DE102008007404A1 - Kaltstart mit Weißqualm-Nachbehandlungsschutz - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren für einen Kaltstart mit einem Weißqualmschutz einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung sowie ein Verfahren für einen entsprechenden Motorbetrieb angegeben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: a) Bestimmen der Temperatur der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen; b) Bestimmen der Kohlenwasserstoffemissionen in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung; und c) Modifizieren von Motorbetriebsbedingungen, um die Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungstemperatur mit einer vorbestimmten Rate zu einer Temperatur zu erhöhen, die ausreicht, um eine kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung zu ermöglichen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Temperatur einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung für einen elektronisch gesteuerten Hochleistungs-Kompressionszündungsmotor mit einem elektronischen Steuermodul während Kaltstartbedingungen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Modifizieren von Motorbetriebsbedingungen während Kaltstartbedingungen, um die Nachbehandlungstemperatur mit einer vorbestimmten Rate zu einer Temperatur zu erhöhen, die ausreicht, um eine kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung zu ermöglichen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines elektronisch gesteuerten Hochleistungs-Dieselmotors während Kaltstartbedingungen, um übermäßige Kohlenwasserstoffe aus einem Dieselpartikelfilter kontrolliert zu verbrennen, um eine Beschädigung des Nachbehandlungssystems zu vermeiden.
  • Das US-Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2007/0056554 (Lie et al.) gibt ein Verfahren zum Reduzieren von Stickstoffoxiden und Partikeln in Emissionen aus Kompressionszündungsmotoren an. Das Verfahren umfasst das Überwachen wenigstens eines Motorsensors, der ein Signal in Reaktion auf wenigstens eine Motorbetriebsbedingung erzeugt, und das Einstellen wenigstens eines Motorsteuerparameters in Reaktion auf das Signal, sodass in dem Zylinder die räumliche Verteilung des Äquivalenzverhältnisses und die Temperatur im wesentlichen innerhalb eines Betriebsbereichs gehalten werden. Der Betriebsbereich entspricht einem Satz von Äquivalenzverhältnissen in Bezug auf Temperaturwerte, die im wesentlichen außerhalb von Bereichen liegen, die eine NOx- und Partikelbildung unterstützen. Die Temperaturwerte sind niedriger als 1650 Grad Kelvin, und die Äquivalenzverhältnisse sind größer als ungefähr 0,5.
  • Das US-Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2006/0218897 (Sisken et al.) gibt ein Verfahren, ein System und eine Steuereinrichtung zum Erhöhen der Abgastemperaturen mittels eines gesteuerten Betriebs eines Kühlerventilators an, um die Regeneration der Partikeln eines Partikelfilters zu unterstützen. Das Verfahren, das System und die Steuereinrichtung können in Systemen mit einem Motor angewendet werden, der Abgase mit Partikeln emittiert, die durch ein Partikelfilter aufgefangen werden.
  • Das US-Patent Nr. 6,892,705 (Grau et al.) gibt ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors an, bei dem der Einspritzdruck verwendet wird, um die Verbrennung in dem Motor zu steuern und dadurch die Abgasemissionen während eines Kaltstarts oder während einer Aufwärmehase zu minimieren.
  • Das US-Patent Nr. 6,523,525 (Hawkins et al.) gibt ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einer obligatorischen Motoraufwärmung an. Das Motorsteuersystem umfasst ein elektronisches Steuermodul mit einer Drehmomentunterdrückungsschaltung und einer Geschwindigkeitsunterdrückungsschaltung sowie wenigstens einem Motorfluidtemperatursensor, der elektrisch mit der Drehmomentverbindungsschaltung und der Geschwindigkeitsverhinderungsschaltung des elektronischen Steuermoduls verbunden ist. Der Sensor ist wenigstens einem Motorfluid ausgesetzt und ausgebildet, um ein Unterdrückungssignal zu der Drehmomentunterdrückungsschaltung und der Geschwindigkeitsunterdrückungsschaltung auszugeben, das die Temperatur des Fluids im Motor angibt. Die Drehmomentunterdrückungsschaltung und die Geschwindigkeitsunterdrückungsschaltung können betrieben werden, um zu veranlassen, dass das elektronische Steuermodul Anforderungen von einem Bediener verwirft, die eine Erhöhung des Motordrehmoments oder der Motorgeschwindigkeit anfordern, bis die Unterdrückungssignale aus den Temperatursensoren einen vorbestimmten Schwellwert überschreiten.
