als ein vordefinierter Rußverbrennungsratenwert ist, und durch das Steuern der Abgasrezirkulation nur über den EGR-Kühler, wenn die unkontrollierte Rußverbrennung beendet ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch das Rezirkulieren von mehr Abgasen über die Umgehungsleitung als über den EGR-Kühler, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu erhöhen, und durch das Rezirkulieren von weniger Abgasen über die Umgehungsleitung als über den EGR-Kühler, um die Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen zu vermindern.
  20. Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch das Steuern der Menge der gekühlt und nicht-gekühlt rezirkulierten Abgase, indem ein Ventil gesteuert wird und/oder indem die Menge der zu dem Motor rezirkulierten Abgase durch das Steuern der Flussrate der rezirkulierten Abgase gesteuert wird.
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