DE102010008580B4

DE102010008580B4 - Auf Umweltfaktoren basierende Partikelfilterregeneration

Info

Publication number: DE102010008580B4
Application number: DE102010008580.4A
Authority: DE
Inventors: Sarah Funk; Thomas Larose jun.; Eric R. Snyder; Paul Jasinkiewicz; Jason Daniel Mullins; James M. Perrin
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2030-02-20
Also published as: US20100223910A1; CN101832190A; DE102010008580A1; US8479495B2; CN101832190B

Abstract

Steuermodul (114, 114') für ein Fahrzeug, umfassend:
ein Korrekturmodul (346), das ein Korrektursignal auf Grundlage eines Regenerationszustandes eines Abgassystems (134) des Fahrzeugs und auf Grundlage eines empfangenen Umweltsignals erzeugt, wobei das empfangene Umweltsignal einen Höhenwert, eine Umgebungstemperatur und/oder einen Luftströmungswert aufweist, der einer Luftströmung über eine Außenfläche des Abgassystems (134) entspricht;
ein erstes Nacheinspritzmodul (348), das ein erstes Nacheinspritzsignal erzeugt; und
ein zweites Nacheinspritzmodul (350), das das erste Nacheinspritzsignal auf Grundlage des Korrektursignals einstellt, um ein zweites Nacheinspritzsignal zu erzeugen,
wobei das erste Nacheinspritzmodul (348) das erste Nacheinspritzsignal auf der Grundlage des zweiten Nacheinspritzsignals erzeugt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Maschinensteuersysteme für Brennkraftmaschinen und insbesondere Partikelfilterregenerationssysteme sowie eine Kraftstoffeinspritzsteuerung.
HINTERGRUND
Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, indem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, sind weder ausdrücklich noch impliziert als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zugelassen.
Ein Verbrennungs- bzw. Arbeitstakt einer Maschine erzeugt Partikel, die typischerweise von Abgas durch einen Partikelfilter (PF) gefiltert werden. Der PF ist in einem Abgassystem der Maschine angeordnet. Mit der Zeit wird der PF voll und abgefangene Partikel müssen von dem PF entfernt werden. Es wird ein Regenerationsprozess ausgeführt, um die Partikel des PF zu entfernen. Der Regenerationsprozess zündet die Partikel, um eine exotherme Reaktion in dem PF einzuleiten. Die exotherme Reaktion breitet sich entlang des PF aus.
Während eines Arbeitstaktes einer Maschine wird ein Luft/KraftstoffGemisch komprimiert und in einem Zylinder der Maschine gezündet. Um eine Regeneration zu erleichtern, kann Kraftstoff in den Zylinder während des Arbeitstaktes und nach Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches eingespritzt werden. Der eingespritzte Kraftstoff, der als nacheingespritzter (PI) Kraftstoff bezeichnet ist, kann während des Zünd- und/oder Abgashubes des Arbeitstaktes eingeführt werden. Der eingespritzte Kraftstoff verlässt die Maschine mit dem Abgas und wird durch einen in dem Abgassystem angeordneten Oxidationskatalysator oxidiert. Die von der Oxidationsreaktion in dem Katalysator freigesetzte Wärme erhöht die Temperatur des Abgassystems, was das Zünden der Partikel in dem PF erleichtert.
Die Nacheinspritzung von Kraftstoff kann eingestellt werden, um eine vorbestimmte Abgastemperatur aufrechtzuerhalten. Dies verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und den Regenerationswirkungsgrad. Als ein Beispiel kann die Nacheinspritzung von Kraftstoff auf Grundlage einer Temperatur des Abgases eingestellt werden, die über einen Temperatursensor detektiert werden kann. Die Einstellung des PI-Kraftstoffs auf Grundlage der Temperatur des Abgases sieht eine beschränkte Abgastemperatursteuerung vor und kann in entweder einer zu geringen oder zu starken Zuführung des PI-Kraftstoffes führen.
In der EP 1 533 500 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration einer Abgasnachbehandlungseinrichtung im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Teilchenfilters im Abgassystem eines Dieselmotors, offenbart, durch die die Temperatur und/oder die Kohlenwasserstoffkonzentration der Abgase durch mindestens zwei Nacheinspritzungen von Kraftstoff im Arbeitstakt der Brennkraftmaschine erhöht wird bzw. werden. Der Zeitpunkt und die Kraftstoffmenge jeder der mindestens zwei Nacheinspritzungen werden, abhängig von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, wie Motortemperatur, Motordrehzahl, Drehmoment, und/oder Zylinderkopftemperatur, von Umgebungsbedingungen der Brennkraftmaschine, wie Umgebungstemperatur und/oder Luftdruck eingestellt, abhängig von transienten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine sowie von einer Abweichung im Luftpfad der Brennkraftmaschine korrigiert und abhängig von einer Temperaturdifferenz zwischen einer Soll- und einer Messtemperatur der Abgase der Brennkraftmaschine geregelt, wobei eine Korrektur von Zeitpunkt und Kraftstoffmenge jeder der mindestens zwei Nacheinspritzungen, abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen der Soll- und der Messtemperatur der Abgase der Brennkraftmaschine derart begrenzt wird, dass keine kritischen Abgastemperaturen überschritten werden.
Mit diesen Maßnahmen soll erreicht werden, dass auch bei geringen Motorlasten, insbesondere bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten mit häufigen Schub- und Leerlaufphasen, wie sie überwiegend bei Stadtfahrten auftreten, höhere, für die Regenerierung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung erforderliche Temperaturen erzeugt werden.
In der DE 197 53 842 A1 ist des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines Abgaskatalysators für eine Brennkraftmaschine , bei dem zur beschleunigten Katalysatoraufheizung mindestens eine Aufheizmaßnahme eingeleitet wird und bei Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysarors diese wieder deaktiviert wird , offenbart. Die Zeitspanne, innerhalb derer die Aufheizmaßnahmen aktiv sind, wird abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine gewählt. Hierzu wird entweder die thermische Energie herangezogen, die über das Abgas dem Katalysator zugeführt wird, oder es werden Temperaturen des Abgases stromauf und/oder stromab vom Katalysator oder die Monolithtemperatur selbst gemessen, aus einem Kennfeld ausgelesen oder mittels eines physikalischen Temperaturmodells berechnet. Das Temperaturmodell beruht dabei auf der Energiebilanz des Katalysators, wobei die dem Katalysator über den Abgasmassenstrom zugeführte Energie, der Energieübertrag zwischen dem Abgas und dem Katalysator, der von der Schadstoffkonvertierung erzeugte Energiestrom, die stromabwärts vom Katalysator vom Abgas ausgetragene Energie und die durch Strahlung und Konvektion abgegebene Energie berücksichtigt werden.
Hiermit soll erreicht werden, zuverlässige Kriterien zur Beendigung der Aufheizmaßnahmen zu erhalten, um eine unnötige, über den Bedarf hinausgehende Erwärmung des Katalysators zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regenerierung insbesondere von Partikelfiltersystemen von Brennkraftmaschinen bereitzustellen, die in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, insbesondere bei geringen Motorlasten, ein sicheres Anspringen des Regenerationsvorgangs, auch während eines Fahrbetriebs bei geringen Fahrgeschwindigkeiten mit häufigen Schub- und Leerlaufphasen, wie sie bei einer Stadtfahrt auftreten, gewährleisten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 6, 11 und 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 5, 7 bis 10 und 12, 13.
Demgemäß ist ein Steuermodul für ein Fahrzeug vorgesehen, das ein Korrekturmodul aufweist, das ein Korrektursignal erzeugt. Das Korrektursignal wird auf Grundlage eines Regenerationszustandes eines Abgassystems des Fahrzeugs und auf Grundlage eines empfangenen Umweltsignals erzeugt. Das Umweltsignal umfasst zumindest eines aus einem Höhenwert, einer Umgebungstemperatur und einem Luftströmungswert. Der Luftströmungswert entspricht der Luftströmung über eine Außenfläche bzw. einen Außenbereich des Abgassystems. Ein erstes Nacheinspritzmodul erzeugt ein erstes Nacheinspritzsignal. Ein zweites Nacheinspritzmodul stellt das erste Nacheinspritzsignal auf Grundlage des Korrektursignals ein, um ein zweites Nacheinspritzsignal zu erzeugen.