  • Das US-Patent Nr. 6,092,496 (Bhargava et al.) gibt ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors an, das das Erfassen des mit dem Motor assoziierten Temperaturpegels umfasst. Das Verfahren umfasst das Versetzen eines Einlassventils zu einer geöffneten Position während des Abgashubs des Motors, wenn die Temperatur unter einem vorbestimmten Schwellwert ist, sodass die erwärmten Abgase während des Abgashubs in die Einlassleitung gehen, um die Einlassluft in der Einlassleitung zu erwärmen, bevor die Einlassluft in die Verbrennungskammer geht. Das Verfahren umfasst weiterhin einen Schritt zum Versetzen des Einlassventils zu einer geschlossenen Position während des Abgashubs, wenn der Temperaturpegel über dem vorbestimmten Schwellwert ist, sodass die erwärmten Abgase während des Abgashubs nicht in die Einlassleitung gehen können.
  • Es ist bekannt, dass Kaltstartbedingungen übermäßige Kohlenwasserstoffemissionen erzeugen, die in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung aufgefangen werden. Sobald sich der Motor aufwärmt, erhöht sich die Abgastemperatur und es kann eine unkontrollierte Oxidation in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung auftreten, die eine Beschädigung der Nachbehandlungsvorrichtung zur Folge hat. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Oxidationsrate von übermäßigen Kohlenwasserstoffen in einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung, um eine Beschädigung der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung zu verhindern.
  • Gemäß einem Aspekt gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Temperatur einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung für einen elektronisch gesteuerten Hochleistungs-Kompressionszündungsmotor mit einem elektronischen Steuermodul während Kaltstartbedingungen an. Es ist zu beachten, dass die Kaltstartbedingung erfasst wird, indem die Motorstartzeit, die Motortemperatur, die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffzufuhr, die Ventilzeit und/oder die Kühlerfluidtemperatur gemessen werden. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: a) Bestimmen der Temperatur der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen; b) Erfassen von Kohlenstoffemissionen in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung; und c) Modifizieren der Motorbetriebsbedingungen, um die Kohlenwasserstoff- Nachbehandlungstemperatur mit einer vorbestimmten Rate zu einer Temperatur zu erhöhen, die ausreicht, um eine kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung zu ermöglichen. Das elektronische Steuermodul modifiziert den Motorbetrieb, indem sie die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffeinspritzzeit, den Kraftstoffeinspritzdruck, die Abgasrückführung, Lufteinlassdrossel, die Abgasdrossel, den Turboladerbetrieb, die Ventilzeit, den Einlassluftheizer und/oder die Motorleistung steuert, um die Abgastemperatur zu einer kontrollierten Rate zu erhöhen, um die Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen zu oxidieren. Der Turbolader kann ein Turbolader mit einer variablen Geometrie (VGT), ein Wastegate-Turbolader, ein sequentieller Turbolader oder ein gestufter Turbolader sein. Die Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise ein Dieselpartikelfilter (DPF). Nachdem der Kohlenwasserstoffpegel in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung durch eine kontrollierte Oxidation auf einen sicheren Pegel reduziert wurde, wird der Motor zu einem normalen Motorbetrieb zurückgeführt.
  • Die vorstehend beschriebene Erfindung wird durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen verdeutlicht.
  • 1 ist eine schematische Wiedergabe eines Hochleistungs-Kompressionsverbrennungsmotors mit einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung.
  • 2 ist eine schematische Wiedergabe eines Verfahrens zum Betreiben eines Motors gemäß der Erfindung.
  • 3 ist eine schematische Wiedergabe eines anderen Verfahrens zum Betreiben eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In 1 ist ein Fahrzeugantriebssystem 10 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System 10 kann Leistung zum Antreiben verschiedener Fahrzeuge wie etwa Lastwagen, Bauwagen, Schiffen, stationären Generatoren, PKWs, Sattelschleppern, Booten, Freizeitfahrzeugen, leichten und schweren Arbeitsfahrzeugen usw. vorsehen.
