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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenlegung betrifft die Steuerung der Regeneration einer Mager-NOx-Falle in einem Motor, der Biodieselkraftstoff verwendet.
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HINTERGRUND
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Die Angaben in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenlegung. Demzufolge sind diese Angaben nicht als den Stand der Technik darstellend zu betrachten.
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Dieselmotoren können mit einer 100% Dieselkraftstoffversorgung arbeiten. Außerdem können Dieselmotoren ausgebildet sein, um teilweise oder vollständig mit einer Biodiesel-Kraftstoffversorgung zu arbeiten. Ein Biodieselmischungsverhältnis kann gekennzeichnet sein. B0-Kraftstoff ist als eine 100% Dieselkraftstoffversorgung gekennzeichnet. B100-Kraftstoff ist als eine 100% Biodiesel-Kraftstoffversorgung gekennzeichnet. Bx-Kraftstoff kann als eine Zusammensetzung aus x% Biodiesel und eine Zusammensetzung aus (100% – x%) Diesel gekennzeichnet sein. B40-Kraftstoff ist z. B. eine Zusammensetzung aus 40% Biodiesel und 60% Diesel.
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Dieselkraftstoff und Biodieselkraftstoff umfassen unterschiedliche Eigenschaften. Dieselkraftstoff weist eine höhere Energiedichte auf als Biodieselkraftstoff. Um daher ein im Wesentlichen identisches Verbrennungsergebnis zu erreichen, muss eine größere Masse von Biodiesel eingespritzt werden als es für Diesel unter den gleichen Bedingungen erforderlich wäre. Die Verwendung des Kraftstoffes in der Verbrennung kann auf der Basis des Biodieselmischungsverhältnisses angepasst werden. Wenn der Kraftstoff außerdem für andere Zwecke als die Verbrennung innerhalb des Motors verwendet wird, muss die Masse von verwendetem Kraftstoff ebenso auf der Basis des Biodieselverhältnisses angepasst werden.
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Eine Verwendung eines Kraftstoffes umfasst die Regeneration einer Mager-NOx-Falle (LNT, von lean NOx trap). NOx sind eine Komponente einer Abgasströmung, die von dem Motor während der Verbrennung erzeugt wird. Es sind Nachbehandlungsvorrichtungen bekannt, welche die NOx innerhalb der Abgasströmung behandeln, um die NOx in andere Substanzen umzuwandeln, die mit dem Abgas ausgestoßen werden sollen. Eine LNT umfasst Chemikalien, welche NOx-Emissionen während Motorbetrieben, welche NOx erzeugen, speichern, und lässt eine Freisetzung der gespeicherten NOx während unterstöchiometrischer Bedingungen zu. Die LNT weist eine begrenzte Speicherkapazität auf und muss mit einem unterstöchiometrischen, reduzierenden „Impuls” regeneriert werden, wenn sie sich der Kapazität nähert. Es ist wünschenswert, die Effizienz des Regenerationsvorganges zu steuern, um eine optimale Emissionsbegrenzung vorzusehen, wobei gleichzeitig ein minimaler Kraftstoffverbrauch beibehalten wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der durch eine Kraftstoffmischung aus einem Dieselkraftstoff und einem Biodieselkraftstoff mit Kraftstoff versorgt wird und mit einer Mager-NOx-Falle zum Behandeln einer Abgasströmung aus dem Motor ausgestattet ist, umfasst, dass ein Vorwärtskraftstoffregelungsterm vorgesehen wird, der einer Kraftstoffmischung von 100 Prozent Dieselkraftstoff und 0 Prozent Biodieselkraftstoff entspricht, und ein Rückführkraftstoffregelungsterm als eine Funktion einer Abweichung in dem Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von einem Luft/Kraftstoff-Verhältnisziel vorgesehen wird. Während eines Motorbetriebes, in dem die Mager-NOx-Falle nicht regeneriert wird, wird ein endgültiger Kraftstoffregelungsterm als eine Funktion des Vorwärtskraftstoffregelungsterms und des Rückführkraftstoffregelungsterms vorgesehen. Während eines Motorbetriebes, in dem die Mager-NOx-Falle regeneriert wird, wird ein Vorwärtsadaptionsfaktor als eine Funktion des Vorwärtskraftstoffregelungsterms und des endgültigen Kraftstoffregelungsterms vorgesehen, wobei der Vorwärtsadaptionsfaktor auf den Vorwärtskraftstoffregelungsterm angewendet wird, um einen adaptierten Vorwärtskraftstoffregelungsterm vorzusehen, und der endgültige Kraftstoffregelungsterm als eine Funktion des adaptierten Vorwärtskraftstoffregelungsterms und des Rückführkraftstoffregelungsterms vorgesehen wird. Der Motor wird in Übereinstimmung mit dem endgültigen Kraftstoffregelungsterm mit Kraftstoff versorgt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es wird/werden nun eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben, in welchen:
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1 ein/en beispielhaften/s Verbrennungsmotor, Steuermodul und Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht;
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2 Rückführbefehle an einen Motor über eine Reihe von Regenerationsvorgängen in zwei Betriebsperioden gemäß der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht;
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3 Lambda-Werte über eine Reihe von Regenerationsvorgängen in zwei Betriebsperioden gemäß der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht;
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4 einen Informationsfluss gemäß der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht, der sich auf das Steuern eines Motors bezieht und einen Adaptionsfaktor verwendet, um eine Vorwärtsregelung anzupassen;
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5 einen beispielhaften Prozess zur Steuerung eines Regenerationsvorganges auf der Basis eines Adaptionsfaktors gemäß der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht; und
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6 beispielhafte modellierte Ergebnisse veranschaulicht, die durch eine Steuerung mit und ohne adaptive Vorwärtsregelungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenlegung erzielt wurden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen lediglich de Illustration bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck der Einschränkung derselben dienen sollen, veranschaulicht 1 ein/en beispielhaften/s Verbrennungsmotor 10, Steuermodul 5 und Abgasnachbehandlungssystem 65. Der beispielhafte Motor umfasst einen Mehrzylinder-, Direkteinspritz-, Selbstzünder-Verbrennungsmotor mit Hubkolben 22, die an einer Kurbelwelle 24 angebracht und in Zylindern 20 bewegbar sind, welche Brennräume 34 mit variablem Volumen definieren. Die Kurbelwelle 24 ist funktionell an einem Fahrzeuggetriebe und Antriebsstrang angebracht, um ein Antriebsdrehmoment in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung, TO_REQ, an diese zu liefern. Der Motor verwendet bevorzugt einen Viertaktbetrieb, wobei jeder Motorverbrennungstakt eine Winkeldrehung der Kurbelwelle 24 von 720 Grad umfasst, die in vier Stufen von 180 Grad (Ansaugen-Verdichten-Verbrennen/Ausdehnen-Auslassen) unterteilt ist welche die Hin- und Herbewegung des Kolbens 22 in dem Motorzylinder 20 beschreiben. Ein mehrzahniges Zahnrad 26 ist an der Kurbelwelle angebracht und rotiert mit derselben. Der Motor umfasst Sensoren zur Überwachung des Motorbetriebes und Aktuatoren, die den Motorbetrieb steuern. Die Sensoren und Aktuatoren sind signaltechnisch oder funktionell mit dem Steuermodul 5 verbunden.
