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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotoren und insbesondere
auf die Steuerung des Motorbetriebs während der Abgasnachbehandlungsregeneration.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Moderne
Verbrennungsmotoren sind mit hoch entwickelten Systemen ausgestattet,
die verschiedene Aspekte der Motorleistung während des laufenden Betriebs überwachen
und steuern, um Anforderungen der Bedienungsperson nach Leistung einschließlich des
Drehmoments und der Kraftstoffeinsparung zu erfüllen und staatliche Vorschriften,
die sich auf Emissionen, Sicherheit und Kraftstoffeinsparung beziehen,
einzuhalten. Motorsysteme, die bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen
betreibbar sind und Dieselmotoren und Motoren mit homogener Ladung
umfassen, können
Anforderungen der Bedienungsperson wirksam erfüllen. Solche Motorsysteme verwenden
Abgasnachbehandlungssysteme, die Dieselpartikelfilter (DPF), NOX-Fallen (LNT), NOX-Adsorber
und Vorrichtungen für
selektive katalytische Reduktion (SCR) entweder allein oder in Kombination
umfassen.
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Eine
Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann während ihrer Nutzungsdauer eine
Regeneration erfordern, um ihre Leistung aufrechtzuerhalten, wobei
die Regeneration häufig
durch Einstellen eines Abgaszustroms auf ein stöchiometrisches oder fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
einem Betrieb bei erhöhter
Temperatur, z. B. im Bereich von 600 °C, erreicht wird. Der Abgaszustrom
kann durch Steuern eines Motormanagementsystems, das das Einspritzen
von Kraftstoff in die Verbrennungskammer zur Nachverbrennung, das
Modulieren der Verhältnisse
von Luft und zurückgeführtem Abgas
und andere Strategien einschließlich
der Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgaszustrom vor
der Vorrichtung umfassen, eingestellt werden.
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In 1 sind zunächst Daten, die eine Zylinderdruck-Wellenform
repräsentieren,
als Funktion des Motorkurbelwinkels (CA) in Grad für normalen Motorbetrieb
(1A) und für
einen Motorbetrieb, der die Kraftstoff-Nacheinspritzung (PCI) (1B) umfasst,
graphisch dargestellt. Wie sich durch Vergleichen der Zylinderdrücke in den
Figuren zeigt, führt
die Kraftstoff-Nacheinspritzung
typischerweise zu einer zweiten Druckspitze und einer Zunahme des effektiven
mittleren Arbeitsdrucks des Motors. Somit kann ein System, das während eines
späteren
Abschnitts des Arbeitstaktes Kraftstoff einspritzt, d. h. ein System
mit Nachverbrennung, während
der Regeneration des Nachbehandlungssystems eine Drehmomentverstärkung erfahren.
Die Drehmomentverstärkung
resultiert aus dem Verbrennen eines Teils des nachträglich eingespritzten
Kraftstoffs und erzeugt ein Drehmoment, das als Motorrauhigkeit wahrnehmbar
ist.
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Eine
Teillösung
umfasst das Ausgleichen des Motordrehmoments durch Abstimmen der Haupt-Kraftstoffeinspritzung
und der Kraftstoff-Nacheinspritzung durch Kalibrierung auf der Basis
eines Motordynamometers. Jedoch erfordert eine solche Kalibrierung
ein extensives Testen und eine umfassende Analyse und kann während realer
Fahrbedingungen des Fahrzeugs auf Grund dessen, dass die zur Nachverbrennung
eingespritzte Kraftstoffmenge typischerweise entsprechend den Echtzeit-Katalysatortemperaturen
und dem Einlassluft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, nicht
zu einer reduzierten Motorrauhigkeit führen. Außerdem verursacht die Haupteinspritzung
einen Abfall des Kraftstoffeinspritzleitungsdrucks, der zur Zeit
der auf die Haupt-Kraftstoffeinspritzung folgenden Kraftstoff-Nacheinspritzung
nicht wiederhergestellt werden kann. Daher kann der durch Nacheinspritzung verursachte
Drehmomentbeitrag nicht mit einem vorgegebenen Kalibrierungsdrehmoment übereinstimmen.
