DE102012202971A1

DE102012202971A1 - Verfahren zur Steuerung eines Dieselmotorsystems

Info

Publication number: DE102012202971A1
Application number: DE102012202971A
Authority: DE
Inventors: Romain Demory
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2012-09-06
Also published as: RU2012107678A; CN102654074B; GB201103596D0; RU2600818C2; CN102654074A; US20120226429A1; US9151230B2; GB2488761A; GB2488761B

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Dieselmotors 6 offenbart, bei dem der Dieselmotor 6 dahingehend gesteuert wird, weniger Ruß zu erzeugen, wenn der Betriebszustand eines zugehörigen Abgasreinigungssystems, wie zum Beispiel eines Dieselpartikelfilters 7, oder die Menge einer Verunreinigung, wie zum Beispiel Kraftstoff oder Ruß, im Öl, das zur Schmierung des Dieselmotors 6 verwendet wird, vorbestimmte jeweilige Grenzen überschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung eines Dieselmotors und insbesondere die Steuerung solch eines Motors zur gezielten Reduzierung der Erzeugung von Ruß durch den Motor.
Es ist wohlbekannt, dass bei Empfang einer plötzlichen Anforderung nach erhöhtem Drehmoment durch einen Dieselmotor aufgrund von falscher Kraftstoffzufuhr zum Motor eine große Rußmenge durch den Motor erzeugt wird. Das heißt, es ist eine spezielle Kraftstoffmenge erforderlich, um dem angeforderten Drehmoment zu entsprechen, aber die Menge von angesaugter Luft ist aufgrund der geringen Anfangsdrehzahl des Motors anfänglich geringer als die zur effizienten Verbrennung dieses Kraftstoffvolumens erforderliche. Diese falsche Kraftstoffzufuhr ist die Erzeugung von Ruß vom Motor aufgrund der ineffizienten und nicht vollständigen Verbrennung, die stattfindet.
Diese falsche Kraftstoffzufuhr ist in mehreren Hinsichten von Nachteil:

– erstens, Kraftstoff wird verschwendet und deshalb wird die Kraftstoffökonomie des Motors reduziert;
– zweitens, es werden unnötige Emissionen erzeugt, darunter die oben als Ruß bezeichneten;
– drittens, zu starke Kraftstoffzufuhr erzeugt nicht verbrannten Kraftstoff im Motor, der in das Schmieröl absorbiert wird; und
– viertens, der erzeugte Ruß füllt schnell jeden Partikelfilter, der zum Entfernen des Rußes aus den Abgasen des Motors vorgesehen ist.

Es ist bekannt, die Rußmenge, die während solch eines instationären Ereignisses erzeugt wird, zu begrenzen, indem das von dem Motor bereitzustellende Solldrehmoment geändert wird. Es wird jedoch immer noch eine relativ große Rußmenge erzeugt, da das Hauptziel darin besteht, den Verlust an potentieller Drehmomentabgabe, die von dem Motor erhalten werden kann, auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Kraftstoff- oder Rußmenge in dem Schmieröl eines Motors ist von Bedeutung, da eine große Kraftstoff- oder Rußmenge im Öl die Schmiereigenschaften des Öls reduziert. Wenn die Kraftstoffmenge im Öl sehr groß wird, kann des Weiteren dieses hohe Kraftstoffniveau im Öl zu einem Durchgehen des Motors führen, wenn das hochbrennbare Kraftstoff-/Ölgemisch über ein Motorentlüftungssystem in den Motor zurück gesaugt wird.
Die Rußbeladung eines Dieselpartikelfilters (DPF) ist für den effizienten Betrieb eines Dieselmotors wichtig, da der Gegendruck des Motors mit Füllen des DPF mit Ruß ansteigt und somit die Drehmomentabgabe, die von dem Motor erhalten werden kann, dazu neigt, abzufallen. Deshalb ist wohlbekannt, einen DPF durch Verbrennen des darin gespeicherten Rußes regelmäßig zu regenerieren. Dazu wird gewöhnlich Kraftstoff spät im Verbrennungszyklus in den Motor eingespritzt, so dass sich nicht verbrannter Kraftstoff zu dem DPF bewegt, wo er in einem stromaufwärtigen Katalysator selbstzündet, bevor er in den DPF eintritt, und die Abgase mit einer erhöhten Temperatur in den DPF eintreten und den Ruß verbrennen.
Dieser Vorgang ist jedoch mit zwei Hauptnachteilen verbunden:
erstens, Kraftstoff wird für die Regeneration des DPF verschwendet; und
zweitens, die späte Einspritzung des Kraftstoffs führt oftmals dazu, dass nicht verbrannter Kraftstoff gegen die Zylinderwand des Motors prallt, wo er leicht in das Öl absorbiert wird, wodurch die Kraftstoffmenge im Öl zunimmt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Rußerzeugung des Dieselmotors adaptiv zu reduzieren, um die Zeitdauern zwischen DPF-Regenerationsereignissen zu verlängern und dadurch die während der Lebensdauer des Dieselmotors für diese Ereignisse verwendete Kraftstoffmenge zu reduzieren.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Motorsystems mit einem Dieselmotor bereitgestellt, das adaptives Ändern des Betriebs des Motors zur Steuerung der Rußerzeugung durch den Motor auf Grundlage des Zustands mindestens eines durch Ruß beeinflussten Parameters des Motorsystems umfasst.