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Der Motor ist bevorzugt ein Direkteinspritz-, Viertakt-, Verbrennungsmotor, der einen Brennraum mit variablem Volumen umfasst, welcher durch den Kolben, der sich innerhalb des Zylinders zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt hin- und herbewegt, und einen Zylinderkopf, der ein Einlassventil und ein Auslassventil umfasst, definiert ist. Der Kolben bewegt sich in wiederholenden Takten hin und her, wobei jeder Takt einen Einlass-, einen Verdichtungs-, einen Verbrennungs- und einen Auslasshub umfasst.
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Der Motor weist bevorzugt ein Luft/Kraftstoff-Betriebsregime auf, welches primär überstöchiometrisch ist. Ein Fachmann wird einsehen, dass Aspekte der Offenlegung auf andere Motorkonfigurationen, die primär überstöchiometrisch arbeiten, z. B. fremdgezündete Magermotoren, anwendbar sind. Während eines normalen Betriebes des Selbstzündermotors findet während jedes Motortakts ein Verbrennungsvorgang statt, wenn eine Kraftstoffladung in den Brennraum eingespritzt wird, um mit der Einlassluft die Zylinderladung zu bilden.
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Der Motor ist geeignet, um über einem breiten Bereich von Temperaturen, Zylinderladungen (Luft, Kraftstoff und AGR) und Einspritzvorgängen zu arbeiten. Die hierin beschriebenen Verfahren sind insbesondere für einen Betrieb mit überstöchiometrisch arbeitenden Direkteinspritz-Selbstzündermotoren geeignet, um während eines laufenden Betriebes Parameter zu bestimmen, die mit der Wärmefreisetzung in jedem der Brennräume korrelieren. Die Verfahren sind ferner auf andere Motorkonfigurationen anwendbar, welche fremdgezündete Motoren einschließlich jener umfassen, die zur Verwendung von Strategien zur Selbstzündung mit homogener Ladung (HCCI, von homogenous charge compression ignition) geeignet sind. Die Verfahren sind auf Systeme anwendbar, welche Mehrfachimpuls-Kraftstoffeinspritzvorgänge pro Zylinder und Motortakt verwenden, z. B. ein System, das eine Voreinspritzung zur Kraftstoffaufbereitung, einen Haupteinspritzvorgang für die Motorleistung, und gegebenenfalls einen Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzvorgang für ein Nachbehandlungsmanagement verwendet, welche alle den Zylinderdruck beeinflussen.
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An oder in der Nähe dem/s Motor/s sind Sensoren eingebaut, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, welche mit Motor- und Umgebungsparametern korrelierbar sind. Die Sensoren umfassen einen Kurbelwellenrotationssensor, der einen Kurbelsensor 44 zum Überwachen der Kurbelwellen (d. h. Motor)-Drehzahl (U/min) durch das Erfassen von Kanten an den Zähnen des mehrzahnigen Zahnrades 26 umfasst. Der Kurbelsensor ist bekannt und kann z. B. einen Hall-Sensor, einen induktiven Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor umfassen. Das von dem Kurbelsensor 44 ausgegebene Signal wird in das Steuermodul 5 eingegeben. Ein Verbrennungsdrucksensor 30 ist dazu geeignet, den Zylinderinnendruck (COMB_PR) zu überwachen. Der Verbrennungsdrucksensor ist bevorzugt nicht intrusiv und umfasst einen Kraftaufnehmer mit einem kreisringförmigen Querschnitt, der dazu geeignet ist, in den Zylinderkopf an einer Öffnung für eine Glühkerze eingebaut zu werden, welche mit einem gesteuerten Glühkerzenstrom 28 versorgt wird. Das Ausgangssignal 30, COMB_PR des Drucksensors ist proportional zu dem Zylinderdruck. Der Drucksensor umfasst eine piezokeramische oder andere Vorrichtung, die als solche verwendbar ist. Andere Sensoren umfassen bevorzugt einen Krümmerdrucksensor zum Überwachen des Krümmerdrucks (MAP) und des umgebenden Atmosphärendrucks (BARO), einen Luftmassensensor zum Überwachen der Frischluftmassenströmung (MAF von mass air flow) und einen Kühlmittelsensor 35, der die Motorkühlmitteltemperatur (COOLANT) überwacht. Das System kann einen Abgassensor zum Überwachen von Zuständen eines oder mehrerer Abgasparameter, z. B. der Temperatur, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und von Bestandteilen, umfassen. Ein Fachmann versteht, dass andere Sensoren und Verfahren für Steuerungs- und Diagnosezwecke vorhanden sein können. Die Bedienereingabe in der Form der Bedienerdrehmomentanforderung, TO_REQ, wird typischerweise unter anderen Vorrichtungen von einem Gaspedal und einem Bremspedal erhalten. Der Motor ist bevorzugt mit weiteren Sensoren zum Überwachen des Betriebes und für Systemsteuerungszwecke ausgestattet. Jeder der Sensoren ist signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden, um Signalinformationen bereitzustellen, welche von dem Steuermodul zu Informationen umgewandelt werden, die für den jeweiligen überwachten Parameter repräsentiv sind. Es ist einzusehen, dass diese Konfiguration illustrativ und nicht einschränkend ist, was einschließt, dass die verschiedenen Sensoren gegen funktionell gleichwertige Vorrichtungen und Algorithmen austauschbar sind.
