DE102005057449A1

DE102005057449A1 - Verfahren und System zum Steuern des in Abgasen enthaltenen Kraftstoffes zur Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE102005057449A1
Application number: DE102005057449A
Authority: DE
Inventors: Min Windsor Sun; Zornitza Pavlinova Farmington Hills Pavlova-MacKinnon; Kevin Dean Saline Sisken
Original assignee: Detroit Diesel Corp
Current assignee: Detroit Diesel Corp
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2006-06-22
Also published as: US20060130464A1; US7210286B2; GB0525712D0; GB2421589A

Abstract

Es werden ein Verfahren, ein System und eine Steuervorrichtung zum Steuern des in Abgasen enthaltenen Kraftstoffs 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 des in Abgasen enthaltenen Kraftstoffes zur Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters.

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 Kraftstoffmengen in den Abgasen und die Abgastemperaturen beeinflusst werden können.

Dementsprechend besteht ein Bedarf für die Steuerung der Kraftstoffmengen in den Abgasen, um die Regeneration der durch das Partikelfilter aufgefangenen Partikeln zu unterstützen.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Bestimmen der in Abgasen enthaltenen Kraftstoffmenge zur Unterstützung eines Partikelfilters, der zum Auffangen von aus einem Motor ausgestoßenen Partikeln verwendet wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die in den Abgasen enthaltene Kraftstoffmenge durch eine Steuervorrichtung bestimmt werden, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert sein kann, um Systemkomponenten zum Einspritzen oder andersartigen Einführen des Kraftstoffs in die Abgase zu steuern, wobei etwa die Kraftstoffeinspritzung von einer Dosierungseinrichtung, der mit den Abgasen aus dem Motor ausgestoßene Kraftstoff und ähnliches gesteuert wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die in den Abgasen enthaltene Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von einer Kraftstoffeinspritz-Steuerstrategie und einer Kraftstoffeinspritz-Regelstrategie bestimmt werden, wobei die Regelstrategie die in Übereinstimmung mit der Steuerstrategie eingespritzte Kraftstoffmenge fein abstimmt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt die Regelstrategie eine in das Abgas einzuführende Kraftstoffmenge nach einer Erfassung der Temperaturen an dem Partikelfilter derart, dass die Regelstrategie weiteren Kraftstoff zu der in Übereinstimmung mit der Steuerstrategie bestimmten Kraftstoffmenge addiert, wenn die erfasste Temperatur niedriger als eine gewünschte Temperatur ist, und Kraftstoff von der in Übereinstimmung mit der Steuerstrategie bestimmten Kraftstoffmenge subtrahiert, wenn die erfasste Temperatur höher als die gewünschte Temperatur ist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Regelstrategie eine Sensorverzögerung beim Erfassen der Temperatur an dem Partikelfilter kompensieren, um durch eine thermische Trägheit oder ähnliches verursachte Sensorverzögerungen zu kompensieren.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die in den Abgasen enthaltene Kraftstoffmenge als eine Funktion einer Emissions-Steuerstrategie bestimmt werden, die die in den Abgasen enthaltene Kraftstoffmenge begrenzt, um ein Austreten von nicht verbranntem Kraftstoff aus dem Partikelfilter in die Umwelt zu verhindern.

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.
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der in Abgasen enthaltenen Kraftstoffmenge zur Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters 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 Abgastemperatur an dem Partikelfilter und/oder eine Partikelfilter-Substrattemperatur zu bestimmen, um eine Regeneration des Partikelfilters zu unterstützen, wobei die durch das Partikelfilter aufgefangenen Partikeln oxidiert oder auf andere Weise verbrannt werden. Eine derartige Entsorgung der Partikeln kann vorteilhaft sein, um eine Verstopfung oder Füllung des Partikelfilters zu verhindern, sodass die Abgase mit einem minimalen Widerstand durch den Partikelfilter hindurchgehen können und weitere Partikeln aufgefangen werden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung 92 oder die Regenerations-Steuereinrichtung konfiguriert sein, um eine in die Abgase einzuführende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der gewünschten Temperatur zu bestimmen, wobei etwa eine Kraftstoffeinspritzung durch die Dosierungseinrichtung 50 durchgeführt wird oder Kraftstoff aus dem Motor 14 ausgestoßen wird. Im größeren Detail sieht die vorliegende Erfindung das Steuern der in den Abgasen enthaltenen Kraftstoffmenge vor, um eine Verbrennung des Kraftstoffs an dem Oxidationskatalysator zu unterstützen und dadurch die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 zu erhöhen. Die Verwendung einer Kraftstoffeinspritzung zum Steuern der Temperaturen an dem Partikelfilter 44 ist vorteilhaft, um die gewünschten Temperaturen an dem Partikelfilter 44 und damit eine gewünschte Partikelfilter-Regeneration zu erreichen. Die folgende Beschreibung beschreibt beispielhaft das Steuern der von der Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist, sondern auch eine Anzahl von anderen Einrichtungen zum Einführen von Kraftstoff in die Abgase umfassen kann, wobei etwa auch das Einspritzen von Kraftstoff in dem Motor und die Ventilzeiten gesteuert werden können, um die mit den Motorabgasen ausgestoßene Kraftstoffmenge zu steuern.