Das Motorsystem kann mindestens ein Abgasreinigungssystem und Öl zur Schmierung des Motors enthalten, und der Zustand des mindestens einen durch Ruß beeinflussten Parameters kann der Istzustand eines Abgasreinigungssystems und/oder der Istzustand des Schmieröls des Motors sein.
Der Betrieb des Motors kann dahingehend gesteuert werden, den durch den Motor erzeugten Ruß zu reduzieren, wenn der Istzustand des Abgasreinigungssystems eine vorbestimmte Grenze überschreitet.
Der Betrieb des Motors kann dahingehend gesteuert werden, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Istzustand des Abgasreinigungssystems und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Das Abgasreinigungssystem kann ein Dieselpartikelfilter sein, der Istzustand des Abgasreinigungssystems kann eine Rußbeladung des Dieselpartikelfilters sein und der Betrieb des Motors kann dahingehend gesteuert werden, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Rußbeladung im Dieselpartikelfilter und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Das Abgasreinigungssystem kann ein Dieselpartikelfiltersystem mit einem in einem Additivbehälter gespeicherten Additivvorrat sein, der Istzustand des Abgasreinigungssystems kann die Additivmenge im Behälter sein und der Betrieb des Motors kann dahingehend gesteuert werden, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Additivmenge im Behälter und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Der Betrieb des Motors kann zwischen einer oberen und einer unteren Rußerzeugungsgrenze gesteuert werden.
Der Istzustand des Öls kann die Verunreinigungsmenge im Öl sein.
Der Betrieb des Motors kann dahingehend gesteuert werden, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Verunreinigungsmenge im Schmieröl des Motors und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Die Verunreinigungsmenge im Schmieröl kann ein Verhältnis von Verunreinigung zu Öl sein.
Die Verunreinigung kann Kraftstoff im Öl sein oder kann Ruß im Öl sein.
Der Betrieb des Motors kann auf Grundlage des Istzustands eines Abgasreinigungssystems und des Istzustands des Schmieröls des Motors gesteuert werden.
Das Verfahren umfasst Steuern des Motors während einer instationären Betriebsphase des Motors zur Reduzierung von Rußerzeugung.
Als Alternative dazu kann das Verfahren Steuern des Motors während einer stationären Laufphase des Motorbetriebs zur Reduzierung der Rußerzeugung sein.
Als noch eine weitere Alternative kann das Verfahren Steuern des Motors während einer instationären Betriebsphase des Motors und während einer stationären Laufphase zur Reduzierung von Rußerzeugung sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Motorsystems mit einem Dieselmotor bereitgestellt, wobei die Vorrichtung dahingehend betrieben werden kann, den Betrieb des Motors adaptiv zu ändern, um die Rußerzeugung durch den Motor auf Grundlage des Zustands mindestens eines durch Ruß beeinflussten Parameters des Motorsystems zu steuern.
Die Vorrichtung kann eine Rußverwaltungseinheit und eine Motorsteuereinheit umfassen.
Des Weiteren kann das Motorsystem Öl zur Schmierung des Motors und mindestens ein Abgasreinigungssystem enthalten, und der Zustand des mindestens einen durch Ruß beeinflussten Parameters kann ein Istbetriebszustand des mindestens einen Abgasreinigungssystems und/oder der Istzustand des Schmieröls des Motors sein.
Die Vorrichtung kann den Betrieb des Motors dahingehend steuern, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Istzustand des Abgasreinigungssystems und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Die Vorrichtung kann dahingehend betreibbar sein, die Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren, wenn der Istzustand des Abgasreinigungssystems eine vorbestimmte Grenze überschreitet.
Das mindestens eine Abgasreinigungssystem kann ein Dieselpartikelfilter sein, der Istzustand des Abgasreinigungssystems kann eine Rußbeladung des Dieselpartikelfilters sein und die Vorrichtung kann den Motor dahingehend steuern, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Rußbeladung im Dieselpartikelfilter und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Das Abgasreinigungssystem kann ein Dieselpartikelfiltersystem mit einem in einem Additivbehälter gespeicherten Additivvorrat sein und die Vorrichtung kann den Motor dahingehend steuern, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Additivmenge im Behälter und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Der Istzustand des Öls kann die Verunreinigungsmenge im Öl sein. Die Vorrichtung kann den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Verunreinigungsmenge im Schmieröl des Motors und der Rußerzeugung vom Motor reduzieren.
Die Verunreinigungsmenge im Schmieröl kann ein Verhältnis von Verunreinigung zu Öl sein.
Die Verunreinigung kann Kraftstoff im Öl oder Ruß im Öl sein. Die Vorrichtung kann den Motor auf Grundlage des Istzustands eines Abgasreinigungssystems und des Istzustands des Schmieröls des Motors steuern.
Die Vorrichtung kann den Motor während einer instationären Betriebsphase des Motors zur Reduzierung von Rußerzeugung steuern.
Als Alternative dazu kann die Vorrichtung den Motor während einer stationären Laufphase des Motorbetriebs zur Reduzierung der Rußerzeugung steuern.
Als noch eine weitere Alternative kann die Vorrichtung den Motor während einer instationären Betriebsphase des Motors und während einer stationären Laufphase zur Reduzierung von Rußerzeugung steuern.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben; darin zeigen:
1 ein Schemadiagramm einer Steuervorrichtung für einen Dieselmotor gemäß einem Aspekt der Erfindung;
2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Drehmoment und Zeit für ein instationäres Ereignis zeigt;
3 ein Diagramm, das für einen Betriebszustand des Dieselmotors eine Beziehung zwischen zulässigem Drehmoment und Rußbeladung in einem Dieselpartikelfilter zeigt;
4 ein detailliertes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Dieselmotors während eines instationären Ereignisses gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
5 ein Schemadiagramm einer Vorrichtung zur Steuerung des durch den Motor erzeugten Rußes während stationären Laufs; und
6 ein detailliertes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Dieselmotors während stationären Laufs.