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Die Aktuatoren sind an dem Motor eingebaut und werden durch das Steuermodul 5 in Ansprechen auf Bedienereingaben gesteuert, um verschiedene Leistungsziele zu erreichen. Die Aktuatoren umfassen eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe, welche in Ansprechen auf ein Steuerungssignal (ETC) die Drosselöffnung steuert, und eine Vielzahl von Kraftstoffinjektoren 12 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in jeden der Brennräume in Ansprechen auf ein Steuerungssignal (INJ_PW), die alle in Ansprechen auf die Bedienerdrehmomentanforderung, TO_REQ, gesteuert werden. Ein Abgasrückführungs(AGR)-Ventil 32 und -Kühler steuern die Strömung von außen rückgeführtem Abgas zu dem Motoreinlass in Ansprechen auf ein Steuerungssignal von dem Steuermodul. In jedem der Brennräume ist eine Glühkerze eingebaut, die zur Verwendung mit dem Verbrennungsdrucksensor geeignet ist. Überdies kann in einigen Ausführungsformen ein Ladesystem verwendet werden, das Ladeluft in Übereinstimmung mit einem gewünschten Krümmerluftdruck liefert.
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Der Kraftstoffinjektor 12 ist ein Hochdruck-Kraftstoffinjektor, der dazu geeignet ist, eine Kraftstoffladung in Ansprechen auf das Befehlsignal, INJ_PW, von dem Steuermodul direkt in einen der Brennräume einzuspritzen. Jedem der Kraftstoffinjektoren 12 wird mit Druck beaufschlagter Kraftstoff von einem Kraftstoffverteilungssystem zugeführt und er weist Betriebseigenschaften auf, welche eine minimale Impulsdauer und eine zugehörige minimale steuerbare Kraftstoffströmungsrate und eine maximale Kraftstoffströmungsrate umfassen.
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Der Motor kann mit einem steuerbaren Ventiltrieb ausgestattet sein, der wirksam ist, um die Öffnungs- und Schließvorgänge der Einlass- und Auslassventile eines jeden der Zylinder anzupassen, was eines oder mehrere von der Ventilzeiteinstellung, der Winkelverstellung (d. h. Zeiteinstellung in Bezug auf den Kurbelwinkel und die Kolbenstellung) und der Größe des Hubes der Ventilöffnungsvorgänge umfasst. Ein beispielhaftes System umfasst eine variable Nockenwinkelverstellung, welche auf Selbstzündermotoren, fremdgezündete Motoren und Selbstzündermotoren mit homogener Ladung anwendbar ist.
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Das Steuermodul 5 führt darin gespeicherte Routinen aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zu steuern, um den Motorbetrieb einschließlich der Drosselklappenstellung, der Kraftstoffeinspritzmasse und -zeiteinstellung, der AGR-Ventilstellung zur Steuerung der Strömung rückgeführter Abgase, des Glühkerzenbetriebes und der Steuerung der Einlass- und/oder Auslassventilzeiteinstellung, der Winkelverstellung und des Hubes an solcherart ausgestatteten Systemen zu steuern. Das Steuermodul ist ausgebildet, um Eingangssignale von dem Bediener (z. B. eine Gaspedalstellung und eine Bremspedalstellung), um die Bedienerdrehmomentanforderung, TO_REQ, zu bestimmen, und von den Sensoren zu empfangen, welche die Motordrehzahl (U/min) und die Einlassufttemperatur (Tin) und die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
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Ein Steuermodul, ein Modul, eine Steuerung, ein Controller, eine Steuereinheit, ein Prozessor und ähnliche Ausdrücke beziehen sich auf eine beliebige geeignete oder verschiedenartige Kombinationen aus einer/m oder mehreren anwenderspezifisch-integrierten Schaltung/en (ASIC), elektronischen Schaltung/en, Zentralprozessoreinheit/en (bevorzugt Mikroprozessor(en)) und einem/r zugehörigen Speicher und Speicherung (schreibgeschützt, einmalig programmierbar und schreibgeschütz, mit direktem Zugriff, Festplattenspeicher etc.), welche ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, einem oder mehreren kombinatorischen Schaltnetzwerk/en, Eingangs/Ausgangsschaltungen und Vorrichtungen, einer entsprechenden Signalverarbeitungs- und Pufferschaltung und anderen geeigneten Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, ein Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bedeuten beliebige von einem Controller ausführbare Anweisungssätze einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerrotinen auf, die speicherresidente Softwareprogrammanweisungen und Kalibrierungen umfasst, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Routinen werden bevorzugt während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Routinen werden, z. B. von einer Zentralprozessoreinheit, ausgeführt und dienen dazu, Eingänge von Erfassungsvorrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen, z. B. alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt werden. Alternativ können die Rotinen in Ansprechen auf das Eintreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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1 veranschaulicht einen beispielhaften Dieselmotor, aber die vorliegende Offenlegung kann ebenso an anderen Motorkonfigurationen, welche z. B. benzinbetriebene Motoren, mit Ethanol oder E85 betriebene Motoren oder andere ähnliche bekannte Bauarten umfassen, verwendet werden. Die Offenlegung soll nicht auf die hierin beschriebenen speziellen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein.
