DE102006022074A1

DE102006022074A1 - Partikelfallenregenerationssystem und Steuerstrategie

Info

Publication number: DE102006022074A1
Application number: DE102006022074A
Authority: DE
Inventors: Steven J. Mapleton Funke; Jason K. Peoria Bloms; Andrew A. Deer Creek Knett; Chandini M. Peoria Ammineni
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-01-04
Also published as: US20070000241A1; CN1916378A; US7406822B2

Abstract

Ein Partikelfallenregenerationssystem wird vorgesehen. Das System kann eine Partikelfalle aufweisen, die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Arten von Partikelfallen aus einem Abgasfluss eines Motors zu entfernen. Das System kann auch eine Regenerationsvorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um eine Menge von Partikelstoffen in der Partikelfalle zu reduzieren. Das System kann weiter eine Steuervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um die Regenerationsvorrichtungen ansprechend darauf zu aktivieren, dass der ersten von mindestens drei Auslösezuständen auftritt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Partikelfallenregenerationssystem und insbesondere auf ein Partikelfallenregenerationssystem und eine Steuerstrategie gerichtet.

Hintergrund

Motoren, die Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere in der Technik bekannte Motoren aufweisen, können eine komplexe Mischung von Luftverunreinigungen ausstoßen. Die Luftverunreinigungen können sowohl aus gasförmigem als auch aus festem Material zusammengesetzt sein, wie beispielsweise Partikelstoffe. Die Partikelstoffe können Asche und unverbrannte Kohlenstoffpartikel aufweisen, die Ruß genannt werden.

Aufgrund zunehmender Rücksichtnahme auf die Umwelt sind Abgasemissionsstandards strenger geworden. Die Menge der Partikelstoffe und der gasförmigen Verunreinigungen, die aus einem Motor ausgestoßen werden, können abhängig von der Art, von der Größe und/oder der Klasse des Motors geregelt werden. Um diese Emissionsstandards zu erfüllen, haben Motorhersteller Verbesserungen bei mehreren unterschiedlichen Motortechnologien verfolgt, wie beispielsweise bei der Brennstoffeinspritzung, beim Motormanagement und bei der Lufteinleitung, um einige zu nennen. Zusätzlich haben Motorhersteller Vorrichtungen zur Behandlung des Motorabgases entwickelt, nachdem es den Motor verlässt.

Motorhersteller haben Abgasbehandlungsvorrichtungen eingesetzt, die Partikelfallen genannt werden, um die Partikelstoffe aus dem Abgasfluss eines Motors zu entfernen. Eine Partikelfalle kann einen Filter aufweisen, der ausgelegt ist, um Partikelstoffe einzufangen. Die Anwendung der Partikelfalle für verlängerte Zeitperioden kann jedoch die Möglichkeit nach sich ziehen, dass sich Partikelstoffe am Filter sammeln, wodurch ein Schaden am Filter und/oder eine Verschlechterung der Motorleistung verursacht wird.

Ein Verfahren zur Wiederherstellung der Leistung einer Partikelfalle kann die Regeneration aufweisen. Die Regeneration eines Partikelfallenfiltersystems kann durch thermische Regeneration erreicht werden, die aufweisen kann, die Temperatur des Filters und der eingefangenen Partikelstoffe über die Verbrennungstemperatur der Partikelstoffe anzuheben, wodurch die gesammelten Partikelstoffe weggebrannt werden und das Filtersystem regeneriert wird. Diese Steigerung der Temperatur kann durch verschiedene Mittel bewirkt werden. Beispielsweise setzen einige Systeme ein Heizungselement ein (beispielsweise ein elektrisches Heizungselement), um direkt einen oder mehrere Teile der Partikelfalle aufzuheizen (beispielsweise das Filtermaterial oder das äußere Gehäuse). Andere Systeme sind konfiguriert worden, um die Abgase stromaufwärts der Partikelfalle aufzuheizen, was gestattet, dass der Fluss der aufgeheizten Gase durch die Partikelfalle Wärme auf die Partikelfalle überträgt. Beispielsweise können einige Systeme einen oder mehrere Motorbetriebsparameter verändern, wie beispielsweise die Luft/Brennstoff-Mischung, um Abgase mit einer erhöhten Temperatur zu erzeugen. Das Laufen lassen eines Motors mit einer "fetten" Luft/Brennstoff-Mischung kann die Abgastemperatur erhöhen. Andere Systeme heizen die Abgase stromaufwärts der Partikelfalle auf, und zwar mit Anwendung eines Brenners, der eine Flamme in der Abgasleitung erzeugt, die zur Partikelfalle führt.

Die Regeneration kann periodisch ausgeführt werden im Gegensatz zu einer konstanten Ausführung. D.h., nachdem ein Auslösezustand auftritt, kann das thermische Regenerationssystem die Regeneration ansprechend auf den Auslösezustand einleiten. Einige Systeme sind konfiguriert, um die Regeneration ansprechend auf eine einzige Art eines Auslösezustandes einzuleiten, wie beispielsweise ansprechend auf den Betrieb des Motors für eine vorbestimmte Zeitdauer oder ansprechend auf eine Druckcharakteristik des Abgassystems (beispielsweise ansprechend auf dem Rückdruck im Abgassystem). Einige Systeme sind konfiguriert, um die Regeneration ansprechend auf zwei Arten von Auslösezuständen einzuleiten. Beispielsweise wird ein solches Regenerationssystem offenbart vom US-Patent 6 622 480, ausgegeben an Tashiro u.a. am 23. September 2003 ("das '480-Patent). Das '480-Patent offenbart ein Regenerationssystem, welches konfiguriert ist, um die Regeneration ansprechend darauf einzuleiten, dass der erste der folgenden Fälle auftritt: Ein vorbestimmter Rückdruck stromaufwärts der Partikelfalle oder ein Partikelsammelmodell (d.h. eine Abschätzung der Menge des Rußes, der sich in der Partikelfalle angesammelt hat, basierend auf mehreren Faktoren). Das System des '480-Patentes kann konfiguriert sein, um eine Regeneration ansprechend auf zwei unterschiedliche Auslösezustände einzuleiten, wobei jeder davon anzeigen kann, dass eine signifikante Menge von Partikelstoffen sich in der Partikelfalle angesammelt hat. Jedoch berücksichtigt das System des '480-Patentes nicht einen oder mehrere zusätzliche Parameter unabhängig von den zwei Auslösezuständen, die eine Ansammlung von Partikelstoffen in der Partikelfalle anzeigen können. Beispielsweise offenbart das '480-Patent nicht, dass das Regenerationssystem konfiguriert ist, um eine Regeneration ansprechend auf andere mögliche Auslösezustände einzuleiten, wie beispielsweise ansprechend auf den Betrieb des Motors für eine vorbestimmte Zeitdauer oder für eine vorbestimmte verbrauchte Brennstoffmenge.