Unter besonderer Bezugnahme auf 1 wird eine Vorrichtung 1 zur Steuerung eines Dieselmotors 6 gezeigt, der Teil eines Dieselmotorsystems 5 bildet, welches auch einen Dieselpartikelfilter 7 enthält, der zur Aufnahme eines Abgasstroms vom Motor 6 angeordnet und dahingehend betreibbar ist, durch den Motor 6 erzeugten Ruß aus dem dort hindurch strömenden Abgas herauszufiltern.
Die Vorrichtung 1 enthält ein Fahrerdrehmomentanforderungsmittel 10, eine Rußverwaltungseinheit 11 und eine Motorsteuereinheit 12.
In diesem Fall liegt das Fahrerdrehmomentanforderungsmittel 10 in Form eines Fahrpedals und Pedalsensors vor, der eine die Position des Fahrpedals anzeigende Ausgabe bereitstellt. Die Sensorausgabe wird der Rußverwaltungseinheit 11 zugeführt, die dazu angeordnet ist, der Motorsteuereinheit 12 eine ein zulässiges Drehmoment anzeigende Ausgabe zuzuführen. Es versteht sich, dass die Rußverwaltungseinheit 11 und die Motorsteuereinheit 12 als Teil einer elektronischen Hauptsteuerung ausgebildet sein könnten und nicht getrennte Einheiten sein müssen.
Die Rußverwaltungseinheit 11 empfängt vom Dieselmotorsystem 5 Informationen über den Betriebszustand des Dieselmotorsystems, wie zum Beispiel die Istdrehzahl des Motors 6, wie durch den Pfeil 14 gezeigt. Die Informationen 14 können auch Informationen über die Kraftstoffmenge im Öl (FIO – fuel in the oil), die Rußbeladung des Dieselpartikelfilters (DPF) 7, den Massenluftstrom (MAF – mass airflow) in den Motor 6 und das Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis enthalten. Als Alternative dazu kann ein Teil der Informationen in der Rußverwaltungseinheit 11 als geschätzte Werte erzeugt werden.
Die Motorsteuereinheit 12 empfängt vom Dieselmotorsystem 5 Informationen über den Betriebszustand des Dieselmotorsystems 5, wie zum Beispiel die Istdrehzahl des Motors 6, die Drehposition des Motors 6 bezüglich des oberen Totpunkts oder des unteren Totpunkts, den Massenluftstrom (MAF) in den Motor 6 und das Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wie durch Pfeil 13 gezeigt.
Die empfangenen Informationen 13 werden von der Motorsteuereinheit 12 dazu verwendet, den Betrieb des Motors 6 durch Steuerung der Kraftstoffzufuhr in den Motor 6 hinsichtlich des einzuspritzenden Kraftstoffvolumens, der Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und in einigen Fällen der zu verwendenden Anzahl von Einspritzungen und anderer Motorbetriebsparameter, wie zum Beispiel des Ausmaßes der Abgasrückführung, des Luftmassenstroms und des Lufladungsdrucks im Falle eines aufgeladenen Motors zu steuern. Die Motorsteuereinheit 12 wirkt dahingehend, den Motor 6 mit Kraftstoff zu versorgen und diese anderen Motorbetriebsparameter angemessen zu steuern, um der zulässigen Drehmomentanforderung und der von der Rußverwaltungseinheit 11 empfangenen Rußemissionsgrenze zu entsprechen.
Die Rußverwaltungseinheit 11 ist dazu programmiert, das in 4 dargestellte Verfahren durchzuführen und ist allgemein ausgedrückt dahingehend betreibbar, die Höhe des zulässigen Drehmoments zu reduzieren, wenn entweder die Rußbeladung des DPF 7 eine vorbestimmte Höhe übersteigt oder wenn die Kraftstoffmenge im Schmieröl eine vorbestimmte Höhe übersteigt. Es versteht sich, dass die Rußverwaltungseinheit 11 als Alternative auch dazu angeordnet sein könnte, ein höheres Ausmaß an Rußerzeugung zu gestatten, wenn die Rußbeladung des DPF 7 unter einer vorbestimmten Höhe liegt und die Kraftstoffmenge im Schmieröl unter einer vorbestimmten Höhe liegt. In beiden Fällen kann die Rußverwaltungseinheit 11 dahingehend betrieben werden, den Betrieb des Motors 6 während einer instationären Betriebsphase adaptiv zu ändern, um die Rußerzeugung durch den Motor 6 auf Grundlage der Rußbeladung des DPF 7 und/oder der Kraftstoffmenge im Schmieröl des Motors 6 zu steuern.
Nunmehr auf die 2 bis 4 Bezug nehmend, wird das zur Steuerung der Rußerzeugung verwendete Verfahren ausführlich beschrieben.
Das Verfahren beginnt bei Schritt 100, der bei einem an einem Fahrzeug angebrachten Dieselmotor ein Schlüssel-eingeschaltet-(key-on-)Ereignis ist. Dann geht das Verfahren auf Schritt 110 über, in dem die Ist-DPF-Beladung und die Ist-Kraftstoffmenge im Schmieröl bestimmt werden.