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Ein Steuermodul überwacht den Motorbetrieb und bestimmt eine Notwendigkeit, eine LNT auf der Basis der abgeschätzten, auf der Vorrichtung gespeicherten NOx und der Kapazität der Vorrichtung, NOx zu speichern, zu regenerieren. Während einer Regeneration der LNT wird eine Periode eines stöchiometrischen oder bevorzugt leicht fetten Betriebes des Motors verwendet, um die erforderliche Chemie in der LNT zu Reduktion der NOx zu anderen Komponenten wie z. B. N2 und Wasser bereitzustellen. Eine Metrik, um den Grad zu verfolgen, mit dem ein Motor fett oder mager arbeitet, umfasst Lamda (λ), wobei λ gleich einem aktuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR), dividiert durch ein AFR bei stöchiometrischem Betrieb ist. In einer beispielhaften Motorkonfiguration kann ein λ-Wert von 0,98 bevorzugt sein, um einen Regenerationsvorgang einer LNT zu betreiben. Der Betrieb bei höheren λ-Werten kann daran scheitern, die erforderlichen Bedingungen in der LNT bereitzustellen, um das NOx effektiv zu reduzieren, und der Betrieb bei niedrigeren λ-Werten kann bewirken, dass es zu einem Schlupf von überschüssigem Kraftstoff an der LNT vorbei kommt. Auf der Basis des gewünschten Regenerationsvorganges ändert das Steuermodul das AFR des Motors, indem ein geeigneter Lambda-Befehl bestimmt wird, mehr Kraftstoff an den Motor zu liefern, um den gewünschten λ-Wert zu erreichen. Die Kraftstoffeinspritzung wird durch Steuern eines Kraftstoffeinspritzarbeitszyklus oder Steuern der Kraftstoffeinspritzmengen gesteuert. Während eine gegebene Masse einer Flüssigkeit von einem Kraftstoffsystem genau geliefert werden kann, wird ein erreichter λ-Wert von einer Zusammensetzung der Flüssigkeit, z. B. dem Biodieselmischungsverhältnis der Flüssigkeit, die eingespritzt wird, abhängig sein. Wenn z. B. eine Kraftstoffeinspritzung, welche umfasst, dass B100-Kraftstoff in einer gemessenen Menge, die für B0-Kraftstoff vorgesehen ist, in den Zylinder eingespritzt wird, um einen Regenerationsvorgang bei einem gewünschten λ-Wert oder Lambdabefehlswert von 0,98 zu betreiben, wird die geringere Energiedichte des B100-Kraftstoffes einen erreichten λ-Wert zur Folge haben, der höher als 0,98 ist. Wenn die Kraftstoffeinspritzung modifiziert wird, was eine erhöhte Einspritzung auf der Basis der Eigenschaften des B100-Kraftstoffes umfasst, kann der gewünschte λ-Wert erreicht werden.
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Es ist ein Verfahren zum Betreiben eines Regenerationsvorganges auf der Basis einer Angabe eines Mischungsverhältnisses für den von dem Motor verwendeten Kraftstoff offenbart. Es ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses verschiedener Kraftstoffe (z. B. Diesel und Biodiesel) in der gleichzeitig anhängigen und gemeinsamen erteilten USSN Nr. 13/113 177 (Aktenzeichen des Anwalts Nr. P 014 873) offenbart, welches hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Durch direktes Abschätzen des Mischungsverhältnisses können Eigenschaften des Kraftstoffes mit diesem Mischungsverhältnis aus Nachschlagtabellen geschätzt oder bestimmt werden.
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Es kann eine gewünschte Menge eines Kraftstoffes, der in einem Verbrennungstakt eines Dieselmotors eingespritzt werden soll, auf der Basis eines gewünschten AFR bestimmt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Vorwärtskraftstoffregelungsterm (FF) verwendet werden, um die gewünschte Kraftstoffmenge einzuspritzen. In einem Beispiel kann bei einem stöchiometrischen AFR für einen B0-Kraftstoff (AFR
stRD) die folgende Beziehung verwendet werden, um die Kraftstoffeinspritzung zu befehlen:
wobei MAF die, z. B. von einem MAF-Sensor, für die Frischluftmassenströmung gemessene Luftmassenströmung ist. Allerdings stellt Gl. 1 auf Grund des Unterschiedes in der Energiedichte zwischen Dieselkraftstoff und Biodieselkraftstoff keinen genauen FF-Wert bereit, wenn Biodiesel vorhanden ist.