Die vorliegende Offenbarung ist auf Verbesserungen an bestehenden Partikelfallenregenerationssystemen und Steuerstrategien gerichtet.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Partikelfallenregenerationssystem gerichtet. Das System kann eine Partikelfalle aufweisen, die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Arten von Partikelstoffen aus einem Abgasfluss eines Motors zu entfernen. Das System kann auch eine Regenerationsvorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um eine Menge der Partikelstoffe in der Partikelfalle zu reduzieren. Das System kann weiter eine Steuervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um die Regenerationsvor richtung ansprechend darauf zu aktivieren, dass der erste von mindestens drei Auslösezuständen auftritt.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Regeneration einer Partikelfalle gerichtet. Das Verfahren kann aufweisen, drei Aspekte eines einen Abgasfluss erzeugenden Motors und eines Abgassystems zu überwachen, welches konfiguriert ist, um Abgas, welches vom Motor erzeugt wird, weg vom Motor zu leiten. Das Verfahren kann auch aufweisen, eine Regenerationsvorrichtung zu aktivieren, die konfiguriert ist, um eine Menge der Partikelstoffe in einer Partikelfalle zu reduzieren, die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Arten von Partikelstoffen aus dem Abgasfluss des Motors zu entfernen, und zwar ansprechend darauf, dass mindestens einer der drei bestimmten Aspekte einen Auslösezustand erfüllt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine diagrammartige Veranschaulichung einer Arbeitsmaschine gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
2 ist eine diagrammartige Veranschaulichung eines Partikelfallenregenerationssystems gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
3A ist eine Flussdiagrammdarstellung einer Steuerstrategie für ein Partikelfallenregenerationssystem gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
3B ist eine Fortsetzung der Flussdiagrammdarstellung, die von 3A veranschaulicht wird.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um sich auf dieselben oder die gleichen Teile zu beziehen.
1 veranschaulicht eine Arbeitsmaschine 10. Die Arbeitsmaschine 10 kann eine Bedienerstation 11, eine oder mehrere Traktionsvorrichtungen 12, einen Motor 14 und ein Partikelfallenregenerationssystem 16 aufweisen.
Obwohl die Arbeitsmaschine 10 als ein Lastwagen gezeigt ist, könnte die Arbeitsmaschine 10 irgendeine Bauart einer Maschine sein, die einen Abgas erzeugenden Motor hat. Entsprechend können die Traktionsvorrichtungen 12 irgendeine Art von Traktions- bzw. Antriebsvorrichtungen sein, wie beispielsweise Räder, wie in 1 gezeigt, Raupen, Riemen oder irgendwelche Kombinationen davon.
Der Motor 14 kann irgendeine Bauart eines Motors sein, die einen Auslassfluss von Abgasen erzeugt. Beispielsweise kann der Motor 14 ein Verbrennungsmotor sein, wie beispielsweise ein Benzinmotor, ein Dieselmotor, ein Erdgasmotor oder irgendein anderer Abgas erzeugender Motor.
Das System 16 kann eine Nachbehandlungsvorrichtung 18 aufweisen. Die Nachbehandlungsvorrichtung 18 kann irgendeine Art einer Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um einen oder mehrere Bestandteile aus dem Abgasfluss des Motors 14 zu entfernen, und die durch Wärme oder irgendeine andere Maßnahme regeneriert werden kann. In einem Ausführungsbeispiel kann die Nachbehandlungsvorrichtung 18 eine Partikelfalle 19 aufweisen, wie in 2 gezeigt. Die Partikelfalle 19 kann konfiguriert sein, um eine oder mehrere Arten von Partikelstoffen aus den Abgasen zu entfernen, die vom Motor 14 erzeugt werden und durch eine Abgasleitung 20 fließen, die konfiguriert wird, um alle Abgase oder einen Teil der Abgase, die vom Motor 14 erzeugt werden, zur Nachbehandlungsvorrichtung 18 zu leiten. Die Partikelfalle 19 kann ein äußeres Gehäuse 22 aufweisen, welches ein Filtermaterial 24 umschließen kann (beispielsweise ein Metallgitter), um Partikelstoffe einzufangen.
Obwohl die Nachbehandlungsvorrichtung 18 hier in erster Linie als eine Partikelfalle besprochen wird, kann in anderen Ausführungsbeispielen die Nachbehandlungsvorrichtung 18 einen katalytischen Wandler, eine katalytische Partikelfalle, eine NOx-Adsorptionsvorrichtung oder irgendeine Nachbehandlungsvorrichtung aufweisen, die regeneriert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Nachbehandlungsvorrichtung 18 Kombinationen von diesen Vorrichtungen aufweisen. Beispielsweise kann die Nachbehandlungsvorrichtung 18 eine Partikelfalle und einen katalytischen Wandler in Reihe aufweisen, die bei einigen Ausführungsbeispielen in der gleichen Einheit integriert sein können (beispielsweise im gleichen Gehäuse).
Die Nachbehandlungsvorrichtung 18 kann konfiguriert sein, um thermisch regeneriert zu werden. D.h., die Regeneration der Nachbehandlungsvorrichtung 18 kann erreicht werden durch Steigerung der Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung 18. Solche Steigerungen der Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung 18 können auf eine Anzahl von unterschiedlichen Arten erzeugt werden. Beispielsweise kann Wärme direkt auf die Nachbehandlungsvorrichtung 18 über eine Heizungsvorrichtung aufgebracht werden, die integral mit der Nachbehandlungsvorrichtung 18 oder benachbart zu dieser ist, wie beispielsweise durch ein (nicht gezeigtes) elektrisches Heizungselement.
Alternativ oder zusätzlich kann die Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung 18 durch Wärme gesteigert werden, die auf diese von den Abgasen übertragen wird, die durch sie fließen. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann Wärme auf Abgase stromaufwärts von der Nachbehandlungsvorrichtung 18 aufgebracht werden.
Die Temperatur der Abgase kann auf eine oder mehrere Arten gesteigert werden. Beispielsweise kann das Verändern von Motorparametern einen Effekt auf die Abgastemperatur haben. Das Laufen lassen des Motors 14 mit einer "fetten" Luft/Brennstoff-Mischung kann die Abgastemperatur steigern. Steigerungen der Motorbelastung können auch die Abgastemperatur steigern. Abgase können auch durch eine Nacheinspritzung aufgeheizt werden, die das Einspritzen von zusätzlichem Brennstoff in die Brennkammern aufweist, nachdem die Verbrennung stattgefunden hat, was zur Folge haben kann, dass der zusätzliche Brennstoff in dem Abgassystem verbrannt wird, wodurch die Temperatur der Abgase in dem System angehoben wird. Die Abgastemperatur kann auch vergrößert werden durch Aufheizung der Abgase oder der Abgasleitung 20. Beispielsweise kann ein elektrisches Heizungselement und/oder ein Flammen erzeugender Brenner konfiguriert sein, um die Abgase oder die Abgasleitung 20 aufzuheizen.
In einem Ausführungsbeispiel kann das System 16 eine Regenerationsvorrichtung 25 aufweisen, die konfiguriert ist, um eine Menge der Partikelstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung 18 zu reduzieren. Beispielsweise kann die Regenerationsvorrichtung 25 eine Brenneranordnung 26 aufweisen, die konfiguriert ist, um die Temperatur der Abgase zu steigern, die durch die Abgasleitung 20 fließen, und zwar stromaufwärts von der Nachbehandlungsvorrichtung 18. Die Brenneranordnung 20 kann konfiguriert sein, um die Leistung einer Nachbehandlungsvorrichtung 18 durch thermische Regeneration aufrecht zu erhalten oder wieder herzustellen. Die Ansammlung von Abgasflussbestandteilen in der Nachbehandlungsvorrichtung 18 kann eine Verringerung der Motorleistung und/oder einen möglichen Schaden an der Nachbehandlungsvorrichtung 18 und/oder an anderen Komponenten des Systems 16 zu folge haben. Die Brenneranordnung 26 kann konfiguriert sein, um irgendeine Verringerung der Motorleistung zu verhindern oder wieder herzustellen und einen möglichen Schaden an der Nachbehandlungsvorrichtung 18 und/oder an anderen Komponenten des Systems 16 zu vermeiden. Beispielsweise kann die Brenneranordnung 26 konfiguriert sein, um zu bewirken, dass zumindest ein Teil der Partikelstoffe, die sich in der Nachbehandlungsvorrichtung 18 angesammelt haben können, abgebrannt wird.