Die Kraftstoffmenge im Öl kann als ein Verhältnis von Kraftstoff zu Öl ausgedrückt werden, oder sie kann als ein Kraftstoffvolumen oder eine Kraftstoffmasse ausgedrückt werden. Ebenso kann die DPF-Beladungsgrenze als eine Rußmasse, ein Rußvolumen, ein Wert des Abgasdrucks oder ein Verhältnis von Ruß zu Gesamtrußspeicherkapazität ausgedrückt werden.
Die Bestimmung der Ist-DPF-Beladung und der Ist-Kraftstoffmenge im Schmieröl kann durch von (nicht gezeigten) Sensoren, die dem Dieselmotorsystem 5 zugeordnet sind, wie zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, einem Ölviskositätssensor, einem Öltemperatursensor, einem Abgasdrucksensor, die stromaufwärts des DPF 7 positioniert sind und Teil der Informationen 14 bilden, empfangene Messungen direkt erhalten werden. Als Alternative dazu kann die Bestimmung der Ist-DPF-Beladung und der Ist-Kraftstoffmenge im Schmieröl durch Schätzungstechniken auf Grundlage des bekannten Tastverhältnisses und der Laufzeit des Motors 6 erhalten werden. Solche Schätzungen können in Form von Daten vorliegen, die in Form einer oder mehrerer Nachschlagetabellen, die DPF-Beladung und die Kraftstoffmenge im Schmieröl gegen Funktionen des Motorbetriebs, wie zum Beispiel der Gesamtlaufzeit, angeben, gespeichert sind. Die Rußmenge im DPF 7 kann zum Beispiel durch Verwenden einer momentanen Rußemissionsrate, die von einer Nachschlagetabelle erhalten wird, und dann Integrieren der erhaltenen Ergebnisse im Zeitverlauf geschätzt werden.
Dann geht das Verfahren auf Schritt 120 über, bei dem die bestimmte Ist-Kraftstoffmenge im Öl mit einer vorbestimmten Grenze verglichen wird. In dem in 4 gezeigten Beispiel erfolgt dies durch Vergleich des Ist-FIO-Verhältnisses mit einem vorbestimmten Verhältnis, wie zum Beispiel (0,1), und wenn das Ist-FIO-Verhältnis größer als 0,1 ist, zweigt das Verfahren zu Schritt 200 ab, ansonsten geht es zu Schritt 130 weiter. Das FIO-Verhältnis könnte ein Wert im Bereich von 0,06 bis 0,15 sein.
In Schritt 130 wird die Ist-DPF-Beladung mit einer vorbestimmten DPF-Beladungsgrenze verglichen. Wenn der Istwert der DPF-Beladung größer als diese Grenze ist, dann zweigt das Verfahren unabhängig von dem für Vergleichszwecke verwendeten Messgrößenwert zu Schritt 200 ab, ansonsten geht es auf Schritt 140 über.
In Schritt 140 wird eine normale Rußerzeugungsgrenze gewählt. Das normale Rußerzeugungsausmaß ist das maximale Ausmaß zulässiger Rußerzeugung, das auch die maximale Höhe des zulässigen Drehmoments vom Motor 6 erzeugt, das heißt, ein Ausmaß, das Drehmomentabgabe optimiert, ohne ein inakzeptabel hohes Ausmaß an Rußerzeugung zu erzeugen.
Kurz auf 2 Bezug nehmend, in der DT eine Linie ist, die eine plötzliche Anforderung nach erhöhtem Drehmoment vom Motor 6 zeigt, stellt die Linie PT diese normale maximale Höhe an zulässigem Drehmoment dar.
Dann geht das Verfahren auf Schritt 300 über, wo es bestimmt, ob ein Schlüssel-ausgeschaltet-Ereignis aufgetreten ist, wenn ein Schlüssel-ausgeschaltet-Ereignis aufgetreten ist, dann endet das Verfahren bei Schritt 500, ansonsten kehrt es zu Schritt 110 zurück und das Verfahren wird wiederholt.
Nunmehr wieder auf Schritt 200 Bezug nehmend, wird eine modifizierte Rußerzeugungsgrenze gewählt. Diese Rußerzeugungsgrenze ist niedriger als das normale Ausmaß, da das Ziel darin besteht, Rußerzeugung zu reduzieren, um die Füllrate des DPF 7 zu reduzieren und dadurch die Zeitdauer zwischen Regenerationsereignissen zu verlängern und des Weiteren die Rate, mit der Kraftstoff dem Schmieröl hinzugefügt wird, zu reduzieren.
Bei einer Modifikation des Verfahrens, die in 4 nicht gezeigt wird, kann eine Anzeige für einen Bediener des Motors 6 bereitgestellt werden, wenn die Höhe der FIO die FIO-Grenze übersteigt. Dies könnte über eine einfache Anzeigelampe oder über eine alphanumerische Anzeige, die anzeigt, dass ein Ölwechsel erforderlich ist, erfolgen.
Weiter auf Schritt 200 Bezug nehmend, könnte die modifizierte Rußgrenze (die zulässige Drehmomentabgabe) ein einziger Wert sein oder sie könnte ein variabler Wert auf Grundlage der Ist-Rußbeladung des DPF 7 sein. In beiden Fällen gibt es eine Untergrenze, unter der keine weitere Reduzierung möglich ist. Die Untergrenze, die durch die Linie PTmin in 2 gezeigt wird, wird so gewählt, dass die Drehmomentabgabe des Motors 6 nicht so stark beeinträchtigt wird, dass der Motor 6 die erwarteten Aufgaben nicht mehr erfüllen kann. Zum Beispiel sollte das Kraftfahrzeug im Falle eines mit dem Motor 6 versehenen Kraftfahrzeugs in der Lage sein, auf einer Steigung aus dem Stillstand anzufahren, ausreichend Drehmoment für Überholzwecke haben und der Motor 6 sollte während eines normalen Starts aus dem Ruhezustand nicht leicht absterben.