Das Flussdiagramm 130 von 2 zeigt ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in die Abgase zur Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann das Steuern der aus einer Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoffmenge und der aus dem Motor zusammen mit den Abgasen ausgestoßenen Kraftstoffmenge und/oder der durch andere hier nicht beschriebene Einrichtungen in die Abgase eingespritzten Kraftstoffmenge umfassen. Allgemein umfasst das Verfahren das Bestimmen der Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit einer Einspritzsteuerungs-Steuerstrategie und das Anpassen der eingespritzten Kraftstoffmenge durch eine Kraftstoffeinspritz-Regelstrategie und/oder eine Emissions-Steuerstrategie.
In Block 134 wird ein erster Kraftstoffeinspritzwert als eine Funktion einer Kraftstoffeinspritz-Steuerstrategie bestimmt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt die Kraftstoffeinspritz-Steuerstrategie den ersten Kraftstoffeinspritzwert in Abhängigkeit von dem Massenfluss der Abgase und den Abgastemperaturen am Einlass des Oxidationskatalysators, die durch Sensoren erfasst und/oder berechnet werden können. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung auch die Verwendung von anderen Eingaben vor, um den ersten Kraftstoffeinspritzwert zu bestimmen.
Im größeren Detail kann die Steuerstrategie ein Prozess sein, in dem eine Nachschlagetabelle oder ein Algorithmus verwendet werden, um den ersten Kraftstoffeinspritzwert in Abhängigkeit von den eingegebenen Variablen zu bestimmen. Dieser Typ von Kraftstoffsteuerung ist vorteilhaft, weil er rasche Reaktionen und Aktualisierungen für die Kraftstoffeinspritzung ermöglicht, was insbesondere während Übergangsbedingungen vorteilhaft ist, wenn die Kraftstoffmenge schnell angepasst werden muss, um Änderungen im Betrieb zu kompensieren. Die Nachschlagetabelle oder die andere Logik kann auf gewünschten Temperaturen am Auslass des Oxidationskatalysators basieren, die mit der Regeneration des Partikelfilters assoziiert sind, sodass die Eingabevariablen mit Kraftstoffmengen aus der Dosierungseinrichtung korreliert sind, die mit großer Wahrscheinlichkeit die gewünschten Temperaturen am Auslass des Oxidationskatalysators erzeugen. Zum Beispiel können die gewünschten Temperaturen am Auslass des Oxidationskatalysators auf den Materialeigenschaften und anderen Eigenschaften des Partikelfilters basieren, sodass die Temperaturen der aus dem Oxidationskatalysator und zu dem Partikelfilter strömenden Abgase für die Regeneration des Partikelfilters ausreichen, wofür unter Umständen Temperaturen von ungefähr 550°C und mehr erforderlich sind.
In Block 138 wird ein zweiter Kraftstoffeinspritzwert als eine Funktion einer Kraftstoffeinspritz-Regelstrategie bestimmt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt die Regelstrategie den zweiten Kraftstoffeinspritzwert in Abhängigkeit von erfassten Abgastemperaturen am Auslass des Oxidationskatalysators, die zur Kompensation für eine Sensorverzögerung angepasst sind, sodass der zweite Dosierungseinrichtungswert dann in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der erfassten und angepassten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators und der gewünschten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators bestimmt wird, die zur Unterstützung der Regeneration des Partikelfilters erforderlich ist. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung auch die Verwendung von anderen Eingaben vor, um den zweiten Kraftstoffeinspritzwert zu bestimmen.
