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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 61/237,968, eingereicht am 28. August 2009, mit dem Titel „CONTROL OF DIESEL PARTICULATE FILTER REGENERATION DURATION”, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
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Gebiet
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Die vorliegende Anmeldung betrifft Dieselpartikelfilterregeneration.
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Hintergrund und Zusammenfassung
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Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen wie Dieselpartikelfilter (DPF) können die Menge an Rußemissionen eines Dieselmotors durch Zurückhalten von Rußpartikeln verringern. Solche Vorrichtungen können während des Betriebs eines Motors, beispielsweise eines turbogeladenen Motors, regeneriert werden, um die Menge an zurückgehaltenem Partikelmaterial zu verringern. Die Regeneration wird typischerweise durch Anheben der Temperatur des DPF auf einen vorbestimmten Wert und sicherstellen, dass das in den DPF eindringende Abgas von einer bestimmten Zusammensetzung ist, erreicht.
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Eine Vorgehensweise zum Steuern von Filterregeneration beendet einen Regenerationsvorgang, wenn die in dem Filter verbleibende Partikelmenge unter einen Schwellenwert fällt oder wenn alternativ ein Prozentsatz der Partikelfilterspeicherung (im Verhältnis zu einer Gesamtkapazität) unter einen prozentualen Schwellenwert fällt.
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Die vorliegenden Erfinder haben aber Probleme bei einer solchen Vorgehensweise erkannt. Zum Beispiel kann unter manchen Betriebsbedingungen der Zeitbetrag, der erforderlich ist, um Partikel bei niedrigeren Speicherwerten zu entfernen, beträchtlich sein. Somit kann eine Regenerationsdauer während solcher Betriebsbedingungen signifikant verlängert sein. Das Verlängern von Regeneration unter solchen Bedingungen, um nur kleine Partikelmengen zu entfernen, kann ineffizient sein, insbesondere im Hinblick auf Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufgrund des zusätzlichen Kraftstoffs, der bei Aufrechterhalten erhöhter Regenerationstemperaturen verbraucht wird.
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Bei einem beispielhaften Vorgehen kann das vorstehende Problem zumindest teilweise durch ein Verfahren zum Steuern von Regeneration eines Dieselpartikelfilters in einem Motorauslass angegangen werden, welches umfasst: Beenden von Regeneration beruhend auf einer Partikelabbrennrate. Zum Beispiel kann während mancher Bedingungen, selbst bei niedrigeren Partikelspeicherwerten, eine ausreichend hohe Rußabbrennrate auftreten. Unter manchen Bedingungen kann die Regeneration bei einem niedrigeren Rußspeicherwert beendet werden, was eine längere Speicherung während eines folgenden Speicherbetriebs des Filters erlaubt. Unter anderen Bedingungen kann aber während niedrigeren Partikelspeicherwerten die Rußabbrennrate niedrig genug sein, dass die Regeneration bei einem höheren Rußspeicherwert beendet wird. Auch wenn ein anschließender Speicherbetrieb verringert sein kann, ist dies somit ein geringerer Nachteil als das Fortsetzen der Regeneration.
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In einem bestimmten Beispiel kann die Regenerationsbeendigung auf einem variablen Schwellenwert gespeicherter Partikel beruhen, wobei der Schwellenwert gespeicherter Partikel von einer aktuellen Rußabbrennrate abhängt. Die Regenerationsbeendigung kann weiterhin auf Fahrzeuggeschwindigkeit beruhen. Bei einer solchen Vorgehensweise kann die Dauer eines Regenerationsvorgangs verlängert werden, um die bei niedrigen Werten gespeicherte Rußmenge abhängig davon weiter zu reduzieren, ob die Rußabbrennrate über einem Schwellenwert liegt. Somit können die Intervalle zwischen Regenerationsvorgängen unter ausgewählten Bedingungen verlängert werden, wobei eine solche Verlängerung zu sinnvoller zusätzlicher Rußentfernung führt. Auf diese Weise kann ein verringerter Kraftstoffverbrauch erreicht werden, indem die Dauer bei niedrigen Rußspeichwerten nicht verlängert wird, wenn die Rußabbrennrate unter dem Schwellenwert liegt. Ferner kann es möglich sein, eine Reduzierung von Endrohremissionen aufgrund einer Reduzierung von Emissionsnachteilen aufgrund von Regeneration und Verbesserung der Verdünnung von Kraftstoff in Öl, die möglicherweise Ölwechselintervalle verlängern kann, zu erreichen.
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Es versteht sich, dass der vorstehende Hintergrund und die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen sind, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, welche in der eingehenden Beschreibung weiter beschrieben werden. Es sollen keine wesentlichen oder Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands festgestellt werden, dessen Umfang einzig und allein durch die der eingehenden Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen beschränkt, welche die vorstehend oder in jedem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors.
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2 zeigt eine Routine zum Entscheiden, wann eine Regeneration eines Partikelfilters auszulösen ist.
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3 zeigt eine Routine zur Steuerung von Regenerationsdauer.
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4 zeigt eine beispielhafte Routine zum Ermitteln der Menge gespeicherter Partikel in einem Partikelfilter.
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5A zeigt einen beispielhaften Graph, wie der Schwellenprozentsatz gespeicherter Partikel von einer Partikelabbrennrate und gespeicherten Partikeln abhängt.
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5B zeigt einen beispielhaften Graph, wie eine Regenerationsdauer mit einem Sinken des Schwellenprozentsatzes gespeicherter Partikel steigen kann.
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Eingehende Beschreibung
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Die Partikelfilterregeneration kann während des Betriebs eines turbogeladenen Motors, wie in 1 gezeigt, erfolgen, um die Menge zurückgehaltenen Partikelmaterials zu verringern. Wie in dem Beispiel von 2 gezeigt kann ein Regenerationsvorgang als Reaktion auf Motor- und Abgasbetriebsbedingungen ausgelöst werden. Sobald eine Regeneration ausgelöst wird, kann ein Steuersystem den aktuellen Zustand des Partikelfilters und der Fahrzeugbetriebsbedingungen überwachen, um zu ermitteln, wann der Regenerationsvorgang zu beenden ist. 3 zeigt eine beispielhafte Steuerroutine, die die gespeicherten Partikel und die Katalysatortemperatur überwacht, um eine Rußabbrennrate zu ermitteln. Die Routine von 3 ermittelt dann einen variablen prozentualen Schwellenwert von gespeichertem Ruß beruhend auf der Rußabbrennrate. Ein Beispiel für das Überwachen der Menge gespeicherter Partikel in einem DPF ist in 4 gezeigt. Ein beispielhafter Graph, wie der variable prozentuale Schwellenwert gespeicherten Rußes von Partikefiltertemperatur und Menge gespeicherter Partikel in dem Filter abhängt, ist in 5A gezeigt. Der Regenerationsvorgang wird beendet, sobald der überwachte Prozentsatz gespeicherten Rußes kleiner als der variable prozentuale Schwellenwert gespeicherten Rußes ist. Auf diese Weise ist es möglich, den aktuellen Zustand der Partikelfilterabbrennrate zu berücksichtigen und zu nutzen und abhängig von Betriebsbedingungen wie Partikelbeladung, Filtertemperatur und Fahrzeuggeschwindigkeit die Regeneration früher oder später entsprechend zu beenden, um die Leistung zu verbessern. 5B zeigt einen beispielhaften Graphen, wie eine Regenerationsdauer zunehmen oder sinken kann, wenn der variable prozentuale Schwellenwert gespeicherten Rußes sinkt bzw. steigt.
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Unter Bezug nun auf 1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 zeigt, der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann, gezeigt. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das ein Steuergerät 12 umfasst, und durch Eingabe eines Fahrzeugbedieners 132 mittels einer Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Ein Brennraum (d. h. Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennraumwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36 umfassen. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 verbunden sein, so dass eine Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mittels eines dazwischen befindlichen Getriebesystems mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs verbunden sein. Ferner kann ein Anlasser mittels einer Schwungscheibe mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
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Der Brennraum 30 kann mittels eines Einlasskanals 42 Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 44 aufnehmen und kann mittels eines Auslasskanals 48 Verbrennungsgase ablassen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Auslasskanal 48 können mittels eines Einlassventils 52 bzw. Auslassventils 54 mit dem Brennraum 30 selektiv kommunizieren. In manchen Ausführungsformen kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
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In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und die Auslassventile 54 mittels Nockenbetätigung mittels jeweiliger Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils feste Nockensteuerzeiten umfassen oder können einen oder mehrere Nocken umfassen und können ein oder mehrere der folgenden Systeme verwenden: Nockenprofilumschalten (CPS, kurz vom engl. Cam Profile Switching), veränderliche Nockensteuerung (VCT, vom engl. Variable Cam Timing), veränderliche Ventilsteuerung (VVT, vom engl. Variable Valve Timing) und/oder veränderlicher Ventilhub (VVL, vom engl. Variable Valve Lift), die von dem Steuergerät 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu verändern. Die Stellung des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch Stellungssensoren 55 bzw. 57 ermittelt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein mittels elektrischer Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein mittels Nockenbetätigung einschließlich CPS und/oder VCT gesteuertes Auslassventil umfassen.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 66 ist zum Einspritzen von Kraftstoff direkt mit dem Brennraum 30 verbunden gezeigt. Auf diese Weise sieht das Kraftstoffeinspritzventil 66 eine als Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 30 bekannte Einspritzung vor. Das Kraftstoffeinspritzventil kann zum Beispiel in der Seite des Brennraums oder im oberen Teil des Brennraums eingebaut sein. Durch eine (nicht gezeigte) Kraftstoffanlage, die einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr umfasst, kann dem Kraftstoffeinspritzventil 66 Kraftstoff zugeführt werden.
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Der Ansaugkrümmer 44 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselklappe 64 umfassen. In anderen Beispielen kann sich die Drossel aber in dem Einlasskanal 42 befinden. In diesem bestimmten Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 64 durch das Steuergerät 12 mittels eines Signals verändert werden, das einem Elektromotor oder einem mit der Drossel 62 enthaltenen Aktor geliefert wird, eine Konfiguration, die häufig als elektronische Drosselsteuerung (ETC, vom engl. Electronic Throttle Control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 so betrieben werden, dass die dem Brennraum 30 neben anderen Motorzylindern gelieferte Ansaugluft und/oder AGR verändert wird. Die Stellung der Drosselklappe 64 kann dem Steuergerät 12 durch ein Drosselstellungssignal TP geliefert werden. Der Einlasskanal 42 kann auch einen Luftmengenmesser 120 und einen Krümmerdrucksensor 122 zum Liefern jeweiliger Signale MAF und MAP an das Steuergerät 12 umfassen.
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In dieser Ausführungsform ist der Motor ein Dieselmotor, der konfiguriert ist, um Dieselkraftstoff (z. B. Erdöldiesel oder Biodiesel) mittels Kompressionszündung zu verbrennen. Ein Abgassensor 126 ist mit dem Auslasskanal 48 stromaufwärts einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 verbunden gezeigt. Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Vorsehen eines Hinweises auf das Kraftstoff/Luft-Verhältnis des Abgases sein, beispielsweise ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (Universal- oder Breitbandabgassauerstoff), eine Zweizustandssauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (beheizter EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 720 ist stromabwärts des Abgassensors 126 entlang des Auslasskanals 48 angeordnet gezeigt. Die Vorrichtung 70 kann einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) umfassen. Ein Ammoniak-(oder Harnstoff-)Zufuhrsystem kann mit dem SCR-Katalysator oder stromaufwärts des SCR-Katalysators verbunden sein, um dem SCR-Katalysator Reduktionsmittel zu liefern.
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Mindestens ein Dieselpartikelfilter (DPF) 72 kann stromabwärts der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 angeschlossen sein. Der DPF kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, einschließlich Cordierit, Siliziumkarbid und anderen Hochtemperaturoxidkeramiken. Sobald die Rußansammlung einen vorbestimmten Wert erreicht hat (zum Beispiel mittels Druckabfall festgestellt), kann eine Regeneration des Filters ausgelöst werden. Eine Filterregeneration kann durch Erwärmen des Filters auf eine Temperatur, die Rußpartikel bei einer schnelleren Rate als die Ablagerung neuer Partikel abbrennt, verwirklicht werden, zum Beispiel 400–600°C. In einem Beispiel kann der DPF ein katalysierter Partikelfilter sein, der einen Washcoat aus Edelmetall, beispielsweise Platin, enthält, um die Rußverbrennungstemperatur zu senken und auch Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren.
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Ein Kohlenwasserstoff(HC)-Reduktionsmittelzufuhrsystem 74 kann verwendet werden, um HC von dem Kraftstofftank oder von einem Speicherbehälter zu der Abgasanlage zu liefern, um Wärme zu Beheizen des Partikelfilters 72 für Regenerationszwecke zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann eine späte Kraftstoffeinspritzung (z. B. während eines Auspufftakts) verwendet werden, um Abgastemperatur anzuheben.
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Temperatursensoren 76 und 78 können sich stromaufwärts bzw. stromabwärts des DPF 72 befinden. Die Temperatursensoren 76 und 78 oder zusätzliche Temperatursensoren können auch in dem DPF angeordnet sein oder die DPF-Temperatur (oder Abgastemperatur) kann beruhend auf Betriebsbedingungen unter Verwenden eines Abgastemperaturmodells geschätzt werden. Es wird gezeigt, dass ein Differenzdrucksignal von den Drucksensoren 80 und 82 stromaufwärts bzw. stromabwärts des DPF 72 ermittelt wird. Zu beachten ist, dass auch ein einziger Differenzdruck zum Messen des Differenzdrucks über dem DPF 72 verwendet werden kann. Es kann auch ein Einzelanschluss-Referenzdrucksensor (SPGS) verwendet werden.
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Es versteht sich, dass andere Schadstoffbegrenzungssystemkonfigurationen in anderen Ausführungsformen verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 stromabwärts des DPF angeschlossen sein. Weiterhin können in anderen Beispielen mehrere Dieselpartikelfilter in der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung enthalten sein. Des Weiteren könnte der SCR-Katalysator in anderen Beispielen nicht in der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung enthalten sein. Jeder Katalysator, Filter etc. kann in einem einzelnen Gehäuse umschlossen sein oder kann alternativ mittels separater Gehäuse umschlossen sein. Es versteht sich, dass zahlreiche Konfigurationen möglich sind und die in 1 dargestellte Konfiguration beispielhafter Natur ist. Des Weiteren kann wie vorstehend erwähnt ein Einspritzsystem für Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak oder Harnstoff) mit dem Auslass gekoppelt sein, um Harnstoff stromaufwärts der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 einzuspritzen.
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Um den DPF zu regenerieren kann eine Regenerationseinspritzstrategie implementiert werden. Die Regenerationseinspritzstrategie kann ein Einspritzprofil implementieren, das mehrere Einspritzvorgänge umfasst, beispielsweise eine Pilotkraftstoffeinspritzung, eine Hauptkraftstoffeinspritzung, eine nahe Nachkraftstoffeinspritzung und/oder eine ferne Nachkraftstoffeinspritzung. Es versteht sich, dass die vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzungen in anderen Ausführungsformen mehrere Einspritzvorgänge umfassen können. Somit kann der DPF während Betrieb des Motors regeneriert werden. Zum Beispiel kann die Temperatur stromabwärts eines DOC und stromaufwärts eines DPF auf einen Sollwert gesteuert werden, um Verbrennung von Partikelmaterial in dem DPF durch Anpassung der Menge der verschiedenen Einspritzungen zu fördern. In diesem Beispiel kann ein Temperatursollwert stromabwärts des DOC und stromaufwärts des DPF festgelegt werden, um eine Regeneration des DPF zu erleichtern.
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Der Motor 10 kann weiterhin eine Kompressionsvorrichtung, beispielsweise einen Turbolader oder Lader umfassen, der mindestens einen Kompressor 162 umfasst, der entlang des Ansaugkrümmers 44 angeordnet ist. Bei einem Turbolader kann der Kompressor 162 zumindest teilweise durch eine Turbine 164 (z. B. mittels einer Welle) angeordnet sein, die entlang des Auslasskanals 48 angeordnet ist. Bei einem Lader kann der Kompressor 162 zumindest teilweise durch den Motor und/oder eine elektrische Maschine angetrieben sein und muss nicht eine Turbine umfassen. Somit kann der Kompressionsbetrag (z. B. Ladedruck), der einem oder mehreren Zylindern des Motors mittels eines Turboladers oder Laders geliefert wird, durch das Steuergerät 12 verändert werden. Ferner kann im Ansaugkrümmer 44 ein Sensor 123 zum Vorsehen eines LADEDRUCK-Signals zu dem Steuergerät 12 angeordnet sein.
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Der Motor 10 kann weiterhin ein Hochdruck-AGR-System 150 umfassen. Das Hochdruck-AGR-System 150 umfasst eine AGR-Leitung 152, die mit dem Auslass 48 stromaufwärts der Turbine 164 verbunden ist und mit dem Einlass 44 stromabwärts des Kompressors 162 verbunden ist. Das Hochdruck-AGR-System 150 kann ein AGR-Ventil 154 umfassen, das entlang der AGR-Leitung 152 angeordnet ist, um einen Abgasstrom durch das AGR-System 150 zu steuern. Der Motor 10 kann auch ein Niederdruck-AGR-System 156 umfassen. Das Niederdruck-AGR-System 156 umfasst eine AGR-Leitung 158, die mit dem Auslass 48 stromabwärts der Turbine 164 verbunden ist und mit dem Einlass 44 stromaufwärts des Kompressors 162 verbunden ist. Das Niederdruck-AGR-System 156 kann ein AGR-Ventil 160 umfassen, das entlang der AGR-Leitung 152 angeordnet ist, um Abgasstrom durch das AGR-System 156 zu steuern.
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Das Steuergerät 12 ist in 1 als Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102, Input/Output-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem bestimmten Beispiel als Festwertspeicher 106 gezeigt ist, einen Arbeitsspeicher 108, einen Dauerspeicher 110 und einen Datenbus. Das Steuergerät 12 kann verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren zusätzlich zu den bereits erläuterten Signalen empfangen, einschließlich: Messung des eingelassen Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmengensensor 120; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperaturfühler 112; ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118 (oder einer anderen Art); eine Drosselstellung (TP) von einem Drosselstellungssensor; und ein absolutes Krümmerdrucksignal MAP von einem Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM kann durch das Steuergerät 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um einen Hinweis auf Unterdruck oder Druck in dem Ansaugkrümmer vorzusehen.
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Der Festwertspeicher 106 des Speichermediums kann mit maschinell lesbaren Daten programmiert sein, die von dem Prozessor 102 ausführbare Befehle zum Ausführen der nachstehend beschriebenen Verfahren und Steuerstrategien sowie anderer Varianten, die erwartet, aber nicht eigens aufgeführt sind, darstellen.
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Wie vorstehend beschrieben zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors; es versteht sich aber, dass jeder Zylinder analog seinen eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzvorrichtung, Zündkerze etc. umfassen kann.
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Unter Bezug nun auf 2 ist eine beispielhafte Routine zum Auslösen von Partikelfilterregeneration gezeigt. Die Routine in 2 kann unter Nutzen der vorstehend beschriebenen Systeme und Komponenten implementiert werden. Im Einzelnen kann in manchen Beispielen das Schadstoffbegrenzungssystem einen DPF umfassen, der stromabwärts eines DOC positioniert ist, der stromabwärts einer Turboladerturbine in einem Auslass eines Verbrennungsmotors positioniert ist. Es versteht sich aber, dass andere Anordnungen möglich sind, daher kann in anderen Beispielen die Steuerstrategie von 2 unter Nutzen anderer geeigneter Systeme und Komponenten implementiert werden.
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Zunächst werden bei 202 Betriebsbedingungen des Fahrzeugs und des Verbrennungsmotors ermittelt. Die Betriebsbedingungen können bei 202A das Ermitteln des von dem Motor erzeugen Drehmoments, bei 202B das Ermitteln der Abgastemperatur, bei 202C das Ermitteln des Drucks stromaufwärts und stromabwärts eines DPF und bei 202D das Ermitteln der Abgaszusammensetzung stromaufwärts und/oder stromabwärts des DPF umfassen. Es versteht sich, dass in manchen Beispielen die Temperatur des Abgases stromabwärts einer Turbine und stromaufwärts eines Dieselpartikelfilters und/oder eines DOC bei 202B mittels Messung oder Schätzung oder Kombinationen derselben ermittelt werden kann.
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Als Nächstes wird bei 204 ermittelt, ob eine Regeneration des DPF erfolgen sollte. In manchen Beispielen kann eine Schwellendruckdifferenz über dem DPF verwendet werden, um zu ermitteln, ob der DPF regeneriert werden sollte. In anderen Beispielen kann aber eine Regeneration des DPF erfolgen, nachdem das Fahrzeug eine Schwellenstrecke zurückgelegt hat oder ein Schwellenzeitintervall des Motorbetriebs überschritten hat, oder wenn die Menge gespeicherter Partikel größer als ein maximaler Schwellenwert ist. Wenn ermittelt wird, dass der DPF nicht regeneriert werden sollte (NEIN bei 204), endet die Routine.
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Wenn aber ermittelt wird, dass der DPF regeneriert werden sollte (JA bei 204), implementiert die Routine bei 206 eine regenerative Steuerstrategie für den DPF. Die regenerative Steuerstrategie kann das Festlegen eines Temperatursollwerts des Abgases stromaufwärts des DPF und das Anpassen von Betriebsbedingungen, um die Abgastemperatur auf den Sollwert anzuheben, umfassen. Insbesondere kann ein Temperatursollwert für einen Ort stromaufwärts eines DPF und stromabwärts eines DOC festgelegt werden. Es versteht sich, dass das Implementieren einer regenerativen Steuerstrategie weiterhin das Liefern einer Nachkraftstoffeinspritzung zu dem Brennraum beruhend auf den stationären Bedingungen umfassen kann. Weiterhin versteht sich, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während DPF-Regeneration mager sein kann, um ein Entfernen des Partikelmaterials in dem DPF zu fördern. Auf diese Weise kann die Abgastemperatur geändert werden, ohne das von dem Motor erzeugte Drehmoment anzupassen.
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Sobald ein Partikelfilterregenerationsvorgang ausgelöst wird, wie zum Beispiel vorstehend unter Bezug auf 2 beschrieben ist, kann der Partikelfilter durch verschiedene Vorrichtungen und Verfahren überwacht werden, um zu ermitteln, wann der Regenerationsvorgang zu beenden ist. 3 zeigt eine beispielhafte Routine zum Ermitteln beruhend auf einem variablen Schwellenwert, wann ein Regenerationsvorgang zu beenden ist.
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In der beispielhaften Routine von 3 wird die aktuelle Rußmenge in dem Filter (manchmal als Rußbeladungsmenge bezeichnet) überwacht, und die Regeneration wird fortgesetzt, bis die Rußbeladungsmenge unter einen Schwellenwert fällt, woraufhin die Regeneration beendet wird. Der Schwellenwert wird angepasst, um verschiedene Betriebsparameter zu berücksichtigen, einschließlich Rußabbrennrate, wobei der Schwellenwert unter Bedingungen einer relativ höheren Abbrennrate verringert und unter Bedingungen einer relativ höheren Abbrennrate erhöht sein kann. Ferner kann die Schwellenrußbeladung auf verschiedene Weise ausgedrückt werden, beispielsweise als absolute Beladung (z. B. in Gramm) oder als Prozentsatz der gesamten Rußspeicherkapazität des Filters bei seinem aktuellen Alterungszustand. Wenn der Filter altert, kann die gesamte Rußspeicherkapazität im Einzelnen verringert sein, und auf diese Weise kann der Schwellenwert angepasst werden, um auch die Alterungswirkung auf den Filter zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann ein Alterungswert oder ein Grad der Verschlechterung aufgrund von Alter etc. verwendet werden, um die gesamte Rußspeicherkapazität zu ermitteln.
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Die Rußabbrennrate kann auf verschiedene Weise ermittelt werden. Zum Beispiel kann sie beruhend auf einem aktuellen Zustand des Partikelfilters geschätzt werden, der von einem oder mehreren einer Reihe von Sensoren überwacht wird, die entlang des Auslasskanals angeordnet sind. Der aktuelle Zustand des Partikelfilters kann zum Beispiel die Temperatur des Filters, die Menge gespeicherten Rußes in dem Filter und den Massenluftstrom durch den Filter umfassen. Der Massenluftstrom durch den Filter kann zum Beispiel auf Fahrzeuggeschwindigkeit beruhen. Somit können die Rußabbrennrate und somit der Schwellenwert zum Ermitteln von Regenerationsbeendigung variabel sein und von Motor- und Abgasbetriebsbedingungen abhängen. In einem bestimmten Beispiel wird, wenn die aktuelle Rußabbrennrate steigt, der Schwellenwert verringert, um die Regenerationsdauer zu verlängern, und umgekehrt. 5A und 5B, die hierin nachstehend näher beschrieben werden, zeigen beispielhafte Abhängigkeiten des Schwellenwerts von der Rußabbrennrate, die verwendet werden können, um die Regenerationsdauer anzupassen.
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Bei Schritt 300 in 3 ermittelt die Routine, ob ein Regenerationsvorgang ausgelöst wurde oder ob ein Partikelfilter regeneriert. Das Auslösen der Partikelfilterregeneration kann als Reaktion auf verschiedene Motor- und Fahrzeugbetriebsbedingungen erfolgen, wie vorstehend unter Bezug auf 2 beschrieben ist. Die Ermittlung, ob ein Partikelfilter regeneriert, kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden, zum Beispiel beruhend auf einem Flag, das in einer Steuerroutine gesetzt wird, oder Prüfen, ob der Partikelfilter Partikel gespeichert hat und/oder ob die Filtertemperatur über einem vorbestimmten Wert liegt. Wenn bei 300 kein Regenerationsvorgang erfolgt, endet die Routine. Wenn aber bei 300 ein Regenerationsvorgang ausgelöst wurde, rückt die Routine zu 302 vor.
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Bei 302 wird die Temperatur des Partikelfilters ermittelt. Die Temperatur des Partikelfilters kann durch verschiedene Vorgehensweisen ermittelt werden. In einem Beispiel kann die Temperatur auf Messungen von einem oder mehreren Sensoren beruhen, die entlang des Auslasskanals angeordnet sind, zum Beispiel Sensoren 76 und 78 in 1. Alternativ kann die Temperatur des Partikelfilters auf Modellberechnungen beruhen. Zum Beispiel kann die Temperatur beruhend auf einer verteilten Größe über die Länge des Partikelfilters statt beruhend auf einer einzigen Temperaturmessung beruhen. In einem anderen Beispiel kann die Temperatur beruhend auf Motorbetriebsbedingungen unter Verwenden von vorbestimmten Kennfeldern geschätzt werden, die im Speicher gespeichert sind. Die Motorbetriebsparameter können zum Beispiel Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzmenge, Kraftstoffeinspritzzeit und Motortemperatur umfassen.
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Dann rückt die Routine zu 304 vor, um die aktuelle Menge an gespeicherten Partikeln, z. B. Rußmasse, in dem Partikelfilter zu ermitteln. Die aktuelle Menge gespeicherter Partikel kann durch verschiedene Vorgehensweisen ermittelt werden. In einem Beispiel kann die gespeicherte Partikelmenge auf der aktuellen gespeicherten Partikelmenge und der inkrementellen Partikelmenge, die pro vorgebestimmten Abtastzeitraum während des Verbrennungsprozesses erzeugt wird, beruhen. In diesem Beispiel kann die pro vorbestimmten Abtastzeitraum erzeugte inkrementelle Partikelmenge auf Motorbetriebsbedingungen beruhen, wie Kraftstoffeinspritzmenge und Motordrehzahl. 4, die hierin nachstehend beschrieben wird, zeigt eine beispielhafte Vorgehensweise, um die aktuelle Menge gespeicherter Partikel zu ermitteln.
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Dann rückt die Routine zu 306 vor, um die Rußabbrennrate beruhend auf der bei Schritt 302 ermittelten Temperatur des Partikelfilters und der bei Schritt 304 ermittelten Rußmasse zu ermitteln. Die Rußabbrennrate kann zum Beispiel beruhend auf einer vorbestimmten Lookup-Tabelle, die in dem Speicher gespeichert ist, ermittelt werden. In einem anderen Beispiel kann die Rußabbrennrate beruhend auf Modellberechnungen ermittelt werden. Solche Modellberechnungen können auf Betriebsparametern des Motors und/oder der Abgasanlage beruhen. Zum Beispiel steigt die Regenerationsrate mit steigernder Temperatur, wobei sie einer Arrhenius-Gleichung folgt. Weiterhin sinkt die Regenerationsrate, wenn die Menge gespeicherter Partikel abnimmt. Somit kann die Rußabbrennrate zum Beispiel durch Funktionen ermittelt werden, die im Speicher gespeichert sind und Temperatur und gespeicherte Partikelmengen als Eingaben aufweisen.
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Die Routine rückt zu 308 vor, um beruhend auf der bei Schritt 306 ermittelten Rußabbrennrate einen prozentualen Schwellenwert zu ermitteln. Der prozentuale Schwellenwert kann zum Beispiel ein Prozentsatz des Schwellenwerts gespeicherter Partikel sein und kann beruhend auf einer vorbestimmten Lookup-Tabelle ermittelt werden. In einem anderen Beispiel kann der prozentuale Schwellenwert aus einer Lookup-Tabelle ermittelt werden, die beruhend zum Beispiel auf dem Alter des Partikelfilters, der Motorlaufleistung und/oder anderen Fahrzeug- oder Motorparametern aktualisiert wird. Der bei Schritt 308 ermittelte Schwellenwert kann zum Beispiel als Reaktion auf eine erhöhte Partikelabbrennrate angehoben und als Reaktion auf eine verringerte Partikelabbrennrate verringert werden.
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Im Gegensatz zum Aufweisen eines festgelegten prozentualen Schwellenwerts, der ermittelt, wann ein Regenerationsvorgang beendet wird, kann der bei Schritt 308 ermittelte variable prozentuale Schwellenwert adaptiv auf Fahrzeug-, Motor- und/oder Abgasparametern beruhen, beispielsweise der Menge gespeicherter Partikel, der Abgastemperatur und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Bei 310 vergleicht die Routine dann die prozentualen gespeicherten Partikel, z. B. beruhend auf der Rußmassenermittlung von Schritt 304, mit dem bei Schritt 308 ermittelten prozentualen Schwellenwert. Wenn die prozentualen gespeicherten Partikel bei 310 über dem prozentualen Schwellenwert liegen, geht die Routine zurück zu 302, um die Überwachungsroutine zu wiederholen, während sie den Regenerationsvorgang fortsetzt. Wenn aber die prozentualen gespeicherten Partikel bei 310 kleiner oder gleich dem prozentualen Schwellenwert sind, rückt die Routine zu 312 vor. Bei 312 beendet die Routine den Regenerationsvorgang zum Beispiel durch Anpassen einer Nacheinspritzung und endet dann.
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Unter Bezug nun auf 4 wird eine beispielhafte Routine zum Ermitteln einer Menge gespeicherter Partikel in einem Partikelfilter beschrieben. Zunächst erfolgt bei Schritt 410 eine Ermittlung, ob der Partikelfilter derzeit Regeneration durchläuft. Die Ermittlung, ob ein Partikelfilter regeneriert, kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise beruhend auf einem Flag, das in einer Steuerroutine gesetzt ist, oder Prüfen, ob der Partikelfilter Partikel gespeichert hat und/oder ob die Temperatur über einem vorbestimmten Wert liegt. Wenn die Antwort auf Schritt 410 JA lautet, rückt die Routine zu Schritt 412 vor.
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Bei Schritt 412 ermittelt die Routine die gespeicherten Partikelmengen während Regeneration durch Einschließen der durch den Verbrennungsprozess erzeugten Partikel (cpa), der aktuellen gespeicherten Partikelmenge (spa) und der Menge freigesetzter Partikel während der Regenerationsphase (rpa). Ansonsten bewegt sich die Routine zu Schritt 414 und ermittelt die gespeicherte Partikelmenge beruhend auf der aktuellen gespeicherten Partikelmenge und der während des Verbrennungsprozesses erzeugten Partikel. In einem Beispiel kann die während des Verbrennungsprozesses erzeugte Partikelmenge (cpa) beruhend auf Motorbetriebsbedingungen ermittelt werden, wie Kraftstoffeinspritzmenge und Motordrehzahl. Ferner kann die Menge der während des Regenerationsprozesses freigesetzten Partikel (rpa) beruhend auf Abgasraumgeschwindigkeit und Partikelfiltertemperatur (tp) ermittelt werden.
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Unter Bezug auf 5A ist ein beispielhafter Graph gezeigt, der die Abhängigkeit des Schwellenprozentsatzes gespeicherter Partikel, wie vorstehend unter Bezug auf die Routine von 3 beschrieben, von der Rußabbrennrate und der Menge gespeicherter Partikel veranschaulicht. Der Graph in 5A zeigt zwei beispielhafte Kurven 502 und 504 in einer graphischen Darstellung von Schwellenprozentsatz gespeicherter Partikel gegen gespeicherte Partikel
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Kurve 502 zeigt, wie ein prozentualer Schwellenwert von gespeicherten Partikeln abhängt, wenn die Partikelabbrennrate verglichen mit der der Kurve 504 zugeordneten Partikelabbrennrate bei einem niedrigen Wert liegt. Die niedrigere Partikelabbrennrate, die der Kurve 502 zugeordnet ist, kann auf eine Partikelfiltertemperatur T1 zurückzuführen sein, die niedriger als die Partikelfiltertemperatur T2 ist, die der Kurve 504 der höheren Partikelabbrennrate zugeordnet ist.
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Wie bei beiden Kurven 502 und 504 ersichtlich ist, steigt der Schwellenprozentsatz, wenn die gespeicherten Partikel zunehmen. Ein Anstieg des Schwellenprozentsatzes führt zu einer Abnahme der Regenerationsdauer. Die Abhängigkeit einer Regenerationsdauer von einem Schwellenprozentsatz gespeicherter Partikel wird durch das in 5B gezeigte graphische Beispiel demonstriert. Wenn in 5A gespeicherte Partikel zunehmen, steigt somit der Schwellenprozentsatz für beide Kurven 502 und 504, was zu einer Abnahme der Regenerationsdauer führt, wie durch die Kurve 506 in 5B gezeigt ist.
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Somit wird beim Anpassen einer Regenerationsdauer beruhend auf einem variablen Schwellenprozentsatz beruhend auf der Rußabbrennrate das Wechselspiel verschiedener Motor- und Fahrzeugparameter berücksichtigt.
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Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können ein oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene gezeigte Arbeitsgänge, Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Einer oder mehrere der gezeigten Arbeitsgänge oder Funktionen können abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Arbeitsgänge einen in das maschinenlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem einzuprogrammierenden Code graphisch darstellen.
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Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Gegenkolben- und andere Motorausführungen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst somit alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
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Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein” Element oder „ein erstes” Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