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Es kann ein Rückführregelungsbefehl (FB) verwendet werden, um einen Motor zu steuern, wobei z. B. die Kraftstoffeinspritzung in Zusammenwirken mit FF angepasst wird, wobei FF eine kalibrierte Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis überwachter Steuerungsparameter für den Motor bereitstellt und FB eine Rückführregelung des Motors auf der Basis eines Vergleichs des gewünschten Betriebes des Motors mit einem tatsächlichen Betrieb des Motors bereitstellt. Gemäß einer Ausführungsform kann ein totaler oder endgültiger Kraftstoffregelungsterm für einen Verbrennungstakt (final_fuel) wie folgt bestimmt werden: final_fuel = FF + FB [2]
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FF in Gl. 2 wird auf der Basis des gewünschten Betriebes des Motors kalibriert, was z. B. eine TO_REQ, die einen gewünschten Drehmomentausgang des Motors angibt, und einen Betrieb des Motors infolge der Verbrennung von B0-Kraftstoff umfasst. Der tatsächliche Betrieb des Motors bei Einspritzung von B0-Kraftstoff in Übereinstimmung mit FF wird eng mit dem gewünschten Betrieb des Fahrzeuges übereinstimmen, wobei FB jegliche Diskrepanz zwischen dem gewünschten Betrieb und dem tatsächlichen Betrieb ausgleicht. Da FF den Motor genau steuern wird, wird FB relativ klein sein. Wenn Biodiesel vorhanden ist und sich die Energiedichte des eingespritzten Kraftstoffes von der von einem B0-Kraftstoff erwarteten Energiedichte unterscheidet, wird sich der tatsächliche Betrieb des Motors infolge von FF von dem gewünschten Betrieb des Motors mit zunehmenden Grenzen unterscheiden, wenn das Biodieselmischungsverhältnis des Kraftstoffes ansteigt. Infolge des größer werdenden Unterschiedes zwischen dem tatsächlichen, aus FF resultierenden Betrieb und dem gewünschten Betrieb mit ansteigenden Biodieselmischungsverhältnis-Werten, müssen die FB-Werte zunehmen, um den Unterschied auszugleichen. Während FB eine durch eine nicht genaue FF-Steuerung verursachte Diskrepanz korrigieren kann, kann die Rückführregelung einen Fehler umfassen, der ein langsames Ansprechen auf einen gewünschten Wert und einen Überschwingfehler umfasst. Wenn sich die Größe von FB erhöht, steigt das Risiko eines langsamen Ansprechens und eines Überschwingfehlers.
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In der Alternative zum direkten Schätzen eines Biodieselmischungsverhältnisses umfasst ein Verfahren zum Bestimmen einer Angabe des Biodieselmischungsverhältnisses für einen Kraftstoff, der von dem Motor verwendet wird, dass die Größe der befohlenen Rückkopplung überwacht wird. FFstRD entspricht FF für B0-Kraftstoff bei stöchiometrischem Betrieb. Da FFstRD auf B0-Kraftstoff kalibriert ist und FB den Motorbetrieb auf der Basis eines Unterschiedes zwischen dem aktuellen Betrieb und dem gewünschten Betrieb auf der Basis von FFstRD anpasst, stellt das Überwachen der Größe von FB eine Angabe bereit, um wie viel sich der Betrieb des Motors von den erwarteten Werten unterscheidet. Dieser Unterschied in dem Motorbetrieb kann verwendet werden, um ein Biodieselmischungsverhältnis des Kraftstoffes anzugeben, der zur Steuerung von Regenerationsvorgängen verwendet wird, oder anderweitig für eine Anpassung der Steuerung von FF auf der Basis der Kraftstoffzusammensetzung zu sorgen.
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2 veranschaulicht Rückführbefehle an einen Motor über eine Reihe von Regenerationsvorgängen in zwei Betriebsperioden. Eine horizontale x-Achse veranschaulicht die Zeit in Sekunden. Eine vertikale y-Achse veranschaulicht eine Größe eines FB-Wertes, der aus der wie hierin offenbarten Steuerung resultiert, wobei ein Unterschied zwischen einem Betrieb unter FF und dem tatsächlichen Betrieb des Motors korrigiert wird, wobei die veranschaulichten Werte, die FB-Werte beschreiben, die während der Regenerationsvorgänge verwendet werden. Die Kurve 100 umfasst die veranschaulichten Werte. Ein erster Zeitabschnitt über ungefähr 700 Sekunden umfasst FB-Werte, die einem Betrieb mit B0-Kraftstoff entsprechen. Die Wertemaxima 110 illustrieren, dass nur kleine FB-Werte notwendig sind, um den Betrieb in Übereinstimmung mit FF zu korrigieren. Bei ungefähr 700 Sekunden wird die Kraftstoffversorgung für den Motor auf einen Kraftstoff mit einem hohen Biodieselmischungsverhältnis geändert. Die entsprechenden FB-Werte, welche durch die Wertemaxima 120 veranschaulicht sind, steigen deutlich an, was größere Unterschiede zwischen dem gewünschten Betrieb des Motors und dem tatsächlichen Betrieb des Motors, welche aus der Steuerung in Übereinstimmung mit FF-Werten resultieren würden, widerspiegelt.
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3 veranschaulicht Lambda-Werte über eine Reihe von Regenerationsvorgängen in zwei Betriebsperioden. Eine horizontale x-Achse veranschaulicht die Zeit in Sekunden. Eine vertikale y-Achse veranschaulicht die Lambda(λ)-Werte. Ein erster Zeitabschnitt über ungefähr 700 Sekunden umfasst λ-Werte, die einem Betrieb mit B0-Kraftstoff entsprechen. Ein zweiter Zeitabschnitt über ungefähr 700 Sekunden umfasst λ-Werte, die einem Betrieb mit einem hohen Biodieselmischungsverhältnis entsprechen. Die Kurve 200 veranschaulicht die λ-Werte über die Zeitperioden, umfassend zwei Regenerationsvorgänge 210, in denen λ auf ungefähr 1,0 gesteuert wird, und zwei Regenerationsvorgänge 220, in denen λ auf ungefähr 1,0 gesteuert wird. Die Regenerationsvorgänge 210 finden statt, wenn B0-Kraftstoff verwendet wird, um den Motor mit Kraftstoff zu versorgen, und veranschaulichen eine genaue Steuerung von λ auf den gewünschten λ-Wert. Die Regenerationsvorgänge 220 finden statt, wenn Kraftstoff mit dem hohen Biodieselmischungsverhältnis verwendet wird, um den Motor mit Kraftstoff zu versorgen. Der erste Regenerationsvorgang 220, welcher bei ungefähr 720 Sekunden stattfindet, illustriert ein Überschwingen, bei dem λ auf unter 1,0 fällt, bevor es auf 1,0 zurückgesetzt wird. Der zweite Regenerationsvorgang 220, welcher bei ungefähr 785 Sekunden stattfindet, illustriert ein langsames Ansprechen, bei dem λ länger braucht als üblich, um 1,0 zu erreichen. Auf Grund des Kraftstoffes mit dem hohen Biodieselmischungsverhältnis ist die Fähigkeit des Motors, λ zu steuern, wegen des hohen Grades an Rückführregelung, die erforderlich ist, um den Vorwärtskraftstoffregelungsterm zu korrigieren, der dem hohen Biodieselmischungsverhältnis zugehörig ist, beeinträchtigt.