Obwohl das System 16 mit einer einzigen Nachbehandlungsvorrichtung 18 und einer einzigen Regenerationsvorrichtung 25 gezeigt ist, kann das System 16 mehr als eine Nachbehandlungsvorrichtung 18 und/oder mehr als eine Regenerationsvorrichtung 25 aufweisen. Beispielsweise kann das System 16 in einem Ausführungsbeispiel eine einzige Regenerationsvorrichtung 25 aufweisen, die konfiguriert ist, um zwei Nachbehandlungsvorrichtungen zu regenerieren. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das System 16 zwei Regenerationsvorrichtungen aufweisen, die konfiguriert sind, um zwei Nachbehandlungsvorrichtungen zu regenerieren. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann jede Regenerationsvorrichtung konfiguriert sein, um eine der Nachbehandlungsvorrichtungen zu regenerieren oder zur Regeneration von beiden Nachbehandlungsvorrichtungen beizutragen. Das System 16 kann auch irgendeine Anzahl von Regenerationsvorrichtungen und/oder Nachbehandlungsvorrichtungen in irgendeiner Kombination aufweisen, die zur Regeneration geeignet ist.
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel des Abgasbehandlungssystems 16. Für die Zwecke der folgenden Erklärung wird die Nachbehandlungsvorrichtung 18 derart besprochen, dass sie eine Partikelfalle 19 ist, während die Regenerationsvorrichtung 25 so besprochen ist, dass sie eine Brenneranordnung 26 ist. Es sei jedoch bemerkt, dass die Nachbehandlungsvorrichtung 18 und die Regenerationsvorrichtung 25 irgendeine der offenbarten Arten von Nachbehandlungs- und Regenerationsvorrichtungen sein könnten, die oben erwähnt wurden. Das System 16 kann auch eine Steuervorrichtung 28 aufweisen, die konfiguriert ist, um Informationen von verschiedenen Quellen aufzunehmen und eine oder mehrere Komponenten des Systems 16 basierend auf diesen Informationen zu steuern.
Die Brenneranordnung 26 kann irgendwo entlang der Abgasleitung 20 zwischen dem Motor 14 und der Partikelfalle 19 positioniert sein. Die Brenneranordnung 26 kann eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 aufweisen, die konfiguriert ist, um Brennstoff zur Brenneranordnung 26 zu liefern. Die Bren neranordnung 26 kann konfiguriert sein, um eine Flamme zu erzeugen, die in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Abgasfluss sein kann. Das System 16 kann konfiguriert sein, um die Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 mit frischer Luft zur Vermischung mit dem Brennstoff zur Verbrennung zu beliefern, genauso wie zum Freispülen der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 von irgendwelchem Brennstoff oder Abrieb vor und/oder nach dem Betrieb der Brenneranordnung 26.
Das System 16 kann konfiguriert sein, um frische Luft zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 zu liefern, die mit dem Brennstoff zur Verbrennung in der Brenneranordnung 26 vermischt werden soll, wobei die Quelle der frischen Luft ein Lufteinlasssystem 32 des Motors 14 ist. D.h., Luft kann von einem Teil des Lufteinlasssystems 32, wie beispielsweise von einer Einlasssammelleitung 34, stromabwärts eines Kompressors 36 geleitet werden, der konfiguriert ist, um eine gezwungene Einleitung für den Motor 14 zu erzeugen. Der Kompressor 36 kann einen Turbolader, einen Superlader oder irgendeine andere Vorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um Luft zu komprimieren und dadurch eine gezwungene Einleitung für den Motor 14 zu erzeugen. Luft kann von der Einlasssammelleitung 34 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 über eine Luftleitung 38 geleitet werden. Die Lieferung von Luft zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 kann durch ein Luftventil 39 geregelt werden, welches von der Steuervorrichtung 28 zu steuern ist.
Das System 16 kann konfiguriert werden, um in einem Pilot- bzw. Vorsteuerbetriebszustand unter verschiedenen Motorbetriebsbedingungen zu arbeiten, wie beispielsweise während einer schnellen Beschleunigung des Motors oder einer schnellen Abbremsung des Motors, um zu verhindern, dass die Flamme ausgelöscht wird. In dem Vorsteuerbetriebszustand kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 eine vorbestimmte Mischung aus Luft und Brennstoff zur Brenneranordnung 26 liefern. Beispielsweise kann die Mischung aus Luft und Brennstoff anders sein als die Mischung, die geliefert wird, während der Motor auf einer im wesentlichen stetigen Drehzahl arbeitet.
Die Brenneranordnung 36 kann auch eine Zündkerze 40 aufweisen, die konfiguriert ist, um einen Funken zur Zündung der Luft/Brennstoff-Mischung zu liefern, die von der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 geliefert wird. Strom kann an die Zündkerze 40 durch eine Zündspule 42 angelegt werden, die von der Steuervorrichtung 28 steuerbar sein kann. Obwohl die Brenneranordnung 26 so gezeigt und beschrieben wurde, dass sie eine Zündkerze 40 aufweist, können alternative Zündquellen eingesetzt werden, wie beispielsweise Glühkerzen oder andere Mittel zur Zündung einer Luft/Brennstoff-Mischung.
Die Steuervorrichtung 28 kann irgendwelche Mittel zur Aufnahme von Informationen aufweisen, die mit Arbeitsmaschinenbetriebsparametern in Beziehung stehen und/oder zur Überwachung, Aufzeichnung, Speicherung, Indizierung, Verarbeitung und/oder Übermittlung von solchen Informationen. Diese Mittel können Komponenten aufweisen, wie beispielsweise einen Speicher, eine oder mehrere Datenspeichervorrichtungen, eine zentrale Verarbeitungseinheit oder irgendwelche anderen Komponenten, die verwendet werden können, um eine Anwendung laufen zu lassen. Obwohl Aspekte der vorliegenden Offenbarung derart beschrieben werden können, dass sie im allgemeinen im Speicher gespeichert sind, wird der Fachmann erkennen, dass diese Aspekte auf anderen Arten von Computerprogammprodukten oder computerlesbaren Medien gespeichert werden können oder von diesen gelesen werden können, wie beispielsweise Computerchips und sekundäre Speichervorrichtungen, die Festplatten, Floppy-Disks, optische Medien, CD-ROM oder andere Formen von RAM bzw. Arbeitsspeicher oder ROM bzw. Lesespeicher aufweisen. Verschiedene andere bekannte Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 28 assoziiert sein, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung, eine Elektromagnettreiberschaltung, eine Kommunikations- bzw. Übermittlungsschaltung und irgendwelche geeignete Schaltungen.