Im größeren Detail kann die Regelstrategie ein Prozess mit mehreren Schritten sein, der erstens die erfasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators zur Kompensation einer Sensorverzögerung anpasst, zweitens eine Differenz zwischen dem angepassten Temperaturwert am Auslass des Oxidationskatalysators und dem gewünschten Temperaturwert am Auslass des Oxidationskatalysators bestimmt und drittens den zweiten Dosierungseinrichtungswert in Abhängigkeit von der Differenz bestimmt, wobei eine Nachschlagetabelle oder eine andere Logik verwendet werden kann, die Kraftstoffeinspritzwerte in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der erfassten und angepassten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators und der gewünschten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators korreliert. Wie weiter unten im größeren Detail beschrieben, wird eine Temperaturdifferenz zwischen der gewünschten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators und der mit der ersten Einspritzmenge der Dosierungseinrichtung assoziierten Temperatur kompensiert, indem der zweite Kraftstoffeinspritzwert zu der durch die Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoffmenge addiert oder von derselben subtrahiert wird.
Weil der Sensorverzögerungen bei der Erfassung der Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators etwa aufgrund der thermischen Trägheit des Sensors oder ähnlichem die Fähigkeit zum schnellen Anpassen des ersten Kraftstoffeinspritzwerts durch den zweiten Kraftstoffeinspritzwert einschränken, berücksichtigt die vorliegende Erfindung diese Verzögerung und bestimmt den zweiten Kraftstoffeinspritzwert in Abhängigkeit davon. Zum Beispiel wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die angepasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung bestimmt: Ta = τ·dTsensed/dt + Tsensedwobei Ta die erfasste und angepasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators ist, Tsensed die erfasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators ist und τ ein Wärmeübertragungskoeffizient des Oxidationskatalysators ist.
In Block 140 wird der erste Kraftstoffeinspritzwert in Abhängigkeit von dem zweiten Kraftstoffeinspritzwert angepasst. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Anpassung durch eine Summierungsoperation durchgeführt werden, in welcher der zweite Kraftstoffeinspritzwert zu dem ersten Kraftstoffeinspritzwert addiert oder von demselben subtrahiert wird in Abhängigkeit davon, ob der zweite Kraftstoffeinspritzwert negativ ist (d.h. die erfasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators ist größer als die gewünschte Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators, und es wird deshalb weniger Kraftstoff benötigt) oder positiv ist (d.h. die erfasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators ist niedriger als die gewünschte Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators, und es wird deshalb mehr Kraftstoff benötigt).
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Verwendung des zweiten Kraftstoffeinspritzwerts zum Anpassen des ersten Kraftstoffeinspritzwerts auf einen stabilen Betriebszustand beschränkt sein, in dem keine rasche Reaktionen auf veränderte Betriebsbedingungen erforderlich sind. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen stabilen Betriebszustand beschränkt und sieht vor, dass der stabile Betriebszustand in Abhängigkeit von einer Anzahl von Parametern bestimmt werden kann, wobei etwa eine Zeitperiode definiert wird, in welcher der erste Kraftstoffeinspritzwert als Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs ausgegeben werden muss.
In Block 144 wird ein dritter Kraftstoffeinspritzwert als eine Funktion einer Emissions-Steuerstrategie bestimmt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt die Emissions-Steuerstrategie den dritten Kraftstoffeinspritzwert in Abhängigkeit von dem Luftmassenfluss zu dem Motor und den Motorkraftstoffraten. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung auch die Verwendung von anderen Eingaben zum Bestimmen des dritten Kraftstoffeinspritzwerts vor.
Im größeren Detail ist die Emission-Steuerstrategie ein Prozess, in dem eine Nachschlagetabelle, ein Algorithmus oder ähnliches verwendet wird, um den dritten Kraftstoffeinspritzwert in Abhängigkeit von den eingegebenen Variablen zu bestimmen. Dieser Typ von Steuerung ist vorteilhaft, weil er rasche Reaktionen und Aktualisierungen der Kraftstoffeinspritzung gestattet, was insbesondere während Übergangsbedingungen vorteilhaft ist, wenn die Menge des aus der Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoffs rasch angepasst werden muss, um Änderungen im Betrieb zu kompensieren.
Die Nachschlagetabelle oder andere Logik der Emissions-Steuerung kann verwendet werden, um die von der Dosierungseinrichtung eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt in den Abgasen anzupassen und dadurch ein Austreten von Kraftstoff in die Umwelt zu verhindern. Insbesondere entspricht der dritte Kraftstoffeinspritzwert gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einer maximalen Menge an Kraftstoff, die bei einem gegebenen Luftmassenfluss und gegebenen Motorkraftstoffraten von der Dosierungseinrichtung eingespritzt werden darf. Diese Werte können in Übereinstimmung mit einer Anzahl von Parametern bestimmt werden und verwenden allgemein empirisch bestimmte Parametern, die den Austritt von Kraftstoff betreffen. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung auch ein andersartiges Bestimmen von derartigen Werten vor, wobei die Erfindung nicht auf die Verwendung einer Nachschlagetabelle oder einer anderen Steuerstrategie beschränkt ist.
