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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Regeneration eines Partikelfilters und insbesondere Verfahren und Systeme zur Regeneration eines Partikelfilters auf Grundlage eines Regenerationsprozesses mit mehreren Moden.
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HINTERGRUND
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Abgas, das von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, ausgestoßen wird, ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”HC”) und Stickoxide (”NOx”) wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthält, die Partikelmaterial bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in einem Motorabgassystem vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
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Partikelfilter entfernen das Partikelmaterial von dem Abgas. Das Partikelmaterial sammelt sich in dem Partikelfilter an. Mit der Zeit wird der Partikelfilter voll, und die abgefangenen Partikel müssen entfernt werden. Die abgefangenen Partikel werden typischerweise durch einen Regenerationsprozess entfernt, der die Partikel in dem Partikelfilter verbrennt. In einigen Fällen kann, wenn die Wärme von dem Regenerationsprozess zu hoch ist, der Partikelfilter beschädigt werden.
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Demgemäß ist es erwünscht, Verfahren und Systeme zur selektiven Regeneration des Partikelfilters bereitzustellen, so dass kein Schaden an dem Partikelfilter stattfindet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters eines Abgassystems vorgesehen. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen eines ersten Regenerationsmodus auf Grundlage eines Rußniveaus; ein Erzeugen von Steuersignalen für eine erste Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die einem Motor zugeordnet ist, auf Grundlage des ersten Regenerationsmodus; ein Bestimmen eines zweiten Regenerationsmodus auf Grundlage des Rußniveaus; und ein Erzeugen eines Steuersignals für eine zweite Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die dem Abgasstrom des Abgassystems zugeordnet ist, auf Grundlage des zweiten Regenerationsmodus.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen. Das System umfasst einen Oxidationskatalysator, der Abgas von dem Verbrennungsmotor aufnimmt. Ein Partikelfilter ist stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet und nimmt das Abgas von dem Verbrennungsmotor auf. Ein Steuermodul bestimmt einen Regenerationsmodus und steuert selektiv eine erste Kraftstoffeinspritzeinrichtung des Verbrennungsmotors und eine zweite Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die sich außerhalb des Verbrennungsmotors befindet, auf Grundlage des Regenerationsmodus.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten sind nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen offensichtlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
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1 ein Funktionsblockschaubild eines Fahrzeugs mit einem Abgasbehandlungssystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist;
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2 ein Datenflussdiagramm ist, das ein Regenerationssteuersystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen zeigt; und
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3 ein Flussdiagramm ist, das ein Regenerationssteuerverfahren gemäß beispielhaften Ausführungsformen zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile oder Merkmale angeben.
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Nun Bezug nehmend auf 1 sind beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf ein Abgasbehandlungssystem 10 gerichtet, das Abgasbestandteile eines Verbrennungsmotors 12 reduziert. Es sei angemerkt, dass die hier beschriebene Erfindung in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein kann, die beispielsweise, jedoch nicht darauf beschrankt, Dieselmotoren, Benzindirekteinspritzsysteme und Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung umfassen können.
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Luft wird in Zylinder 14 des Motors 12 gezogen und mit Kraftstoff gemischt. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird darin verbrannt und durch ein Abgassystem 16 ausgestoßen. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist der Motor 12 vier Zylinder auf, wie in 1 gezeigt ist. Wie angemerkt sei, können die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung in Motoren implementiert sein, die eine Mehrzahl von Zylindern aufweisen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und 12 Zylinder. Ein Kraftstoffsystem 18 liefert Kraftstoff, der in einer Kraftstoffspeichereinheit (nicht gezeigt) gespeichert ist, an den Motor 12. Ein Steuermodul 20 steuert das Kraftstoffsystem 18 und/oder die Betriebsabläufe des Dieselmotors 12.
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Das Abgasbehandlungssystem 10 ist mit dem Abgassystem 16 gekoppelt. Das Abgasbehandlungssystem 10 weist allgemein eine oder mehrere Abgasleitungen 22 und eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen auf. Bei verschiedenen Ausführungsformen weisen die Abgasbehandlungsvorrichtungen einen Oxidationskatalysator 24 und einen Partikelfilter 26 auf. Wie angemerkt ist, können die Abgasbehandlungsvorrichtungen ferner beispielsweise eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR von engl.: ”selective catalytic reduction”) (nicht gezeigt), einen Ammoniakschlupfkatalysator (ASC von engl.: ”ammonia slip catalyst”) (nicht gezeigt) und/oder andere beliebige Abgasbehandlungsvorrichtungen aufweisen, die in verschiedenen Konfigurationen angeordnet sind. Zur Vereinfachung der Diskussion werden die hier vorgesehenen beispielhaften Ausführungsformen im Kontext der Abgasbehandlungsvorrichtungen diskutiert, die den Oxidationskatalysator 24 und den Partikelfilter 26 aufweisen.
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In 1 transportiert die Abgasleitung 22, die mehrere Segmente umfassen kann, Abgas von dem Motor 12 an die Abgasbehandlungsvorrichtungen. Beispielsweise empfängt der Oxidationskatalysator 24 Abgas von dem Motor 12. Wie angemerkt sei, kann der Oxidationskatalysator 24 aus verschiedenen Durchström-Oxidationskatalysatoren bestehen, die in der Technik bekannt sind. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Oxidationskatalysator 24 ein Durchström-Metall- oder Keramik-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine starre Schale oder einen starren Behälter mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 22 eingebaut ist. Das Substrat kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung aufweisen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen sein und kann Platingruppenmetalle enthalten, wie Platin (Pr), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren und Kombinationen daraus. Der Oxidationskatalysator 24 behandelt nicht verbrannte gasförmige und nichtflüchtige HC und CO, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden.
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Der Partikelfilter 26 kann stromabwärts des Oxidationskatalysators 24 angeordnet sein. Gleichermaßen empfängt der Partikelfilter 26 das Abgas von dem Motor 12. Der Partikelfilter 26 dient dazu, das Abgas von Kohlenstoff und anderem Partikelmaterial zu filtern. Wie angemerkt sei, kann der Partikelfilter 26 aus verschiedenen Partikelfiltern bestehen, die in der Technik bekannt sind. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelfilter 26 unter Verwendung eines Wandströmungsmonolithfilters oder anderen Vorrichtungen aufgebaut sein, wie beispielsweise Filter aus gewickelter oder gepackter Faser, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern etc.
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Das abgefangene Partikelmaterial wird von dem Partikelfilter 26 durch einen Regenerationsprozess mit mehreren Moden entfernt. Beispielsweise betreibt ein erster Regenerationsmodus eine oder mehrere Motorkraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 des Motors 12, um Kraftstoff in einen oder mehrere der Motorzylinder 14 einzuspritzen. Der Kraftstoff wird mit dem Abgas gemischt, wenn es von dem Zylinder 14 freigesetzt wird. Wenn das Abgas durch das Abgasbehandlungssystem 10 gelangt, werden die HC des Kraftstoffs in dem Abgas in dem Oxidationskatalysator 24 oxidiert, wobei eine exotherme Reaktion bewirkt wird, die die Temperatur des Abgases anhebt. Das erhitzte Abgas verläuft stromabwärts zu dem Partikelfilter 26. Das erhitzte Abgas bewirkt ein Zünden und Verbrennen des Partikelmaterials in dem Partikelfilter, wenn das Abgas durch den Partikelfilter 26 gelangt.
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Ein zweiter Regenerationsmodus betreibt eine zweite Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30 (hier nachfolgend als eine externe Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30 bezeichnet) der Abgasleitungen 22, um Kraftstoff direkt in den Abgasstrom einzuspritzen. Wenn das Abgas durch das Abgasbehandlungssystem 10 gelangt, werden die HC des Kraftstoffs in dem Abgas in dem Oxidationskatalysator 24 oxidiert, wodurch eine exotherme Reaktion bewirkt wird, die die Temperatur des Abgases anhebt. Das erhitzte Abgas verläuft stromabwärts zu dem Partikelfilter 26. Das erhitzte Abgas bewirkt ein Zünden und Verbrennen des Partikelmaterials in dem Partikelfilter 26, wenn das Abgas durch den Partikelfilter 26 gelangt.
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Das Steuermodul 20 bestimmt den Regenerationsmodus und erzeugt Steuersignale zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28, 30 auf Grundlage erfasster und/oder modellierter Daten und ferner auf Grundlage der Regenerationsverfahren und -systeme der vorliegenden Offenbarung. Bei verschiedenen Ausführungsformen bestimmt das Steuermodul 20 den Regenerationsmodus durch Schätzen des Niveaus von angesammeltem Partikelmaterial in dem Partikelfilter 26 (auch als das Rußniveau bezeichnet). Wenn beispielsweise das Rußniveau hoch ist, ist der Regenerationsmodus der erste Regenerationsmodus, um Abgasmischcharakteristiken bereitzustellen, die eine gleichförmigere Verbrennung des Partikelmaterials bereitstellen. Wenn das Rußniveau unter eine Schwelle fällt, wird der Regenerationsmodus in den zweiten Regenerationsmodus geändert, um eine weitere Verdünnung des Motoröls (z. B. aufgrund der Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder) zu verhindern. Auf Grundlage des Regenerationsmodus erzeugt das Steuermodul 20 Steuersignale für die Motorkraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 und die externe Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30, um eine Regeneration auszulösen.
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Nun Bezug nehmend auf 2 zeigt ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines Regenerationssteuersystems, das in das Steuermodul 20 eingebettet sein kann. Verschiedene Ausführungsformen von Regenerationssteuersystemen gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl von Submodulen aufweisen, die in das Steuermodul 20 eingebettet sind. Wie angemerkt sei, können die in 2 gezeigten Submodule kombiniert und/oder weiter partitioniert werden, um die Regeneration des Partikelfilters 26 (1) ähnlich zu steuern. Eingänge zu dem Steuermodul 20 können von dem Motor 12 (1) erfasst, von anderen Steuermodulen (nicht gezeigt) empfangen und/oder durch andere Submodule (nicht gezeigt) in dem Steuermodul 20 bestimmt/modelliert werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das Steuermodul 20 ein Modusbestimmungsmodul 40, ein Modul 42 zur Steuerung der im Zylinder 42 erfolgenden Einspritzung und ein Modul 44 zur Steuerung einer externen Einspritzung auf.
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Das Modusbestimmungsmodul 40 bestimmt einen Regenerationsbetriebsmodus 46 auf Grundlage eines Rußniveaus 48, das ein geschätztes Niveau an angesammeltem Partikelmaterial in dem Partikelfilter 26 angibt (1). Wie angemerkt ist, kann das Rußniveau 48 durch andere Module (nicht gezeigt) des Steuermoduls 20 oder durch andere Steuermodule (nicht gezeigt) unter Verwendung verschiedener Schätzverfahren geschätzt werden.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Regenerationsmodus 46 einer aus einem Modus zur im Zylinder erfolgenden Einspritzung und einem Modus zur externen Einspritzung sein. Wenn beispielsweise das Rußniveau 48 größer oder gleich einer vorbestimmten Schwelle ist, setzt das Modusbestimmungsmodul 40 den Regenerationsmodus 46 in den Modus zur im Zylinder erfolgenden Einspritzung. Wenn das Rußniveau 48 kleiner als die vorbestimmte Schwelle ist, setzt das Modusbestimmungsmodul 40 den Regenerationsmodus 46 in den Modus mit externer Einspritzung.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Modusbestimmungsmodul 40 den Regenerationsmodus 46 bestimmen, wenn beispielsweise eine Anforderung 50 zur Ausführung einer Wartungsregeneration oder eines anderen Typs von Regeneration empfangen wird.
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Das Modul 42 zur Steuerung einer im Zylinder erfolgenden Einspritzung empfängt als Eingang den Regenerationsmodus 46. Auf Grundlage des Regenerationsmodus 46 erzeugt das Modul 42 zur Steuerung einer im Zylinder erfolgenden Einspritzung ein oder mehrere Steuersignale 52 für den Motor 12 (1), um eine Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder 14 (1) zu steuern. Beispielsweise können die Signale zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen für die Motorkraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 erzeugt werden (1), um die Einspritzung einer bestimmten Menge an Kraftstoff für einen gewählten Zylinder 14 oder mehrere Zylinder (1) während eines bestimmten Zeitpunkts einer Kornpression und/oder eines Abgastakts des Zylinders 14 zu steuern.
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Das Modul 44 zur Steuerung einer externen Einspritzung empfängt als Eingang den Regenerationsmodus 46. Auf Grundlage des Regenerationsmodus 46 erzeugt das Modul 44 zur Steuerung externer Einspritzung ein oder mehrere Steuersignale 54 für die externe Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30, um die Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasstrom zu steuern. Beispielsweise wird ein Nach-Einspritzeinrichtungs-Steuersignal für die externe Kraftstoffeinspritzeinrichtung 30 erzeugt (1), um die Einspritzung einer bestimmten Kraftstoffmenge in den Abgasstrom zu einem bestimmten Zeitpunkt zu steuern.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen setzt das Modul 44 zur Steuerung externer Einspritzung die Steuerung der Einspritzung des Kraftstoffs in den Abgasstrom solange fort, bis ein oder mehrere Diagnosealgorithmen, die dem Partikelfilter 26 zugeordnet sind (1) und/oder eine Regeneration beendet ist.
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Nun Bezug nehmend auf 3 und mit fortgesetztem Bezug auf die 1 und 2 zeigt ein Flussdiagramm ein Regenerationssteuerverfahren, das durch das Steuermodul 20 von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden kann. Wie angesichts der Offenbarung anzumerken ist, ist die Reihenfolge des Betriebs innerhalb des Verfahrens nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 3 gezeigt ist, beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen, wie anwendbar, und gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren geplant werden, um auf Grundlage vorbestimmter Ereignisse zu laufen und/oder kontinuierlich während des Betriebs des Motors 12 zu laufen. Beispielsweise kann das Verfahren während eines Wartungsereignisses des Motors 12 laufen, wobei das Wartungsereignis aufgrund der Aktivierung eines oder mehrerer Diagnosecodes erfolgt.
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Bei einem Beispiel kann das Verfahren mit 100 beginnen. Bei 110 wird ein Wartungsregenerationsmodus ausgelöst. Der Regenerationsmodus 46 wird auf Grundlage des Rußniveaus bei 120 bestimmt. Wenn der Regenerationsmodus 46 bei 130 der Modus zur im Zylinder erfolgenden Einspritzung ist, werden bei 140 Steuersignale 52 zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder 14 erzeugt. Die dem Partikelfilter 26 zugeordnete Diagnose wird bei 145 bewertet. Wenn bei 145 die Diagnose nicht beendet worden ist, fährt das Verfahren bei 140 mit der Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder fort. Wenn die Diagnose bei 145 beendet ist, fährt das Verfahren bei 120 mit der Bestimmung des Regenerationsmodus 46 fort.
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Sobald der Regenerationsmodus 46 bei 130 der Modus zur externen Einspritzung wird, werden Steuersignale 54 erzeugt, um die Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasstrom bei 150 zu steuern.
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Die dem Partikelfilter 26 zugeordnete Diagnose wird bei 160 bewertet. Wenn bei 160 die Diagnose nicht beendet worden ist, fährt das Verfahren bei 150 mit der Einspritzung von Kraftstoff in den Abgasstrom fort. Wenn bei 160 die Diagnose beendet worden ist, ist die Wartungsregeneration bei 170 vollständig. Das Verfahren kann bei 180 enden.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann angemerkt, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang derselben abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Art offenbart sind, die zum Ausführen dieser Erfindung denkbar ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.