Die Steuervorrichtung 28 kann konfiguriert sein, um die Regenerationsvorrichtung 25 ansprechend darauf zu aktivieren, dass die erste von mindestens drei Auslösebedingungen eintritt. D.h., die Steuervorrichtung 28 kann mindestens drei Auslösebedingungen überwachen, und falls irgendeine von ihnen erfüllt wird, kann dann die Steuervorrichtung 28 die Regenerationsvorrichtung 25 aktivieren. Die Auslösebedingungen können beispielsweise den Betrieb des Motors 14 für eine vorbestimmte Zeitdauer aufweisen; weiter den Verbrauch einer vorbestimmten Brennstoffmenge durch den Motor 14; die Detektion eines erhöhten Rückdrucks stromaufwärts der Partikelfalle 19 über einem vorbestimmten Druck; die Detektion einer Druckdifferenz an der Partikelfalle 19 von mehr als einer vorbestimmten Größe; und die Bestimmung, dass eine berechnete Menge von Partikelstoffen, die sich in der Partikelfalle 19 angesammelt hat, über einer vorbestimmten Menge ist.
Die Regeneration kann auch manuell durch einen Bediener, einen Eigentümer, einen Servicetechniker usw. der Arbeitsmaschine 10 eingeleitet werden. Die manuelle Auslösung der Regeneration kann über einen Schalter, einen Knopf usw. erreicht werden, der mit der Arbeitsmaschine 10 assoziiert ist und/oder durch ein Servicewerkzeug, welches konfiguriert ist, um eine Schnittstelle mit der Arbeitsmaschine 10 herzustellen.
Das System 16 kann verschiedene Sensoren aufweisen, die konfiguriert sind, um Informationen über die Betriebsparameter des Systems 16 zu erzeugen. Solche Informationen können von der Steuervorrichtung 28 empfangen werden. Beispielsweise kann das System 16 einen stromaufwärts liegenden Temperatursensor 44, einen stromaufwärts liegenden Drucksensor 46, einen stromabwärts liegenden Temperatursensor 48 und einen stromabwärts liegenden Drucksensor 50 aufweisen. Solche Sensoren können entlang der Abgasleitung 20 stromaufwärts bzw. stromabwärts von der Partikelfalle 19 positioniert sein und konfiguriert sein, um Messungen der Temperatur und des Druckes der Abgase in der Auslasssammelleitung an ihren jeweiligen Stellen aufzunehmen. Diese Messungen können von der Steuervorrichtung 28 aufgenommen werden.
Der stromaufwärts gelegene Drucksensor 46 und der stromabwärts gelegene Drucksensor 50 können ein Druckdifferenzmesssystem bilden. Ein solches System kann konfiguriert sein, um eine Druckdifferenz zwischen einem stromaufwärts gelegenen Druck des Abgasflusses stromaufwärts von der Partikelfalle 19 und einem stromabwärts gelegenen Druck des Abgasflusses stromabwärts von der Partikelfalle 19 zu messen. Alternativ kann anstelle des stromaufwärts gelegenen Drucksensors 46 und des stromabwärts gelegenen Drucksensors 50 das Druckdifferenzmesssystem einen einzigen (nicht gezeigten) Druckdifferenzsensor aufweisen, der konfiguriert ist, um die Differenz des Druckes zwischen dem Abgasfluss stromaufwärts und stromabwärts der Partikelfalle 19 zu messen.
Das System 16 kann auch einen Fahrgeschwindigkeitssensor 52 aufweisen, der konfiguriert ist, um die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 zu überwachen (d.h. die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 relativ zur Oberfläche, über die sie fährt). Das System 16 kann auch mit einem Flammenabfühlsystem versehen sein, welches mit der Brenneranordnung 26 assoziiert ist und konfiguriert ist um zu detektieren, ob die Brenneranordnung 26 gegenwärtig eine Flamme erzeugt. Ein solches Flammenabfühlsystem kann beispielsweise einen Flammensensor 54 aufweisen. Zusätzlich kann das System 16 einen Motordrehzahlsensor 56 aufweisen, der konfiguriert ist, um die Geschwindigkeit zu messen, mit der der Motor 14 arbeitet (d.h. U/min).
Die zuvor erwähnten Sensoren können irgendeine Art von Abfühlmitteln aufweisen, die zur Überwachung ihrer jeweiligen Parameter geeignet sind. Insbesondere kann der Flammensensor 54 irgendeine Art eines Sensors aufweisen, die geeignet ist, um die Anwesenheit einer Flamme zu detektieren, wie beispielsweise Temperatursensoren (beispielsweise Thermofühler), optische Sensoren, Ultraviolettsensoren und Ionensensoren. Der Flammensensor 54 kann konfiguriert sein, um eine Bedingung (beispielsweise Temperatur, ultraviolettes Licht, Ionen usw.) in der Nähe der Flamme zu detektieren.
Eine solche Bedingung kann an irgendeiner Stelle innerhalb nahe genug gelegener Nähe zur Flamme überwacht werden, um zu ermöglichen, dass die Anwesenheit der Flamme detektiert wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Flammenabfühlsystem konfiguriert sein, um eine Veränderungsrate der Bedingung zu detektieren. Beispielsweise kann eine Temperatur in der Nähe der Stelle der Flamme, die mit einer vorbestimmten Rate zunimmt, anzeigen, dass die Flamme gezündet ist und die Steigerung verursacht.
Zusätzlich oder als eine Alternative zum Flammensensor 54 kann das Flammenabfühlsystem konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob die stromabwärts gelegene Abgastemperatur, die von dem stromabwärts gelegenen Temperatursensor 48 gemessen wird, die stromaufwärts gelegene Abgastemperatur, die vom stromaufwärts gelegenen Temperatursensor 44 gemessen wird, um eine vorbestimmte Größe überschreitet. Eine signifikant höhere stromabwärts gelegene Temperatur kann anzeigen, dass die Flamme gezündet ist und somit die Abgase aufheizt, wenn sie durch die Brenneranordnung 26 fließen.
Die Steuervorrichtung 28 kann eine Zeitsteuervorrichtung 58 aufweisen. Die Steuervorrichtung 28 kann konfiguriert sein, um Informationen von der Zeitsteuervorrichtung 58 mit Informationen von anderen Quellen zu koppeln. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 28 Informationen von der Zeitsteuervorrichtung 58 in Verbindung mit Informationen bezüglich des Betriebs des Motors 14 (beispielsweise vom Motordrehzahlsensor 56) verwenden, um zu bestimmen, wie lang der Motor 14 betrieben wird. Die Zeitsteuervorrichtung 58 kann auch verwendet werden, um die Dauer der Regenerationsereignisse oder von irgendwelchen anderen Betriebsparametern des Systems 16 und/oder der Arbeitsmaschine 10 zu überwachen. und zu steuern.