Bei weiteren Merkmalen ist ein Steuermodul für ein Fahrzeug vorgesehen, das ein Korrekturmodul aufweist, das ein Korrektursignal erzeugt. Das Korrektursignal wird auf Grundlage eines empfangenen Umweltsignals erzeugt. Das Umweltsignal umfasst zumindest eines aus einem Höhenwert, einer Umgebungstemperatur und einem Luftströmungswert. Der Luftströmungswert entspricht der Luftströmung über eine Außenfläche eines Abgassystems des Fahrzeugs. Ein erstes Nacheinspritzmodul erzeugt ein erstes Nacheinspritzsignal auf Grundlage eines Abgastemperatursignals. Ein zweites Nacheinspritzmodul erzeugt ein zweites Nacheinspritzsignal auf Grundlage des Korrektursignals und des ersten Nacheinspritzsignals.
Bei weiteren Merkmalen ist ein Verfahren zur Regeneration eines Abgassystems eines Fahrzeugs vorgesehen, das umfasst, dass ein Regenerationsaktivierungssignal auf Grundlage eines Regenerationszustandes eines Partikelfilters des Abgassystems erzeugt wird. Ein Umweltsignal wird auf Grundlage des Regenerationsaktivierungssignals erzeugt. Das Umweltsignal umfasst zumindest eines aus einem Höhenwert, einer Umgebungstemperatur und einem Luftströmungswert. Der Luftströmungswert entspricht der Luftströmung über eine Außenfläche des Abgassystems. Ein Korrektursignal wird auf Grundlage des Umweltsignals erzeugt. Ein erstes Nacheinspritzsignal wird empfangen und auf Grundlage des Korrektursignals eingestellt.
Weitere Anwendungsgebiete werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise einzuschränken. Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:

1 ein Funktionsblockschaubild eines Maschinensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockschaubild eines Nacheinspritzsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 ein Verfahren zur Steuerung einer Nacheinspritzung während einer Regeneration eines Partikelfilters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. Zu Zwecken der Klarheit sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen verwendet, um dieselben Elemente zu identifizieren.
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. Zu Zwecken der Klarheit sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen dazu verwendet, ähnliche Elemente zu identifizieren. Der hier verwendete Ausdruck „A, B und/oder C“ sei derart zu interpretieren, dass ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen ODER gemeint ist. Es sei zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ohne Änderung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden können.
Der hier verwendete Begriff „Modul“ betrifft, ist Teil von oder umfasst eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und/und Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Zusätzlich können, obwohl die folgenden Ausführungsformen hauptsächlich in Bezug auf beispielhafte Brennkraftmaschinen beschrieben sind, die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung andere Maschinen betreffen. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung Kompressionszündungsmaschinen, Funkenzündungsmaschinen, Funkenzündungsmaschinen mit Direkteinspritzung, Maschinen mit homogener Funkenzündung, Maschinen mit homogener Kompressionszündung, Maschinen mit geschichteter Funkenzündung, Dieselmaschinen wie auch funkenunterstützte Kompressionszündungsmaschinen betreffen.
Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen können ein bedarfsgerechter Hubraum und/oder eine Zylinderdeaktivierung die Deaktivierung von Zündfunken und/oder Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder betreffen. Die Deaktivierung von Zündfunken und/oder Kraftstoff verhindert eine Verbrennung in einem Zylinder. Die Deaktivierung eines Zylinders kann auch oder alternativ eine Spätverstellung von Zündfunken eines Zylinders umfassen. Die Spätverstellung von Zündfunken betrifft die Verzögerung einer zeitlichen Zündeinstellung, so dass der Zündfunken für einen Zylinder nach einem oberen Totpunkt (OT) erfolgt.
Zusätzlich werden in der folgenden Beschreibung Begriffe, wie „erste/r/s“, „zweite/r/s“ und „dritte/r/s“ verwendet. Diese Begriffe sind nicht spezifisch für irgendeine Vorrichtung oder irgendein Element. Abhängig vom Kontext können mehr als einer der Begriffe verwendet werden, um auf dieselbe Vorrichtung Bezug zu nehmen. Beispielsweise können die Begriffe „erste/r/s“ und „zweite/r/s“ dazu verwendet werden, auf dasselbe Nacheinspritzmodul Bezug zu nehmen.
Ferner sind hier verschiedene Sensoren und Parameter offenbart. Die Parameter können direkt auf Grundlage von Signalen von den entsprechenden bzw. korrespondierenden Sensoren bestimmt werden oder können indirekt bestimmt werden. Bei einer indirekten Bestimmung können die Parameter auf Signalen von nicht korrespondierenden Sensoren, auf bestimmten Maschinen- und/oder Abgassystem-Betriebsbedingungen und/oder auf vorbestimmten Werten basieren. Beispielsweise kann eine Luftströmung über einen Außenbereich eines Abgassystems direkt über einen Luftströmungssensor bestimmt werden oder kann aufgrund von Information von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und/oder anderen Sensoren geschätzt werden.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Maschinensystem 100 gezeigt, das eine Nachkraftstoffeinspritzung enthält. Obwohl die folgende Ausführungsform auf ein Hybridfahrzeug gerichtet ist, können die hier offenbarten Ausführungsformen auf Nicht-Hybridfahrzeuge angewendet werden. Das Maschinensystem 100 umfasst eine Maschine 102, die ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zur Erzeugung von Antriebsmoment für ein Fahrzeug auf Grundlage eines Fahrereingabemoduls 104 verbrennt. Luft wird in einen Ansaugkrümmer 110 durch ein Drosselventil 112 gezogen. Ein Steuermodul 114, das als ein Maschinensteuermodul bezeichnet werden kann, weist ein Drosselaktuatormodul 116 an, um ein Öffnen des Drosselventils 112 zu regeln und damit die in den Ansaugkrümmer 110 gezogene Luftmenge zu steuern. Das Maschinensystem 10 und/oder das Steuermodul 114 können ein oder mehrere der Module von 2 enthalten.
Luft von dem Ansaugkrümmer 110 wird in die Zylinder der Maschine 102 gezogen. Die Maschine 102 kann eine beliebige Anzahl von Zylindern enthalten. Das Steuermodul 114 kann ein Zylinderaktuatormodul 120 anweisen, um selektiv einige der Zylinder zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu deaktivieren.
Luft von dem Ansaugkrümmer 110 wird durch ein Ansaugventil 122 in den Zylinder 118 gezogen. Das Steuermodul 114 steuert die Menge, die zeitliche Einstellung bzw. Zeitpunkt wie auch die Anzahl von Kraftstoffeinspritzereignissen in jedem Zylinder der Maschine 105 und während eines Arbeits- bzw. Verbrennungstaktes über ein Kraftstoffeinspritzsystem 124, das eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 125 aufweist. Ein Verbrennungstakt kann einen Ansaughub, einen Kompressionshub, einen Zündungshub wie auch einen Abgashub eines Zylinders betreffen. Das Kraftstoffeinspritzsystem 124 kann Kraftstoff in den Ansaugkrümmer 110 an einem zentralen Ort einspritzen oder kann Kraftstoff in den Ansaugkrümmer 110 an mehreren Orten einspritzen, wie nahe dem Ansaugventil von jedem der Zylinder. Alternativ dazu kann das Kraftstoffeinspritzsystem 124 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen, wie gezeigt ist.
Der Kraftstoff, der vor einem Zündungshub eingespritzt wird, mit der Luft und erzeugt das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 118. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/KraftstoffGemisch. Auf Grundlage eines Signals von dem Steuermodul 114 erregt ein Zündfunkenaktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118, die das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Die zeitliche Einstellung des Zündfunkens bzw. die Zündeinstellung kann relativ zu der Zeit spezifiziert sein, wenn sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet ist, dem Punkt, bei dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch am stärksten komprimiert ist. Der Kraftstoff (nacheingespritzter Kraftstoff), der während oder nach einem Zündungshub eingespritzt wird, mischt sich beispielsweise mit Abgas in dem jeweiligen Zylinder und wird in das Abgassystem 134 freigesetzt.