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Daher
besteht ein Bedarf an einem Motorsteuersystem, das sich den oben
erwähnten
Problemen zuwendet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird ein vorzugsweise als Computerprogramm in einem Steuermodul
für ein
Motorsystem ausgeführtes
Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors geschaffen.
Dies umfasst das Steuern der Kraftstoff-Nacheinspritzung in eine Verbrennungskammer,
was wirksam ist, um eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu regenerieren. Die
Haupt-Kraftstoffeinspritzung in jede Verbrennungskammer wird selektiv
gesteuert, was wirksam ist, um das Motor-Ausgangsdrehmoment aufrechtzuerhalten.
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Durch
dieses Steuerverfahren erzielbare Vorteile umfassen das System,
das bei Anwendung der Nacheinspritzung dazu dient, während der
Nachbehandlungsregeneration das gewünschte Drehmoment zu liefern
und auszugleichen, das System, das dazu dient, in Ansprechen auf
eine Drehmomentanforderung von der Bedienungsperson das Motordrehmoment
schneller und genauer zu liefern, um den Kraftstoffverbrauch durch
einen optimierten Drehmoment-Controller-Entwurf zu optimieren, und
eine Reduktion der Kalibrierungsparameter und des Kalibrierungsaufwands.
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Die
Erfindung wird Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden
genauen Beschreibung der Ausführungsformen
deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung kann Gestalt annehmen in bestimmten Teilen und einer bestimmten
Anordnung von Teilen, wobei eine Ausführungsform von ihr ausführlich beschrieben
wird und in den begleitenden Zeichnungen, die Teil hiervon sind,
gezeigt ist; in den Zeichnungen sind:
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1 eine graphische Darstellung von Daten
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines beispielhaften Motorsystems in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung; und
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3, 4 und 5 graphische
Darstellungen von Steuerungsschemata in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG EINER
AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Um
auf die Zeichnungen Bezug zu nehmen, worin die Abbildungen lediglich
zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung und nicht zum Zweck der
Begrenzung derselben dienen, zeigt 2 einen Motor
bzw. eine Maschine 10, ein Motorsteuermodul (ECM) 5 und
ein Abgasnachbe handlungssystem 50, das in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung konstruiert worden ist. Der beispielhafte
Motor 10 umfasst einen herkömmlichen Mehrzylinder- Verbrennungsmotor,
der so mechanisiert ist, dass er bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeitet,
und als Kompressionszündungskonfiguration
gezeigt ist, obwohl diese Erfindung nicht so auszulegen ist, dass
sie auf Kompressionszündungs-Motorkonfigurationen
beschränkt
ist. Die Motorsystemkomponenten umfassen ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 32 und
einen Abgasrückführungs-Kühler 34,
einen Einlasskrümmer 44 und einen
Auslasskrümmer 46.
Das Abgasnachbehandlungssystem 50 umfasst Vorrichtungen,
die einzeln oder in Kombination genommen dazu dienen, Elementarbestandteile
des Abgaszustroms in harmlose Gase umzuwandeln, und z. B. ein Dieselpartikelfilter (DPF),
eine Mager-NOX-Falle (LNT), einen Oxidationskatalysator
(DOC) und dergleichen umfassen. Es ist vorzugsweise eine Einlassluft-Kompressionsvorrichtung 40 vorhanden,
die eine Abgasturbinenvorrichtung mit variabler Geometrie (VGT)
und einen Luftkompressor (COMP) umfasst, wobei die Verstärkung des
Luftkompressors durch Verändern
der Stellung der Turbinenschaufeln eingestellt wird. Die Abgasturbinenvorrichtung
ist mit dem Auslasskrümmer 46 verbunden,
wirkt in der Weise, dass sie den Abgasfluss vor dem Nachbehandlungssystem 50 aufnimmt,
und ist vorzugsweise mit einem Ladedruckregelventil versehen, das
durch ein Stellglied betätigt wird,
das betriebsbereit mit dem ECM verbunden ist. Ein VGT-Stellungssensor 28 überwacht
die Stellung von Turbinenschaufeln, die typischerweise in Prozent-geöffnet (%-geöffnet) gemessen
wird. In dem Einlassluftstrom zwischen dem Luftkompressor und dem
Einlasskrümmer 44 ist
vorzugsweise ein Ladeluftkühler 42 angeordnet.