Das System 16 kann konfiguriert sein, um eine oder mehrere zusätzliche Systemfunktionen und/oder Parameter zu steuern. Die Steuervorrichtung 28 kann konfiguriert sein, um den Druck des Brennstoffes zu steuern, der zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 geliefert wird (und daher die Rate der Brennstoffeinspritzung). Ein An/Aus-Brennstoffventil 60, welches von der Steuervorrichtung 28 steuerbar sein kann, kann mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 assoziiert sein, um selektiv zu gestatten, dass Brennstoff zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 geliefert wird. Zusätzlich zu dem An/Aus-Brennstoffventil 60 kann das System 16 auch ein Brennstoffdruckregelventil 62 aufweisen, welches durch die Steuervorrichtung 28 steuerbar ist, um den Druck des Brennstoffes zu regeln, und dadurch die Rate, mit der Brennstoff zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 geliefert wird. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuervorrichtung 28 konfiguriert sein, um den Druck des Brennstoffes, der zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 geliefert wird, in einer Steuerung (closed-loop) zu steuern, d.h. ansprechend auf Druckmessungen, die an oder nahe der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 aufgenommen wurden (beispielsweise durch einen nicht gezeigten Brennstoffdrucksensor).
Die Steuervorrichtung 28 kann weiter konfiguriert sein, um das An/Aus-Brennstoffventil 60 und/oder das Brennstoffdruckregelventil 62 (d.h. den Fluss des Brennstoffes zu der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30) ansprechend auf andere Parameter des Systems 16 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 28 konfiguriert sein, um die Temperatur der Abgase zu steuern, die in die Partikelfalle 19 eintreten, und zwar ansprechend auf eine Rückkoppelung bzw. Regelgröße vom stromaufwärts liegenden Temperatursensor 44. Diese stromaufwärts liegende Abgastemperatur kann gesteuert werden durch Regelung der Menge an Brennstoff und/oder Luft, die zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 geliefert wird, was durch die Steuerung des An/Aus-Brennstoffventils 60 und/oder des Brennstoffdruckregelventils 62 erreicht werden kann. Andere Arten von Regenerationsvorrichtungen oder -verfahren können ansprechend auf Messungen gesteuert werden, die von dem stromaufwärts liegenden Temperatursensor 44 aufgenommen werden. Beispielsweise kann die Menge der Nacheinspritzung variiert werden (beispielsweise durch die Steuervorrichtung 28), um die Temperatur der Abgase zu steuern, die in irgendeine Art von Nachbehandlungsvorrichtung 18 eintreten.
Das System 16 kann mehrere Brennstoffdruckregelventile aufweisen, die unabhängig gesteuert werden können. Mindestens ein Brennstoffdruckregelventil 62 kann konfiguriert sein, um den Hauptbrennstoffdruck zu regeln, und ein zweites (nicht gezeigtes) Brennstoffdruckregelventil kann konfiguriert sein, um den Vorsteuerbrennstoffdruck zu regeln. Der Vorsteuerbrennstoffdruck kann während eines Vorsteuerbetriebszustandes verwendet werden, indem das System 16 eine vordefinierte Luft/Brennstoff-Mischung verwendet, um das Löschen von Flammen während verschiedenen Motorbetriebsbedingungen zu verhindern, beispielsweise harte Beschleunigungen und schnelle Abbremsungen.
Andere Betriebsparameter des Systems 16 können überwacht werden, um die Steuerung des Regenerationsprozesses aufrecht zu erhalten und/oder zu optimieren. Beispielsweise kann der stromabwärts liegende Temperatursensor 48 detektieren, ob die stromabwärts liegende Abgastemperatur über einer vorbestimmten Temperatur ist. Wenn die stromabwärts liegende Abgastemperatur zu hoch wird, könnte dies eine Anzeige dafür sein, dass die Temperaturen in der Partikelfalle 19 auch auf einen unerwünscht hohen Niveau ist und/oder, dass die Regenerationsvorrichtung in gewisser Weise instabil sein kann (beispielsweise Verbrennung von Ruß und/oder eine von einem Katalysator angetriebene Reaktion kann sich innerhalb der Nachbehandlungsvorrichtung 18 über ein Niveau hinaus intensivieren, welches von der Steuervorrichtung 28 angewiesen wird).
Das System 16 kann auch konfiguriert sein, um die Stabilität des Regenerationsprozesses zu überwachen, und zwar durch Bestimmung einer Differenz zwischen der stromaufwärts gelegenen Abgastemperatur, die durch einen stromaufwärts gelegenen Temperatursensor 44 gemessen wird, und der stromabwärts liegenden Abgastemperatur, die von einem stromabwärts liegenden Temperatursensor 48 gemessen wird. Wenn die Temperatur, die von dem stromabwärts gelegenen Temperatursensor 48 gemessen wird, jene, die von dem stromaufwärts liegenden Temperatursensor 44 gemessen wird, um mehr als eine vorbestimmte Größe für mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet, kann die Steuervorrichtung 28 Schritte einleiten, um den Regenerationsprozess zurück zu skalieren oder zu beendigen. In einem solchen Fall kann beispielsweise die Steuervorrichtung 28 die Intensität der Flamme reduzieren, die durch die Brenneranordnung 26 erzeugt wird. In manchen Fällen kann die Steuervorrichtung 28 den Regenerationsprozess beenden, wenn der Regenerationsprozess ziemlich instabil ist (beispielsweise wenn die stromabwärts liegende Abgastemperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet oder die stromaufwärts gelegene Abgastemperatur um mehr als eine vorbestimmte Größe überschreitet). Die Steuervorrichtung 28 kann konfiguriert sein, um Fehler aufzuzeichnen, wenn die stromabwärts gelegene Abgastemperatur eine vorbestimmte Temperatur überschreitet, oder wenn die stromabwärts gelegene Abgastemperatur die stromaufwärts gelegene Abgastemperatur um mehr als eine vorbestimmte Größe überschreitet. Die Steuervorrichtung 28 kann auch konfiguriert sein, um den Regenerationsprozess zu beendigen, wenn die Anzahl der Fehler einen vorbestimmten Wert erreicht (beispielsweise wenn drei Fehler aufgetreten sind). Anderenfalls kann die Steuervorrichtung 28 eine Startsequenz einleiten.
Das System 16 kann eine Anzeige 64 aufweisen. Die Anzeige 64 kann an irgendeiner geeigneten Stelle an der Arbeitsmaschine 10 gelegen sein, wie beispielsweise in der Bedienerstation 11. Die Anzeige 64 kann irgendeine Art einer Anzeige sein, die Bildschirm anzeigen aufweist, wie beispielsweise Kathodenstrahlröhren (CRTs = cathode ray tubes), Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Plasmaschirme usw. Die Anzeige 64 kann konfiguriert sein, um Informationen über die Betriebsparameter des Systems 16 anzuzeigen. Beispielsweise kann die Anzeige 64 eine Warnanzeige 66 aufweisen (beispielsweise eine Warnlampe, eine Warnnachricht usw.). Die Steuervorrichtung 28 kann konfiguriert sein, um die Warnanzeige 66 auf die Detektion der vorbestimmten Menge von Fehlern zu beleuchten. Als eine Alternative oder zusätzlich zur Anzeige 64 kann das System 16 einen oder mehrere hörbare Alarme aufweisen, um Informationen über die Betriebsparameter des Systems 16 an einen Bediener zu liefern. Zusätzlich zum Liefern einer sichtbaren Rückkoppelung bezüglich der Betriebsparameter des Systems 16 kann die Anzeige 64 auch konfiguriert sein, um andere Informationen bezüglich des Systems 16 oder bezüglich irgendeiner anderen Vorrichtung und/oder eines Systems anzuzeigen, welches mit der Arbeitsmaschine 10 assoziiert ist. Die Anzeige 64 kann auch konfiguriert sein, um anzuzeigen, wann ein Regenerationsereignis auftritt oder kurz davor steht, aufzutreten.