  • Das System 10 kann als ein durch einen Verbrennungsmotor angetriebenes System bezeichnet werden, in dem Kraftstoffe wie etwa Benzin oder Diesel in einem Verbrennungsprozess verbrannt werden, um Leistung vorzusehen. Es kann sich zum Beispiel um einen Funken- oder Kompressionszündungsmotor 14 handeln. Der Motor 14 kann ein Dieselmotor sein, der eine Anzahl von Zylindern 18 umfasst, in die Kraftstoff und Luft auf dem Fachmann bekannte Weise für die Zündung eingespritzt werden. Der Motor 14 kann ein Mehrzylinder-Kompressionszündungs-Verbrennungsmotor 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 während der Verbrennung erzeugten Abgase können durch ein Abgassystem 20 emittiert werden. Das Abgassystem 20 kann eine beliebige Anzahl von Einrichtungen wie etwa einen Abgaskrümmer oder Leitungen zum Zuführen der emittierten Abgase zu einer Partikelfilteranordnung 30 umfassen, die im Fall von Dieselmotoren gewöhnlich als Dieselpartikelfilter bezeichnet wird. Optional kann das System 20 einen Turbolader in Nachbarschaft zu dem Abgaskrümmer umfassen, um die Frischluftzufuhr zu dem Motor 14 zu komprimieren. Der Turbolader kann zum Beispiel eine Turbine 32 und einen Kompressor 34 umfassen, wobei es sich um einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT), einen sequentiellen Turbolader, einen Wastegate-Turbolader und/oder eine Turbocompound-Leistungsturbine handeln kann. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Abgassysteme mit Tuboladern oder ähnlichem beschränkt.
  • Die Partikelfilteranordnung 30 kann konfiguriert sein, um mit dem Verbrennungsprozess assoziierte Partikeln aufzufangen. Insbesondere kann die Partikelfilteranordnung 30 einen Oxidationskatalysatorbehälter 36, der einen Oxidationskatalysator 38 enthält, und einen Partikelfilterbehälter 42, der ein Partikelfilter 44 enthält, umfassen. Die Behälter 36, 42 können separate Komponenten sein, die durch eine Klammer oder eine andere Einrichtung miteinander verbunden sind, sodass die Behälter 36, 42 für eine Wartung oder eine andere Operation voneinander getrennt werden können. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beispielhafte Konfiguration für die Partikelfilteranordnung 30 beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Partikelfilteranordnung vorsehen, die mehr oder weniger der genannten Komponenten und Einrichtungen umfasst. Insbesondere kann in der vorliegenden Erfindung die Partikelfilteranordnung 30 nur das Partikelfilter 44 und nicht notwendigerweise den Oxidationskatalysatorbehälter 36 oder das Substrat 38 umfassen, wobei das Partikelfilter 44 auch an anderen Positionen des Abgassystems 20 wie etwa vor der Turbine 32 angeordnet sein kann.
  • Der Oxidationskatalysator 38, der für Dieselmotoren gewöhnlich 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 usw. auffangen und die aufgefangenen Partikeln regenerieren, wenn die assoziierten Temperaturen ausreichend hoch sind. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht eine Aufgabe der Partikelfilteranordnung 30 darin, schädliche Kohlenstoffpartikeln in den Abgasen aufzufangen und diese Schadstoffe zu speichern, bis die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 eine Oxidation der aufgefangenen Partikeln zu einem Gas, das zu der Atmosphäre ausgestoßen werden kann, unterstützen.
  • Die Oxidationskatalysator- und Partikelfilterbehälter 36, 42 können jeweils Einlässe und Auslässe mit definierten Querschnittflächen und dazwischen erweiterte Bereiche zum Speichern des Oxidationskatalysators 38 bzw. des Partikelfilters 44 umfassen. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch auch vor, dass die Behälter 36, 52 und die darin enthaltenen Einrichtungen 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, sodass der Kraftstoff mit dem Oxidationskatalysator 38 reagiert und verbrennt, um die Temperaturen in dem Partikelfilter 44 zu erhöhen und dadurch eine Regeneration zu unterstützen. Zum Beispiel sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuerung der aus der Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von den Temperaturen an dem Partikelfilter 44 und von anderen Systemparametern wie etwa dem Luftmassenfluss, den AGR-Temperaturen usw. vor, um die Regeneration zu steuern. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch auch vor, dass Kraftstoff auf andere Weise in die Abgase eingeführt werden kann, zum Beispiel indem der Motor 14 gesteuert wird, um Kraftstoff zusammen mit den Abgasen zu emittieren.