3 zeigt, wie die zulässige Drehmomentabgabe des Motors 6 für einen einzigen Betriebszustand des Motors 6 auf Grundlage der Beladung des DPF 7 variieren könnte. Das zulässige Drehmoment kann auf seinem maximalen Wert PTmax bleiben, wenn die DPF-Beladung gering ist. PTmax entspricht der Linie PT in 2.
Wenn die Beladung des DPF 7 die DPF-Grenze übersteigt, dann wird das zulässige Drehmoment allmählich reduziert, bis auf einer bestimmten Beladungshöhe die zulässige Drehmomenthöhe die Mindesthöhe, wie durch PTmin in den 2 und 3 gezeigt, erreicht. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist für einen Motor mit einer maximalen Drehmomentabgabe von 400 NM PTmax 300 NM und PTmin ist 200 NM für den in 3 gezeigten Betriebszustand.
Obgleich in 3 diese Beziehung zwischen der Ober- und der Untergrenze des zulässigen Drehmoments (PTmax und PTmin) linear ist, versteht sich, dass auch eine andere nicht lineare Beziehung verwendet werden könnte.
Es versteht sich, dass ein ähnlicher variabler Lösungsansatz bezüglich der Kraftstoffmenge im Öl verwendet werden könnte, wobei in diesem Fall dann die Achse Ruß im DPF von 3 durch eine Achse Kraftstoff in Öl ersetzt werden würde. Als Alternative dazu könnte die FIO-Grenze so hoch eingestellt werden, dass, sobald sie überschritten wird, immer die Untergrenze des zulässigen Drehmoments PTmin verwendet wird.
Nach Beendigung von Schritt 200 geht das Verfahren auf Schritt 300 über. In Schritt 300 wird bestimmt, ob ein Schlüssel-ausgeschaltet-Ereignis aufgetreten ist, und wenn dies der Fall ist, dann endet das Verfahren bei Schritt 500, ansonsten kehrt es zu Schritt 110 zurück, und dann wird das Verfahren wiederholt.
Obgleich das oben beschriebene Verfahren die Kraftstoffmenge im Öl als einen der Tests zur Bestimmung, wann die Rußerzeugung reduziert werden muss, verwendet, versteht sich, dass der Istzustand des Öls unter Verwendung eines anderen Parameters einer ölbasierenden Verunreinigung als eine Alternative zu oder in Kombination mit der FIO-Höhe abgeleitet werden könnte.
Wenn die andere Verunreinigung Ruß ist, dann könnte zum Beispiel die Rußmenge im Öl (SIO – soot in oil) geschätzt oder gemessen werden und statt der FIO verwendet werden, oder es könnten diese beiden Parameter verwendet werden. Die Messung der Rußmenge in Öl ist zum Beispiel aus der US-PS 7 830509 und EP-A-1500924 wohlbekannt. Als eine Alternative für solche Techniken der direkten Messung könnte die Rußmenge auf Grundlage des bekannten Betriebszustands des Motors über Zeit geschätzt werden. Große Rußmengen im Öl sind nachteilig, da sie die Schmiereigenschaften des Öls reduzieren und in einigen Fällen kleine Ölzuläufe oder Versorgungskanäle verstopfen können.
Deshalb könnte der Test in Schritt 120 von 4 sein: Ist SIO > SIO-Grenze?, und wenn dies der Fall ist, auf Schritt 200 übergehen, und wenn nicht, auf Schritt 130 übergehen.
Als Alternative könnte bei Verwendung beider Tests in Schritt 120 der Test sein: Ist FIO > FIO-Grenze? ODER ist SIO > SIO-Grenze?, und wenn einer der beiden Tests erfüllt wird, dann auf Schritt 200 übergehen, und wenn keiner der Tests erfüllt wird, dann auf Schritt 130 übergehen.
Des Weiteren ist oben der Test für den Zustand eines Abgasreinigungssystems, der in Schritt 130 angeführt wird, als der Zustand des DPF hinsichtlich der Rußbeladung des DPF beschrieben worden, er könnte sich jedoch auch auf eine andere Form von Abgasreinigungssystem beziehen, wie zum Beispiel ein DPF-Additivsystem mit einem Behälter, der Additiv enthält, das zur Verbesserung der Regeneration des DPF verwendet wird.
Das Additiv könnte dem Kraftstoff aus dem Behälter, wie zum Beispiel in der US-PS 5 195 466 , dem Abgasstrom stromaufwärts des DPF oder direkt dem DPF auf einer Einlassseite zugesetzt werden. Es versteht sich, dass je öfter der DPF regeneriert werden muss, desto mehr Additiv verwendet wird, und deshalb ist es wünschenswert, die Rußerzeugung zu reduzieren, wenn das verwendete Additiv eine vorbestimmte Menge übersteigt, um die Zeitdauer, bevor der Behälter gefüllt werden muss, zu verlängern. Wenn die Zeitdauern zwischen Regenerationsereignissen verlängert wird, dann kann des Weiteren die Additivmenge, die am Fahrzeug gespeichert werden muss, potentiell reduziert werden, wodurch die Verwendung eines kleineren Behälters gestattet wird.
In solch einem Fall der Verwendung von Additiv ist der Zustand des Abgasreinigungssystems die Additivmenge, die aus dem Behälter verwendet worden ist, oder die Additivmenge, die im Behälter verbleibt. Wenn die verwendete Additivmenge eine vorbestimmte Grenze übersteigt, dann muss deshalb die Rußerzeugung vom Motor reduziert werden, um die Regenerationsfrequenz zu reduzieren und somit Additiv zu sparen. Deshalb würde Schritt 130 testen, ob die Verwendung von Additiv aus dem Behälter die Grenze übersteigt, und wenn dies der Fall ist, auf Schritt 200 übergehen und wenn dies aber nicht der Fall ist, auf Schritt 140 übergehen.
Des Weiteren könnte der Test in Schritt 130 ein Mehrfachtest des Zustands des Abgasreinigungssystems sein, so dass für einen Motor mit einem DPF mit einem Additivsystem der Test in Schritt 130 wie folgt sein würde:
Ist die Rußbeladung des DPF > DPF-Rußgrenze? ODER
Ist das verwendete Additiv > Additivverwendungsgrenze? und
wenn eine dieser Grenzen überschritten wird, zweigt das Verfahren zu Schritt 200 ab, geht aber ansonsten auf Schritt 140 über.
Deshalb wird kurz gefasst gemäß einer oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren der Frequenz der DPF-Regeneration und Reduzieren der Rate, mit der Kraftstoff/Ruß in das Schmieröl des Motors absorbiert wird, durch adaptives Ändern der Erzeugung von durch den Motor erzeugtem Ruß während eines instationären Ereignisses bereitgestellt.
Das Reduzieren von Ruß während solcher instationären Ereignisse ist besonders relevant, da aufgrund der Schwierigkeit der genauen Abstimmung der Steuerung des Motors auf die stattfindende tatsächliche Verbrennung eine höhere Wahrscheinlichkeit einer starken Rußerzeugung während solcher Ereignisse besteht.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann mit Erhöhung des Ausmaßes der Rußbeladung im DPF oder der Menge von verwendetem Additiv die Rußmenge, die durch den Motor erzeugt werden kann, verringert werden, um die zu dem DPF geleitete Rußmenge zu verringern. Bei einer alternativen Ausführungsform kann, sobald die Rußbeladung des DPF oder die Verwendung von Additiv eine vorbestimmte Grenze überschreitet, die Rußmenge, die erzeugt werden kann, sofort auf eine Höhe begrenzt werden, auf der sie den zu dem DPF geleiteten Ruß beträchtlich reduziert, aber immer noch ausreichend Drehmoment für den Motor zur Durchführung seiner grundlegenden Aufgaben vorliegt.
Die Änderung der Rußabgabe basiert vorzugsweise nicht allein auf der Beladung des DPF, sondern auch auf der Kraftstoff-/Rußmenge im Öl des Motors. Der Grund dafür liegt darin, dass bei Regeneration des DPF die Rußbeladung auf ein niedriges Ausmaß reduziert wird, aber die Kraftstoffmenge im Öl aufgrund dieser Regeneration zunimmt. Wenn die Steuerung des Motors allein auf der DPF-Beladung basiert, könnte sich deshalb eine große Kraftstoffmenge im Öl ansammeln und keine Maßnahme würde getroffen werden, um die Rußerzeugungsrate zu reduzieren, um die Rate, mit der Kraftstoff dem Öl zugesetzt wird, zu reduzieren.
Nunmehr auf die 5 und 6 Bezug nehmend, wird eine weitere Erweiterung der Erfindung auf einen Fall gezeigt, in dem der Motor 6 in einem stationären Zustand betrieben wird.
5 zeigt die Hauptkomponenten einer Vorrichtung zur Steuerung/Reduzierung der Rußabgabe vom Motor 6. Die Vorrichtung weist eine zuvor beschriebene Rußverwaltungseinheit 611 und eine Motorsteuereinheit 612 auf. Bei einer Ausführungsform, bei der sowohl instationäre als auch stationäre Rußreduzierung eingesetzt wird, würden wahrscheinlich sowohl die Rußverwaltungseinheit 611 als auch die Rußverwaltungseinheit 11 als eine einzige Einheit ausgebildet sein, und ebenso würden die Motorsteuereinheit 612 und die Motorsteuereinheit 12 wahrscheinlich als eine einzige Einheit ausgebildet sein.
Nunmehr erneut auf 5 Bezug nehmend, empfängt die Rußverwaltungseinheit 611 mehrere Eingaben 610, die in zwei Kategorien fallen, jene, die sich auf den Betriebszustand des zum Schmieren des Motors 6 verwendeten Öls beziehen, und jene, die sich auf den Betriebszustand des zugehörigen Abgasreinigungssystems (ECD – emission control device) beziehen, bei dem es sich in diesem Fall um einen DPF mit einem Additivsystem handelt, das einen Additivbehälter (608 in 1) aufweist, aber bei anderen Ausführungsformen einfach ein DPF sein könnte.
Die Rußverwaltungseinheit 611 ist dahingehend betreibbar, die verschiedenen Eingaben 610 zu empfangen, die in diesem Fall die Kraftstoffmenge im Öl, die Rußmenge im Öl, die Rußbeladung des DPF und die aus einem Behälter, der Teil des Additivsystems bildet, verwendete Additivmenge umfassen, diese Eingaben zu verarbeiten und ein Ansteuersignal für die Motorsteuereinheit 612 zu erzeugen und sie, falls erforderlich, anzuweisen, den Betrieb des Motors 6 zu verstellen, um die Rußabgabe daraus zu reduzieren.
Es versteht sich, dass die verschiedenen Eingaben 610 durch Messung unter Verwendung von auf Sensoren basierender Technologie abgeleitet werden könnten oder auf Grundlage des bekannten Betriebs des Motors 6 geschätzt werden könnten. Der Betrieb der Vorrichtung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 6 ausführlicher beschrieben, wobei es sich bei 6 um ein detailliertes Flussdiagramm der logischen Operationen, die durch die Vorrichtung und insbesondere durch die Rußverwaltungseinheit 611 durchgeführt werden, handelt.
Das Verfahren beginnt bei Schritt 1000, der im Fall eines an einem Fahrzeug angebrachten Dieselmotors ein Schlüssel-eingeschaltet-Ereignis ist. Dann geht das Verfahren auf Schritt 1110 über, in dem der Istzustand des Abgasreinigungssystems hinsichtlich der Ist-Rußbeladung des DPF, der aus dem Behälter 608 verwendeten Additivmenge für den DPF und des Istzustands der Verunreinigung des Öls hinsichtlich der Kraftstoff- und Rußmenge im Schmieröl, ermittelt wird.
Die Kraftstoff-/Rußmenge im Öl kann als ein Verhältnis von Kraftstoff/Ruß zu Öl ausgedrückt werden oder kann als ein Volumen oder eine Masse von Kraftstoff/Ruß im Öl ausgedrückt werden. Ebenso kann die DPF-Beladungsgrenze als eine Rußmasse, ein Rußvolumen, ein Wert des Abgasdrucks oder ein Verhältnis von Ruß zu Gesamtrußspeichervermögen ausgedrückt werden, und die verwendete Additivmenge kann als ein Volumen, ein Verhältnis der Gesamtspeicherkapazität des Behälters 608 oder durch irgendein anderes zweckmäßiges Mittel ausgedrückt werden.
Wie oben besprochen, kann die Bestimmung der Ist-DPF-Beladung, der aus dem Behälter 608 verwendeten Ist-Additivmenge und der Kraftstoff-/Ruß-Istmenge im Schmieröl durch Messungen, die von (nicht gezeigten) dem Dieselmotorsystem 5 zugeordneten Sensoren erhalten werden, direkt erhalten werden, oder sie kann durch Schätzungstechniken auf Grundlage des bekannten Tastverhältnisses und der Laufzeit des Motors 6 erhalten werden. Solche Schätzungen können in Form von Daten vorliegen, die in Form einer oder mehrerer Nachschlagetabellen gespeichert werden, welche DPF-Beladung, Additivverwendung, Rußmenge in Öl und Kraftstoffmenge im Schmieröl gegen Funktionen des Motorbetriebs, wie zum Beispiel Gesamtlaufzeit, angeben. Zum Beispiel kann die Rußmenge im DPF 7 durch Verwendung einer momentanen Rußemissionsrate, die aus einer Nachschlagetabelle erhalten wird, und dann Integrieren der erhaltenen Ergebnisse im Zeitverlauf geschätzt werden.
Dann geht das Verfahren auf Schritt 1120 über, wo bestimmt wird, ob das Ausmaß an Ölverunreinigung erfordert, dass Rußerzeugung vom Motor 6 reduziert werden kann.
Tabelle 1 unten zeigt die verschiedenen Verhältnisse, die in Schritt 1120 verwendet werden könnten, in Abhängigkeit davon, ob Werte für sowohl Ruß als auch Kraftstoff in Öl bekannt sind oder ob nur einer dieser Werte und die sich ergebende Ausgabe aus Schritt 1120 bekannt ist.
Tabelle 1
Wenn die Ausgabe zu Schritt 1200 geht, wird der stationäre Lauf des Motors dahingehend eingestellt, die Reduzierung von Ruß vom Motor 6 zu optimieren. Die Reduzierung von Ruß kann eine nachteilige Auswirkung auf andere Betriebsparameter des Motors 6 haben, wie zum Beispiel auf das erhaltbare maximale Drehmoment oder die Abgasemissionsleistung.
Wie in 5 gezeigt, kann diese Einstellung des stationären Laufs unter Verwendung einer oder mehrerer Einstellungen am Motor 6 erreicht werden, wie zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, Reduzieren der Kraftstoffzufuhr zum Motor 6, Einstellen der Kraftstoffzeitsteuerung, Einstellen/Erhöhen des Einspritzdrucks, Einstellen/Reduzieren des Abgasrückführungsstroms, Einstellen/Erhöhen des Luftmassenstroms und bei einem aufgeladenen Motor, Einstellen/Erhöhen des Luftladungsdrucks. In Abhängigkeit von den aktuellen Betriebsbedingungen des Motors 6 und der durch die Motorsteuereinheit 612 eingesetzten Steuerstrategie kann nur eine dieser Einstellungen durch die Motorsteuereinheit 612 verwendet werden kann oder es können mehrere verwendet werden.
Wenn die in Schritt 1120 durchgeführten Tests zu einem negativen Ergebnis führen, dann geht das Verfahren auf Schritt 1130 über, wo der Istzustand des Abgasreinigungssystems geprüft wird.
Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt die verschiedenen Beziehungen, die in Abhängigkeit davon, ob sowohl Rußbeladung des DPF als auch Additivmengen bekannt sind oder nur eine davon bekannt ist, und von der resultierenden Ausgabe aus Schritt 1130, in Schritt 1130 verwendet werden könnten.
Tabelle 2
Wenn die Ausgabe zu Schritt 1200 geht, wird, wie zuvor, der stationäre Lauf des Motors dahingehend eingestellt, die Reduzierung von Ruß vom Motor 6 unter Verwendung der oben erwähnten Prozesse zu optimieren.
Wenn die Ausgabe von Schritt 1130 jedoch zu Schritt 1140 geht, wird eine normale Rußerzeugungsgrenze gewählt. Die normale Menge eine Rußerzeugung ist ein maximales Ausmaß zulässiger Rußerzeugung, das auch die maximale Höhe zulässigen Drehmoments vom Motor 6 und die beste Emissions- und Kraftstoffökonomieleistung erzeugt.
Nach Beendigung der Schritte 1140 oder 1200 geht das Verfahren auf Schritt 1300 über. In Schritt 1300 wird bestimmt, ob ein Schlüssel-ausgeschaltet-Ereignis aufgetreten ist, und wenn dies der Fall ist, dann endet das Verfahren bei Schritt 1500, ansonsten kehrt es zu Schritt 1110 zurück und das Verfahren wird wiederholt.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die genauen Schritte oder die genaue Reihenfolge des oben beschriebenen Verfahrens beschränkt ist und dass die Reihenfolge der Schritte 1120 bis 1130 neu angeordnet werden könnte oder im Falle von Schritten mit mehreren Tests diese Tests in getrennten Schritten durchgeführt werden könnten.
Deshalb könnte das Motorsystem 5 so betrieben werden, dass die Rußerzeugung reduziert wird, wenn bestimmten vordefinierten Grenzen entsprochen wurde, was Ölverunreinigung und/oder den Zustand des Abgasreinigungssystems während stationären Laufs, während instationären Laufs des Motors 6 oder während sowohl instationären als auch stationären Laufs anbetrifft. Zum Beispiel und ohne Einschränkung darauf könnte ein erster Schritt darin bestehen, die Rußerzeugung nur während instationären Betriebs des Motors zu begrenzen, wenn dann aber einer der verschiedenen getesteten Parameter einen kritischeren Zustand erreicht, auch die Rußreduzierung im Zustand des stationären Laufs des Motors zu verwenden.
Es versteht sich, dass die Verwendung von Rußreduzierungssteuerung nur während des instationären Betriebs aufgrund der sehr kurzen damit verbundenen Zeitdauer eine geringere negative Auswirkung auf Emissionsleistung des Motors hat, aber aufgrund der größeren potentiellen Diskrepanz zwischen erforderlichem Kraftstoff und zugeführtem Kraftstoff eine bedeutende Reduzierung der erzeugten Rußmenge erzeugt.
Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass die Erfindung zwar beispielhaft unter Bezugnahme auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben worden ist, sie aber nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und dass eine oder mehrere Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen oder alternative Ausführungsformen ausgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7830509 [0069]
EP 1500924 A [0069]
US 5195466 [0073]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Motorsystems mit einem Dieselmotor, mindestens einem Abgasreinigungssystem und Öl zur Schmierung des Motors, wobei das Verfahren adaptives Ändern des Betriebs des Motors zur Reduzierung der Rußerzeugung durch den Motor auf Grundlage des Istzustands des Abgasreinigungssystems und/oder des Istzustands des Öls des Motors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Betrieb des Motors dahingehend gesteuert wird, den durch den Motor erzeugten Ruß zu reduzieren, wenn der Istzustand des Abgasreinigungssystems eine jeweilige vorbestimmte Grenze überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Betrieb des Motors dahingehend gesteuert wird, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Istzustand des Abgasreinigungssystems und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Abgasreinigungssystem ein Dieselpartikelfilter ist und der Istzustand des Abgasreinigungssystems eine Rußbeladung des Dieselpartikelfilters ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Abgasreinigungssystem ein Dieselpartikelfiltersystem mit einem in einem Additivbehälter gespeicherten Additivvorrat ist und der Istzustand des Abgasreinigungssystems die Additivmenge im Behälter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Istzustand des Öls die Verunreinigungsmenge im Öl ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Betrieb des Motors dahingehend gesteuert wird, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Verunreinigungsmenge im Öl und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Verunreinigungsmenge im Schmieröl ein Verhältnis von Verunreinigung zu Öl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Verunreinigung Kraftstoff im Öl oder Ruß im Öl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Betrieb des Motors auf Grundlage des Istzustands eines Abgasreinigungssystems und des Istzustands des Öls geändert wird.
Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Motorsystems mit einem Dieselmotor, Öl zur Schmierung des Motors und mindestens einem Abgasreinigungssystem, wobei die Vorrichtung dahingehend betrieben werden kann, den Betrieb des Motors adaptiv zu ändern, um die Rußerzeugung durch den Motor auf Grundlage des Zustands des Istzustands des mindestens einen Abgasreinigungssystems und/oder des Istzustands des Öls zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung den Betrieb des Motors dahingehend steuert, den durch den Motor erzeugten Ruß auf Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Istzustand des Abgasreinigungssystems und der Rußerzeugung vom Motor zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Vorrichtung die Erzeugung von Ruß vom Motor reduziert, wenn der Istzustand des Abgasreinigungssystems eine vorbestimmte Grenze überschreitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Istzustand des Öls die Verunreinigungsmenge im Öl ist und die Verunreinigung Kraftstoff im Öl oder Ruß im Öl ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Vorrichtung den Motor auf Grundlage des Istzustands eines Abgasreinigungssystems und des Istzustands des Öls steuert.