Es ist ein Kraftstoffeinspritzsystem (nicht näher gezeigt) vorhanden, das durch
das ECM 5 gesteuert wird und dazu dient, mittels einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Kraftstoffmenge an die Verbren nungskammer
eines jeden Motorzylinders abzugeben. Vorzugsweise umfasst das Kraftstoffeinspritzsystem
ein System für
Direkteinspritzung, bei dem Kraftstoff direkt in jede Verbrennungskammer
eingespritzt wird. An dem Motor sind Messvorrichtungen installiert,
um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen,
die auf Motor- und Umgebungsparameter bezogen werden können. Die
Messvorrichtungen umfassen vorzugsweise einen Umgebungsluftdruck-Sensor 12,
einen Umgebungsluft- oder Einlasslufttemperatur-Sensor 14 und
einen Massen-Luftdurchfluss-Sensor 16,
die alle einzeln oder als eine einzige integrierte Vorrichtung konfiguriert
sein können,
sowie einen Einlasskrümmerlufttemperatur-Sensor 18 und
einen Einlasskrümmerdruck-Sensor 20.
Es ist ein Abgassensor 24 vorhanden, der dazu dient, Abgasparameter
in dem Auslasskrümmer 46,
die beispielsweise die NOX-Konzentration,
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
und die Abgastemperatur umfassen, zu überwachen. Alternativ oder
zusätzlich
ist ein zweiter Abgassensor 26 vorhanden, der dazu dient, einen
oder mehrere Abgasparameter unmittelbar vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50 zu überwachen.
Ein AGR-Ventilstellungssensor 30 liefert eine AGR-Stellungsrückmeldung.
Ein Motordrehzahlsensor 22 liefert eine Motordrehzahl (RPM),
vorzugsweise durch Überwachen
der Kurbelwellendrehstellung. Ein Motor-Ausgangsdrehmoment-Messmechanismus 36 ist
betriebsbereit mit der Kurbelwelle des Motors verbunden und dient
dazu, einen Echtzeit-Messwert des Motordrehmoments zu liefern. Alternativ
oder in Kombination können
eine oder mehrere Druckmessvorrichtungen 48 vorhanden sein,
die dazu dienen, während
des laufenden Betriebs den Zylinderdruck zu überwachen, aus dem der effektive mittlere
Arbeitsdruck (MEP) ermittelt werden kann, auf der Basis von dem
das Motordrehmoment berechnet werden kann. Alternativ kann das Motordrehmoment
durch Verwendung einer Algorithmusbasierten Schätzeinrichtung bzw. Schätzfunktion
bestimmt werden, die das Drehmoment auf der Basis von Motorbetriebsparametern,
z. B. der Motordrehzahl, und vorgegebenen Kalibrierungen ableitet.
Jede der Messvorrichtungen ist durch Signale mit dem ECM 5 verbunden,
um Signalinformationen zu liefern, die von dem ECM in Informationen
umgewandelt werden, die für
den jeweiligen überwachten
Parameter repräsentativ
sind. Wohlgemerkt ist die in 2 gezeigte
Konfiguration insofern, dass nicht alle Messvorrichtungen, die für den Motorbetrieb
erforderlich sind, gezeigt sind und die verschiedenen Messvorrichtungen
durch funktional äquivalente
Vorrichtungen und Algorithmen ersetzt sein können und dennoch in den Umfang
der Erfindung fallen, nur als beispielhaft und nicht als einschränkend auszulegen. Ferner
kann die VGT-Turbinenvorrichtung 40 im Umfang der Erfindung
luftbetriebene Turboladervorrichtungen und verschiedene Aufladegeräte, die
durch elektrische, hydraulische oder mechanische Leistung angetrieben
werden, umfassen.