In Block 148 wird die in die Abgase einzuführende Kraftstoffmenge gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von dem angepassten ersten Kraftstoffeinspritzwert und dem dritten Kraftstoffeinspritzwert bestimmt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die von der Dosierungseinrichtung einzuspritzende Kraftstoffmenge der angepasste erste Kraftstoffeinspritzwert oder der dritte Kraftstoffeinspritzwert sein, je nachdem welcher Wert kleiner ist, um ein Austreten von Kraftstoff in die Umwelt zu verhindern.
Wie oben beschrieben sieht die vorliegende Erfindung die Verwendung der Kraftstoffeinspritz-Regelstrategie vor, um die in Übereinstimmung mit der Kraftstoffeinspritz-Steuerstrategie eingespritzte Kraftstoffmenge derart anzupassen, dass der Kraftstoff gesteuert in die Abgase eingeführt wird, um die Temperaturen in einem Partikelfilterkanister zu steuern, damit Temperaturen erzeugt werden, die annährend gleich und in einigen Fällen unwesentlich höher als die gewünschte Temperatur an dem Auslass des Oxidationskatalysators sind, um die Regeneration zu unterstützen und eine Überhitzung des Partikelfilters zu vermeiden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Unterschied zwischen der Steuerung und der Regelung dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung variable Eingaben empfängt und eine Ausgabe erzeugt, wobei die Ausgabe durch keine weiteren Variablen angepasst oder beeinflusst wird. Im Gegensatz dazu empfängt die Regelung variable Eingaben und vergleicht die Eingaben mit einem gewünschten Sollpunkt, bevor sie die Ausgabe bestimmt.
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

Verfahren zum Bestimmen der in Abgase einzuführenden Kraftstoffmenge zur Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters, wobei der Partikelfilter in Fluidkommunikation mit einem Motor steht, um zusammen mit den Abgasen aus demselben ausgestoßene Partikeln aufzufangen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines ersten Kraftstoffeinspritzwerts als eine Funktion einer Kraftstoffeinspritz-Steuerstrategie, Bestimmen eines zweiten Kraftstoffeinspritzwerts als eine Funktion einer Kraftstoffeinspritz-Regelstrategie, Anpassen des ersten Kraftstoffeinspritzwerts in Abhängigkeit von dem zweiten Kraftstoffeinspritzwert, Bestimmen eines dritten Kraftstoffeinspritzwerts als eine Funktion einer Emissions-Steuerstrategie, und Bestimmen der in die Abgase einzuführenden Kraftstoffmenge zur Unterstützung der Regeneration des Partikelfilters in Abhängigkeit von dem angepassten ersten Kraftstoffeinspritzwert und dem dritten Kraftstoffeinspritzwert.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen der in die Abgase einzuführenden Kraftstoffmenge durch den angepassten ersten Kraftstoffeinspritzwert, wenn der angepasste erste Kraftstoffeinspritzwert kleiner als der dritte Kraftstoffeinspritzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen der in die Abgase einzuführenden Kraftstoffmenge durch den dritten Kraftstoffeinspritzwert, wenn der angepasste erste Kraftstoffeinspritzwert größer als der dritte Kraftstoffeinspritzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen des ersten Kraftstoffeinspritzwerts in Abhängigkeit von des Massenfluss der Abgase und den Temperaturen am Einlass eines Oxidationskatalysators, wobei der Oxidationskatalysator in Kommunikation mit dem Partikelfilter steht, um den in den Abgasen enthaltenen Kraftstoff zu oxidieren.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen des zweiten Kraftstoffeinspritzwerts in Abhängigkeit von den Temperaturen am Auslass eines Oxidationskatalysators, wobei der Oxidationskatalysator in Kommunikation mit dem Partikelfilter steht, um den in den Abgasen enthaltenen Kraftstoff zu oxidieren.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin gekennzeichnet durch das Erfassen der Temperatur am Auslas des Oxidationskatalysators und das Anpassen der erfassten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators, um eine Sensorverzögerung zu kompensieren, wobei der zweite Kraftstoffeinspritzwert in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der angepassten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators und einer gewünschten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen der gewünschten Auslasstemperatur in Abhängigkeit von gewünschten Temperaturen, um die Regeneration des Partikelfilters zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen der angepassten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators anhand der folgenden Gleichung: Ta = τ·dTsensed/dt + Tsensedwobei Ta die angepasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators ist, Tsensed die erfasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators ist und τ ein Wärmeübertragungskoeffizient des Oxidationskatalysators ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Anpassen des ersten Kraftstoffeinspritzwerts in Abhängigkeit von dem zweiten Kraftstoffeinspritzwert, indem der zweite Kraftstoffeinspritzwert zu dem ersten Kraftstoffeinspritzwert addiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen des dritten Kraftstoffeinspritzwerts in Abhängigkeit von dem Luftmassenfluss in den Motor und von der Motorkraftstoffrate.