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs treibt den Kolben abwärts, wodurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt dann, sich wieder aufwärts zu bewegen, und stößt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Abgasventil 130 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Abgassystem 134 ausgetragen. Das Abgas gelangt durch einen Oxidationskatalysator 135 und einen Partikelfilter (PF) 103. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können ein Nachbehandlungssystem betreffen, das einen Oxidationskatalysator, einen Partikelfilter und/oder andere Katalysator- und Nachbehandlungskomponenten aufweist.
Das Ansaugventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Abgasventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert sein kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Ansaugventile pro Zylinder steuern und/oder können die Ansaugventile mehrerer Zylinderreihen steuern. Gleichermaßen können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Abgasventile pro Zylinder steuern und/oder können Abgasventile für mehrere Zylinderreihen steuern. Das Zylinderaktuatormodul 120 kann Zylinder deaktivieren, indem eine Bereitstellung von Kraftstoff und Zündfunken angehalten wird und/oder deren Abgas- und/oder Ansaugventile deaktiviert werden.
Ein Steuermodul 114 kann die Position des Ansaugventils 122 und/oder des Abgasventils 130 regulieren, um die Menge an Kraftstoff, die in den/die Zylinder 118 aufgenommen wird, zu erhöhen. Das Steuermodul 114 kann auch einen Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung(en) 125 einstellen, wie eine EIN-Zeit oder eine Größe von Öffnungen der Einspritzeinrichtung, um die Menge an Kraftstoff, die in den/die Zylinder 118 eingespritzt wird, zu erhöhen. Das Steuermodul 114 kann auch die zeitliche Einstellung der Auslassnockenwelle(n) entsprechend der Änderung des Luft/Kraftstoff-Gemisches einstellen.
Die Zeit, zu der das Ansaugventil 122 offen ist, kann in Bezug auf einen Kolben-OT durch einen Einlassnockenphasensteller 148 variiert werden. Die Zeit, zu der das Abgasventil 130 geöffnet ist, kann in Bezug auf den Kolben-OT durch einen Auslassnockenphasensteller 150 variiert werden. Ein Phasenstelleraktuatormodul 158 steuert den Einlassnockenphasensteller 148 und den Auslassnockenphasensteller 150 auf Grundlage von Signalen von dem Steuermodul 114.
Das Steuersystem 100 kann eine Ladevorrichtung aufweisen, die druckbeaufschlagte Luft an den Ansaugkrümmer 110 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader 160. Der Turbolader 160 wird durch Abgase, die durch das Abgassystem 134 strömen, betrieben und stellt eine komprimierte Luftladung für den Ansaugkrümmer 110 bereit. Der Turbolader 160 kann Luft komprimieren, bevor die Luft den Ansaugkrümmer 110 erreicht.
Ein Wastegate bzw. Ladedruckregelventil 164 kann ermöglichen, dass Abgas den Turbolader 160 umgeht, wodurch der Ausgang (oder der Ladedruck) des Turboladers reduziert wird. Das Steuermodul 114 steuert den Turbolader 160 über ein Ladedruckaktuatormodul 162. Das Ladedruckaktuatormodul 162 kann den Ladedruck des Turboladers 160 durch Steuerung der Position des Ladedruckregelventils 164 modulieren. Die komprimierte Luftladung wird an den Ansaugkrümmer 110 durch den Turbolader 160 bereitgestellt. Ein Ladeluftkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme der komprimierten Luftladung dissipieren, die erzeugt wird, wenn Luft komprimiert wird, und auch durch eine Nähe zu dem Abgassystem 134 erhöht sein kann. Alternative Maschinensysteme können einen Lader mit mechanischem Antrieb bzw. Superlader aufweisen, der komprimierte Luft an den Ansaugkrümmer 110 liefert und durch die Kurbelwelle angetrieben ist.
Das Maschinensystem 100 kann ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück an den Ansaugkrümmer 110 umlenkt. Bei verschiedenen Implementierungen kann das AGR-Ventil 170 nach dem Turbolader 160 angeordnet sein. Das Maschinensystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (U/min) unter Verwendung eines Maschinendrehzahlsensors 180 messen. Die Temperatur des Maschinenkühlmittels kann unter Verwendung eines Maschinenkühlmitteltemperatur-(ECT)-Sensors 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in der Maschine 102 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Ansaugkrümmer 110 kann unter Verwendung eines Ansaugunterdruck- bzw. Krümmerabsolutdruck-(MAP)-Sensors 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Maschinenunterdruck gemessen werden, wobei der Maschinenunterdruck die Differenz zwischen Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Ansaugkrümmer 110 ist. Die Masse der in den Ansaugkrümmer 110 strömenden Luft kann unter Verwendung eines Luftmassenstrom-(MAF)-Sensors 186 gemessen werden. Der MAF-Sensor 186 kann in einem Gehäuse angeordnet sein, das das Drosselventil 112 aufweist.
Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung von einem oder mehreren Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der in das Maschinensystem 100 gezogenen Luft kann unter Verwendung eines Ansauglufttemperatur-(IAT)-Sensors 192 gemessen werden. Das Steuermodul 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Maschinensystem 100 durchzuführen.
Das Steuermodul 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um ein Schalten von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Beispielsweise kann das Steuermodul 114 ein Drehmoment während eines Schaltens eines Gangs reduzieren. Das Steuermodul 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um einen Betrieb der Maschine 105 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren. Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator funktionieren und kann dazu verwendet werden, elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können das Steuermodul 114, das Getriebesteuermodul 194 und das Hybridsteuermodul 196 in ein oder mehrere Module integriert sein.
Um abstrakt auf die verschiedenen Steuermechanismen der Maschine 102 Bezug zu nehmen, kann jedes System, das einen Maschinenparameter variiert, als ein Aktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 116 die Klappenposition und daher die Öffnungsfläche des Drosselventils 112 ändern. Das Drosselaktuatormodul 116 kann daher als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Drosselöffnungsfläche kann als eine Aktuatorposition bezeichnet werden.
In ähnlicher Weise kann das Funkenaktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während die entsprechende Aktuatorposition eine Größe der Funkenfrühverstellung ist. Andere Aktuatoren umfassen das Aufladungsaktuatormodul 162, das AGR-Ventil 170, das Phasenstelleraktuatormodul 158, das Kraftstoffeinspritzsystem 124 und das Zylinderaktuatormodul 120. Der Begriff „Aktuatorposition“ in Bezug auf diese Aktuatoren kann einem Ladedruck, einer AGR-Ventilöffnung, Einlass- und Auslassnockenphasenstellerwinkeln, einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis bzw. einer Anzahl aktivierter Zylinder entsprechen.
Während der Elektromotor 198 Drehmoment in Reihe und/oder parallel zu dem Drehmomentausgang der Maschine 102 bereitstellen kann, sei angemerkt, dass auch andere Konfigurationen innerhalb des Schutzumfangs dieser Beschreibung denkbar sind. Beispielsweise kann der Elektromotor 198 als ein oder mehrere Elektromotoren implementiert sein, die Drehmoment direkt an die Räder 200 bereitstellen, anstatt dieses durch ein Getriebe 202 zu führen.
Das kombinierte Drehmoment der Maschine 102 und des Elektromotors 198 wird an einen Antrieb eines Getriebes 202 angelegt. Das Getriebe 202 kann ein Automatikgetriebe sein, das Gänge gemäß einer Gangwechselanweisung von dem Steuermodul 114 schaltet. Eine Abtriebswelle des Getriebes 202 ist mit einem Antrieb eines Differentialgetriebes 204 gekoppelt. Das Differentialgetriebe 204 treibt Achsen und Räder 200 an. Raddrehzahlsensoren 206 erzeugen Signale, die eine Drehzahl ihrer jeweiligen Räder 200 angeben.