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Tests haben gezeigt, dass die Auswirkungen eines hohen Biodieselmischungsverhältnisses bei der Verbrennung in Bezug auf einen prozentuellen Anteil des Kraftstoffes, der aus Biodiesel besteht, im Vergleich mit einem prozentuellen Anteil des Kraftstoffes, der aus Diesel besteht, im Wesentlichen linear sind. Infolgedessen ist bei einer genauen Angabe des Biodieselmischungsverhältnisses für den in dem Motor verwendeten Kraftstoff ein Vorwärtsregelungskorrektur- oder Vorwärtsregelungsadaptionsfaktor auf der Basis einer linearen Anpassung an FF möglich, um eine Vorwärtsregelung zu schaffen, die für das Biodieselmischungsverhältnis adaptiert ist.
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Wenn das Biodieselmischungsverhältnis direkt bestimmt oder geschätzt wird, kann ein Adaptionsfaktor α ein kalibrierter Wert auf der Basis des bestimmten Biodieselmischungsverhältnisses sein. In der Alternative kann, wenn eine andere Angabe des Biodieselmischungsverhältnisses überwacht oder bestimmt werden kann, kann α in ähnlicher Weise bestimmt werden. Erweitert man Gl. 2 bei einem Betrieb bei Stöchiometrie oder mit einem λ von ungefähr gleich eins (umfassend z. B. einen Wert von 0,98) zu dem Zeitpunkt t, wie z. B. während eines Regenerationsvorganges gesteuert, kann ein Adaptionsfaktor α(t) verwendet werden, um final_fuel(t) als eine Funktion von FFstRD zu definieren.
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Bei Auflösen nach α in dieser Ausführungsform, was eine Größe von FB(t) in Bezug auf final_fuel(t) und FF
stRD(t) als eine Angabe des Biodieselmischungsverhältnisses illustriert, können überwachte Parameter aus einem Verbrennungstakt verwendet werden, um α zur Verwendung beim Adaptieren von FF in dem nächsten Verbrennungstakt zu bestimmen. Wenn AFR
stBD für eine Kraftstoffzusammensetzung, welche gegenwärtig von dem Motor verwendet wird und einen Anteil an Biodieselkraftstoff umfasst, dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, kann der Faktor wie folgt ausgedrückt werden:
wobei
bei aktiver Rückführregelung auf der Basis der Rückführregelung, die einen Wert nahe bei eins (z. B. 0,98) befiehlt, als gleich eins geschätzt werden kann, was den folgende Ausdruck ergibt:
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Durch Bestimmen von AFRstBD für einen Kraftstoff, der von dem Motor verwendet wird, eine Angabe des Biodieselmischungsverhältnisses und Vergleichen desselben mit AFRstRD kann α bestimmt werden.
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Gemäß einem Verfahren zum Schätzen von α auf der Basis von final_fuel und FF
stRD, können ein Kalman-Filter und Zustandsraummodell verwendet werden. Ein Gammaverhältnis kann wie folgt definiert werden:
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Im Betrieb ist α ein verrauschter Term mit einer ausgeprägten Schwankung. Das Gammaverhältnis r(t) stellt α(t) dar und die Verwendung eines Filters wie z. B. eines Kalman-Filters gestattet es, das Rauschen herauszufiltern und einen genauen Wert zu schätzen. Ein Zustandsraummodell kann wie folgt definiert werden:
wobei v
k und w
k weiße Rauschterme sind. Ein vorhergesagter Zustand kann wie folgt definiert werden:
α ^k|k-1 = Fkα ^k-1|k-1 + wk-1 [11] y ~k = zk – Hkα ^k|k-1 [12] α ^k|k = α ^k|k-1 – Kky ~k [13] -
Eine vorhergesagte Schätzkovarianz kann wie folgt definiert werden: Pk|k-1 = FkPk-1|k-1F T / k + Qk-1 [14]
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Der Kalman-Filter gibt α ^
k|k aus, welches als Adaptionsfaktor α, wie hierin offenbart, verwendet werden kann. α ^
k|k kann verwendet werden, um das Biodieselmischungsverhältnis, z. B. zum Vergleich mit einem durch ein anderes Verfahren bestimmtes Biodieselmischungsverhältnis, wie folgt zu bestimmen:
wobei AFR
stB100 das AFR für B100-Kraftstoff bei Stöchiometrie ist und BD das Biodieselmischungsverhältnis als ein prozentueller Anteil ist.