Verfahren zum Bestimmen einer in Abgase einzuführenden Kraftstoffmenge zur Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters mit einem Oxidationskatalysator, wobei der Partikelfilter in Fluidkommunikation mit einem Motor steht, um zusammen mit den Abgasen ausgestoßene Partikeln aufzufangen, wobei das Verfahren umfasst: Steuern des in den Abgasen enthaltenen Kraftstoffs während der Regeneration des Partikelfilters in Übereinstimmung mit einer Steuerstrategie, wobei die Steuerstrategie eine in die Abgase einzuführende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Massenflussrate der Abgase zu dem Partikelfilter und der Temperatur der Abgase an einem Einlass zu dem Oxidationsfilter bestimmt, und Anpassen der in den Abgasen enthaltenen Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit einer Regelstrategie, wobei die Regelstrategie einen Sensor verwendet, um die Temperaturen am Auslass des Oxidationskatalysators zu erfassen, und die in den Abgasen enthaltene Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von den erfassten und korrigierten Temperaturen am Auslass des Oxidationskatalysators anpasst, um eine Sensorverzögerung und eine Differenz zwischen der korrigierten Temperatur an dem Auslass des Oxidationskatalysators und einer gewünschten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators zu korrigieren, wobei die gewünschte Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators mit einer Temperatur assoziiert ist, die eine Regeneration des Partikelfilters unterstützt.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch das Anpassen der in den Abgasen enthaltenen Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit der Regelstrategie, wenn bestimmt wird, dass der Motor mit einem stabilen Betriebszustand läuft.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen, dass der Motor mit einem stabilen Betriebszustand läuft, wenn die Steuerstrategie die in die Abgase einzuführende Kraftstoffmenge des Kraftstoffs für eine vorbestimmte Zeitperiode innerhalb eines vordefinierten Bereichs bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch das Anpassen der in die Abgase einzuführenden Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit einer Emissions-Steuerstrategie, wobei die Emissions-Steuerstrategie die in die Abgase einzuführende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt in den Abgasen anpasst, um ein Austreten von nicht verbranntem Kraftstoff in die Umwelt zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen des Sauerstoffgehalts in Abhängigkeit von dem Luftmassenfluss in den Motor und von der Motorkraftstoffrate.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen der korrigierten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators anhand der folgenden Gleichung: Ta = τ·dTsensed/dt + Tsensedwobei Ta die angepasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators ist, Tsensed die erfasste Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators ist und τ ein Wärmeübertragungskoeffizient des Oxidationskatalysators ist.
Steuervorrichtung zum Steuern des von einer Dosierungseinrichtung (50) zu einer Partikelfilteranordnung (30) mit einem Oxidationskatalysator (38) eingespritzten Kraftstoffs zur Unterstützung der Regeneration von aus einem Verbrennungsmotor (14) ausgestoßenen und durch ein Partikelfilter (44) aufgefangenen Partikeln, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist zum: Steuern der Dosierungseinrichtung (50) zum Einspritzen von Kraftstoff während der Regeneration des Partikelfilters (44) in Übereinstimmung mit einer Steuerstrategie, und Anpassen der von der Dosierungseinrichtung (50) eingespritzten Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit einer Regelstrategie.
Steuervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstrategie die durch die Dosierungseinrichtung (50) einzuspritzende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Massenflussrate der Abgase zu der Partikelfilteranordnung (30) und von der Temperatur der Abgase an einem Einlass zu dem Oxidationskatalysator (38) bestimmt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstrategie einen Sensor verwendet, um die Temperaturen an einem Auslass des Oxidationskatalysators (38) zu erfassen, und die von der Dosierungseinrichtung (50) eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von den erfassten und zur Kompensation einer Sensorverzögerung korrigierten Temperaturen am Auslass des Oxidationskatalysators (38) sowie in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der korrigierten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators (38) und einer gewünschten Temperatur am Auslass des Oxidationskatalysators (38) anpasst, um eine Regeneration des Partikelfilters (44) zu unterstützen.