Das Steuermodul 114 schätzt ein bereitzustellendes Maschinenausgangsdrehmoment auf Grundlage empfangener Sensorsignale und anderer Parameter, die hier beschrieben sind. Das Steuermodul 114 kann eine Position der Drossel, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, eine zeitliche Ventilsteuerung, eine Kraftstoffeinspritzung, etc. einstellen, um das geschätzte Maschinenausgangsdrehmoment bereitzustellen. Auf Grundlage eines Soll-Maschinenausgangsdrehmoments werden eine Soll-Luftströmung, eine Soll-Kraftstoffeinspritzung und/oder eine zeitliche Soll-Zündfunkeneinstellung erreicht. Das Soll-Maschinenausgangsdrehmoment kann auf einer Fahrzeugbediener-(Fahrer-)Anforderung basieren und/oder kann controllerbasiert sein, wie eine Drehmomentausgangsanforderung von einem Tempomatsystem. Insbesondere steuert das Steuermodul 114 den Drehmomentausgang der Maschine auf Grundlage der Verfahren und Systeme für koordinierte Drehmomentsteuerung der vorliegenden Offenbarung.
Die Sensorsignale, die von dem Steuermodul 114 empfangen werden, können Sensorsignale umfassen von: dem MAP-Sensor 184, dem MAF-Sensor 186, dem Drosselpositionssensor 190, dem IAT-Sensor 192, einem Gaspedalpositionssensor 195 oder anderen Sensoren, wie dem Maschinenkühlmitteltemperatursensor 182, dem Maschinendrehzahlsensor 180, einem Umgebungstemperatursensor 197, einem Öltemperatursensor 198 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 201.
Das Steuermodul 114 kommuniziert mit dem Drosselaktuatormodul 116 und einem Tempomatmodul. Das Steuermodul 114 empfängt ein Drosselpositionssignal von dem Drosselpositionssensor 190 und stellt eine Drosselposition auf Grundlage des Drosselpositionssignals ein. Das Steuermodul 114 kann die Drossel 112 unter Verwendung eines Drosselaktuators auf Grundlage einer Position eines Gaspedals 193 steuern. Das Drosselaktuatormodul 116 kann einen Motor und/oder einen Schrittmotor aufweisen, der eine begrenzte und/oder grobe Steuerung der Drosselposition bereitstellt.
Das Steuermodul 114 kann auch die Drossel 112 unter Verwendung des Drosselaktuators auf Grundlage eines Eingangs von dem Tempomatmodul steuern, wie eine Achsendrehmomentanforderung. Das Steuermodul 114 erzeugt auch ein effektives Pedalpositionssignal, das eine Drosselposition ungeachtet dessen repräsentiert, ob der Fahrzeugbediener das Gaspedal 194 drückt oder das Tempomatmodul den Betrag der Drossel steuert.
Eine Luftmasse, ein Luftvolumen oder ein Luftdruck pro Zylinder können bestimmt und/oder auf Grundlage von Signalen von den Sensoren 184, 186 geschätzt werden. Das Steuermodul 114 kann eine Drosselfläche auf Grundlage eines Soll-MAP und einer Soll-MAF bestimmen und kann ein Steuersignal erzeugen, um die Drossel auf Grundlage der Drosselfläche zu steuern. Der Soll-MAP und die Soll-MAF können auf Grundlage der Maschinendrehzahl- und Drehmomentanforderungssignale bestimmt werden.
Das Maschinensystem 100 kann ferner andere Sensoren 218 aufweisen, wie Abgasströmungssensoren 220, einen AGR-Sensor 222, Umweltsensoren 224, einen Sauerstoffsensor 226, einen Ansauglufttemperatursensor 228 und Maschinensensoren 230, die oben nicht erwähnt sind. Die Umweltsensoren 224 können einen Höhensensor, einen Umgebungstemperatursensor, einen Sensor für barometrischen Druck und einen Luftströmungssensor aufweisen, wie in 2 gezeigt ist. Die Umweltsensoren 224 können dazu verwendet werden, Umweltbedingungen zu bestimmen, die ferner dazu verwendet werden können, eine Nacheinspritzung von Kraftstoff einzustellen und/oder eine Soll-Drosselfläche zu bestimmen. Die Soll-Drosselfläche kann einer spezifischen Drosselposition entsprechen.
Das Maschinensystem 10 kann auch einen Speicher 240 aufweisen, der verwendet werden kann, wenn eine Nacheinspritzung von Kraftstoff ausgeführt werden soll und/oder wenn verschiedene Funktionen in Verbindung mit den Modulen des Steuermoduls 114 ausgeführt werden sollen. Beispielmodule des Steuermoduls 114 sind in Bezug auf die Ausführungsform von 2 gezeigt und beschrieben. Der Speicher 240 kann verschiedene Tabellen 242 aufweisen, die vorbestimmte Abgastemperaturwerte, vorbestimmte Umweltbedingungswerte, Korrekturfaktoren, Koeffizientenwerte, etc. zur Steuerung der Nacheinspritzung von Kraftstoff enthalten können. Die Inhalte des Speichers 240 können einem oder mehreren der Schritte zugeordnet sein, die in Bezug auf die Ausführungsform von 3 beschrieben sind.
Das Abgassystem 134 enthält einen Abgaskrümmer 250, den Oxidationskatalysator 135 und den PF 136. Optional dazu rezirkuliert ein AGR-Ventil (nicht gezeigt) einen Anteil des Abgases zurück in den Ansaugkrümmer 110. Der Rest des Abgases wird in den Turbolader 160 geführt, um eine Turbine anzutreiben. Die Turbine erleichtert die Kompression der frischen Ansaugluft. Abgas strömt von dem Turbolader 160 durch den Oxidationskatalysator 135 und in den PF 136. Der Oxidationskatalysator 135 oxidiert das Abgas auf Grundlage eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Nachverbrennung. Die Größe der Oxidation erhöht die Temperatur des Abgases. Der PF 136 empfängt Abgas von dem Oxidationskatalysator 135 und filtert jegliche in dem Abgas vorhandene Rußpartikel aus. Die Nacheinspritzung von Kraftstoff wird dazu verwendet, den Ruß auf eine Regenerationstemperatur zu erwärmen.
Ein Steuermodul 114 steuert die Maschine und die Regeneration des PF 136 auf Grundlage verschiedener erfasster Informationen und Rußbeladung. Genauer schätzt das Steuermodul 114 eine Beladung des PF 136. Wenn die geschätzte Beladung auf einem vorbestimmten Niveau ist und/oder der Abgasdurchfluss innerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, kann eine Regeneration aktiviert werden. Die Dauer des Regenerationsprozesses kann auf Grundlage der geschätzten Menge an Partikelmaterial in dem PF 136 variieren. Eine Nacheinspritzung von Kraftstoff kann über den Regenerationsprozess hinweg eingestellt werden.
Der nacheingespritzte (PI) Kraftstoff und/oder das Nachverbrennungs-Luft/Kraftstoff-Gemisch wird an den Oxidationskatalysator 135 geführt und kann durch diesen oxidiert werden, was den PF 136 erwärmt. Der Oxidationskatalysator 135 unterstützt eine Oxidation von nicht verbranntem Kraftstoff und erhöht die Temperatur des Abgases unter Verwendung von durch eine Oxidationsreaktion erzeugte Wärme. Die Wärme kann bewirken, dass Ruß in dem PF 136 einen Zündpunkt (Anspringen) erreicht und somit eine Regeneration beginnt. Das Zünden des Rußes erzeugt eine Exotherme, die sich entlang des PF 136 ausbreitet und Ruß stromabwärts erwärmt, wodurch der Regenerationsprozess fortgesetzt wird.
Das Maschinensystem 100 kann Abgassystemsensoren aufweisen, wie Abgasströmungssensoren 220, Abgasdrucksensoren 252, 254, einen Abgastemperatursensor 256, etc., um Abgasströmungsniveaus, Abgastemperaturniveaus, Abgasdruckniveaus etc. zu bestimmen.
Der PF 136 kann einen zugeordneten vorbestimmten Betriebsbereich der Regenerationstemperatur, eine vorbestimmte Regenerationsbetriebstemperatur und/oder eine vorbestimmte Spitzenbetriebstemperatur aufweisen. Die Spitzenbetriebstemperatur kann einen Punkt einer potentiellen Schädigung zugeordnet sein. Beispielsweise kann ein PF beginnen, bei Betriebstemperaturen von größer als 800°C Schaden zu nehmen. Die Spitzenbetriebstemperatur kann für verschiedene PFs variieren. Die Spitzenbetriebstemperatur kann einer durchschnittlichen Temperatur eines Abschnitts eines PF oder einer durchschnittlichen Temperatur des PF als Ganzem zugeordnet sein.
Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein Funktionsblockschaubild eines Nacheinspritzsystems 300 gezeigt. Das Nacheinspritzsystem 300 umfasst Aktivierungssensoren 302, Maschinensensoren 230', einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 306, Umweltsensoren 224', einen Speicher 240' und ein Steuermodul 114'. Das Steuermodul 114' erzeugt ein Nacheinspritzsignal auf Grundlage der Information, die von den Sensoren 302, 230', 306, 224' und/oder von dem Speicher 240' empfangen wird. Das Nacheinspritzsignal wird an ein Kraftstoffeinspritzsystem 310 geliefert.
Die Aktivierungssensoren 302 umfassen Abgasdrucksensoren 311 und Abgastemperatursensoren 312, wie die Abgasdruck- und Temperatursensoren 252, 254 und 256. Die Aktivierungssensoren 302 umfassen ebenfalls Abgasströmungssensoren 220 und können einen oder mehrere der anderen Sensoren von 1 enthalten. Die Abgasdrucksensoren 311 erzeugen Abgasdrucksignale, die als Ext_P bezeichnet sind. Die Abgastemperatursensoren 312 erzeugen Abgastemperatursignale, die als Ext_T bezeichnet sind. Die Abgasströmungssensoren 220 erzeugen Abgasströmungssignale, die als Ext_F bezeichnet sind. Die Abgasströmung oder Luftströmung kann eine Menge an Fluid (Luft/Kraftstoff-Gemisch oder Gas) betreffen, die durch eine Fläche innerhalb einer Zeitdauer gelangt.
Die Maschinensensoren 230' umfassen einen Maschinendrehzahlsensor 320, einen Maschinenlastsensor 322 und können einen oder mehrere der anderen Sensoren von 1 enthalten. Der Maschinendrehzahlsensor 320 erzeugt ein Maschinendrehzahlsignal Engs. Der Maschinenlastsensor 322 erzeugt ein Maschinenlastsignal Eng_L. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 306 erzeugt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V_SPD, das eine Geschwindigkeit eines entsprechenden Fahrzeugs angibt.
Die Umweltsensoren 224' können einen Höhensensor 324, einen Umgebungstemperatursensor 326, einen Sensor 328 für barometrischen Druck enthalten und können einen Luftströmungssensor 330 aufweisen. Der Höhensensor 324 erzeugt ein Höhensignal ALT. Der Umgebungstemperatursensor 326 erzeugt ein Umgebungstemperatursignal A_T. Der Sensor 328 für barometrischen Druck erzeugt ein Signal für barometrischen Druck BP. Der Luftströmungssensor 330 kann enthalten sein und kann als Ersatz oder zusätzlich für den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 306 verwendet werden. Der Luftströmungssensor 330 erzeugt ein Luftströmungssignal AF.
Der Speicher 240' umfasst Tabellen 242', die Korrekturfaktoren 332 und gewichtete Koeffizienten 334 aufweisen können, wobei entsprechende Signale jeweils als CF und W bezeichnet sind. Die Tabellen 242' können Umweltkorrekturfaktortabellen enthalten, die maschinendrehzahl- und maschinenlastbasiert sein können. Beispielsweise können die gewichteten Koeffizienten 334 auf einer Maschinendrehzahl und/oder einer Maschinenlast basieren. Die Korrekturfaktoren 332 und die gewichteten Koeffizienten 334 können während eines Betriebs der Maschine und/oder einer Regeneration eines PF erzeugt und in dem Speicher 240' gespeichert werden. Die Korrekturfaktoren 332 und gewichteten Koeffizienten 334 können auf Grundlage von Information, die von den Sensoren 302, 230', 306, 224' empfangen wird, erzeugt werden. Die Verwendung der Umweltkorrekturfaktoren resultiert in stabilen Abgas- und Nachbehandlungstemperaturen. Dies reduziert die Größe der Kraftstoffzuführeinstellung zur Nacheinspritzung, die benötigt wird, um den gewünschten Sollwert während der Regeneration und über ein Gebiet von Maschinen- und Abgassystem-Betriebsbedingungen zu erhalten.
Die Maschinen- und Abgassystem-Betriebsbedingungen umfassen eine Bildung von Ablagerungen und/oder eine Änderung von Kraftstoffverdampfung wie auch andere Bedingungen, die hier offenbart sind. Beispielsweise kann eine Bildung (können Bildungen von Ablagerungen in einem oder mehreren Zylindern die Menge an Kraftstoff, die in den Zylindern verdampft wird, ändern. Die Ausbildungen von Ablagerungen in einem Oxidationskatalysator können die Menge an oxidiertem Kraftstoff ändern. Zusätzlich kann eine Änderung der Kraftstoffverdampfung in einem oder mehreren der Zylinder in der Ansammlung von restlichem Kraftstoff resultieren. Die Nacheinspritzung von Kraftstoff kann auf Grundlage der Änderung der Kraftstoffverdampfung und/oder der Größe der Ausbildung der Ablagerungen eingestellt werden. Die Nacheinspritzung von Kraftstoff wird eingestellt, um Temperaturen der Maschine und/oder des Abgassystems einschließlich des PF zu stabilisieren.
Das Steuermodul 114' umfasst ein Aktivierungsmodul 340, ein Luftströmungsmodul 342 sowie ein Reglermodul 344. Das Aktivierungsmodul 340 erzeugt einen Aktivierungsstatussignal Enb auf Grundlage der Abgasdrucksignale Ext_P, der Abgastemperatursignale Ext_T und anderer Aktivierungssignaleingaben, wie den Abgasströmungssignalen Ext_F. Das Luftströmungsmodul 342 erzeugt ein Luftströmungssignal AF' auf Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals V_SPD. Das Luftströmungsmodul 342 kann die Luftströmung über und benachbart einem Bereich, der außerhalb des Abgassystems ist, auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V_SPD schätzen. Das Luftströmungssignal repräsentiert die Luftströmung über die Außenseite des Abgassystems. Dies gibt eine externe Kühlung des Abgassystems an.
Das Reglermodul 344 begrenzt eine Spitzentemperatur eines PF und/oder eine Spitzentemperatur eines Abgases auf weniger als oder gleich einer vorbestimmten Temperatur. Das Reglermodul 344 begrenzt die Spitzentemperaturen durch Einstellen von Nacheinspritzmengen in Zylindern einer Maschine und/oder innerhalb eines Abgassystems. Die Nacheinspritzmengen werden so eingestellt, dass das Abgassystem und/oder das Abgas in einem vorbestimmten Betriebsbereich und/oder bei einer vorbestimmten Temperatur oder einem gewünschten Sollwert gehalten wird. Dies erhöht die Robustheit eines PF. Die Nacheinspritzmengen werden auf Grundlage von Umweltparametern wie auch verschiedenen Maschinenparametern und -bedingungen, wie hier offenbart ist, eingestellt. Dies verhindert eine zu schwache und/oder zu starke Kraftstoffzuführung während der Nacheinspritzung.
Das Reglermodul 344 umfasst ein Korrekturmodul 346, ein erstes Nacheinspritzmodul 348 und ein zweites Nacheinspritzmodul 350. Das Korrekturmodul 346 erzeugt einen Korrekturfaktor, der in dem Speicher gespeichert werden kann, auf Grundlage von Signalen von den Sensoren 302, 230', 306, 224' und von den Modulen 340, 342. Wie gezeigt ist, erzeugt das Korrekturmodul 346 den Korrekturfaktor CF auf Grundlage des Höhensignals ALT. Des Umgebungstemperatursignals A_T, des Luftströmungssignals AF, des Signals für barometrischen Druck BP, des Maschinendrehzahlsignals Engs und des Maschinenlastsignals Eng_L.
Das erste Nacheinspritzmodul 348 erzeugt ein erstes Nacheinspritzsignal P1_Qinit auf Grundlage des Abgastemperatursignals Ext_T. Das zweite Nacheinspritzmodul 350 erzeugt ein zweites Nacheinspritzsignal (gegenwärtiges oder eingestelltes Nacheinspritzsignal) P1_Qupd auf Grundlage des Korrektursignals CF und des ersten Nacheinspritzsignals PL_Qinit. Das zweite Nacheinspritzsignal PL_Qupd kann an das Kraftstoffeinspritzsystem 310 geliefert werden, um einen oder mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zu steuern.
Das Aktivierungsmodul 340 kann eine Regeneration auf Grundlage der Rußbeladung aktivieren. Dies verhindert einen Schaden an einem PF und erhöht somit die Betriebslebensdauer des PF. Eine gewünschte vorbestimmte Betriebstemperatur und eine maximale Zielbetriebstemperatur können für den PF eingestellt werden. Eine Regeneration wird ausgeführt, wenn die Rußbeladung kleiner als oder gleich einem Rußbeladungsniveau ist, das der gewünschten vorbestimmten Betriebstemperatur und/oder der maximalen Betriebstemperatur zugeordnet ist. Die Regeneration kann ausgeführt werden, wenn Rußbeladungsniveaus unter oder innerhalb eines vorbestimmten Gebiets liegen. Das vorbestimmte Gebiet besitzt eine obere Rußbeladungsschwelle Sut, die der maximalen Betriebstemperatur zugeordnet sein kann. Eine Begrenzung von Spitzenbetriebstemperaturen des PF minimiert Drücke in und eine Expansion des PF. Bei einer Ausführungsform wird die Rußbeladung geschätzt und auf Grundlage dessen eine Regeneration ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform können, wenn eine Rußbeladung zur Regeneration größer als gewünscht ist, Minderungsstrategien ausgeführt werden, um PF-Spitzentemperaturen während der Regeneration zu reduzieren.
Die Rußbeladung kann aus Parametern geschätzt werden, wie Fahrleistung, Abgasdruck, Abgasabfalldruck über einen PF, durch ein Vorhersageverfahren etc. Die Fahrleistung betrifft eine Fahrzeugfahrleistung, die etwa der Betriebszeit der Fahrzeugmaschine entspricht oder dazu verwendet werden kann, die Betriebszeit der Fahrzeugmaschine und/oder die Menge an erzeugtem Abgas zu schätzen. Als ein Beispiel kann eine Regeneration ausgeführt werden, wenn ein Fahrzeug etwa 200 - 300 Meilen gefahren ist. Die Menge an erzeugtem Ruß hängt von dem Fahrzeugbetrieb über die Zeitdauer ab. Bei Leerlaufdrehzahlen wird weniger Ruß erzeugt, als bei einem Betrieb bei Reisegeschwindigkeiten. Die Menge an erzeugtem Abgas ist dem Zustand der Rußbeladung in dem PF zugeordnet.
Der Abgasdruck kann dazu verwendet werden, die Menge an Abgas, die über eine Zeitdauer erzeugt wird, zu schätzen. Wenn ein Abgasdruck ein vorbestimmtes Niveau überschreitet oder wenn ein Abgasdruck unter ein vorbestimmtes Niveau abfällt, kann eine Regeneration ausgeführt werden. Wenn beispielsweise der Abgasdruck, der in einen PF eintritt, ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, kann eine Regeneration ausgeführt werden. Bei einem anderen Beispiel kann, wenn ein Abgasdruck, der einen PF verlässt, unterhalb eines vorbestimmten Niveaus liegt, eine Regeneration ausgeführt werden.
Ein Abgasabfalldruck kann dazu verwendet werden, die Menge an Ruß in einem PF zu schätzen. Beispielsweise steigt, wenn der Abfalldruck zunimmt, die Größe an Rußbeladung. Der Abgasabfalldruck kann durch Bestimmung eines Drucks von Abgas, das in einen PF eintritt, minus eines Drucks von Abgas, das den PF verlässt, bestimmt werden. Dies kann unter Verwendung von Drucksignalen von den Abgasdrucksensoren 311 durchgeführt werden.
Ein Vorhersageverfahren kann die Bestimmung von einer oder mehreren Maschinenbetriebsbedingungen umfassen, wie Maschinenlast, Kraftstoffzuführschemata, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt sowie Abgasrückführung (AGR). Ein kumulativer Gewichtungsfaktor für die Aktivierung der Maschinenregeneration kann auf Grundlage der Maschinenbetriebsbedingungen verwendet werden. Der kumulative Gewichtungsfaktor ist der Rußbeladung zugeordnet. Wenn der kumulative Gewichtungsfaktor eine Schwelle überschreitet, kann eine Regeneration ausgeführt werden.
Auf Grundlage der geschätzten Rußbeladung und einer bekannten Spitzenbetriebstemperatur für einen PM-Filter wird eine Regeneration ausgeführt, um zu verhindern, dass der PM-Filter bei Temperaturen oberhalb der Spitzenbetriebstemperatur arbeitet.
Eine Auslegung eines Steuersystems, um auf eine gewählte Rußbeladung abzuzielen, erlaubt PF-Regenerationen ohne intrusive Steuerungen. Eine robuste Regenerationsstrategie, wie hier bereitgestellt ist, entfernt Ruß von einem PM-Filter, während Spitzenbetriebstemperaturen des PF beschränkt werden. Ein Beschränken von Spitzenbetriebstemperaturen reduziert thermische Beanspruchungen an einem Substrat eines PF und verhindert somit einen Schaden an dem PF, der durch hohe Rußexothermen bewirkt werden kann.
Wenn die Rußbeladung größer als ein einer eingestellten Spitzenregenerationstemperatur zugeordnetes Schwellenniveau ist, können Minderungsstrategien ausgeführt werden, um PF-Spitzentemperaturen während einer Regeneration zu reduzieren. Beispielsweise kann, wenn eine maximale Rußbeladungsschwelle auf etwa 2 g/l eingestellt ist und eine gegenwärtige Rußbeladung 4 g/l ist, um Temperaturen in einem PM-Filter während der Regeneration zu minimieren, eine Nacheinspritzung reduziert und/oder ein Maschinenbetrieb eingestellt werden. Die Einstellung kann eine Sauerstoffsteuerung und eine Abgasströmungssteuerung aufweisen.
Eine Rußbeladung kann größer als ein oberes Schwellenniveau sein, wenn beispielsweise eine Maschine so betrieben wird, dass sie für eine ausgedehnte Zeitperiode einen hohen Ansaugluftdurchfluss aufnimmt. Ein derartiger Betrieb kann an einer langen Auffahrtsrampe einer Autobahn oder während einer Beschleunigung auf einer Autobahn auftreten. Als ein anderes Beispiel kann eine obere Schwelle der Rußbeladung überschritten werden, wenn eine Drossel einer Maschine kontinuierlich zwischen Voll-EIN und Voll-AUS für eine ausgedehnte Zeitperiode betätigt wird. Hohe Luftdurchflüsse können eine Regeneration eines PF verhindern oder beschränken.
Während der Sauerstoffsteuerung wird die Menge an Sauerstoff, die in den PM-Filter eintritt, verringert, um die exothermen Temperaturen des PF während der Regeneration zu verringern. Um Sauerstoffniveaus zu verringern, kann eine Luftströmung verringert werden, eine AGR kann erhöht werden und/oder eine Kraftstoffeinspritzung kann erhöht werden. Die Kraftstoffeinspritzung kann in Maschinenzylindern und/oder in das zugeordnete Abgassystem erhöht werden. Das Verbrennen von mehr Kraftstoff verringert die Menge an Sauerstoff, die in dem Abgassystem vorhanden ist.
Eine große Zunahme der Abgasströmung kann eine Abgrenzung oder Minimierung einer exothermen Reaktion in einem PF unterstützen. Eine Abgasströmungssteuerung kann eine Zunahme der Abgasströmung durch ein Herunterschalten in einem Getriebe oder durch eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl aufweisen. Die Erhöhung der Maschinendrehzahl erhöht die Menge an Abgasströmung.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 310 kann Kraftstoffeinspritzeinrichtungen aufweisen, die Kraftstoff im Zylinder einer Maschine einspritzen. Das Kraftstoffeinspritzsystem kann auch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung aufweisen, die Kraftstoff beispielsweise in das Abgassystem 134 einspritzt.
Nun Bezug nehmend auf 3 ist ein Verfahren zum Steuern einer Nacheinspritzung während einer Regeneration eines PF gezeigt. Obwohl die folgenden Schritte in Bezug auf die Ausführungsformen der 1 und 2 beschrieben sind, können sie auf andere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden. Das Verfahren kann bei Schritt 400 beginnen.
Bei Schritt 401 werden Sensorsignale erzeugt. Die Sensorsignale können diejenigen Signale umfassen, die durch die Sensoren 302, 230', 306, 224' von 2 erzeugt werden, wie auch Signale umfassen, die durch andere Sensoren erzeugt werden, wie diejenigen von 1. Beispielhaft können die anderen Sensorsignale ein Sauerstoffsignal, ein Ansaugluftströmungssignal, ein Ansaugluftdrucksignal, ein Ansauglufttemperatursignal, ein AGR-Signal, etc. aufweisen.
Bei Schritt 402 schätzt die Steuerung des Aktivierungsmoduls 340 eine gegenwärtige Rußbeladung S₁ des PF. Die Steuerung kann eine Rußbeladung schätzen, wie oben beschrieben ist. Die Schätzung kann auf der Fahrzeugfahrleistung, dem Abgasdruck, dem Abgasabfalldruck über den PF und/oder einem Vorhersageverfahren basieren. Das Vorhersageverfahren kann eine Schätzung auf Grundlage eines oder mehrerer Maschinenbetriebsparameter aufweisen, wie Maschinenlast, Kraftstoffzuführschemata, einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und AGR. Bei Schritt 403 bestimmt die Steuerung, ob die gegenwärtige Rußbeladung S₁ größer als eine untere Rußbeladungsschwelle S_1t ist. Wenn die gegenwärtige Rußbeladung S₁ größer als die untere Schwelle S_1t ist, fährt die Steuerung mit Schritt 404 fort, ansonsten kehrt die Steuerung zu Schritt 402 zurück.
Bei Schritt 404 bestimmt die Steuerung, ob die gegenwärtige Rußbeladung S₁ kleiner als eine obere Rußbeladungsschwelle Sut ist,. Wenn die gegenwärtige Rußbeladung S₁ kleiner als die obere Schwelle Sut ist, dann fährt die Steuerung mit Schritt 408 fort. Wenn die gegenwärtige Rußbeladung S₁ größer als oder gleich der oberen Schwelle Sut ist, dann fährt die Steuerung zu beiden Schritten 408 und 412 fort. Beim Schritt 412 führt die Steuerung beispielsweise des Steuermoduls 114 Minderungsstrategien aus, wie oben beschrieben ist, um Spitzentemperaturen in dem PF während einer Regeneration zu beschränken. Die Minderungsstrategien können die Reduzierung einer Nacheinspritzmenge oder eines Nacheinspritzsignals enthalten, wie eine Reduzierung des zweiten Nacheinspritzsignals P1_Qupd.
Die folgenden Schritte 408 - 416 werden iterativ durchgeführt. Wenn die Steuerung bei Schritt 404 bestimmt, dass eine Regeneration erforderlich ist, erzeugt die Steuerung bei Schritt 408 das Korrektursignal CF. Das Korrektursignal wird auf Grundlage der Sensorsignale erzeugt.
Bei Schritt 409 erzeugt die Steuerung des ersten Nacheinspritzmoduls 348 das erste Nacheinspritzsignal P1_Qinit. Das erste Nacheinspritzsignal P1_Qinit wird auf Grundlage des Abgastemperatursignals Ext_T und/oder des zweiten Nacheinspritzsignals P1_Qupd erzeugt, das zurück zu dem ersten Nacheinspritzmodul 348 geführt werden kann. Das erste Nacheinspritzsignal P1_Qinit kann auf Ausdruck 1 oder 2 basieren. Anfänglich kann Gleichung 1 verwendet werden. Nachdem eine Iteration beispielsweise der Schritt 408 bis 416 ausgeführt worden ist, kann Gleichung 2 verwendet werden. Während der Regeneration können das erste und das zweite Nacheinspritzsignal P1_Qinit und P1_Qupd auf Grundlage vorbestimmter Umweltwerte, gemessener Werte oder indirekt bestimmter Werte für Umgebungstemperatur, Höhe, barometrischen Druck, Luftströmung, Maschinendrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Maschinenlast, etc. erzeugt werden. Als ein Beispiel kann die Höhe und die Luftströmung um ein Abgassystem oder ein Nachbehandlungssystem auf Grundlage von barometrischem Druck und Fahrzeuggeschwindigkeit geschätzt werden. ${Pl}_{Qinit} = F {E_{T}}$
${Pl}_{Qinit} = F {E_{T}, {Pl}_{Qupd}}$
Bei Schritt 410 erzeugt die Steuerung des zweiten Nacheinspritzmoduls 350 das zweite Nacheinspritzsignal P1_Qupd auf Grundlage des Korrektursignals und des ersten Nacheinspritzsignals P1_Qinit. Das zweite Nacheinspritzsignal P1_Qupd kann beispielsweise auf Grundlage von einem der Ausdrücke 3 - 6 erzeugt werden, wobei ci, c₂, c₃ und c₄ gewichtete Koeffizientenwerte sind, die vorbestimmt und in einem Speicher gespeichert sein können. Die gewichteten Koeffizientenwerte können auf der Maschinendrehzahl Engs und der Maschinenlast Eng_L basieren. $[c_{1} ALT + c_{2} A_{T} + c_{3} AF] [{Pl}_{Qinit}] = {Pl}_{Qupd}$
$[c_{1} ALT + c_{2} A_{T} + c_{3} {AF+c}_{4} BP] [{Pl}_{Qinit}] = {Pl}_{Qupd}$
$[c_{1} ALT + c_{2} A_{T} + c_{3} V_{SPD}] [{Pl}_{Qinit}] = {Pl}_{Qupd}$
$[c_{1} ALT + c_{2} A_{T} + c_{3} V_{SPD} + c_{4} BP] [{Pl}_{Qinit}] = {Pl}_{Qupd}$
Bei Schritt 411 kann ein Kraftstoffeinspritzsystem, wie das Kraftstoffeinspritzsystem 310 auf Grundlage des zweiten Nacheinspritzsignals P1_Qupd gesteuert werden, um nacheingespritzten Kraftstoff in Zylinder der Maschine und/oder in das Abgassystem zu liefern.
Bei Schritt 414 wird der PF auf Grundlage des nacheingespritzten Kraftstoffs regeneriert. Der nacheingespritzte Kraftstoff wird durch einen Katalysator oxidiert und erzeugt Wärme, die den Regenerationsprozess einleiten kann und/oder dazu verwendet werden kann, den Regenerationsprozess zu steuern. Der Regenerationsprozess kann unter Verwendung anderer Techniken eingeleitet werden, wie der Verwendung elektrisch beheizter Elemente innerhalb des PF, um ein Erwärmen von einer oder mehreren Zonen des PF zu steuern. Das Einleiten kann ein Erwärmen des PF auf Grundlage von Leitung, Konvektion, Mikrowellenenergie, etc. umfassen. Nach einem Einleiten kaskadiert brennender Ruß entlang des PM-Filters, was ähnlich einer brennenden Zündschnur an einem Feuerwerk ist. Sobald die Regeneration beginnt, können PF-Erwärmungstechniken mit Ausnahme der Nacheinspritzsteuerung deaktiviert werden.
Bei Schritt 416 können aktualisierte Sensorsignale erzeugt werden. Die Sensorsignale können die Sensorsignale, die durch die Sensoren 302, 230', 306, 224' von 2 erzeugt werden, wie auch Signale enthalten, die von anderen Sensoren erzeugt werden, wie diejenigen von 1.
Im Gebrauch bestimmt das Steuermodul und/oder das Aktivierungsmodul, wann der PF eine Regeneration erfordert. Die Bestimmung basiert auf Rußniveaus innerhalb des PF. Alternativ dazu kann eine Regeneration periodisch oder auf einer Ereignisbasis ausgeführt werden. Das Steuermodul und/oder das Aktivierungsmodul können Abschätzen, wann der gesamte PF eine Regeneration benötigt oder wann Zonen innerhalb des PF eine Regeneration erfordern. Wenn der gesamte PF eine Regeneration erfordert, können eine oder mehrere Zonen des PF nacheinander innerhalb einer Zeit aktiviert werden, um eine Regeneration innerhalb des zugeordneten stromabwärtigen Abschnitts des PF einzuleiten. Nachdem die Zone oder die Zonen regeneriert sind, werden eine oder mehrere von anderen Zonen aktiviert, während die anderen deaktiviert werden. Diese Vorgehensweise dauert fort, bis alle Zonen aktiviert worden sind. Wenn eine der Zonen eine Regeneration erfordert, kann die Zone, die dem zugeordneten stromabwärtigen Abschnitt des PF, der eine Regeneration erfordert, entspricht, aktiviert werden.