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Die Änderungen an den offenbarten Gleichungen können verwendet werden, um α zur Steuerung eines Regenerationsvorganges zu bestimmen. α kann z. B. in Übereinstimmung mit einer Reihe von Biodieselmischungs-Detektionsverfahren geschätzt werden. Beispielsweise kann α auf der Basis eines bestimmbaren unteren Heizwertes für das aktuelle Kraftstoffgemisch, LHV
BD, und eines Vergleiches mit einem unteren Heizwert für Dieselkraftstoff, LHV
RD, wie folgt bestimmt werden:
wobei k eine kalibrierte Konstante ist. Die offenbarten Verfahren bestimmen einen Faktor zum Anpassen von Vorwärtskraftstoffregelungstermen. Es kann ein ähnliches Verfahren verwendet werden, welches eine Drosselklappensteuerung wie folgt anpasst oder adaptiert:
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Der Drosselklappenbefehl auf der Basis des Betriebes des Motors ausschließlich mit Dieselkraftstoff, MAFcmdRD, kann durch AFRstBD/AFRstRD modifiziert werden, um einen Drosselklappenbefehl zu bestimmen, der an den von dem Motor verwendeten Kraftstoff, MAFcmdBD, angepasst ist.
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Für ein stabiles Kraftstoffgemisch mit einem konstanten Biodieselmischungsverhältnis ist α ein konstanter Wert, aber eine exakte Bestimmung von α kann auf Grund von Signalrauschen schwierig sein. Gemäß einer Ausführungsform kann α während eines Regenerationsvorganges unter Verwendung eines gleitenden Mittelwertfensters geschätzt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Kalman-Filter oder eine andere Filterungstechnik verwendet werden, um die Genauigkeit der Bestimmung von α zu verbessern. Durch Ausführen einer Steuerung auf der Basis von α bei einem Motorbetrieb bei einem λ von ungefähr gleich eins kann eine Adaptionsregel bestimmt und bei einer Iteration k verwendet werden, wobei ein Filter erster Ordnung angewendet wird, umfassend das Folgende: FFstBD = yk·FFstRD [18] yk = c1yk-1 + (1 – c1)·αk-1 [19] wobei FFstBD der Vorwärtskraftstoffregelungsterm für die Kraftstoffmischung ist, welche aktuell von dem Motor verwendet wird;
c1 eine kalibrierte Konstante ist; und
yk eine ausgegebene Adaptionsrate auf der Basis von α ist.
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4 veranschaulicht einen Informationsfluss in Bezug auf das Steuern eines Motors unter Verwendung eines Adaptionsfaktors, um einen Vorwärtskraftstoffregelungsterm anzupassen. Die Konfiguration 300 umfasst ein Dieselvorwärtsbefehlsmodul 310, welches ein MAF-Sensorsignal von dem Modul 302 und einen AFRstRD-Wert von 14,59 von dem Modul 304 überwacht. Das Dieselvorwärtbefehlsmodul 310 bestimmt FFstRD und gibt es aus. Das Modul 320 für den adaptierten Vorwärtsbefehl gibt FFstRD und eine Ausgangsadaptionsrate yk von dem Modul 390, das z. B. auf der Basis einer letzten Iteration des Informationsflusses bestimmt wurde, ein. Das Modul 320 für den adaptierten Vorwärtsbefehl bestimmt FFstBD, einen Vorwärtskraftstoffregelungsterm, der an ein aktuelles Biodieselmischungsverhältnis adaptiert ist, oder einen adaptierten Vorwärtskraftstoffregelungsterm, z. B. gemäß Gl. 18. Das final_fuel-Befehlsmodul 330 überwacht FFstBD und eine Rückführregelungs-FB von dem Lambda-Rückführregelungsmodul 380. Das final_fuel-Befehlsmodul 330 bestimmt und gibt einen final_fuel-Befehls zur Verwendung beim Steuern des Motors 10 während Regenerationsvorgängen aus. Während des Betriebes des Motors wird der Motorbetrieb einschließlich einer Ablesung des tatsächlichen Lambdas einer Ladung des Motors überwacht, indem z. B. ein Breitband-Luft/Kraftstoff(WRAF)-Sensor überwacht wird. Das Lambda-Vergleichsmodul 370 überwacht die Ablesung des tatsächlichen Lambdas und vergleicht die Ablesung mit einem Lambda-Zielwert von dem Modul 306. Der Lambda-Zielwert kann auf den hierin offenbarten Wert von 0,98 festgelegt werden. Das Lambda-Vergleichsmodul 370 bestimmt und gibt einen Lambdasteuerungs-Fehlerwert auf der Basis des Vergleichs aus. Das Lambda-Rückführregelungsmodul 380 überwacht den Lambdasteuerungs-Fehlerwert und ein Regenerationszeiteinstellungssignal von dem Zeitmodul 309. Das Lambda-Rückführregelungsmodul 380 bestimmt das FB-Signal und gibt dieses aus. Das Gammaverhältnismodul 340 überwacht den final_fuel-Regelungsterm, das MAF-Signal von dem Modul 302 und AFRstRD von dem Modul 304. Das Gammaverhältnismodul 340 bestimmt und gibt ein Gammaverhältnissignal als ein Verhältnis zwischen dem final_fuel-Regelungsterm und FFstRD aus. FFstRD kann ein Eingang in das Gammaverhältnismodul von dem Modul 310 sein, oder, wie in 4 veranschaulicht, kann FFstRD auf der Basis des MAF-Sensorsignals von dem Modul 302 und eines AFRstRD-Werts von 14,59 von dem Modul 304 in dem Modul 340 bestimmt werden. Das Gammaverhältnismodul 340 gibt ein kontinuierliches Signal des Gammaverhältnisses aus. Allerdings ist eine Steuerung auf der Basis des Adaptionsfaktors nur dann wünschenswert, wenn ein Regenerationsvorgang aktiv ist. Das Signalaktivierungsmodul 350 überwacht ein Regenerationsvorgangssignal von dem Modul 308, einschließlich eines Wertes von eins, wenn ein Regenerationsvorgang aktiv ist und eines Wertes von null, wenn ein Regenerationsvorgang nicht aktiv ist. Das Signalaktivierungsmodul 350 multipliziert das Gammaverhältnis mit dem Regenerationsvorgangssignal und gibt das Gammaverhältnis aus, wenn der Regenerationsvorgang aktiv ist, und ein Null-Signal, wenn der Regenerationsvorgang nicht aktiv ist. Das Kalman-Filter-Modul 360 überwacht das Signal von dem Modul 350 und bestimmt und gibt eine gefilterte Adaptionsverstärkung in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Verfahren aus. Der Adaptionsfilter 390 überwacht die gefilterte Adaptionsverstärkung und wendet einen linearen oder Filter erster Ordnung gemäß Gl. 19 an, um eine Ausgangsadaptionsrate zu bestimmen und auszugeben, die als ein Adaptionsfaktor in dem Modul 320 verwendet werden sll, um einen nächsten Wert des Vorwärtskraftstoffregelungsterms auf der Basis der Eigenschaften des von dem Motor verwendeten Kraftstoffes zu adaptieren. Die Konfiguration 300 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Informationsflusses, um den Motor während eines Regenerationsvorganges mithilfe eines Adaptionsfaktors zu steuern, aber die Offenlegung soll nicht auf die hierin bereitgestellten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein.