  • Ein Lufteinlasssystem 52 kann vorgesehen sein, um Frischluft aus einem Frischlufteinlass 54 durch eine Luftleitung zu einem Einlasskrümmer zu führen, von wo aus sie in den Motor 14 eingeführt werden kann. Außerdem kann das System 54 eine Luftkühlung oder eine Ladeluftkühlung 56 zum Kühlen der Frischluft nach der Komprimierung durch den Kompressor 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 eine Pedalposition eines durch einen Fahrer des Fahrzeugs betätigten Drosselpedals reagiert. Es sind viele Variationen für ein derartiges Lufteinlasssystem möglich, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Anordnung beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann verschiedene Einrichtungen zum Zuführen von Frischluft zu dem Einlasskrümmer und den Zylindern einschließlich einer oder mehrerer der vorstehend genannten Einrichtungen umfassen.
  • Ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 64 kann optional vorgesehen werden, um Abgas zu dem Motor 14 zurückzuführen und mit Frischluft zu mischen. Das AGR-System 64 kann wahlweise einen abgemessenen Teil der Abgase in den Motor 14 einführen. Das AGR-System 64 kann zum Beispiel die eingehende Kraftstoffladung verdünnen und die Spitzenverbrennungstemperaturen senken, um die während der Verbrennung erzeugte Menge von Stickstoffoxiden zu reduzieren. Die rückzuführende Abgasmenge kann durch die Steuerung eines AGR-Ventils 66 und/oder in Kombination mit anderen Einrichtungen wie etwa dem Turbolader gesteuert werden. Das AGR-Ventil 66 kann ein verstellbares Flussventil sein, das elektronisch gesteuert wird. Es sind viele verschiedene Konfigurationen für das steuerbare AGR-Ventil 66 möglich, wobei die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf einen bestimmten Aufbau für das AGR-Ventil 66 beschränkt sind.
  • Das AGR-System 64 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine AGR-Kühlleitung 70 umfassen, die eine Luftkühlung 72 und einen AGR-Bypass 74 zur Umgehung der Kühlung umfasst. Das AGR-Ventil 66 kann an dem Abgaskrümmer vorgesehen sein, um das Abgas durch die AGR-Kühlleitung 70 und/oder den AGR-Bypass 74 zu messen. Natürlich kann in der vorliegenden Erfindung das AGR-System 64 auch mehr oder weniger Einrichtungen als die oben genannten Einrichtungen umfassen, um das Abgas zurückzuführen. Die vorliegende Erfindung ist also nicht auf ein bestimmtes AGR-System beschränkt, wobei auch andere derartige Systeme mit mehr oder weniger Einrichtungen als den oben genannten Einrichtungen verwendet werden können, wie zum Beispiel ein AGR-System mit nur der AGR-Kühlleitung oder nur dem Bypass.
  • Es kann ein Kühlsystem 80 kann vorgesehen sein, das ein Kühlmittel durch den Motor 14 führt. Das Kühlmittel kann ausreichen, um die durch den Motor 14 erzeugte Wärme fließend etwa durch einen Kühler abzuführen. Der Kühler kann eine Anzahl von Rippen umfassen, durch die das Kühlmittel fließt, um auf für den Fachmann bekannte Weise durch den Luftfluss durch das Motorgehäuse und/oder durch den Luftfluss eines Kühlerventilators gekühlt zu werden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch mehr oder weniger Einrichtungen in dem Kühlsystem 80 aufweisen, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf das oben beschriebene beispielhafte Kühlsystem beschränkt ist.
  • Das Kühlsystem 80 der Erfindung kann in Verbindung mit einem Heizsystem 84 betrieben werden. Das Heizsystem 84 kann einen Heizkonus, einen Heizventilator und ein Heizventil umfassen. Der Heizkonus kann das erwärmte Kühlmittelfluid aus dem Motor 14 durch das Heizventil empfangen, sodass der Heizventilator, der elektrisch durch Insassen in einem Insassenbereich bzw. einer Kabine eines Fahrzeugs gesteuert werden kann, die durch den Heizkern erwärmte Luft zu den Insassen blasen kann. Zum Beispiel kann der Heizventilator mit verschiedenen Geschwindigkeiten gesteuert werden, um die Menge der an dem Heizkern vorbei geblasenen Warmluft zu steuern, wobei die erwärmte Luft dann über ein Lüftungssystem zu den Insassen verteilt werden kann. Optional können Sensoren und Schalter 86 in dem Insassenbereich vorgesehen sein, um die Heizanforderungen der Insassen zu steuern. Die Schalter und Sensoren können Drehschalter oder digitale Schalter zum Eingeben von Heizanforderungen und weiterhin Sensoren umfassen, die bestimmt, ob die Heizanforderungen erfüllt wurden. In der vorliegenden Erfindung kann das Heizsystem mehr oder weniger Einrichtungen als die oben genannten Einrichtungen umfassen, wobei die vorliegende 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 oder Subsysteme wie etwa der Sensoren in den Abgas-, AGR- und Einlasssystemen zu steuern. Es können verschiedene Sensoren über Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 94 elektrisch mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Die Steuereinrichtung 92 kann eine Mikroprozessoreinheit 98 umfassen, die über einen Daten- und Steuerbus 100 mit verschiedenen computerlesbaren Speichermedien kommuniziert. Die computerlesbaren Speichermedien können eine Anzahl von bekannten Einrichtungen umfassen, die als ROM 102, RAM 104 und NVRAM (nicht-flüchtiger RAM) 106 funktionieren. Eine Daten-, Diagnose- und Programmier-Ein-/Ausgabeeinrichtung 108 kann wahlweise mit der Steuereinrichtung über einen Stecker verbunden werden, um verschiedene Informationen auszutauschen. Die Einrichtung 108 kann verwendet werden, um Werte in den computerlesbaren Speichermedien wie etwa Konfigurationseinstellungen, Kalibrierungsvariablen, Befehle für die AGR-, Einlass- und Abgasystemsteuerungen usw. auszutauschen.
  • Das System 10 kann einen Einspritzmechanismus 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 beliebige Anzahl von Einrichtungen einschließlich von Einrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff und/oder Luft in einen gemeinsamen Zylindereinlass bzw. Einheiten zum Einspritzen von Kraftstoff und/oder Luft in jeden einzelnen Zylinder umfassen. Zum Beispiel kann der Einspritzmechanismus 114 separat und unabhängig den Kraftstoff und/oder die Luft steuern, die in jeden Zylinder eingespritzt werden, sodass jeder Zylinder separat und unabhängig gesteuert werden kann, um verschiedene Mengen von Kraftstoff und/oder Luft oder gar keinen Kraftstoff bzw. gar keine Luft zu empfangen. Natürlich kann der Einspritzmechanismus 114 in der vorliegenden Erfindung auch mehr oder weniger Einrichtungen als die oben genannten Einrichtungen umfassen und ist nicht auf die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt.
  • Das System 10 kann einen Ventilmechanismus 116 zum Steuern der Ventilzeit 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 Einlassventilen und/oder Abgasventilen der Zylinder umfassen. Zum Beispiel kann der Ventilmechanismus 116 unabhängig die Abgasventilzeit jedes Zylinders steuern, sodass die Abgas- und/oder Einlassventile unabhängig mit steuerbaren Intervallen wie etwa bei einer Kompressionsbremse geöffnet und geschlossen werden können. Natürlich kann in der vorliegenden Erfindung der Ventilmechanismus auch mehr oder weniger Einrichtungen als die oben genannten Einrichtungen umfassen, wobei der Ventilmechanismus nicht auf die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt ist.
  • Während des Betriebs empfängt die Steuereinrichtung 92 Signale von verschiedenen Motor- und Fahrzeugsensoren und führt eine in Hardware und/oder Software eingebettete Steuerlogik aus, um das System 10 zu steuern. Die computerlesbaren Speichermedien können zum Beispiel darin gespeicherte Befehle umfassen, die durch die Steuereinrichtung 92 ausgeführt werden könne, um Verfahren zum Steuern aller Einrichtungen und Subsysteme in dem System 10 auszuführen. Die Programmbefehle können durch die Steuereinrichtung in der Mikroprozessoreinheit 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 eine optionale Erfassungs- und Steuerkommunikation zwischen der Steuereinrichtung und verschiedenen Komponenten in dem Antriebssystem an. Weiterhin ist zu beachten, dass eine beliebige Anzahl von Sensoren und Einrichtungen mit jeder Einrichtung in dem System assoziiert sein kann, um den Betrieb derselben zu beobachten 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 Merkmale dieser Steuereinrichtung werden im Detail in verschiedenen US-Patenten der Detroit Diesel Corporation beschrieben. Weiterhin kann die Steuereinrichtung eine beliebige Anzahl von Programmier- oder Verarbeitungstechniken bzw. entsprechenden Strategien verwenden, um die Einrichtungen in dem System 10 zu steuern. Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung vor, dass das System auch mehr als eine Steuereinrichtung umfassen kann, wobei es sich etwa um separate Steuereinrichtungen zum Steuern bestimmter Systeme oder Subsysteme wie etwa eine Steuereinrichtung für das Abgassystem zum Steuern der Abgastemperaturen, der Massenflussraten oder anderer damit assoziierten Merkmale handeln kann. Außerdem können diese Steuereinrichtungen auch andere Steuereinrichtungen als die oben beschriebene 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 für die Abgase aus dem Motor zu bestimmen, um die Regeneration des Partikelfilters zu unterstützen, wodurch die durch den Partikelfilter aufgefangenen Partikeln oxidiert oder auf andere Weise verbrannt werden. Eine derartige Entsorgung der Partikeln kann vorteilhaft wein, weil dadurch eine Verstopfung oder Füllung des Partikelfilters verhindert werden kann, sodass die Abgase mit einem minimalen Widerstand hindurchgehen können und weitere Partikeln aufgefangenen werden können.
  • Die gewünschte Abgastemperatur kann in Übereinstimmung mit anderen Faktoren und Einflüssen auf den Regenerationsprozess berechnet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist unter der Abgastemperatur die Temperatur der aus dem Motor emittierten Abgase zu verstehen, die alleine oder in Verbindung mit anderen Steuerfaktoren verwendet werden kann, um die Regeneration zu unterstützen, etwa in Verbindung mit dem Temperatureinfluss der Dosierungseinrichtung 50, sofern das System über eine derartige Einrichtung verfügt.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Steuerung des Motors 14, um Abgase mit einer gewünschten Abgastemperatur zu emittieren und dadurch die Regeneration zu unterstützen. Die Steuerung kann in Übereinstimmung mit einer in der Steuereinrichtung 92 enthaltenen oder in dieselbe eingegebenen Software erfolgen. Entsprechend kann die Steuerung aber auch durch andere Logiken oder Steuereinrichtungen wie etwa eine Regenerationssystem-Steuereinrichtung oder ähnlichem bewerkstelligt werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die gewünschten Abgastemperaturen derart bestimmt werden, dass sie Abgastemperaturen entsprechen, die größer als die aktuell durch den Motor erzeugten Abgastemperaturen sind. Zum Beispiel kann das Fahrzeug im Leerlauf oder unter relativ niedrigen Motorlastbedingungen betrieben werden, wobei die Last an dem Fahrzeug 14 nicht ausreicht, um ausreichend hohe Abgastemperaturen zu erzeugen, um eine Regeneration des Partikelfilters 44 zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung nimmt auf dieses Problem Bezug und schlägt eine Erhöhung der Last an dem Motor 14 vor, um die Abgastemperatur der emittierten Abgase zu erhöhen. Die erhöhte Last kann in Abhängigkeit von der gewünschten Abgastemperatur und der aktuellen Abgastemperatur (die niedriger als die gewünschte Abgastemperatur ist) bestimmt werden.
  • In 2 ist ein schematisches Flussdiagramm zu einem Verfahren der vorliegenden Erfindung gezeigt.
  • Insbesondere beginnt das Verfahren 118 in Schritt 120 damit, die Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen zu bestimmen. Dies kann unter Verwendung von Sensoren erfolgen, die an der Nachbehandlungsvorrichtung befestigt sind und elektronisch mit dem elektronischen Steuermodul verbunden sind, um Temperaturdaten von der Nachbehandlungsvorrichtung zu dem elektronischen Steuermodul zu übertragen. In das elektronische Steuermodul sind Tabellen mit Temperaturbereichen für die Nachbehandlungsvorrichtung geladen, anhand derer der Motor den besten Betriebsmodus für jeden in der Nachbehandlungsvorrichtung erfassten Temperaturbereich bestimmten kann. Sobald das elektronische Steuermodul eine Kaltstart-Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung erfasst hat, werden in Schritt 122 die Kohlenstoffemissionen in der Nachbehandlungsvorrichtung bestimmt. Dies kann durch Sensoren in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung bewerkstelligt werden, die in Kontakt mit einem Abgasstrom sind, um die Menge oder Konzentration der Kohlenwasserstoffe in dem Abgasstrom während Kaltstartbedingungen zu messen. Es ist bekannt, dass die Kaltstartbedingungen übermäßige Kohlenwasserstoffemissionen erzeugen, die in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung aufgefangen werden. Wenn sich der Motor aufwärmt, steigt die Abgastemperatur und es kann eine unkontrollierte Oxidation der aufgefangenen Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung auftreten, die zu einer Beschädigung der Nachbehandlungsvorrichtung führt. In Schritt 124 wird der Motorbetrieb modifiziert, um die Temperatur der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung mit einer vorbestimmten Rate zu einer Temperatur zu erhöhen die ausreicht, um eine kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung zu gestatten. Sobald die Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung eine optimale Betriebstemperatur erreicht hat, wird zu einem normalen Motorbetrieb zurückgekehrt.
  • Der Motorbetrieb während Kaltstartbedingungen kann modifiziert werden, indem die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffeinspritzzeit, der Kraftstoffeinspritzdruck, die Abgasrückführung, die Lufteinlassdrossel, die Abgasdrossel, der Turboladerbetrieb, die Ventilzeit, der Einlassluftheizer und/oder die Motorleistung gesteuert werden, um die Abgastemperatur mit einer gesteuerten Rate zu erhöhen, um Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen kontrolliert zu oxidieren.
  • 3 zeigt ein weiteres Verfahren zum Steuern des Motorbetriebs gemäß der Erfindung. Insbesondere beginnt das Verfahren 126 in Schritt 128 damit, die Kaltstarttemperatur zu bestimmen. Dies kann bewerkstelligt werden, indem die Umgebungslufttemperatur, die Kühlerfluidtemperatur, die Öltemperatur, die Motortemperatur, die Motorstartzeit, die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffzufuhr und/oder die Ventilzeit erfasst werden. Es kann aber auch auf andere Weise bestimmt werden, ob sich der Motor in einer Kaltstartbedingung befindet. Unter einer Kaltstartbedingung ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass der Motor bei einer Umgebungstemperatur von weniger als ungefähr 20°F (–6,7°C) gestartet wird. In Schritt 130 wird der Kohlenwasserstoffemissionspegel in einem Motorabgasstrom während Kaltstartbedingungen bestimmt. Dies kann durch Sensoren in dem Abgassystem bewerkstelligt werden, die elektronisch mit dem elektronischen Steuermodul verbunden sind, um Datensignale zu Kohlenwasserstoffen in dem Abgasstrom vorzusehen. In das elektronische Steuermodul können Tabellen mit Kohlenwasserstoffpegeln geladen sein, die dem elektronische Steuermodul dabei helfen, zu bestimmen, wie auf verschiedene Pegel der erfassten Kohlenwasserstoffe in dem Abgasstrom reagiert werden soll. In Schritt 132 wird der Kohlenwasserstoffpegel in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung bestimmt. Dies kann wiederum durch Sensoren bewerkstelligt werden, die an der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung angebracht sind und elektronisch mit dem elektronischen Steuermodul verbunden sind, um Datensignale zu den erfassten Pegeln der Kohlenwasserstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung zu übertragen. In Schritt 134 werden die Motorbetriebsbedingungen während des Kaltstarts modifiziert, um die Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung mit einer vorbestimmten Rate zu einer Temperatur zu erhöhen, die ausreicht, um eine kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung zu gestatten. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass das elektronische Steuermodul die Motoroperationen modifiziert, indem es die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffzufuhr, den Kraftstoffeinspritzdruck, die Abgasrückführung, die Lufteinlassdrossel, die Abgasdrossel, den Turboladerbetrieb (eines Turboladers mit variabler Geometrie, eines Wastegaste-Turboladers, eines sequentiellen Turboladers oder eines gestuften Turboladers), die Ventilzeit, den Einlassluftheizer und/oder die Motorleistung steuert, um die Abgastemperatur mit einer gesteuerten Rate zu erhöhen, um die Kohlenwasserstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen zu oxidieren.
  • Nachdem die Abgastemperatur für die Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung ausreichend erhöht wurde, um die übermäßigen Kohlenwasserstoffe kontrolliert zu oxidieren, wird der Motorbetrieb wieder zu einem normalen Motorbetrieb zurückgeführt, sobald bestimmt wurde, dass die übermäßigen Kohlenwasserstoffe aus der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung oxidiert wurden.
  • Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die vorstehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen ist. Es können verschiedene Modifikationen und Variationen durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne dass deshalb der durch die beigefügten Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • - US 6092496 [0008]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Steuern der Temperatur einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung für einen elektronisch gesteuerten Hochleistungs-Kompressionszündungsmotor mit einem elektronischen Steuermodul während Kaltstartbedingungen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bestimmen der Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen, b) Bestimmen von Kohlenstoffemissionen in der Nachbehandlungsvorrichtung, und c) Modifizieren der Motorbetriebsbedingungen, um die Nachbehandlungstemperatur mit einer vorbestimmten Rate zu einer Temperatur zu erhöhen, die ausreicht, um eine kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung zu ermöglichen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuermodul den Motorbetrieb modifiziert, indem es die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffeinspritzzeit, den Kraftstoffeinspritzdruck, die Abgasrückführung, die Lufteinlassdrossel, die Abgasdrossel, den Turboladerbetrieb, die Ventilzeit, den Einlassluftheizer und/oder die Motorleistung steuert, um die Abgastemperatur mit einer kontrollierten Rate zu erhöhen, um Kohlenwasserstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen zu oxidieren.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT), ein Wastegate-Turbolader, ein sequentieller Turbolader oder ein gestufter Turbolader ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung ein Dieselpartikelfilter (DPF) ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Zurückführen des Motorbetriebs zu einem normalen Motorbetrieb, wenn der Kohlenwasserstoffpegel in der Nachbehandlungsvorrichtung zu einem sicheren Motorbetriebspegel reduziert wurde.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltstartbedingung erfasst wird indem die Motorstartzeit, die Motortemperatur, die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffzufuhr, die Ventilzeit und/oder die Kühlerfluidtemperatur gemessen werden.
  7. Verfahren zum Kaltstarten eines elektronisch gesteuerten Hochleistungs-Kompressionszündungsmotors mit einem elektronischen Steuermodul und einem Abgasnachbehandlungssystem und zum Steuern der Oxidation von Kohlenwasserstoffen in dem Abgasnachbehandlungssystem, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bestimmen der Motorkaltstartbedingung, b) Bestimmen der Kohlenwasserstoffemission in dem Motorabgasstrom während des Motorkaltstarts, c) Bestimmen des Kohlenwasserstoffpegels in dem Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungssystem, d) Modifizieren der Motorbetriebsbedingungen während des Kaltstarts, um die Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungstemperatur mit einer vorbestimmten Rate zu einer Temperatur zu erhöhen, die ausreicht, um eine kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlung zu ermöglichen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuermodul den Motorbetrieb modifiziert, indem es die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffeinspritzzeit, den Kraftstoffeinspritzdruck, die Abgasrückführung, die Lufteinlassdrossel, die Abgasdrossel, den Turboladerbetrieb, die Ventilzeit, den Einlassluftheizer und/oder die Motorleistung steuert, um die Abgastemperatur mit einer kontrollierten Rate zu erhöhen, um Kohlenwasserstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen zu erhöhen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT), ein Wastegate-Turbolader, ein sequentieller Turbolader oder ein gestufter Turbolader ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung ein Dieselpartikelfilter (DPF) ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbetrieb zu dem normalen Motorbetrieb zurückkehrt, wenn der Kohlenwasserstoffpegel in dem Nachbehandlungsvorrichtung zu einem sicheren Motorbetriebspegel reduziert wurde.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltstartbedingung erfasst wird, indem die Motorstartzeit, die Motortemperatur, die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffzufuhr, die Ventilzeit und/oder die Kühlerfluidtemperatur gemessen werden.
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