3 veranschaulicht eine beispielhafte Steuerstrategie für den Betrieb des Systems 16. Die in 3 gezeigte beispielhafte Steuerstrategie wird genauer unten besprochen.
Industrielle Anwendbarkeit
Das offenbarte Partikelfallenregenerationssystem 16 kann geeignet sein, um die Abgasemissionssteuerung für Motoren zu verbessern. Das System 16 kann für irgendeine Anwendung eines Motors verwendet werden. Solche Anwendungen können beispielsweise stationäre Einrichtungen, wie beispielsweise Leistungserzeugungseinrichtungen oder mobile Einrichtungen aufweisen, wie beispielsweise Fahrzeuge. Das offenbarte System kann für irgendeine Art von Fahrzeug verwendet werden, wie beispielsweise für Automobile, Arbeitsmaschinen (einschließlich jenen für einen Einsatz auf der Straße, genauso wie für eine Geländeanwendung) und andere schwere Ausrüstungsgegenstände.
Eine beispielhafte Steuerstrategie wird in 3A und 3B dargestellt. Die Steuerstrategie für das System 16 kann in einer kontinuierlichen Schleife oder auf periodischer Basis ausgeführt werden. Mit Bezug auf 3A kann die Steuerstrategie starten (Schritt 68), und das System 16 kann voranschreiten, um zu überwachen, ob irgendeiner von einer Vielzahl von Auslösern ausgelöst worden ist (d.h., die Auslösebedingung erfüllt ist). Beispielsweise kann in einem System mit drei Auslösern, wie in 3 gezeigt, die Strategie bestimmen, ob der Auslöser 1 ausgelöst worden ist (Schritt 70), falls nicht, dann kann die Strategie voranschreiten, um abzufragen, ob der Auslöser 2 ausgelöst worden ist (Schritt 72) und falls nicht, dann ob der Aus löser 3 ausgelöst worden ist (Schritt 74). Wenn der Auslöser 3 nicht ausgelöst worden ist, dann kann die Strategie sich schleifenförmig zurück zum Start bewegen (Schritt 68) und wieder beginnen, um eine kontinuierliche Schleife auszuführen. Obwohl diese Anfragen bezüglich dessen, ob die Auslöser ausgelöst worden sind, derart gezeigt und beschrieben worden sind, dass sie in Reihe sind, können die Anfragen parallel ausgeführt werden (beispielsweise kann jede Anfrage im wesentlichen gleichzeitig gemacht werden).
Falls irgendeiner der Auslöser 1, 2 oder 3 ausgelöst worden ist, kann die Strategie voranschreiten, um Informationen vom System 16 abzufragen, und zwar darüber, ob die Betriebsbedingungen des Motors 14 (beispielsweise Motordrehzahl, Belastung, Kühlmitteltemperatur usw.) zur Regeneration führen (Schritt 76). Zusätzlich kann der Schritt 76 bestimmen, ob die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 über drei Meilen pro Stunde (mph) ist, und ob die Temperatur des vom Motor 14 erzeugten Abgases auf einem Niveau ist, welches zur Regeneration führt. Wenn einer dieser Parameter und/oder Bedingungen aus der Spezifikation fallen (d.h., nicht zur Regeneration führen), dann kann die Strategie den Schritt 76 wiederholen, bis diese Bedingungen in der Spezifikation liegen (d.h. zur Regeneration führen). Es sei bemerkt, dass die Schwellenfahrtgeschwindigkeit für den Schritt 76 irgendeine vorbestimmte Geschwindigkeit bzw. Drehzahl sein kann und variabel sein kann. Zusätzlich kann eine solche Veränderlichkeit auswählbar sein. Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, können die Anfragen des Schrittes 76 auch eine Bestimmung dessen aufweisen, ob das Getriebe der Arbeitsmaschine 10 auf neutral ist, und/oder ob die Park- bzw. Feststellbremse in Eingriff ist. Wenn das Getriebe der Arbeitsmaschine 10 auf neutral ist oder die Park- bzw. Feststellbremse in Eingriff ist, dann kann die Regeneration verhindert werden.
Wenn bestimmt wird, dass die Parameter und/oder Bedingungen zur Regeneration führen, dann kann die Strategie zum Schritt 80 vorangehen, wo das System 16 angewiesen werden kann, einen Startfunken einzuschalten (bei spielsweise das Zünden einer Zündkerze 40 mit einer Rate und einem Leistungsniveau, welches zum anfänglichen Start geeignet ist; d.h. zur Zündung einer Flamme). Zusätzlich kann im Schritt 82 das System 16 die Startluft einschalten (beispielsweise einen Luftfluss zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30, der für den anfänglichen Start geeignet ist, d.h. für die Zündung einer Flamme), beispielsweise um die Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 zu spülen, und zur Zündung einer Flamme, die von der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 mit Brennstoff versorgt wird. Im Schritt 84 kann das System 16 den Startbrennstoff einschalten (Brennstoff, der mit einer Rate geliefert wird, die für den anfänglichen Start, d.h. die Zündung einer Flamme geeignet ist).
Das System 16 kann die Zündung überwachen, indem es bestimmt, ob die Brennerflamme angezündet ist (Schritt 86). Falls nicht, dann kann die Strategie bestimmen, ob eine Zündungszeitsteuerung ausgelaufen ist (Schritt 88). Falls nicht, kann dann die Strategie sich zurück in einer Schleife zum Schritt 86 bewegen, um zu bestimmen, ob die Flamme angezündet worden ist. Eine (nicht veranschaulichte) Verzögerung kann eingerichtet werden, bevor die Anfrage wieder ausgeführt wird. Wenn die Zündungszeitsteuerung ausgelaufen ist, dann kann die Strategie eine Abschaltungssequenz einleiten, was einschließt, den Anfangsbrennstoff auszuschalten (Schritt 90), die Startluft und den Funken auszuschalten (Schritt 92), und einen Fehler aufzuzeichnen, um die misslungene Zündung zu dokumentieren (Schritt 94). Zusätzlich oder alternativ kann der Schritt 94 aufweisen, einen Zähler für "Zündungsversagen" weiterzuschalten.
Im Schritt 96 kann die Strategie auch bestimmen, ob der Fehler mehr als einmal protokolliert worden ist (beispielsweise dreimal, wie in 3A gezeigt). In einem Ausführungsbeispiel kann der Schritt 96 bestimmen, ob der Zähler "Zündungsversagen" über einer vorbestimmten Grenze ist (beispielsweise eine Zahl von 2). Falls nicht, kann dann nach einer Verzögerung (beispielsweise 30 Minuten; Schritt 98) die Strategie sich schleifenförmig zurück zum Schritt 76 bewegen, um einen weiteren Start zu versuchen (d.h. eine Zündung). Wenn jedoch der Fehler mehr als einmal eingetragen worden ist (dreimal in diesem Beispiel), dann kann ein anderer Fehler eingetragen bzw. protokolliert werden (Schritt 100), ein Warnlicht kann beleuchtet werden (Schritt 102), das System 16 kann zukünftige Versuche zur Regeneration verhindern (Schritt 104), und die Strategie kann enden (Schritt 106).
Mit Rückbezug auf Schritt 86, kann dann, wenn detektiert wird, dass eine Flamme angezündet ist, wobei man weiter zu 3B geht, im Schritt 108 das System 16 die Regenerationslaufluft, den Funken und den Brennstoff einschalten (beispielsweise Luft, Funken und Brennstoff, was für eine kontinuierliche Regeneration geeignet ist, im Gegensatz zum Start oder zum Abschalten). Das System 16 kann auch konfiguriert sein, um die Temperatur der Abgase am Einlass der Nachbehandlungsvorrichtung 18 zu steuern. Im Schritt 110 kann die Strategie anfragen, ob die Einlasstemperatur so ist, wie erwünscht. Falls nicht, kann dann die Menge (beispielsweise die Rate) des Brennstoffes, die zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 geliefert wird, vom System 16 eingestellt werden (Schritt 112) und der Schritt 110 kann wiederholt werden. Alternativ kann die Strategie voranschreiten, ohne die Einlasstemperatur zu überprüfen, und zwar nach einer Einstellung auf die Brennstofflieferrate.
Wenn bestimmt wird, dass die Einlasstemperatur so ist, wie erwünscht, dann kann das System 16 weiter eine Reihe von zusätzlichen Parametern überwachen, während der Regenerationsprozess läuft. Die Strategie kann nach Flammenlöschvorgängen prüfen (d.h. eine unbeabsichtigte Löschung der Flamme), indem sie abfragt, ob die Flamme angezündet ist (Schritt 114). Die Strategie kann auch überprüfen, ob die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 geringer als eine vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit während einer vorbestimmten Zeitdauer gewesen ist (beispielsweise weniger als 3 mph für mindestens 5 Minuten; Schritt 116). Die Schwellengeschwindigkeit und -dauer können irgendwelche geeigneten Werte sein. Die Schwellendrehzahl und -dauer können auch einstellbar sein. Zusätzlich kann die Strategie bestimmen, ob das Getriebe der Arbeitsmaschine 10 auf neutral ist (Schritt 118). Obwohl dies in Schritt 118 nicht gezeigt ist, kann die Strategie auch bestimmen, ob eine Park- bzw. Feststellbremse in Eingriff ist, so dass die Regeneration angehalten wird, wenn die Feststellbremse in Eingriff ist. Weiterhin kann die Strategie bestimmen, ob die Austrittstemperatur genauso wie die Differenz zwischen der Einlasstemperatur und der Auslasstemperatur (delta T) in einem vorbestimmten Bereich sind (Schritt 120).
Diese Parameter können parallel überwacht werden (beispielsweise wie in 3B gezeigt) oder in Reihe. Falls bestimmt wird, dass irgendwelche dieser Parameter außerhalb der Spezifikation sind (d.h. wenn bestimmt wird, dass die Flamme nicht angezündet ist, wenn bestimmt wird, dass die Fahrgeschwindigkeit geringer als 3 mph für mindestens 5 Minuten gewesen ist, wenn bestimmt worden ist, dass die Arbeitsmaschine 10 auf neutral ist und/oder wenn bestimmt wird, dass die Auslasstemperatur (delta T) außerhalb des vorbestimmten Bereiches ist), dann kann ein Fehler eingetragen werden (Schritt 122). Bei gewissen Ausführungsbeispielen können nur ausgewählte Parameter Fehler erzeugen, wenn sie außerhalb der Spezifikation sind. Wenn bestimmt wird, dass der Fehler mehrere Male eingetragen worden ist (beispielsweise dreimal, wie in diesem Beispiel; Schritt 124), dann kann ein anderer Fehlercode eingetragen werden (Schritt 126). Ein Warnlicht kann beleuchtet werden (Schritt 128), zukünftige Versuche zur Regeneration können verhindert werden (Schritt 130) und die Strategie kann enden (Schritt 131).
Ungeachtet dessen, ob der Fehler mehr als einmal aufgetreten ist, kann die Strategie voranschreiten, um den Brennstoff, die Luft und den Funken auszuschalten (Schritt 132). Die Strategie kann dann untersuchen, ob der Regenerationsprozess um mehr als einen vorbestimmten Prozentsatz vollständig ist (beispielsweise 90%; Schritt 134). Falls dies so ist, können dann die Regeneration und die Strategie enden (Schritt 136). Falls nicht, kann die Strategie dann verzögern (beispielsweise für 30 Minuten; Schritt 137; siehe 3A), kann sich schleifenförmig zurück zum Schritt 76 bewegen und einen Versuch zum Start eines neuen Regenerationszyklus einleiten. Die Strategie kann verzögern, bevor sie voranschreitet, um zu versuchen, erneut ei nen neuen Regenerationszyklus zu starten. In gewissen Ausführungsbeispielen kann bzw. können der eine oder die Vielzahl von Schritten, die auf eine Detektion eines Fehlerzustandes hin ausgeführt werden, (d.h. Parameter außerhalb der Spezifikation) in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Schritt 134 vor dem Schritt 122 ausgeführt werden. D.h., die Strategie kann bestimmen, ob die Regeneration zu mehr als 90% vollständig ist, bevor der Fehler eingetragen wird.
Mit erneutem Bezug auf die Überwachung der Parameter während des Regenerationsprozesses (Schritte 114–120; 3B) kann die Strategie bestimmen, ob die Regeneration vollständig ist (Schritt 138), wenn alle überwachten Parameter innerhalb der Spezifikation sind. Falls nicht, kann die Strategie sich schleifenförmig zurück zum Schritt 110 bewegen, um die Überwachung der Regenerationsparameter fortzusetzen. Das System 16 kann bestimmen, ob eine Regeneration vollständig ist, beispielsweise durch eine Überwachung, ob eine Regenerationszeitsteuerung ausgelaufen ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann ein Modell verwendet werden, um eine zugeschnittene Regenerationsintensität und/oder -dauer basierend auf verschiedenen Kriterien zu bestimmen. In einigen Ausführungsbeispielen kann ein Parameter erneut zu einem oder mehreren Zeitpunkten während der Regeneration geprüft werden. Diese Parameter können beispielsweise den Rückdruck und/oder eine Druckdifferenz aufweisen (beispielsweise die Differenz des Druckes zwischen dem Abgas stromaufwärts gegenüber stromabwärts der Partikelfalle 19). Wenn der Rückdruck oder die Druckdifferenz eine vorbestimmte Schwelle überschreiten, dann kann ein Regenerationsverfahren als vollständig bestimmt werden.
Wenn bestimmt wird, dass die Regeneration vollständig ist, dann kann ein Abschaltungsverfahren initialisiert werden. Das System 16 kann dem die Regeneration unterstützenden Brennstoff abschalten (Schritt 140), kann die Spülluft anschalten (d.h. Luft, die zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 geliefert wird, um irgendwelchen Schmutz oder restlichen Brennstoff wegzuspülen; Schritt 142), kann die Funken anschalten, die geeignet sind, um irgend welchen restlichen Brennstoff in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 wegzubrennen (Schritt 144), und die Regeneration und die Strategie können enden (Schritt 146). Das System 16 kann die Vollendung des Regenerationsprozesses auf verschiedene Arten bestimmen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Regeneration für eine spezielle Zeitperiode ausgeführt werden. In gewissen Ausführungsbeispielen kann die Zeitperiode variabel sein. Solche variablen Zeitperioden können manuell oder automatisch ausgewählt werden (beispielsweise basierend auf verschiedenen Betriebsparametern des Motors 14 und des System 16).
Das offenbarte System und die Steuerstrategie können eine zuverlässige Überwachung der Rußbelastung in dem Partikelfilter 19 vorsehen, weil mindestens drei Auslösebedingungen während des Betriebs des Systems überwacht werden können. Das folgende ist eine Besprechung der Gegenwirkung von mehreren Arten von Auslösemechanismen. Während die folgende Besprechung Ausführungsbeispiele mit gewissen Arten von Auslösern erwähnt, sollte die Besprechung nur als beispielhaft angesehen werden, da irgend eine Kombination von Auslösern verwendet werden kann.
In einigen Ausführungsbeispielen kann ein einfacher Zeitauslöser (beispielsweise die Motorbetriebszeit) die größte Zuverlässigkeit vorsehen, da keine physikalischen Charakteristiken abgefühlt werden müssen, um einen solchen Auslösezustand zu überwachen. Jedoch kann abhängig von anderen Faktoren die Rußbelastung in der Partikelfalle 19 ein Niveau erreichen, welches eine Regeneration zu einem früheren Zeitpunkt als zu dem Intervall gewährt, zu dem der Zeitauslöser eingestellt ist. In einer solchen Situation kann das System 16 in einigen Ausführungsbeispielen die Menge des Rußes berechnen, die wahrscheinlich in die Partikelfalle 19 geladen wird, und zwar basierend auf verschiedenen Parametern des Motors 14 und des Systems 16. Wenn beispielsweise der Motor 14 unter hohen Belastungen während eines speziellen Intervalls betrieben wird, kann die Rußbelastung höher sein, was somit möglicherweise eine häufigere Regeneration der Partikelfalle 19 gewährt.
Wenn weiterhin eine übermäßige Rußbelastung aufgrund einigen Faktoren auftritt, die in der Berechnung nicht berücksichtigt wurden, dann kann ein Rückdruck- oder Druckdifferenzauslöser konfiguriert sein, um vergleichsweise höhere Niveaus der Rußbelastung zu überwachen. Somit kann in solchen Fällen, wo eine Berechnung oder eine andere Art eines Auslösezustandes nicht anzeigt, dass eine Regeneration gewährt wird, ein Rückdruck- oder Druckdifferenzauslöser die Regeneration auslösen, um einer übermäßigen Rußbelastung Abhilfe zu schaffen, und zwar auch bevor ein Zeitauslöserzustand erfüllt wird. Wenn, aus welchem Grund auch immer, keiner der Auslöser, die physikalische Parameter überwachen, anzeigt, dass eine Regeneration gewährt wird, dann kann der Zeitauslöser dazu dienen, sicherzustellen, dass die Regeneration in vergleichsweise konservativen Intervallen auftritt. Weiterhin kann die Regeneration manuell ausgelöst werden, falls, aus welchem Grund auch immer, nicht bestimmt wird, dass andere Auslösebedingungen erfüllt werden, jedoch ein Bediener, Eigentümer, Servicetechniker usw. bestimmt, dass eine Regeneration angebracht sein kann, und zwar basierend auf den eigenen Beobachtungen.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Partikelfallenregenerationssystem und an der Steuerstrategie vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims

Partikelfallenregenerationssystem (16), welches folgendes aufweist: eine Partikelfalle (19), die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Arten von Partikelstoffen aus einem Abgasfluss eines Motors (14) zu entfernen; eine Regenerationsvorrichtung (25), die konfiguriert ist, um eine Menge der Partikelstoffe in der Partikelfalle zu reduzieren; und eine Steuervorrichtung (28), die konfiguriert ist, um die Regenerationsvorrichtung ansprechend darauf zu aktivieren, dass der erste von mindestens drei Auslösezuständen auftritt.
System nach Anspruch 1, wobei die mindestens drei Auslösezustände aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus einem Betrieb des Motors für eine vorbestimmte Zeitdauer; aus dem Verbrauch einer vorbestimmten Menge von Brennstoff durch den Motor; der Detektion eines erhöhten Rückdruckes stromaufwärts der Partikelfalle über einem vorbestimmten Druck; der Detektion einer Druckdifferenz an der Partikelfalle von mehr als einer vorbestimmten Menge; der Bestimmung, dass eine berechnete Menge der Partikelstoffe, die in der Partikelfalle angesammelt sind, über einer vorbestimmten Menge ist, und der Aktivierung einer manuellen Auslösung besteht.
System nach Anspruch 1, wobei die Regenerationsvorrichtung konfiguriert ist, um eine Temperatur der Partikelfalle anzuheben.
System nach Anspruch 3, wobei die Regenerationsvorrichtung eine Brenneranordnung mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung aufweist, die konfiguriert ist, um eine Flamme zu erzeugen, die in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Abgasfluss ist.
System nach Anspruch 4, welches weiter konfiguriert ist, um Luft zu der Brennstoffeinspritzvorrichtung zu liefern, die mit Brennstoff zur Verbrennung in der Brenneranordnung zu vermischen ist, wobei die Luftquelle das Lufteinlasssystem des Motors stromabwärts von einem Kompressor ist, welches konfiguriert ist, um eine gezwungene Einleitung für den Motor zu erzeugen.
Verfahren zur Regeneration einer Partikelfalle (19), welches folgendes aufweist: Überwachung von drei Aspekten eines einen Abgasfluss erzeugenden Motors (14) und eines Auslasssystems (16), welches konfiguriert ist, um Abgas, welches vom Motor erzeugt wird, weg vom Motor zu leiten; und Aktivierung einer Regenerationsvorrichtung (25), die konfiguriert ist, um eine Menge der Partikelstoffe in einer Partikelfalle (19) zu reduzieren, die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Arten von Partikelstoffen aus dem Abgasfluss des Motors zu entfernen, ansprechend darauf, dass bestimmt wird, dass mindestens einer der drei Aspekte eine Auslösebedingung erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Auslösebedingungen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus dem Betrieb des Motors für eine vorbestimmte Zeitdauer; dem Verbrauch einer vorbestimmten Brennstoffmenge durch den Motor; der Detektion eines erhöhten Rückdruckes stromaufwärts der Partikelfalle über einem vorbestimmten Druck; der Detektion einer Druckdifferenz an der Partikelfalle von mehr als einer vorbestimmten Menge; der Bestimmung, dass eine berechnete Menge von Partikelstoffen, die in der Partikelfalle angesammelt sind, über einer vorbestimmten Menge ist; und der Aktivierung eines manuellen Auslösers besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Regeneration aufweist, die Temperatur der Partikelfalle zu steigern.
Verfahren nach Anspruch 8, welches weiter aufweist, eine Flamme mit einer Brenneranordnung mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung zu erzeugen, wobei die Flamme in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Abgasfluss ist.
Verfahren nach Anspruch 9, welches weiter aufweist, Luft in die Brennstoffeinspritzvorrichtung zu liefern und die Luft mit dem Brennstoff zur Verbrennung in der Brenneranordnung zu vermischen, wobei die Luftquelle das Lufteinlasssystem des Motors stromabwärts eines Kompressors ist, der konfiguriert ist, um eine gezwungene Einleitung für den Motor zu erzeugen.