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Das Adaptieren der Vorwärtskraftstoffregelungsterme an den Motor im Verlauf von Regenerationsvorgängen kann die negativen Auswirkungen der Verwendung eines Kraftstoffes reduzieren, der ein Gemisch aus Dieselkraftstoff und Biodieselkraftstoff umfasst. 6 veranschaulicht beispielhafte modellierte Ergebnisse, die durch Steuerung mit den und ohne die hierin offenbarten adaptiven Vorwärtsregelungsverfahren erreicht werden. Eine horizontale x-Achse veranschaulicht die Zeit in Sekunden. Die vertikale y-Achse veranschaulicht Lambda. Die Kurve 510, welche als eine Volllinie gezeigt ist, veranschaulicht Ergebnisse eines ohne adaptive Vorwärtsregelung betriebenen Motors. Bei ungefähr 700 Sekunden wird der von dem Motor verwendete Kraftstoff von B0 auf ein bestimmtes Gemisch aus Diesel und Biodiesel geändert. Die Ergebnisse des Betriebes nach 700 Sekunden während Regenerationsperioden, in denen das Lambda auf oder nahe an 1,0 gesteuert wird, umfassen ein Überschwingen und langsames Ansprechen, was für ein mit einer erhöhten Rückführregelung arbeitendes System typisch ist. Die Kurve 520, welche als eine Strichlinie gezeigt ist, veranschaulicht Ergebnisse eines mit einer adaptiven Vorwärtsregelung, wie hierin offenbart, betriebenen Motors, und spricht auf die gleichen Betriebseingänge an, wie die Kurve 510. Die Steuerung des Betriebes nach 700 Sekunden umfasst einen stabileren Betrieb, sodass die Steuerung von Lambda vor und die Steuerung von Lambda nach 700 Sekunden im Wesentlichen ähnlich sind.
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5 veranschaulicht einen beispielhaften Prozess zur Steuerung eines Regenerationsvorganges auf der Basis eines Adaptionsfaktors. Tabelle 1 ist als ein Schlüssel vorgesehen, wobei die numerisch bezeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt dargelegt sind. Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALT |
| 410 | Start |
| 420 | Überwache FFstRD |
| 430 | Bestimme eine Angabe eines Biodieselmischungsverhältnisses für den von dem Motor verwendeten Kraftstoff |
| 440 | Bestimme α auf der Basis der Angabe des Biodieselmischungsverhältnisses |
| 450 | Steuere den Motor auf der Basis von FFstRD und α |
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Der Prozess 400 beginnt z. B. bei Block 410, in dem ein Regenerationsvorgang befohlen wird. Bei Block 420 wird FFstRD z. B. als ein Wert überwacht, der durch ein Vorwärtsbefehlsmodul auf der Basis eines gewünschten Betriebes des Motors erzeugt wird. Bei Block 430 wird eine Angabe eines Biodieselmischungsverhältnisses für einen von dem Motor verwendeten Kraftstoff überwacht oder bestimmt. Beispiele von Verfahren zum Überwachen oder Bestimmen dieser Angabe umfassen das direkte Schätzen eines Biodieselmischungsverhältnisses, das Bestimmen der Angabe auf der Basis einer Größe einer Rückführregelung, die Bestimmung von AFRstBD oder die Bestimmung von LHVBD. Bei Block 440 wird ein Wert für α auf der Basis der Angabe des Biodieselmischungsverhältnisses bestimmt. Bei Block 450 wird der Motor über den Regenerationsvorgang auf der Basis von α gesteuert. Der Prozess 400 ist ein beispielhafter Prozess zur Steuerung eines Motors auf der Basis einer Angabe eines Biodieselmischungsverhältnisses, aber die Offenlegung soll nicht auf die speziellen, hierin bereitgestellten Beispiele beschränkt sein.
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Die Offenlegung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben. Nach dem Lesen und Verstehen der Beschreibung kann es sein, dass jemandem weitere Abwandlungen und Änderungen einfallen. Die Offenlegung soll daher nicht auf die spezielle/n Ausführungsform/en beschränkt sein, die als die beste Art in Erwägung gezogen wird/werden, um die Offenlegung auszuführen, sondern die Offenlegung soll vielmehr alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.
bei aktiver Rückführregelung auf der Basis der Rückführregelung, die einen Wert nahe bei eins (z. B. 0,98) befiehlt, als gleich eins geschätzt werden kann, was den folgende Ausdruck ergibt:
