DE102011105601A1

DE102011105601A1 - System und Verfahren zur Regeneration eines Partikelmaterialfilters unter Verwendung eines katalytischen Wandlers als einer Verbrennungseinrichtung

Info

Publication number: DE102011105601A1
Application number: DE102011105601A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Gonze; Halim G. Santoso; Michael J. Paratore jun.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2031-06-28
Also published as: CN102312701B; CN102312701A; US8528323B2; US20120000180A1; DE102011105601B4

Abstract

Ein Steuersystem für eine Maschine umfasst ein Abgasmodul und ein Verbrennungsmodul. Das Abgasmodul liefert einen ersten MAF an Abgas, das durch die Maschine erzeugt wird, stromaufwärts eines katalytischen Wandlers während der Regeneration eines PM-Filters, der stromabwärts des katalytischen Wandlers angeordnet ist. Das Verbrennungsmodul liefert während der Regeneration eine erste Menge an Kraftstoff an einen Zylinder während eines Ansaughubes auf Grundlage des ersten MAF und eines zweiten MAF an den Zylinder während des Ansaughubes. Das Verbrennungsmodul liefert während der Regeneration ferner eine zweite Menge an Kraftstoff an den Zylinder während eines nachfolgenden Ansaughubes auf Grundlage eines ersten A/F-Verhältnisses des Zylinders und eines Sauerstoffgehaltes des Abgases stromabwärts des katalytischen Wandlers. Es ist auch ein Verfahren zur Steuerung einer Maschine während einer Regeneration des PM-Filters vorgesehen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Fahrzeugabgasbehandlungssysteme und insbesondere Steuersysteme und -verfahren zur Regeneration von Partikelmaterialfiltern.
HINTERGRUND
Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, in dem 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 implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zulässig.
Brennkraftmaschinen, die dazu verwendet werden, ein Fahrzeug anzutreiben, verbrennen Kraftstoff in der Anwesenheit von Luft, um Leistung zu erzeugen. Die Verbrennung des Kraftstoffs erzeugt Abgas, das verschiedene Gase und Partikelmaterial (PM) enthält. Das Abgas kann in einem Abgassystem behandelt werden, um Konzentrationen gewisser Bestandteilgase und der PM zu reduzieren. Beispielsweise kann ein katalytischer Wandler die Konzentration von Gasen, wie Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx) reduzieren. Der katalytische Wandler kann auch die Konzentration von Kohlenwasserstoffen (HC) reduzieren, die aus nicht verbranntem oder teilweise verbranntem Kraftstoff bestehen. Zusätzlich kann das PM von dem Abgas durch einen PM-Filter gefiltert werden.
Mit der Zeit sammelt sich von dem Abgas gefiltertes PM in den PM-Filter an und beginnt, den Durchfluss von Abgas durch den PM-Filter zu beschränken. PM, das sich in dem PM-Filter angesammelt hat, kann durch einen Prozess entfernt werden, der als Regeneration bezeichnet ist. Während der Regeneration wird PM in dem PM-Filter verbrannt. Typischerweise wird eine Regeneration durch Anheben der Temperatur des PM-Filters über eine Regenerationstemperatur erreicht. Bei Temperaturen oberhalb der Regenerationstemperatur beginnt PM, das sich in dem PM-Filter angesammelt hat, zu verbrennen. Die Temperatur des PM-Filters wird für eine Zeitdauer oberhalb der Regenerationstemperatur gehalten, bis eine Soll-Menge des PM verbrannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei einer Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Steuersystem für eine Maschine vor, das ein Abgasmodul und ein Verbrennungsmodul aufweist. Das Abgasmodul liefert einen ersten Luftmassenstrom (MAF) an durch die Maschine erzeugtes Abgas stromaufwärts eines katalytischen Wandlers während einer Regeneration eines PM-Filters, der stromabwärts des katalytischen Wandlers angeordnet ist. Das Verbrennungsmodul liefert während der Regeneration eine erste Menge von Kraftstoff an einen Zylinder während eines Ansaughubes auf Grundlage des ersten MAF und eines zweiten MAF an den Zylinder während des Ansaughubes. Das Verbrennungsmodul liefert während der Regeneration ferner eine zweite Menge an Kraftstoff an den Zylinder während eines nachfolgenden Ansaughubes auf Grundlage eines ersten Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff (A/F) des Zylinders und eines Sauerstoffgehaltes des Abgases stromabwärts des katalytischen Wandlers.
Gemäß einem Merkmal liefert das Verbrennungsmodul ferner die erste Menge an Kraftstoff auf Grundlage einer Soll-Menge von Abgasbestandteilen des Abgases stromaufwärts des katalytischen Wandlers. Die Abgasbestandteile umfassen Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid. Gemäß einem anderen Merkmal liefert das Verbrennungsmodul ferner die erste Menge von Kraftstoff auf Grundlage eines Soll-A/F-Verhältnisses des Abgases stromaufwärts des katalytischen Wandlers.
Gemäß weiteren Merkmalen beginnt das Abgasmodul eine Lieferung des ersten MAF nach dem Ansaughub und vor dem nachfolgenden Ansaughub. Gemäß noch weiteren Merkmalen basiert der erste MAF auf einer Temperatur des PM-Filters. Gemäß verwandten Merkmalen liefert das Abgasmodul den ersten MAF durch Betrieb einer Luftpumpe in Fluidkommunikation mit dem Abgas. Gemäß anderer verwandter Merkmale wird der erste MAF an einen Abgaskanal des Zylinders geliefert.
Gemäß noch weiterer Merkmale liefert das Abgasmodul selektiv einen dritten MAF an das Abgas zwischen dem katalytischen Wandler und dem PM-Filter. Gemäß verwandten Merkmalen basiert der dritte MAF auf einer Temperatur des PM-Filters. Gemäß noch weiteren Merkmalen ist der Kraftstoff Benzin.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Steuern einer Maschine vor, das ein Liefern eines ersten MAF an durch die Maschine erzeugtes Abgas stromaufwärts eines katalytischen Wandlers während einer Regeneration eines PM-Filters, der stromabwärts des katalytischen Wandlers angeordnet ist, umfasst. Das Verfahren umfasst ferner ein Liefern einer ersten Menge von Kraftstoff während der Regeneration an einen Zylinder während eines Ansaughubes und ein Liefern einer zweiten Menge an Kraftstoff während der Regeneration an den Zylinder während eines nachfolgenden Ansaughubes. Die erste Menge von Kraftstoff basiert auf dem ersten MAF und dem zweiten MAF zu dem Zylinder während des Ansaughubes. Die zweite Menge von Kraftstoff basiert auf einem ersten A/F-Verhältnis des Zylinders und einem Sauerstoffgehalt des Abgases stromabwärts des katalytischen Wandlers.
Gemäß einem Merkmal basiert die erste Menge von Kraftstoff auf einer Sollmenge von Abgasbestandteilen des Abgases stromaufwärts des katalytischen Wandlers. Die Abgasbestandteile umfassen Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid. Gemäß einem anderen Merkmal basiert die erste Menge von Kraftstoff ferner auf einem Soll-A/F-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des katalytischen Wandlers.
Gemäß weiteren Merkmalen beginnt das Liefern des ersten MAF nach dem Liefern der ersten Menge von Kraftstoff und vor dem Liefern der zweiten Menge von Kraftstoff. Gemäß noch weiteren Merkmalen basiert der erste MAF auf einer Temperatur des PM-Filters. Gemäß verwandten Merkmalen wird der erste MAF durch Betrieb einer Luftpumpe in Fluidkommunikation mit dem Abgas geliefert. Gemäß anderer verwandter Merkmale wird der erste MAF an einen Abgaskanal des Zylinders geliefert.
Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner ein selektives Liefern eines dritten MAF an das Abgas zwischen dem katalytischen Wandler und dem PM-Filter. Gemäß verwandten Merkmalen basiert der dritte MAF auf einer Temperatur des PM-Filters. Gemäß noch weiteren Merkmalen ist der Kraftstoff Benzin.
Gemäß noch weiteren Merkmalen sind die oben beschriebenen Systeme und Verfahren durch ein Computerprogramm implementiert, das durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann einem konkreten computerlesbaren Medium vorhanden sein, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, einem Speicher, einem nichtflüchtigen Datenspeicher und/oder anderen geeigneten konkreten Speichermedien.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Offenbarung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des in 1 gezeigten Steuermoduls bei einem beispielhaften Steuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Diagramm ist, das verschiedene Steuerperioden und Steuerparameter während einer Regeneration eines PM-Filters gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
4 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum steuern einer Maschine zur Regeneration eines PM-Filters gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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 zur Identifizierung ähnlicher Elemente verwendet. Die hier verwendete Formulierung ”zumindest eines aus A, B und C” sei so zu verstehen, 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 ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Der hier verwendete Begriff ”Modul” betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Das Steuersystem und -verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet einen katalytischen Wandler, der stromaufwärts des PM-Filters angeordnet ist, um erhöhte Mengen an HC und CO in dem Abgas zu verbrennen, das durch Verbrennung in der Maschine erzeugt wird. Die Verbrennung der erhöhten Mengen von HC und CO durch den katalytischen Wandler erzeugt Wärme, die die Temperatur des PM-Filters über seine Regenerationstemperatur anhebt und eine Regeneration auslöst. Eine fortgesetzte Verbrennung der erhöhten Mengen von HC und CO erzeugt Wärme, die eine Regeneration aufrechterhält.
Das Steuersystem umfasst ein Abgasmodul und ein Verbrennungsmodul. Das Abgasmodul liefert Sekundärluft an das Abgas stromaufwärts des katalytischen Wandlers unter Verwendung einer Sekundärluftpumpe. Das Verbrennungsmodul liefert Kraftstoff an eine Brennkammer der Maschine (beispielsweise Zylinder) auf Grundlage einer ersten MAF-Rate von Ansaugluft, die in die Brennkammer eintritt, und einer zweiten MAF-Rate der Sekundärluft, die an das Abgas geliefert wird. Durch Berücksichtigung der MAF-Raten von Ansaugluft und Sekundärluft erzeugt das Verbrennungsmodul ein fettes A/F-Gemisch, das in der Brennkammer verbrannt wird und dadurch die Menge an HC und CO, die in dem Abgas erzeugt wird, erhöht.
Gemeinsam steuern das Verbrennungsmodul und das Abgasmodul einen zeitlichen Verlauf der Lieferung von fettem A/F-Gemisch und der Lieferung der Sekundärluft, um die erhöhten Mengen von HC und CO und der Sekundärluft in dem Abgas in etwa zum selben Zeitpunkt einzuführen. Die HC und das CO wie auch die Sekundärluft mischen sich, um ein Abgasgemisch zu bilden, das in dem katalytischen Wandler verbrannt wird.
Anfänglich liefert während einer rückkopplungsfreien Kraftstoffsteuerperiode das Verbrennungsmodul Kraftstoff an die Maschine, um das A/F-Gemisch bei einem vorbestimmten A/F-Verhältnis innerhalb der Kammer bereitzustellen, das kleiner als ein erstes stöchiometrisches A/F-Verhältnis des Kraftstoffes ist. Anschließend stellt während einer rückkopplungsbasierten Regelperiode das Verbrennungsmodul das A/F-Verhältnis innerhalb der Kammer ein, um ein A/F-Verhältnis innerhalb des Katalysators von dem Abgasgemisch, das in den katalytischen Wandler eintritt, bei oder nahe einem zweiten stächiometrischen A/F-Verhältnis des Abgasgemisches beizubehalten. Das Verbrennungsmodul stellt das A/F-Verhältnis innerhalb der Kammer auf Grundlage eines Nach-Katalysator-Sauerstoffgehaltes des Abgases stromabwärts des katalytischen Wandlers ein. Der Nach-Katalysator-Sauerstoffgehalt wird durch einen Sauerstoffsensor gemessen, der stromabwärts des katalytischen Wandlers angeordnet ist.
Typischerweise weist ein Abgasbehandlungssystem der Maschine einen katalytischen Wandler und einen Sauerstoffsensor auf, der stromabwärts des katalytischen Wandlers angeordnet ist. Somit sehen das Steuersystem und -verfahren der vorliegenden Offenbarung ein kastengünstiges System zur Regeneration eines PM-Filters durch Verwendung existierender Ausstattung vor. Das Steuersystem und -verfahren steuern den zeitlichen Verlauf des fetten A/F-Gemisches und der an das Abgas gelieferten Sekundärluft. Das Steuersystem und -verfahren implementieren auch eine rückkopplungsbasierte Regelung des A/F-Verhältnisses innerhalb des Zylinders, um das A/F-Verhältnis innerhalb des Katalysators von dem Abgasgemisch, das in den katalytischen Wandler eintritt, bei einem stöchiometrischen A/F-Verhältnis beizubehalten. Auf diese Art und Weise sehen das Steuersystem und -verfahren eine Regeneration des PM-Filters mit minimalem Einfluss auf Abgasemissionen vor.
Mit besonderem Bezug auf 1 ist ein beispielhaftes Fahrzeug 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Fahrzeug 10 umfasst einen Antriebsstrang 12, ein Steuermodul 14 wie auch Fahrerschnittstellenvorrichtungen 16. Allgemein erzeugt der Antriebsstrang 12 Antriebsmoment und treibt das Fahrzeug 10 an. Das Steuermodul 14 steuert den Betrieb des Antriebsstranges 12 einschließlich des erzeugten Antriebsmoments. Das Steuermodul 14 kann ein oder mehrere Steuermodule aufweisen, die einen Betrieb der verschiedenen Komponenten des Antriebsstrangs 12 steuern, wie nachfolgend detaillierter diskutiert ist.
Das Steuermodul 14 steuert einen Betrieb auf Grundlage verschiedener Eingänge, einschließlich Fahrersignale, die durch die Fahrerschnittstellenvorrichtungen 16 ausgegeben werden, und verschiedene andere Fahrzeugsystemsignale und Steuerwerte gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Fahrerschnittstellenvorrichtungen 16 gegen die Fahrersignale in Ansprechen auf Fahrereingaben 18 aus, die durch den Fahrer gemacht werden. Die Fahrereingaben 18 können umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Betätigung eines Gaspedals, eines Bremspedals und eines Lenkrades. Die Fahrzeugsystemsignale umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Signale, die von Sensoren ausgegeben werden, die verschiedene Fahrzeugbetriebsbedingungen erfassen, und Steuersignale, die durch verschiedene Module des Fahrzeugs 10 erzeugt werden.
Der Antriebsstrang 12 weist ein Maschinensystem 20, ein Getriebe 22 und einen Antriebsstrang 24 auf. Das Maschinensystem 20 erzeugt das Antriebsmoment, das an das Getriebe 22 übertragen wird. Das Antriebsmoment, das dem Getriebe 22 zugeführt wird, wird bei einem oder mehreren Übersetzungsverhältnissen zu dem Antriebsstrang 26 übertragen, der ein oder mehrere Räder 26 des Fahrzeugs 10 antreibt. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf bestimmte Typen von Getrieben oder Antriebssträngen beschränkt. Beispielsweise kann das Getriebe 22 ein Automatikgetriebe oder ein Handschaltgetriebe sein. Der Antriebsstrang 24 kann so konfiguriert sein, dass er ein oder mehrere Vorder- und/oder Hinterräder 26 des Fahrzeugs 10 antreibt.
Das Maschinensystem 20 umfasst eine Brennkraftmaschine (ICE von engl.: ”internal combustion engine”) 30, ein Abgassystem 32 und ein Maschinensteuermodul (ECM) 34. Das Maschinensystem 20 kann ein Hybridmaschinensystem mit einem Elektromotor (nicht gezeigt) sein, der Antriebsmoment erzeugt, das allein oder in Kombination mit dem Antriebsdrehmoment, das durch den ICE 30 erzeugt wird, verwendet wird, um das Fahrzeug 10 anzutreiben. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die Brennkraftmaschinen eines bestimmten Typs oder eine bestimmte Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann der ICE 30 eine funkengezündete (SI von engl.: ”spark-ignition”) Maschine oder eine kompressionsgezündete (CI von engl.: ”compression-ignition”) Maschine sein. Die ICE 30 kann eine Viertaktmaschine oder eine Zweitaktmaschine sein. Zu beispielhaften Zwecken ist die ICE 30 als eine Viertakt-SI-Benzinmaschine vom Hubtyp mit einem einzelnen Zylinder dargestellt. Während ein einzelner Zylinder der Einfachheit halber dargestellt ist, sei angemerkt, dass die ICE 30 mehrere Zylinder besitzen kann.
Die ICE 30 weist einen Zylinder 40, ein Ansaugsystem 42, ein Kraftstoffsystem mit einem Kraftstoffinjektor 44, einen Ventiltrieb mit einem Ansaugventil 46 und einem Abgasventil 48 sowie einen Abgaskanal 50 auf. Die ICE 30 weist ferner ein Zündsystem auf, das eine Zündkerze 52 besitzt. Das Ansaugsystem 42 weist eine Drossel 54 und einen Ansaugkanal 56 auf. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf Ansaugsysteme, Kraftstoffsysteme oder Ventiltriebe eines bestimmten Typs beschränkt. Zu beispielhaften Zwecken ist das dargestellte Kraftstoffsystem ein Kraftstoffsystem vom Direktinjektionstyp, und der Kraftstoffinjektor 44 gibt Kraftstoff direkt in den Zylinder 40 ab. Der Ventiltrieb kann ein Ventiltrieb mit obenliegenden Nocken sein und kann mehrere Ansaug- und/oder Abgasventile aufweisen. Der Einfachheit halber weist der dargestellte Ventiltrieb ein einzelnes Ansaugventil 46 und ein Abgasventil 48 auf.
Während des Betriebs der ICE 30 wird Luft in den Zylinder 40 durch die Drossel 54 und den Ansaugkanal 56 gezogen und mischt sich mit durch den Kraftstoffinjektor 44 gelieferten Kraftstoff. Die Luft wird in den Zylinder 40 während eines Ansaughubes eines Kolbens (nicht gezeigt), der in dem Zylinder 40 angeordnet ist, gezogen, wenn sich der Kolben von einer Position des oberen Totpunktes (OT) zu einer Position des unteren Totpunktes (UT) bewegt. In der OT-Position liegt das erste Volumen des Zylinders 40 bei einem Minimum. In der UT-Position liegt das zweite Volumen des Zylinders 40 bei einem Maximum.
Das Gemisch aus Luft und Kraftstoff (d. h. A/F-Gemisch) wird komprimiert und anschließend in dem Zylinder 40 verbrannt. Das A/F-Gemisch wird durch den Kolben während eines Kompressionshubes komprimiert, wenn sich der Kolben von der UT-Position zu der OT-Position bewegt. Die Verbrennung des A/F-Gemisches wird durch einen Zündfunken ausgelöst, der durch die Zündkerze 52 geliefert wird. Das A/F-Gemisch wird verbrannt und treibt den Kolben während eines Arbeitshubes an, wenn sich der Kolben von der OT-Position zu der UT-Position bewegt. Durch die Verbrennung erzeugtes Abgas wird von dem Zylinder 40 in den Abgaskanal 50 ausgestoßen. Das Abgas wird während eines Abgashubes ausgestoßen, wenn sich der Kolben von der UT-Position zu der OT-Position bewegt.
Die MAF-Rate und die Luftmenge, die in die ICE 30 eintritt, werden über die Drossel 54 gesteuert. Der zeitliche Verlauf und die Kraftstoffmenge, die in dem Zylinder 40 eintritt, werden über den Kraftstoffinjektor 44 gesteuert. Der zeitliche Verlauf der Auslösung der Verbrennung wird über die Zündkerze 52 gesteuert. Der zeitliche Verlauf der in dem Zylinder 40 eintretenden Luft und des von dem Zylinder 40 ausgestoßenen Abgases wird über das Ansaugventil 46 bzw. das Abgasventil 48 gesteuert.
Das Abgassystem 32 empfängt durch die ICE 30 erzeugtes Abgas und behandelt das Abgas, um Konzentrationen verschiedener Gase in dem Abgas zu reduzieren. Gemäß der vorliegenden Offenbarung behandelt das Abgassystem 32 ferner das Abgas, um PM in dem Abgas zu reduzieren. Das Abgassystem 32 umfasst einen Abgaskrümmer 60, einen katalytischen Wandler 62, einen PM-Filter 64 sowie eine Sekundärluftpumpe (SAP) 66, die mit der Abgasverrohrung verbunden ist. Der Abgaskrümmer 60 empfangt Abgas von dem Abgaskanal 50 und kann an der ICE 30 montiert sein.