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Die
Sensoren dienen dazu, die Motorbetriebseigenschaften zu überwachen,
aus denen parametrische Informationen ermittelt werden können und
die hier wie folgt dargestellt sind, wobei repräsentative Maßeinheiten
vorgesehen sind: Massen-Frischluftdurchfluss, g/s (Sensor 16),
Einlasskrümmertemperatur, °C (Sensor 18),
Einlasskrümmerdruck,
kPa (Sensor 20), Umgebungstemperatur, °C (Sensor 14), Umgebungsdruck,
kPa (Sensor 12), Abgassensor im Auslasskrümmer 24,
VGT-Stellung, %-geöffnet (Sensor 28),
AGR-Ventilstellung, %-geöffnet
(Sensor 30), Motordrehzahl, min-1 (Sensor 22),
Gassensor-Messwert am Einlass zum Nachbehandlungssystem 26;
Zylinderdruck, MPa (Sensor 48) und Motordrehmoment, Nm
(Sensor 36).
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Das
ECM 5 ist vorzugsweise ein Element eines Gesamt-Fahrzeugsteuersystems,
das eine verteilte Steuermodularchitektur umfasst und das so betrieben
werden kann, dass es eine koordinierte Systemsteuerung ver sieht.
Das ECM dient dazu, einschlägige
Informationen und Eingaben von den oben erwähnten Messvorrichtungen zusammenzufügen und
Algorithmen auszuführen,
um verschiedene Stellglieder so zu steuern, dass Steuerziele, die
Parameter wie etwa Kraftstoffeinsparung, Emissionen, Leistung, Fahrverhalten
und Schutz von Anlagen und Geräten
umfassen, erreicht werden, wie weiter unten beschrieben wird. Das
ECM 5 ist vorzugsweise ein digitaler Universalrechner,
der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit,
Speichermedien, die einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (RAM) und einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM)
umfassen, einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog-Digital-(A/D)-
und Digital-Analog-(D/A)-Schaltungsanordnung, eine Eingabe/Ausgabe-(E/A)-Schaltungsanordnung
und E/A-Vorrichtungen sowie eine geeignete Signalaufbereitungs-
und Signalpufferschaltungsanordnung umfasst. In dem ROM ist ein
Satz von Steueralgorithmen gespeichert, die residente Programmbefehle und
Kalibrierungen umfassen und ausgeführt werden, um die jeweiligen
Funktionen jedes Computers bereitzustellen. Die Algorithmen werden
typischerweise während
voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, derart, dass jeder Algorithmus
wenigstens einmal pro Schleifenzyklus ausgeführt wird. Algorithmen, die
in den nicht flüchtigen
Speichervorrichtungen gespeichert sind, werden von einer der Zentraleinheiten
ausgeführt
und dienen dazu, Eingaben von den Messvorrichtungen zu überwachen
und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb der jeweiligen
Vorrichtung unter Verwendung vorgegebener Kalibrierungen zu steuern.
Die Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen,
beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden,
während
des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt. Alternativ können Algorithmen
in Ansprechen auf das Eintreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Mit
Bezug auf die 3, 4 und 5 werden
nun Verfahren zum Steuern eines Motors beschrieben, die vorzugsweise
als ein oder mehrere Algorithmen in dem ECM 5 ausgeführt werden
und dazu dienen, den Betrieb des mit Bezug auf 1 beschriebenen
beispielhaften Verbrennungsmotors 10 so zu steuern, dass
ein oder mehrere Elemente des Abgasnachbehandlungssystems 50 während des
laufenden Betriebs regeneriert werden. Das Verfahren umfasst das
Steuern der Kraftstoff-Nacheinspritzung in jede Verbrennungskammer,
das wirksam ist, um eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu regenerieren,
und das selektive Steuern der Haupt-Kraftstoffeinspritzung in die
Verbrennungskammer auf der Basis des Motor-Ausgangsdrehmoments. Die Kraftstoff-Nacheinspritzung
erfolgt vorzugsweise während
eines Hauptabschnitts jedes Arbeitstaktes eines Verbrennungszyklus
oder nach einem solchen, zu einer Zeit, zu der der Durchlass von Kraftstoff
zu der Verbrennungskammer und aus einem öffnenden Auslassventil heraus
in den Auslasskrümmer
als Teil des Abgaszustroms zugelassen ist.
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Mit
Bezug auf ein Steuerungsschema 60, das in 3 gezeigt
ist, wird nun die Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems 50 beschrieben.
Im Betrieb bestimmt das ECM 5 einen Bedarf, das Abgasnachbehandlungssystem 50 regenerieren, auf
der Basis herkömmlicher
Kriterien, z. B. der verstrichenen Motorbetriebszeit oder des Abgas-Gegendrucks.
Die Eingaben in das Steuerungsschema 60 umfassen die Motordrehzahl
(RPM), einen Bedienungsperson-Drehmomentbefehl (TO_CMD) und einen
Abgassteuerparameter (EXH_CTRL). Beispielhalber umfasst der Abgassteuerparameter EXH_CTRL,
wenn die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50 ein Dieselpartikelfilter
(DPF) umfasst, eine Temperatur, die auf einer Betriebstemperatur basiert,
die für
das wirksame Verbrennen der Fest- bzw. Schwebstoffe von der DPF-Vorrichtung
erforderlich ist. Eine beispielhafte Ausführungsform des DPF besitzt
einen Abgassteuerparameter EXH_CTRL, der eine Temperatur von etwa
600 °C umfasst.
Alternativ umfasst der Abgassteuerparameter EXH_CTRL, wenn die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50 eine
Mager NOX-Falle (LNT) umfasst, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das
auf einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis
basiert, das für
die wirksame Oxidation in der LNT-Vorrichtung erforderlich ist. Eine
Ausführungsform
der LNT besitzt einen Abgassteuerparameter EXH_CTRL, der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis umfasst,
das ungefähr
bei stöchiometrisch
oder Lambda = 1,0 liegt. Das Steuerungsschema arbeitet so, dass
es eine anfängliche
Steuerungs-Kraftstoffmenge für
Nacheinspritzungs-Kraftstoffzufuhr (INJ_PCI_INIT), die auf der Motordrehzahl
(RPM) und dem Bedienungsperson-Drehmomentbefehl (TO_CMD) basiert,
bestimmt (Block 62). Der Sensor 26 liefert einen
Messwert des Zustroms unmittelbar vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung
(EXH_MMT), z. B. ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder eine Temperatur.
Der Messwert des Abgaszustroms (ExH_MMT) wird mit dem Abgassteuerparameter
(EXH_CTRL) verglichen, wobei die Resultierende in ein Nacheinspritzungs-Kraftstoffsteuerungsschema,
C(S)_PCI 64, eingegeben wird. Das C(S)_PCI-Steuerungsschema 64 umfasst
irgendeines von mehreren herkömmlichen
Regelungsschemata, das vorzugsweise Proportional- und Integralelemente
umfasst und als Algorithmus in dem ECM ausgeführt wird. Die Ausgabe des Steuerungsschemas
C(S)_PCI (64) umfasst einen Korrekturfaktor INJ_PCI_CORR,
der zu der Steuerungs-Kraftstoffmenge für Nacheinspritzungs-Kraftstoffzufuhr (INJ_PCI_INIT)
addiert wird, um die Kraftstoffmenge für Nacheinspritzung, INJ_PCI,
zu bestimmen. Diese Kraftstoffmenge INJ_PCI wird zu geeigneten Zeiten an
die Verbrennungskammern des Motors abgegeben, um den Abgaszustrom
so zu verändern,
dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50 regeneriert
wird, z. B. so, dass die Abgastemperatur erhöht oder das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reduziert
wird.
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Mit
Bezug auf 4 wird nun ein erstes Steuerungsschema 70 zum
Steuern des Motordrehmoments während
einer Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems, wie etwa jenes,
das hier mit Bezug auf 3 beschrieben worden ist, beschrieben.
Während
dieses Vorgangs führt
das ECM Algorithmen aus, um die Kraftstoffeinspritzung für den Motorbetrieb,
INJ_MAIN, und für
die Nacheinspritzung, INJ_PCI, zu steuern. Die Eingaben in das ECM
umfassen eine Anforderung der Bedienungsperson nach einem Drehmoment
(TO_REQ), die auf der Basis der Motordrehzahl (RPM) und auf der
Basis von Bedienungspersoneingaben, z. B. der Fahrpedalstellung
(Drosselklappe), bestimmt wird. Die Anforderung der Bedienungsperson
nach einem Drehmoment (TO_REQ) wird zu einem Drehmoment, das zur Überwindung
der Motorreibung (TO_FRIC) erforderlich ist, addiert, um ein befohlenes
Drehmoment (TO_CMD) zu bestimmen. Das befohlene Drehmoment (TO_CMD)
wird mit der Motordrehzahl (RPM) kombiniert, um eine anfängliche
Kraftstoffmenge für Zufuhr,
um den Motor während
eines Haupt-Kraftstoffeinspritzereignisses (INJ_MAIN_INIT) zu speisen,
zu bestimmen. Die in die Motorverbrennungskammer eingespritzte anfängliche
Kraftstoffmenge (INJ_MAIN_INIT) wird vorzugsweise unter Anwendung
der Steuerung bestimmt, die die einzuspritzende Kraftstoffmasse
bestimmt, wobei dem Motorentwurf und den Betriebseigenschaften Rechnung
getragen wird. Wie oben beschrieben worden ist, wird das Motordrehmoment
gemessen, um einen Rückkopplungs-Drehmomentwert
(TO_FDBK) zu bestimmen. Der Rückkopplungs-Drehmomentwert (TO_FDBK)
und das befohlene Drehmoment (TO_CMD) werden arithmetisch kombiniert,
um eine Drehmomentabweichung bzw. einen Drehmomentfehler (TO_ERR)
zu bestimmen, der in ein Haupt-Steuerungsschema C(S)_MAIN 72 eingegeben
wird. Das Haupt-Steuerungsschema 72 umfasst irgendeines
von mehreren herkömmlichen
Regelungsschemata, das vorzugsweise vorkalibrierte Proportional-
und Integralelemente, die während
des laufenden Betriebs des Motors angepasst werden können, umfasst.
Die Ausgabe des Haupt-Steuerungsschemas C(S)_MAIN 72 umfasst
einen Korrekturfaktor INJ_MAIN_CORR, der zu der Steuerungs-Haupt-Motorkraftstoffzufuhrmenge (INJ_MAIN_INIT)
addiert wird, um die Kraftstoffmenge für Einspritzung, INJ_MAIN, zu
bestimmen. Diese Kraftstoffmenge INJ_MAIN wird zu geeigneten Zeiten in
eine oder mehrere der Verbrennungskammern des Motors eingespritzt,
um den Motor während
der Regeneration der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50 zu
speisen.
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Im
Betrieb wird auf der Basis der Motordrehzahl (RPM) und dem Bedienungsperson-Drosselklappenbefehl
(Drosselklappe) eine Drehmomentanforderung TO_REQ bestimmt und dem
geschätzten Reibmoment
TO_FRIC hinzugefügt,
um den endgültigen
Zylinder-Drehmomentbefehl, TO_CMD, zu bestimmen. Die Reibmomentschätzung kann
auf eine Offline-Kalibrierung oder auf eine Online-Schätzeinrichtung
gestützt
sein. Beispielsweise kann eine Drehmomentschätzeinrichtung mit hoher Bandbreite verwendet
werden, um einen Lastmomentbeitrag zu extrahieren, wenn es an dem
OT (oberen Totpunkt) und dem UT (unteren Totpunkt) keinen Beitrag
(d. h. keinen Hebelarm zum Übertragen
eines Drehmoments) von dem Motordrehmoment gibt. Die Steuerungs-Haupt-Einspritzmenge
INJ_MAIN_INIT ist durch die endgültige
Drehmomentanforderung und die momentane Motordrehzahl bestimmt.
Wenn die zu regenerierende Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50 ein
Dieselpartikelfilter umfasst, wird die Nacheinspritzung verwendet,
um eine hohe Temperatur am Einlass zur Nachbehandlungsvorrichtung 50 zu
erzeugen. Während
eines Fahrzeugbetriebs gibt es Fahrbahnübergänge und Veränderungen der Umgebungsbedingungen,
die die Nacheinspritzungsmenge beeinflussen, weshalb die Masse von
nachträglich
eingespritztem Kraftstoff INJ_PCI durch ein anderes Rückkopplungssystem
als das zuvor in 3 gezeigte entsprechend eingestellt
werden muss, um ein DPF-Einlasstemperaturziel zu erreichen. Diese
Einstellung führt
zu Drehmomentfehlern, die von der Fahrzeugbe dienungsperson wahrgenommen
werden können.
Um die Drehmomentfehler zu kompensieren, wird auf dem Drehmomentfehler
basierend ein Kraftstoffanteil entweder zu der Haupteinspritzung,
INJ_MAIN addiert oder von dieser subtrahiert. Das Regelungsschema
C(S)_INJ nach 4 kann nach irgendeiner Art
von Steuerungssystem-Entwurfsmethodik entworfen sind. Die Drehmomentrückkopplung
kann von Drucksensoren erhalten werden oder direkt durch einen Drehmomentsensor gemessen
werden, wie oben beschrieben worden ist. Um das Motordrehmoment
zu schätzen,
kann eine modellbasierte Drehmomentschätzeinrichtung verwendet werden,
indem Signaleingaben von einem Motordrehzahlsensor verarbeitet werden.
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Mit
Bezug auf 5 wird nun ein zweites Steuerungsschema 80 zum
Steuern des Motordrehmoments während
der Ausführung
eines Regenerationssteuerungsschemas wie etwa jenes, das hier mit Bezug
auf 3 beschrieben worden ist, beschrieben. Dieses
Steuerungsschema enthält
die Steuerung der Einlassluft-Kompressionsvorrichtung 40,
die die Turbinenvorrichtung mit variabler Geometrie (VGT) umfasst.
Während
dieses Vorgangs steuert das ECM die Kraftstoffeinspritzung so, dass
die Kraftstoffmenge für
Nacheinspritzung, INJ_PCI, eingespritzt wird. Eingaben in das ECM
umfassen die Anforderung der Bedienungsperson nach einem Drehmoment
(TO_REQ), die zu dem Motorreibmoment (TO_FRIC) addiert wird, um
das befohlene Drehmoment (TO_CMD) zu bestimmen. Das befohlene Drehmoment
(TO_CMD) wird mit der Motordrehzahl (RPM) kombiniert, um eine anfängliche
Kraftstoffmenge für
Zufuhr während
der Haupt-Kraftstoffeinspritzung in die Motorverbrennungskammer (INJ_MAIN_INIT)
zu bestimmen. Das Motordrehmoment wird, wie oben beschrieben worden
ist, gemessen, um einen Rückkopplungs-Drehmomentwert (TO_FDBK)
zu bestimmen. Der Rückkopplungs-Drehmomentwert
(TO_FDBK) und das be fohlene Drehmoment (TO_CMD) werden arithmetisch kombiniert,
um einen Drehmomentfehler (TO_ERR) zu bestimmen.
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Der
Drehmomentfehler (TO_ERR) wird in dieser Ausführungsform verwendet, um die
Kraftstoffeinspritzung und die Einlassluft-Kompressionsvorrichtung 40 zu
steuern. Das Steuern der Kraftstoffeinspritzung umfasst das Leiten
des Drehmomentfehlers (TO_ERR) durch ein Hochpass-Signalfilter 81, um
niederfrequente Komponenten des Drehmomentfehlersignals wahlweise
zu beseitigen. Das Hochpassfilter 'knee' umfasst
eine Kalibrierungsfrequenz, die vorzugsweise auf der Grundlage der
Luftdynamik der spezifischen Motorkonfiguration bestimmt wird. Der
hochfrequente Anteil des Drehmomentfehlersignals wird in ein Einspritzsteuerungsschema
C(S)_INJ 82 eingegeben, das vorzugsweise vorkalibrierte
Proportional- und Integralelemente umfasst und zu dem mit Bezug
auf 4 beschriebenen Einspritzsteuerungsschema 72 ähnlich ist.
Die Ausgabe des Einspritzsteuerungsschemas C(S)_INJ 82 umfasst
einen Korrekturfaktor INJ_MAIN_CORR, der zu der Steuerungs-Haupt-Motorkraftstoffzufuhrmenge (INJ_MAIN_INIT)
addiert wird, um die Kraftstoffmenge für Einspritzung, INJ_MAIN, zu
bestimmen. Diese Kraftstoffmenge INJ_MAIN wird zu geeigneten Zeiten an
die Verbrennungskammern des Motors abgegeben, um den Motor während der
Regeneration der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50 zu
speisen.
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Das
Steuern der Einlassluft-Kompressionsvorrichtung 40 umfasst
vorzugsweise das Leiten des Drehmomentfehlers (TO_ERR) durch ein
Tiefpass-Signalfilter 83,
um hochfrequente Komponenten des Drehmomentfehlersignals wahlweise
zu beseitigen. Das Tiefpassfilter 'knee' umfasst
eine Kalibrierungsfrequenz, die vorzugsweise auf der Grundlage der
Luftdynamik der spezifischen Motorkonfiguration bestimmt wird.
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Der
niederfrequente Anteil des Drehmomentfehlersignals wird in ein Kompressorsteuerungsschema
C(S)_VGT 84 zum Steuern des Betriebs der Einlassluft-Kompressionsvorrichtung 40 eingegeben,
das vorzugsweise vorkalibrierte Proportional- und Integralelemente
umfasst. Die Ausgabe des Kompressorsteuerungsschemas C(S)_VGT (84) umfasst
einen Korrekturfaktor VGT_MAIN_CORR, der zu einem kalibrierten Steuerungswert
für die
Weite (in %) der Öffnung
der VGT (VGT_INIT) addiert wird, um eine endgültige Weite (in %) der Öffnung der VGT 40 (VGT_FINAL)
zu bestimmen. Die Spezifikationen des Kompressorsteuerungsschemas C(S)_VGT 84 sind
an die spezifischen Betriebseigenschaften der in dem System verwendeten
Einlassluft-Kompressionsvorrichtung 40 angepasst.
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Wie
oben angeführt
worden ist, kann eine zusätzliche
Nacheinspritzungsmenge eine Zunahme des Motordrehmoments während der
Regeneration des Abgasnachbehandlungssystems verursachen. In der
mit Bezug auf 5 beschriebenen Ausführungsform
wird jegliche Drehmomentzunahme durch Reduzieren des Haupteinspritzungsbefehls
und Verringern der Größe der Verstärkung durch
die Einlassluft-Kompressionsvorrichtung 40 (d. h. Reduzieren der
%-VGT-Öffnung)
kompensiert, anstatt die Drehmomentzunahme lediglich durch Reduzieren
der Haupteinspritzung zu kompensieren. Das Reduzieren der Verstärkung dient
ferner dazu, die Abgastemperatur zu erhöhen und somit die zum Erwärmen des Einlasses
zur Abgasnachbehandlungsvorrichtung erforderliche Kraftstoffmenge
zu reduzieren, was zu einem verbesserten Kraftstoffverbrauch führt. Da
die Verstärkungsansprechzeit
relativ langsam im Vergleich zur Kraftstoffsystemansprechzeit ist,
ermöglicht
die Anwendung der Tiefpass- und Hochpassfilter auf die Drehmomentsteuerfehler
das Kompensieren eines niederfrequenten Drehmomentfehlers während der
Regeneration durch Verstärkungsabgleich
(% VGT) und das Kompensieren eines hochfrequenten Drehmomentfehlers
durch Abgleichen der Haupteinspritzungs-Kraftstoff menge INJ_MAIN.
Dies ermöglicht
ein verbessertes Fahrverhalten und einen verbesserten Kraftstoffverbrauch
während
der Regeneration dank der gemeinsamen Verwendung von Haupteinspritzung,
Haupteinspritzung und Verstärkung.
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Wohlgemerkt
sind im Umfang der Erfindung Veränderungen
hinsichtlich der Anlagen und Geräte zulässig. Die
Erfindung ist mit spezifischem Bezug auf die Ausführungsformen
und Veränderungen
daran beschrieben worden. Anderen können mit dem Lesen und Verstehen
der Patentbeschreibung weitere Veränderungen und Abwandlungen
offenbar werden. Sämtliche
solche Veränderungen
und Abwandlungen sollen, insoweit sie im Umfang der Erfindung liegen,
umfasst sein.