Die oben beschriebenen Schritte von 3 sind als illustrative Beispiele gemeint; die Schritte können nacheinander, synchron, gleichzeitig, kontinuierlich, während überlappender Zeitperioden oder in einer anderen Reihenfolge abhängig von der Anwendung ausgeführt werden.
Die Einführung von Umweltkorrekturfaktoren in eine Nachkraftstoffeinspritzsteuerung erhöht eine Stabilität einer PF-Regenerationstemperatursteuerung und stellt eine robuste Kraftstoffeinspritzsteuertechnik bereit. Dies resultiert in einer verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Emissionsleistungsfähigkeit. Die offenbarten Ausführungsformen reduzieren eine Verschlechterung eines Nachbehandlungssystems über die Zeit und verbessern eine Haltbarkeit der Nachbehandlungsausstattung.
Der Fachmann kann nun aus der vorhergehenden Beschreibung erkennen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung in einer Vielzahl von Formen ausgeführt werden können. Daher sei, während diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so beschränkt, da andere Abwandlungen dem Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Steuermodul (114, 114') für ein Fahrzeug, umfassend: ein Korrekturmodul (346), das ein Korrektursignal auf Grundlage eines Regenerationszustandes eines Abgassystems (134) des Fahrzeugs und auf Grundlage eines empfangenen Umweltsignals erzeugt, wobei das empfangene Umweltsignal einen Höhenwert, eine Umgebungstemperatur und/oder einen Luftströmungswert aufweist, der einer Luftströmung über eine Außenfläche des Abgassystems (134) entspricht; ein erstes Nacheinspritzmodul (348), das ein erstes Nacheinspritzsignal erzeugt; und ein zweites Nacheinspritzmodul (350), das das erste Nacheinspritzsignal auf Grundlage des Korrektursignals einstellt, um ein zweites Nacheinspritzsignal zu erzeugen, wobei das erste Nacheinspritzmodul (348) das erste Nacheinspritzsignal auf der Grundlage des zweiten Nacheinspritzsignals erzeugt.
Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 1, wobei das zweite Nacheinspritzmodul (350) das erste Nacheinspritzsignal einstellt, um eine Abgastemperatur des Abgassystems (134) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches beizubehalten.
Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 1, ferner mit einem Luftströmungsmodul (342), das den Luftströmungswert auf Grundlage einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs erzeugt.
Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 1, wobei das Korrektursignal auf Grundlage einer Maschinendrehzahl und/oder einer Maschinenlast erzeugt ist.
System, umfassend das Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 4, und ferner umfassend einen Maschinendrehzahlsensor (320), der ein Maschinendrehzahlsignal erzeugt, wobei die Maschinendrehzahl auf Grundlage des Maschinendrehzahlsignals bestimmt ist.
Steuermodul (114, 114') für ein Fahrzeug, umfassend: ein Korrekturmodul (346), das ein Korrektursignal auf Grundlage eines Regenerationszustandes eines Abgassystems (134) des Fahrzeugs und auf Grundlage eines empfangenen Umweltsignals erzeugt, wobei das empfangene Umweltsignal einen Höhenwert, eine Umgebungstemperatur und einen Luftströmungswert aufweist, der einer Luftströmung über eine Außenfläche des Abgassystems (134) entspricht und das Korrektursignal auf der Grundlage einer gewichteten Summierung des Höhenwertes, der Umgebungstemperatur und des Lufströmungswertes erzeugt ist; ein erstes Nacheinspritzmodul (348), das ein erstes Nacheinspritzsignal erzeugt; und ein zweites Nacheinspritzmodul (350), das das erste Nacheinspritzsignal auf Grundlage des Korrektursignals einstellt, um ein zweites Nacheinspritzsignal zu erzeugen.
System, umfassend das Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 1 und ferner mit einem Höhensensor (324), einem Umgebungstemperatursensor (326) und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (306), die Sensorsignale erzeugen, wobei das Korrekturmodul (346) das Korrektursignal auf Grundlage der Sensorsignale erzeugt.
Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 1, wobei das erste Nacheinspritzmodul (348) das erste Nacheinspritzsignal auf Grundlage eines Regenerationsstatus eines Partikelfilters (136) des Abgassystems (134) und/oder eines Regenerationsaktivierungssignals erzeugt, und insbesondere mit einem Aktivierungsmodul (340), das das Regenerationsaktivierungssignal auf Grundlage eines Abgastemperatursignals und/oder eines Abgasdrucksignals erzeugt, und/ oder wobei das zweite Nacheinspritzmodul (350) das erste Nacheinspritzsignal einstellt, um die Abgastemperatur auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten.
System, umfassend das Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 1, und ferner umfassend ein Kraftstoffeinspritzsystem (125), das Kraftstoff in einen Zylinder (118) der Maschine (102) auf Grundlage des zweiten Nacheinspritzsignals einspritzt.
Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 1, wobei das Korrekturmodul (346) das Korrektursignal erzeugt, wenn eine Regeneration des Abgassystems (134) aktiviert ist.
Steuermodul (114, 114') für ein Fahrzeug, umfassend: ein Korrekturmodul (346), das ein Korrektursignal auf Grundlage eines empfangenen Umweltsignals erzeugt, das einen Höhenwert, eine Umgebungstemperatur und/oder einen Luftströmungswert aufweist, der einer Luftströmung über eine Außenfläche des Abgassystems (134) des Fahrzeugs entspricht, wobei das Korrektursignal auf der Grundlage einer gewichteten Summierung des Höhenwertes, der Umgebungstemperatur und des Luftströmungswerts erzeugt ist; ein erstes Nacheinspritzmodul (348), das ein erstes Nacheinspritzsignal zunächst auf Grundlage eines Abgastemperatursignals und danach folgende, erste Nacheinspritzsignale auf Grundlage von zurückgeführten zweiten Nacheinspritzsignalen erzeugt; und ein zweites Nacheinspritzmodul (350), das ein zweites Nacheinspritzsignal auf Grundlage des Korrektursignals und des ersten Nacheinspritzsignals erzeugt.
Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 11, wobei das zweite Nacheinspritzmodul (350) das zweite Nacheinspritzsignal erzeugt, um eine Abgastemperatur des Abgassystems (134) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs während einer Regeneration des Abgassystems (134) zu halten.
System, umfassend das Steuermodul (114, 114') nach Anspruch 11, und ferner umfassend ein Kraftstoffeinspritzsystem (125), das Kraftstoff in einen Zylinder (118) der Maschine (102) auf Grundlage des zweiten Nacheinspritzsignals einspritzt.
Verfahren zur Regeneration eines Abgassystems (134) eines Fahrzeugs, umfassend, dass: ein Regenerationsaktivierungssignal auf Grundlage eines Regenerationszustandes eines Partikelfilters (136) des Abgassystems (134) erzeugt wird; ein Umweltsignal auf Grundlage des Regenerationsaktivierungssignals erzeugt wird, wobei das Umweltsignal einen Höhenwert, eine Umgebungstemperatur und einen Luftströmungswert aufweist, der einer Luftströmung über eine Außenfläche des Abgassystems (134) entspricht; ein Korrektursignal auf Grundlage des Umweltsignals mit einer gewichteten Summierung des Höhenwertes, der Umgebungstemperatur und des Luftströmungswerts erzeugt wird; ein erstes Nacheinspritzsignal auf Grundlage des Korrektursignals empfangen und eingestellt wird; das erste Nacheinspritzsignal auf Grundlage eines Abgastemperatursignals erzeugt wird; ein zweites Nacheinspritzsignal auf Grundlage der Einstellung des ersten Nacheinspritzsignals erzeugt wird; und das erste Nacheinspritzsignal auf Grundlage des zweiten Nacheinspritzsignals erzeugt wird.