Der katalytische Wandler 62 ist stromaufwärts des PM-Filters 64 angeordnet und reduziert die Konzentrationen verschiedener Gase in dem Abgas. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf einen katalytischen Wandler eines bestimmten Typs beschränkt. Beispielsweise kann der katalytische Wandler 62 ein katalytischer Wandler vom Zwei-Wege-Typ sein, der HC zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) oxidiert und CO zu CO₂ oxidiert. Alternativ dazu kann der katalytische Wandler 62 ein katalytischer Wandler vom Drei-Wege-Typ sein, der HC und CO oxidiert und NOx zu Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) reduziert.
Der PM-Filter 64 filtert PM von dem Abgas, das den katalytischen Wandler 62 verlässt, und ist allgemein vom Wandströmungstyp. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf Wandströmungs-PM-Filter eines bestimmten Aufbaus oder Wandströmungs-PM-Filter beschränkt, die aus einem bestimmten Material zusammengesetzt sind. Beispielsweise kann der PM-Filter 64 eine abwechselnde Anordnung von Einlass- und Auslasskanälen aufweisen, die durch Wände getrennt sind, die entweder aus Cordierit oder Siliziumcarbid geformt. sind. Bei diesem Aufbau tritt das Abgas in den PM-Filter 64 durch die Einlasskanäle ein, gelangt durch die Wände in die Auslasskanäle und tritt über die Auslasskanäle aus. PM in dem Abgas wird durch die Wände abgefangen und sammelt sich an den Wänden an. Das angesammelte PM reduziert die Strömung durch den PM-Filter 64 und wird während eines Regenerationsprozesses gemäß der vorliegenden Offenbarung periodisch entfernt.
Die SAP 66 liefert selektiv Sekundärluft von der Umgebung an das Abgas, die dazu verwendet wird, erhöhte Mengen an HC in dem Abgas zu verbrennen und erhöhte Mengen an CO zu oxidieren. Genauer zieht im Betrieb die SAP 66 Luft von der Umgebung und liefert die Luft unter Druck an das Abgas. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird die SAP 66 elektrisch betätigt und liefert selektiv Sekundärluft an das Abgas stromaufwärts des katalytischen Wandlers 62 auf Grundlage von Steuersignalen, die von dem ECM 34 empfangen werden. Die SAP 66 wird betätigt, um eine Verbrennung erhöhter Mengen an HC und CO zu unterstützen, die aus einem fetten A/F-Gemisch resultieren, das an den Zylinder 40 geliefert wird. Eine MAF-Rate und Menge der durch die SAP 66 ausgegebenen Sekundärluft können durch Modulation der an die SAP 66 gelieferten Leistung variiert werden.
Bei verschiedenen Implementierungen kann die SAP 66 Sekundärluft direkt an den Abgaskanal 50 und/oder direkt an den Abgaskrümmer 60 liefern. Sei dem vorliegenden Beispiel liefert die SAP 66 Sekundärluft direkt an den Abgaskanal 50 über die Verrohrung 70, die fluidtechnisch die SAP 66 mit dem Abgaskanal 50 koppelt. Bei einer alternativen Implementierung kann die SAP 66 Sekundärluft direkt an den Abgaskrümmer über die Verrohrung 72 liefern. Ein Vorteil der Lieferung von Sekundärluft direkt an den Abgaskanal 50 besteht darin, dass ein Anteil des HC, wenn er mit der frischen Luft in der Anwesenheit des heißen Abgasventils 48 gemischt wird, verbrennen und dadurch Wärme erzeugen kann.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung liefert die SAP 66 auch selektiv Sekundärluft an das Abgas, das in dem PM-Filter 64 von dem katalytischen Wandler 62 während der Regeneration eintritt, um die Verbrennung des PM zu unterstützen. Die SAP 66 liefert die Luft an den PM-Filter 64 über die Verrohrung 74, die fluidtechnisch die SAP 66 mit der Abgasverrohrung koppelt, die an einem Einlass des PM-Filters 64 angeordnet ist. Bei verschiedenen Implementierungen können die Verrohrung 72 und die Verrohrung 74 so bemessen sein, dass sie vorbestimmte MAF-Raten durch die Verrohrung 72, 74 bereitstellen. Die MAF-Raten können auf Grundlage der Soll-MAF-Raten zu dem katalytischen Wandler 62 und dem PM-Filter 64 während der Regeneration vorbestimmt sein. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Strömungssteuerventil 86 dazu verwendet werden, die MAF-Rate durch die Verrohrung 74 zu steuern.
Allgemein ist eine Soll-MAF-Rate von Sekundärluft zu dem katalytischen Wandler 62 zur Unterstützung der Verbrennung des HC und CO größer als eine Soll-MAF-Rate der Sekundärluft zu dem PM-Filter 64, um eine Verbrennung des PM zu unterstützen. Demgemäß kann die Verrohrung 74 einen kleineren Innendurchmesser besitzen, als die Verrohrung 72. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Verrohrung 74 eine erste MAF-Rate von kleiner als zwanzig Prozent und insbesondere um zehn Prozent einer zweiten MAF-Rate durch die Verrohrung 72 aufweisen.
Das ECM 34 steuert den Betrieb der verschiedenen Komponenten des Maschinensystems 20, das die ICE 30 und das Abgassystem 32 aufweist. Das ECM 34 steuert den Betrieb durch Erzeugung zeitlich abgestimmter Steuersignale, die dazu verwendet werden, den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu steuern. Das ECM 34 erzeugt die zeitlich abgestimmten Steuersignale auf Grundlage verschiedener Eingänge, die die Fahrersignale und die Fahrzeugsystemsignale aufweisen.
Zu Zwecken der vorliegenden Offenbarung werden die Steuersignale, die den Betrieb des Maschinensystems 20 steuern, gemeinsam als ”Maschinensystemsteuersignale” bezeichnet. Gemäß dem vorliegenden Beispiel können die Maschinensystemsteuersignale ein Drosselsteuersignal, das an die Drossel 54 ausgegeben wird, ein Kraftstoffsteuersignal, das an den Kraftstoffinjektor 44 ausgegeben wird, ein Zündfunkensteuersignal, das an die Zündkerze 52 ausgegeben wird, und/oder ein SAP-Steuersignal, das an die SAP 66 ausgegeben wird, aufweisen. Das Drosselsteuersignal steuert die Drossel 54 und steuert dadurch eine MAF-Rate der Luft durch die Drossel 54. Das Kraftstoffsteuersignal steuert den Kraftstoffinjektor 44 und steuert dadurch den zeitlichen Verlauf und die Menge (beispielsweise Masse) von Kraftstoff, der durch das Kraftstoffsystem geliefert wird. Das Zündfunkensteuersignal steuert den Betrieb der Zündkerze 52 und steuert dadurch den zeitlichen Verlauf des durch das Zündsystem gelieferten Zündfunkens. Das SAP-Steuersignal steuert den Betrieb der SAP 66 und steuert dadurch den zeitlichen Verlauf, die MAF-Rate und die Menge an Sekundärluft, die an das Abgassystem 32 geliefert wird.
Das ECM 34 steuert das durch die ICE 30 erzeugte Antriebsdrehmoment durch Steuerung der Menge an Luft und Kraftstoff, die an den Zylinder 40 geliefert werden. Allgemein hält das ECM 34 ein A/F-Verhältnis des A/F-Gemisches in dem Zylinder 40 bei oder nahe einem stöchiometrischen A/F-Verhältnis, das für Benzin etwa 14,7:1 beträgt. Bei verschiedenen Implementierungen kann das ECM 34 die Menge an Kraftstoff auf Grundlage eines Massendurchflusses von in die ICE 30 eintretender Luft bestimmen. Ein MAF-Sensor 80, der in dem Ansaugsystem 42 stromabwärts der Drossel 54 angeordnet ist, kann den Massendurchfluss erfassen und ein Signal auf Grundlage des erfassten Massendurchflusses ausgeben.
Das ECM 34 kann auch eine rückkopplungsbasierte Regelung des A/F-Verhältnisses innerhalb des Zylinders implementieren und die gelieferte Menge an Kraftstoff auf Grundlage eines Sauerstoffgehalts des den Zylinder 40 verlassenden Abgases einstellen. Bei dem vorliegenden Beispiel ist ein Vor-Katalysator-Sauerstoffsensor 82 stromaufwärts des katalytischen Wandlers 62 angeordnet und erfasst den Sauerstoffgehalt des den Zylinder 40 verlassenden Abgases. Der Vor-Katalysator-Sauerstoffsensor 82 erzeugt ein Signal, das den erfassten Vor-Katalysator-Sauerstoffgehalt angibt. Während Perioden, wenn der PM-Filter 64 nicht betrieben wird, stellt das ECM 34 die gelieferte Menge an Kraftstoff auf Grundlage des Vor-Katalysator-Sauerstoffgehaltes ein.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung bestimmt das ECM 34 auch, ob der PM-Filter 64 zu regenerieren ist. Wenn eine Regeneration gewünscht ist, senkt das ECM 34 anfänglich das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders auf ein vorbestimmtes A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders, das kleiner als das stöchiometrische A/F-Verhältnis ist. Das ECM 34 senkt das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders, um eine Lieferung eines fetten A/F-Gemisches zu beginnen und dadurch die Menge an HC und CO in dem Abgas, das in den katalytischen Wandler 62 eintritt, zu erhöhen. Das vorbestimmte A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders kann etwa 14,5:1 betragen. Zusätzlich liefert das ECM 34 Sekundärluft an das Abgas durch Betrieb der SAP 66. Das ECM 34 stellt das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders ein, um ein A/F-Verhältnis des in den katalytischen Wandler 62 eintretenden Abgasgemisches auf einem vorbestimmten A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders bei oder nahe einem stöchiometrischen A/F-Verhältnis des Abgasgemisches aufrecht zu erhalten.
Das ECM 34 implementiert eine rückkopplungsbasierte Regelung des A/F-Verhältnisses innerhalb des Zylinders auf Grundlage eines Sauerstoffgehaltes des den katalytischen Wandler 62 verlassenden Abgases. Das ECM 34 stellt das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders durch Einstellen der gelieferten Menge an Kraftstoff ein und behält dadurch das A/F-Verhältnis innerhalb des Katalysators bei oder nahe dem stächiometrischen A/F-Verhältnis des Abgasgemisches bei. Genauer liefert das ECM 34 eine erste Masse an Kraftstoff während eines gegenwärtigen Ansaughubes auf Grundlage einer zweiten Masse des Kraftstoffes, die während eines vorhergehenden Ansaughubes geliefert wurde, und des Sauerstoffgehalts des den katalytischen Wandler 62 verlassenden Abgases. Bei dem vorliegenden Beispiel ist ein Nach-Katalysator-Sauerstoffsensor 84 stromabwärts des katalytischen Wandlers 62 angeordnet und erfasst den Sauerstoffgehalt des den katalytischen Wandler 62 verlassenden Abgases. Der Nach-Katalysator-Sauerstoffsensor 84 erzeugt ein Signal, das den erfassten Nach-Katalysator-Sauerstoffgehalt angibt.
Mit besonderem Bezug auf 2 ist eine beispielhafte Implementierung des ECM 34 in einem Steuersystem 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das ECM 34 weist ein Verbrennungsmodul 110 und ein Abgasmodul 112 auf. Das Verbrennungsmodul 110 und das Abgasmodul 112 erzeugen verschiedene Maschinensystemsteuersignale auf Grundlage verschiedener empfangener Eingänge und Steuerparameter gemäß der vorliegenden Offenbarung.
In 2 sind Signale, die durch den MAF-Sensor 80, den Vor-Katalysator-Sauerstoffsensor 82 und den Nach-Katalysator-Sauerstoffsensor 84 ausgegeben werden, mit dem Bezugszeichen 120, dem Bezugszeichen 122 bzw. dem Bezugszeichen 124 bezeichnet. Das SAP-Steuersignal, das Drosselsteuersignal, das Kraftstoffsteuersignal und das Zündfunkensteuersignal sind durch Bezugszeichen 130, Bezugszeichen 132, Bezugszeichen 134 bzw. Bezugszeichen 136 bezeichnet. Die Fahrersignale sind durch Bezugszeichen 138 bezeichnet. Andere Fahrzeugsystemsignale, die andere Maschinensystemsteuersignale enthalten, sind durch Bezugszeichen 139 bezeichnet.
Das Verbrennungsmodul 110 erzeugt das Kraftstoffsteuersignal 132, das Drosselsteuersignal 134 und das Zündfunkensteuersignal 136 während des Betriebs des Maschinensystems 20. Das Verbrennungsmodul 110 kann ein oder mehrere Steuermodule zur Erzeugung der verschiedenen Steuersignale enthalten. Bei dem vorliegenden Beispiel umfasst das Verbrennungsmodul 110 ein Luftmodul (AM) 140, ein Kraftstoffmodul (FM) 142 und ein Zündfunkenmodul (SM) 144.
Das AM 140 erzeugt das Drosselsteuersignal 132 und steuert dadurch die MAF-Rate von Luft durch die Drossel 54 und in den Zylinder 40. Das AM 140 erzeugt das Drosselsteuersignal 132 auf Grundlage verschiedener Eingänge, die die Fahrersignale und eine geschätzte MAF-Rate enthalten, zur Erzeugung eines Sollantriebsmoments durch die ICE 30.
Das FM 142 erzeugt das Kraftstoffsteuersignal 134 und steuert dadurch die Menge und den zeitlichen Verlauf des Kraftstoffs, der an den Zylinder 40 durch den Kraftstoffinjektor 44 während jedes Verbrennungszyklus geliefert wird. Das FM 142 erzeugt das Kraftstoffsteuersignal 134 auf Grundlage von Eingängen, die die gegenwärtige MAF-Rate, das Soll-A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders, das Soll-A/F-Verhältnis innerhalb des Katalysators und den Vor- und Nach-Katalysator-Sauerstoffgehalt enthalten. Das FM 142 kann den zeitlichen Verlauf einer Periode der Kraftstoffinjektion durch den Kraftstoffinjektor 44 einstellen, um ein gewünschtes Ende des zeitlichen Verlaufs der Kraftstoffinjektion zu erreichen. Genauer kann das FM 142 den zeitlichen Verlauf eines Beginns der Kraftstoffinjektionsperiode zu dem Ende der Kraftstoffinjektionsperiode eine vorbestimmte Periode, bevor ein Zündfunken durch die Zündkerze 52 geliefert wird, einstellen.
Das SM 144 erzeugt das Zündfunkensteuersignal 136 und steuert dadurch den zeitlichen Verlauf des durch die Zündkerze 52 gelieferten Zündfunkens während jedes Kompressionshubes. Das SM 144 erzeugt das Zündfunkensteuersignal auf Grundlage von Eingängen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, dem Sollantriebsmoment.
Das Abgasmodul 112 erzeugt das SAP-Steuersignal 130 und bestimmt, ob eine Regeneration des PM-Filters 64 ausgeführt werden soll. Das Abgasmodul 112 kann auch die Temperatur des PM-Filters 64 schätzen. Das Abgasmodul 112 kommuniziert mit dem Verbrennungsmodul 110 und arbeitet mit dem Verbrennungsmodul 110 zusammen, um den PM-Filter 64 zu regenerieren, indem die Verbrennung in dem katalytischen Wandler 62 gesteuert wird. Das Abgasmodul 112 kann ein oder mehrere Module zur Erzeugung der verschiedenen Steuersignale enthalten. Bei dem vorliegenden Beispiel weist das Abgasmodul 112 ein Regenerationsmodul (RM) 150, ein Sekundärluftmodul (SAM) 152 und ein Temperaturmodul (TM) 154 auf.
Das RM 150 bestimmt, ob eine Regeneration des PM-Filters 64 ausgeführt werden soll, und weist, wenn eine Regeneration ausgeführt werden soll, die verschiedenen Module des ECM 34 bezüglich des Beginns und des Endes der Regeneration an. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf bestimmte Verfahren zur Bestimmung beschränkt, ob eine Regeneration ausgeführt werden soll und wann die Regeneration beginnen und enden soll. Beispielsweise kann das RM 150 auf Grundlage von Steuerparametern, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, einem Druckabfall über dem PM-Filter 64 und/oder einer verstrichenen Zeit, seit der PM-Filter 64 das letzte Mal regeneriert wurde, bestimmen, ob eine Regeneration ausgeführt werden soll. Das RM 150 kann eine Regeneration beenden, wenn eine verstrichene Zeitdauer, die der PM-Filter 64 oberhalb seiner Regenerationstemperatur betrieben wurde, eine vorbestimmte Periode überschreitet.
Das SAM 152 erzeugt das SAP-Steuersignal und steuert dadurch den zeitlichen Verlauf, die MAF-Rate und die Menge an Sekundärluft, die an das Abgas geliefert wird. Das SAM 152 kann das SAP-Steuersignal auf Grundlage verschiedener Eingänge erzeugen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, der Anweisungen, die durch das RM 150 erzeugt werden, und einer geschätzten Temperatur des PM-Filters 64. Das SAM 152 kann die MAF-Rate und die Menge an Sekundärluft, die an das Abgas geliefert wird, durch Modulation der an die SAP 66 gelieferten Leistung variieren.
Das TM 154 schätzt die Temperatur des PM-Filters 64. Allgemein ist die vorliegende Offenbarung nicht auf ein bestimmtes Verfahren zum Schätzen der Temperatur des PM-Filters 64 beschränkt. Beispielsweise kann das TM 154 die Temperatur des PM-Filters 64 auf Grundlage einer Temperatur, die durch einen Temperatursensor erfasst wird, der mit dem PM-Filter 64 gekoppelt ist, und/oder auf Grundlage einer Drehzahl der Maschine und eines geschätzten Maschinendrehmomentausgangs schätzen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das TM 154 ferner die Temperatur auf Grundlage der MAF-Rate der durch die SAP 66 gelieferten Sekundärluft und des Nach-Katalysator-Sauerstoffgehalts während der Regeneration schätzen.
Mit besonderem Bezug auf 3 wird nun der Betrieb des Steuersystems 100 und insbesondere des ECM 34 gemäß der vorliegenden Offenbarung detaillierter beschrieben. 3 ist ein Diagramm eines A/F-Verhältnisses entlang einer vertikalen Achse 200 in Abhängigkeit der Zeit entlang einer horizontalen Achse 202. 3 umfasst eine erste Aufzeichnung des A/F-Verhältnisses innerhalb des Zylinders, die durch Bezugszeichen 204 bezeichnet ist, und eine zweite Aufzeichnung des A/F-Verhältnisses innerhalb des Katalysators, die durch Bezugszeichen 206 bezeichnet ist.
Zum Zeitpunkt 210 bestimmt das Abgasmodul 112, dass der PM-Filter 54 regeneriert werden sollte, und weist das Verbrennungsmodul 110 an, die Regeneration auszulösen. Beginnend bei Zeitpunkt 210 beginnt in Ansprechen auf die Anweisung das Verbrennungsmodul 110 eine Periode 212 mit fetter A/F-Gemisch, während der das Verbrennungsmodul 110 ein fettes A/F-Gemisch an den Zylinder 40 liefert. Das Verbrennungsmodul 110 beginnt die Periode 212 mit fettem A/F-Gemisch mit einer Kraftstoffsteuerperiode 214. Während der Kraftstoffregelperiode 214 senkt das Verbrennungsmodul 110 das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders auf das vorbestimmte A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders.
Das Verbrennungsmodul 110 senkt das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders, um die kombinierte Menge von HC und CO in dem Abgas auf eine Soll-Masse anzuheben. Allgemein ist die Soll-Masse eine kombinierte Masse von HC und CO, die bei Kombination mit einer Masse von Sekundärluft in dem Abgas in einem A/F-Gemisch innerhalb des Katalysators bei oder nahe dem stöchiometrischen A/F-Verhältnis des Abgasgemisches resultiert.
Bei dem vorliegenden Beispiel senkt das Verbrennungsmodul 110 das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders durch Erhöhung der Kraftstoffmasse, die während des Ansaughubes geliefert wird. Das Verbrennungsmodul 110 kann zusätzlichen Kraftstoff während des Abgashubes liefern, um die Menge an HC und CO in dem Abgas auf die Soll-Masse anzuheben. Zusätzlicher Kraftstoff kann während des Abgashubes geliefert werden, um unerwünscht geringe A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders se zu vermeiden, die ansonsten in einem unerwünschten Einfluss auf die Maschinenleistungsfähigkeit resultieren können. Das stöchiometrische A/F-Verhältnis ist durch Punkt 216 bezeichnet, und das vorbestimmte A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders ist durch Punkt 218 bezeichnet. Allgemein kann das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders bei oder nahe dem stöchiometrischen A/F-Verhältnis vor dem Zeitpunkt 210 liegen, wie gezeigt ist. Es sei jedoch angemerkt, dass das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders abhängig von den Betriebsbedingungen größer oder kleiner als das stöchiometrische A/F-Verhältnis sein kann. Beispielsweise kann das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders während Perioden der Fahrzeugbeschleunigung kleiner als das stöchiometrische A/F-Verhältnis sein. Das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders kann während Perioden der Fahrzeugverlangsamung und einem Ausrollen größer als das stöchiometrische A/F-Verhältnis sein.
Zum Zeitpunkt 220 beginnt das Abgasmodul 112 einer Periode 222 zur Lieferung von Sekundärluft an das Abgas zur Verbrennung der erhöhten Masse von HC und Co in dem katalytischen Wandler 62. Während der Luftlieferperiode 222 liefert das Abgasmodul 112 Luft durch Betrieb der SAP 66. Bei dem vorliegenden Beispiel beginnt das Abgasmodul 112 die Lieferung von Sekundärluft an das Abgas eine vorbestimmte Periode 224, nachdem das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders abgesenkt ist, bei Zeitpunkt 210. Die Periode 224 entspricht einer geschätzten Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, wenn das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders gesenkt ist, und dem Zeitpunkt, wenn das erhöhte HC und CO die Stelle in dem Abgassystem 22 erreichen, an der die SAP 66 die Sekundärluft liefert. Die Periode 224 berücksichtigt Verbrennungszyklusverzögerungen, die mit einer Beendigung der Ansaug-, Kompressions- und Abgashübe in Verbindung stehen, und Transportverzögerungen, die mit der Abgasströmung in dem Abgaskanal 50 und/oder dem Abgassystem 32 in Verbindung stehen.
Während der Luftlieferperiode 222 kann das Abgasmodul 112 die MAF-Rate von Sekundärluft, die geliefert wird, auf Grundlage der geschätzten Temperatur des PM-Filters 64 variieren. Beispielsweise kann die MAF-Rate der Sekundärluft erhöht sein, um die Temperatur des PM-Filters 64 zu erhöhen. Die MAF-Rate der Sekundärluft kann verringert sein, um die Temperatur des PM-Filters 64 zu reduzieren und ein Überhitzen des PM-Filters und/oder eine nicht gesteuerte PM-Verbrennung zu vermeiden.
Bei Variation der MAF-Rate der gelieferten Sekundärluft auf Grundlage der geschätzten Temperatur des PM-Filters 64 kann das Abgasmodul 112 die MAF-Raten von Sekundärluft, die über die Verrohrung 70 und/oder die Verrohrung 74 geliefert wird, selektiv variieren. Beispielsweise kann das Abgasmodul 112 die MAF-Rate von Sekundärluft, die über die Verrohrung 70 geliefert wird, erhöhen oder verringern, um die Rate, mit der Wärme durch Verbrennung in dem katalytischen Wandler 62 erzeugt wird, zu erhöhen bzw. zu verringern. Das Abgasmodul 112 kann die MAF-Rate von Sekundärluft, die über die Verrohrung 74 geliefert wird, erhöhen oder verringern, um die Rate der PM-Verbrennung innerhalb des PM-Filters 64 zu erhöhen bzw. zu verringern.
Beginnend bei Zeitpunkt 220 beginnt das Verbrennungsmodul 110 die Lieferung von Kraftstoff auf Grundlage der gegenwärtigen MAF-Rate von in die ICE 30 eintretender Ansaugluft und einer geschätzten MAF-Rate von Sekundärluft, die an das Abgas durch die SAP 66 geliefert wird. Genauer liefert das Verbrennungsmodul 110 eine Menge an Kraftstoff, die erforderlich ist, um die kombinierte Masse von HC und CO, die in dem Abgas erzeugt werden, bei der Soll-Masse beizubehalten. Auf Grundlage der erforderlichen Menge an Kraftstoff kann das Verbrennungsmodul 110 einen ersten Anteil des erforderlichen Kraftstoffes während des Ansaughubes und einen zweiten Anteil des erforderlichen Kraftstoffes während des Abgashubes liefern.
Zum Zeitpunkt 230 beendet das Verbrennungsmodul 110 die Kraftstoffsteuerperiode 214 und beginnt eine Periode 232 mit Kraftstoffregelung. Das Verbrennungsmodul 110 beginnt die Kraftstoffregelperiode 232 eine vorbestimmte Periode 234 nach Beginn der Lieferung von Sekundärluft zum Zeitpunkt 220. Die Periode 234 berücksichtigt eine erwartete Verzögerung, wenn der Nach-Katalysator-Sauerstoffsensor 84 Änderungen des Nach-Katalysator-Sauerstoffgehaltes erfasst, aufgrund der Verbrennung der erhöhten Mengen von HC und CO durch den katalytischen Wandler 62.
Während der Kraftstoffregelperiode 232 stellt das Verbrennungsmodul 110 das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders auf Grundlage des Nach-Katalysator-Sauerstoffgehaltes ein. Auf diese Art und Weise behält das Verbrennungsmodul 110 das A/F-Verhältnis innerhalb des Katalysators bei oder nahe dem stöchiometrischen A/F-Verhältnis des Abgasgemisches. Das Verbrennungsmodul 110 stellt das A/F-Verhältnis innerhalb des Zylinders durch Einstellen der gelieferten Menge an Kraftstoff ein. Genauer liefert die Steuerung eine erste Masse von Kraftstoff während eines vorliegenden Ansaughubes aufgrund einer zweiten Masse des Kraftstoffs, die während eines vorhergehenden Ansaughubes geliefert wird, und des Nach-Katalysator-Sauerstoffgehaltes. Auf Grundlage des eingestellten A/F-Verhältnisses innerhalb des Zylinders kann das Verbrennungsmodul ferner die Menge an Kraftstoff einstellen, die während des Ansaughubes und/oder des Abgashubes geliefert wird.
Die Regeneration des PM-Filters 64 beginnt zum Zeitpunkt 240. Die Regeneration beginnt, wenn Wärme, die durch die Verbrennung der erhöhten Mengen von HC und CO durch den katalytischen Wandler 62 erzeugt wird, die Temperatur des PM-Filters 64 über seine Regenerationstemperatur anhebt. Allgemein ist die Kraftstoffsteuerperiode 214 relativ kurz, und die Regeneration beginnt während der Kraftstoffregelperiode 232. Es sei jedoch angemerkt, dass bei verschiedenen Implementierungen die Regeneration während der Kraftstoffsteuerperiode 214 beginnen kann. Die Regeneration dauert für eine Periode 242 an, bis zum Zeitpunkt 250 das Abgasmodul 112 bestimmt, ob die Regeneration enden soll, und das Verbrennungsmodul 110 anweist, die Regeneration zu beenden. In Ansprechen auf die Anweisung zum Zeitpunkt 250 beendet das Verbrennungsmodul 110 die Periode mit fetter A/F und nimmt die normale Steuerung des A/F-Verhältnisses innerhalb des Zylinders wieder auf.
Mit besonderem Bezug auf 4 ist ein beispielhaftes Verfahren 300 zur Steuerung einer Maschine zur Regeneration eines PM-Filters gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Verfahren 300 kann in einem oder mehreren Steuermodulen eines Maschinensteuersystems implementiert sein, wie dem Maschinensteuersystem 100. Das Verfahren 300 kann während des Betriebs der Maschine periodisch betrieben werden. Ein Start des Verfahrens 300 ist mit 302 bezeichnet. Die Steuerung gemäß dem Verfahren 300 beginnt bei 304, wo die Steuerung bestimmt, ob der PM-Filter zu regenerieren ist. Wenn dies zutrifft, fährt die Steuerung dann mit 306 fort, ansonsten kehrt die Steuerung zurück, wie gezeigt ist.
Bei 306 beginnt die Steuerung die Lieferung eines fetten A/F-Gemisches an eine Brennkammer (beispielsweise Zylinder) der Maschine, wobei eine Periode mit fetter A/F-Gemisch begonnen wird. Während der Periode mit fetter A/F-Gemisch senkt die Steuerung ein A/F-Verhältnis der Brennkammer durch Erhöhung einer Menge an Kraftstoff, die an die Brennkammer zur Verbrennung geliefert wird. Die Steuerung senkt das A/F-Verhältnis der Brennkammer auf ein vorbestimmtes A/F-Verhältnis innerhalb der Kammer, das kleiner als ein stöchiometrisches A/F-Verhältnis des durch die Maschine verbrannten Kraftstoffes ist. Das A/F-Verhältnis innerhalb der Kammer basiert auf einer kombinierten Soll-Masse von HC und CO, die durch Verbrennung des Kraftstoffes erzeugt werden, und einer geschätzten Masse an Sekundärluft, die an das Abgas gemäß dem Verfahren 300 geliefert wird.
Die Steuerung fährt mit 308 fort, wo die Steuerung bestimmt, ob die Lieferung der Sekundärluft an das Abgas stromaufwärts eines katalytischen Wandlers begonnen werden soll. Wenn dies zutrifft, fährt die Steuerung mit 310 fort, ansonsten kehrt die Steuerung zurück, wie gezeigt ist. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Steuerung eine vorbestimmte Periode nach Beginn zur Lieferung des fetten A/F-Gemisches bei 306 abwarten, bevor mit 310 fortgefahren wird. Bei anderen Implementierungen kann die Steuerung bei 310 zum selben Zeitpunkt, wie die Periode mit fettem A/F-Gemisch bei 306 beginnt, fortfahren.
Bei 310 beginnt die Steuerung die Lieferung der Sekundärluft an das Abgas stromaufwärts des katalytischen Wandlers, wobei eine Periode mit Sekundärluftlieferung begonnen wird. Während der Sekundärluftlieferperiode kann die Steuerung die MAF-Rate der gelieferten Sekundärluft erhöhen, um die Rate zu erhöhen, mit der Wärme durch Verbrennung des HC und CO in dem katalytischen Wandler erzeugt wird. Die Steuerung kann auch die MAF-Rate der gelieferten Sekundärluft senken, um die Rate zu verringern, mit der Wärme durch Verbrennung erzeugt wird, um ein Überhitzen des PM-Filters und/oder eine ungesteuerte Verbrennung von PM in dem PM-Filter zu vermeiden.
Bei 312 bestimmt die Steuerung, ob die Steuerperiode enden und eine Regelperiode zum Regeln des A/F-Verhältnisses innerhalb der Kammer beginnen soll. Wenn dies zutrifft, fährt die Steuerung dann mit 314 fort, ansonsten kehrt die Steuerung zurück, wie gezeigt ist.
Bei 314 beginnt die Steuerung die Einstellung des A/F-Verhältnisses innerhalb des Zylinders durch Einstellen der Menge an Kraftstoff, die an die Brennkammer geliefert wird, auf Grundlage eines Nach-Katalysator-Sauerstoffgehaltes des Abgases. Durch Einstellen der Menge von Kraftstoff, die auf Grundlage des Nach-Sauerstoffgehaltes geliefert wird, hält die Steuerung ein Verhältnis der Luftmasse zu der kombinierten Masse von HC und CO in dem Abgas bei oder nahe einem stöchiometrischen A/F-Verhältnis des Abgasgemisches.
Bei 316 bestimmt die Steuerung, ob die Regeneration des PM-Filters enden soll. Wenn dies zutrifft, dann endet die Steuerung gemäß dem Verfahren 300, ansonsten kehrt die Steuerung zurück, wie gezeigt ist. Ein Ende des Verfahrens ist mit 318 angegeben.
Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert sein. Daher sei, während diese Offenbarung bestimmte Beispiele aufweist, 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

Steuersystem für eine Maschine, umfassend: ein Abgasmodul, das während der Regeneration eines Partikelmaterial-(PM-)Filters, der stromabwärts eines katalytischen Wandlers angeordnet ist, eine erste Luftmassenströmung (MAF) an durch die Maschine erzeugtes Abgas stromaufwärts des katalytischen Wandlers liefert; und ein Verbrennungsmodul, das während der Regeneration: eine erste Menge an Kraftstoff an einen Zylinder während eines Ansaughubes auf Grundlage des ersten MAF und eines zweiten MAF an den Zylinder während des Ansaughubes liefert; und eine zweite Menge an Kraftstoff an den Zylinder während eines nachfolgenden Ansaughubes auf Grundlage eines ersten Luft/Kraftstoff(A/F-)Verhältnisses des Zylinders und eines Sauerstoffgehaltes des Abgases stromabwärts des katalytischen Wandlers liefert.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungsmodul ferner die erste Menge an Kraftstoff auf Grundlage einer Soll-Menge an Abgasbestandteilen des Abgases stromaufwärts des katalytischen Wandlers liefert, wobei die Abgasbestandteile Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid aufweisen.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungsmodul ferner die erste Menge an Kraftstoff auf Grundlage eines Soll-A/F-Verhältnisses des Abgases stromaufwärts des katalytischen Wandlers liefert.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Abgasmodul eine Lieferung des ersten MAF nach dem Ansaughub und vor dem nachfolgenden Ansaughub beginnt.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der erste MAF auf einer Temperatur des PM-Filters basiert.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Abgasmodul den ersten MAF durch Betrieb einer Luftpumpe in Fluidkommunikation mit dem Abgas liefert.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der erste MAF an einen Abgaskanal des Zylinders geliefert wird.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Abgasmodul einen dritten MAF an das Abgas zwischen dem katalytischen Wandler und dem PM-Filter selektiv liefert.
Steuersystem nach Anspruch 8, wobei der dritte MAF auf einer Temperatur des PM-Filters basiert.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoff Benzin ist.