-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft Nachbehandlungssysteme für kompressionsgezündete Motoren und insbesondere ein System und Verfahren zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors.
-
HINTERGRUND
-
Die Emission von Partikelmaterial in Abgas von kompressionsgezündeten Motoren wird aus Umweltgründen reguliert. Somit weisen Fahrzeuge, die mit kompressionsgezündeten Motoren ausgestattet sind, oftmals Nachbehandlungskomponenten auf, wie Partikelfilter, katalysierte Rußfilter sowie Adsorptionskatalysatoren zur Entfernung von Partikelmaterial und anderen regulierten Bestandteilen (z. B. Stickoxiden oder NOx) aus ihren Abgasströmen. Partikelfilter und andere Nachbehandlungskomponenten können wirksam sein, können jedoch auch den Gegendruck erhöhen, wenn sie Partikelmaterial ansammeln.
-
Das Partikelmaterial kann Asche und nicht verbrannte Kohlenstoffpartikel aufweisen, die allgemein als Ruß bezeichnet werden. Wenn sich kohlenstoffbasiertes Partikelmaterial in den Nachbehandlungskomponenten ansammelt, kann dies den Gegendruck in dem Abgassystem erhöhen. Motoren, die große Raten an Partikelmassenemission aufweisen, können übermäßige Gegendruckniveaus innerhalb einer relativ kurzen Zeitperiode entwickeln, wobei der Motorwirkungsgrad und die Fähigkeit zur Leistungserzeugung vermindert werden. Daher ist es erwünscht, Partikelfiltrationssysteme zu haben, die den Gegendruck minimieren, während Partikelmaterial in dem Abgas effektiv abgefangen wird.
-
Um diese beiden konkurrierenden Ziele zu erreichen, müssen Nachbehandlungskomponenten entweder durch Austausch von Komponenten oder durch Entfernung des angesammelten Rußes regelmäßig überwacht und gewartet werden. Das Reinigen des angesammelten Rußes von einer Nachbehandlungskomponente kann auch über Oxidation zu CO2 (d. h. Wegbrennen) erreicht werden und ist in der Technik als Regeneration bekannt. Um Wartungsunterbrechungen zu vermeiden, ist eine Regeneration gegenüber einem Austausch von Nachbehandlungskomponenten allgemein bevorzugt.
-
Ein Weg, über den eine Regeneration erreicht werden kann, besteht in der Erhöhung der Temperaturen des Filtermaterials und/oder des gesammelten Partikelmaterials auf Niveaus oberhalb der Verbrennungstemperatur des Partikelmaterials. Das Anheben der Temperatur unterstützt einen Verbrauch des Rußes, indem zugelassen wird, dass der überschüssige Sauerstoff in dem Abgas das Partikelmaterial oxidieren kann. Das Partikelmaterial kann auch bei geringeren Temperaturen oxidiert und somit entfernt werden, indem das Partikelmaterial ausreichenden Konzentrationen von Stickstoffdioxid (NO2) ausgesetzt wird. Abgas von einem Kompressionsmotor, wie einem Dieselmotor, enthält typischerweise NOx, das primär aus Stickstoffmonoxid (NO) und etwa 5 bis 20 Prozent NO2 besteht, wobei größere Niveaus von NO2 üblich sind, wenn in dem Abgasstrom Oxidationskatalysatoren vorhanden sind. Somit tritt ein gewisses Niveau an Regeneration sogar bei relativ geringen Temperaturen auf.
-
Der Regenerationsprozess kann entweder passiv oder aktiv sein. Bei passiven Systemen findet eine Regeneration statt, sobald Wärme (z. B. durch die Abgase geführt) und Ruß (z. B. in den Nachbehandlungskomponenten abgefangen) ausreichend sind, um eine Oxidation zu unterstützen, und/oder sobald ausreichende Konzentrationen von NO2 in dem Abgas vorhanden sind, um eine Oxidation bei geringeren Temperaturen zu ermöglichen. In aktiven Systemen wird eine Regeneration zu gewünschten Zeiten durch Einführen von Wärme von einer äußeren Quelle bewirkt (z. B. einer elektrischen Heizung, einem Kraftstoffbrenner, einer Mikrowellenheizung und/oder von dem Motor selbst, wie einer späten im Zylinder erfolgenden Einspritzung oder einer Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Abgasstrom). Eine aktive Regeneration kann während verschiedener Fahrzeugbetriebsabläufe und Abgasbedingungen ausgelöst werden. Unter diesen günstigen Betriebsbedingungen sind stationäre Fahrzeugbetriebsabläufe, wie, wenn sich das Fahrzeug beispielsweise während eines Tankaufenthalts im Ruhezustand befindet. Motorsteuersysteme können dazu verwendet werden, um vorherzusagen, wann es vorteilhaft sein kann, ein Regenerationsereignis aktiv zu unterstützen und eine Steuerung über den Regenerationsprozess zu bewirken.
-
Ein Motorsteuersystem kann ein Rußmodell verwenden, um eine Rußmasse, die sich in der Nachbehandlungskomponente angesammelt hat, durch Überwachen von Eigenschaften des Abgasstromes abzuleiten (d. h. vorherzusagen), wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente strömt. Das Steuersystem kann die abgeleiteten Rußmassendaten verwenden, um eine Rußbeladung über die Zeit zu überwachen, um zu bestimmen oder vorherzusagen, wann eine Regeneration notwendig oder erwünscht sein kann, um ein Regenerationsereignis zu unterstützen und/oder eine Steuerung über einen Regenerationsprozess oder andere Abhilfemaßnahmen zu bewirken. Bei einem beispielhaften Rußmodell kann der Druckabfall über eine beladene Nachbehandlungskomponente zusammen mit der Kenntnis der Beziehung zwischen der Rußansammlung und dem Druckabfall verwendet werden, um das Ausmaß der Rußbeladung in der Nachbehandlungskomponente zu schätzen. Dies ist möglich, da, wenn sich Ruß in einer Nachbehandlungskomponente ansammelt, der Druckabfall typischerweise (bei spezifischer Temperatur und Volumendurchflüssen) von Druckabfällen zunimmt, die auftreten, wenn die Nachbehandlungskomponente sauber ist.
-
Da Änderungen in der Temperatur, des Drucks und des Durchflusses den Druckabfall, dem das Abgas ausgesetzt ist, beeinflussen, wenn es durch eine Nachbehandlungskomponente gelangt, sind die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Messungen für diese Parameter wichtig. Es können auch ideale Gasgesetze verwendet werden, um Durchflüsse für sich ändernde Temperaturen und Drücke einzustellen, was weiter zu der Wichtigkeit genauer Bestimmungen für diese Parameter beiträgt. Unglücklicherweise ist jedoch eine Anzahl von Schwierigkeiten bei der Bestimmung von Temperaturen in und um Nachbehandlungskomponenten aufgetreten. Beispielsweise hat die Erfahrung gezeigt, dass Abgastemperaturen signifikant von Materialtemperaturen in einer Nachbehandlungskomponente insbesondere während eines nicht stetigen oder transienten Betriebs abweichen können. Dies ist auf signifikante thermische Trägheiten zurückzuführen, die in typischen Nachbehandlungskomponenten existieren können, was durch entsprechend große Temperaturgradienten begleitet sein kann, da die Komponenten auf transiente Betriebsbedingungen ansprechen. Daher können infolge der großen Abhängigkeit von einer genauen Temperaturmessung Fehler durch Temperaturgradienten, die in Nachbehandlungskomponenten auftreten, bewirkt werden.
-
Demgemäß ist es erwünscht, ein verbessertes System und Verfahren zum Bestimmen, wann eine aktive Regeneration unterstützt werden soll, und zur Steuerung einer aktiven Regeneration von Partikelfiltrationssystemen bereitzustellen, die insbesondere eine verbesserte Modellgenauigkeit in der Anwesenheit großer Temperaturgradienten besitzen, die in und um Nachbehandlungskomponenten auftreten.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines Motors ein Empfangen eines stromaufwärtigen Temperatursignals, das eine Temperatur stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente repräsentiert, ein Empfangen eines stromabwärtigen Temperatursignals, das eine Temperatur stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente repräsentiert, und ein Berechnen einer Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente auf Grundlage einer Differenz zwischen dem stromaufwärtigen Temperatursignal und dem stromabwärtigen Temperatursignal. Die Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente wird mit einer vorbestimmten Temperaturänderungsgrenze verglichen, um zu bestimmen, ob die Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente kleiner als oder größer als die vorbestimmte Temperaturänderungsgrenze ist.
-
Falls die Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente kleiner als die vorbestimmte Temperaturänderungsgrenze ist, wird eine Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente unter Verwendung eines primären Rußansammlungsmodells berechnet. Falls die Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente größer als die vorbestimmte Temperaturänderungsgrenze ist, wird eine Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente unter Verwendung eines sekundären Rußansammlungsmodells berechnet. Die Schätzung von angesammelten Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente wird mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen, die der Nachbehandlungskomponente zugeordnet ist, und es wird eine Abhilfeaktion ausgelöst, wenn die Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente die vorbestimmte Schwelle überschreitet.
-
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein System zur Steuerung einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente einen Regenerationscontroller, der einen Prozessor aufweist, der mit einer Speichervorrichtung gekoppelt ist. Der Regenerationscontroller ist derart konfiguriert, ein stromaufwärtiges Temperatursignal aufzunehmen, das eine Temperatur stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente repräsentiert, ein stromabwärtiges Temperatursignal aufzunehmen, das eine Temperatur stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente repräsentiert, und eine Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente auf Grundlage einer Differenz zwischen dem stromaufwärtigen Temperatursignal und dem stromabwärtigen Temperatursignal zu berechnen.
-
Der Regenerationscontroller ist auch derart konfiguriert, die Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente mit einer vorbestimmten Temperaturänderungsgrenze zu vergleichen, um zu bestimmen, ob die Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente kleiner als oder größer als die vorbestimmte Temperaturänderungsgrenze ist, um eine Schätzung von angesammelten Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente unter Verwendung eines primären Rußansammlungsmodells zu berechnen, wenn die Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente kleiner als die vorbestimmte Temperaturänderungsgrenze ist, und um eine Schätzung von angesammelten Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente unter Verwendung eines sekundären Rußansammlungsmodells zu berechnen, falls die Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente größer als die vorbestimmte Temperaturänderungsgrenze ist. Der Regenerationscontroller ist auch derart konfiguriert, die Schätzung von angesammelten Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente mit einer vorbestimmten Schwelle, die der Nachbehandlungskomponente zugeordnet ist, zu vergleichen, und um eine Abhilfeaktion auszulösen, wenn die Schätzung von angesammelten Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente die vorbestimmte Schwelle überschreitet.
-
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
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:
-
1 ein schematisches Schaubild ist, das ein beispielhaftes System zur Steuerung einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors zeigt, und
-
2 ein Prozessflussdiagramm ist, das einen beispielhaften Prozess zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors zeigt.
-
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
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 und Merkmale angeben.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in 1 gezeigt ist, weist ein beispielhaftes System 100 zur Steuerung einer Regeneration innerhalb einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors einen kompressionsgezündeten Motor 102 auf, der mit einem Abgassystem 104 gekoppelt ist, durch das Abgas 103 von dem Motor 102 strömt und vor einem Austrag an die Atmosphäre behandelt wird. Das Abgassystem 104 weist zumindest eine Nachbehandlungskomponente 106 auf, wie einen Partikelfilter zur Entfernung von Partikelmaterial und anderen regulierten Bestandteilen von dem Abgasstrom. Eine Heizung 108 ist zum Zusatz von Wärme zu der Nachbehandlungskomponente 106 konfiguriert, um eine Regeneration in der Nachbehandlungskomponente 106 zu bewirken. Ein Regenerationscontroller 110 ist derart konfiguriert, vorherzusagen, wann es notwendig oder vorteilhaft sein kann, eine Regeneration in der Nachbehandlungskomponente auszuführen, und wann es geeignet ist, ein Regenerationsereignis aktiv zu unterstützen. Der Regenerationscontroller 110 kann ein derartiges Ereignis beispielsweise durch Einführen von Wärme in die Nachbehandlungskomponente 106 von einer äußeren Quelle, wie der Heizung 108, oder durch Bewirken einer Einspritzung von Kraftstoff in den Motor 102 oder das Abgassystem 104 unterstützen.
-
Um dem Regenerationscontroller 110 zu ermöglichen, seine Funktionen besser auszuführen, sind verschiedene Instrumente in dem Motor 102 und dem Abgassystem 104 positioniert. Die Instrumente sind so konfiguriert, dass sie auf Änderungen in relevanten Parametern in dem Motor 102 und dem Abgassystem 104 ansprechen und Signale an den Regenerationscontroller 110 übertragen, wobei die Signale den Betrieb des Motors 102 und der Nachbehandlungskomponente 106 angeben. Beispielsweise misst bei einer beispielhaften Ausführungsform ein stromaufwärtiger Drucksensor 112 Drücke des Abgasstromes 103 stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente 106 und erzeugt stromaufwärtige Drucksignale 114. Gleichermaßen misst ein stromabwärtiger Drucksensor 116 Drücke des Abgasstromes 103 stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente 106 und erzeugt stromabwärtige Drucksignale 118. Zusätzlich misst ein stromaufwärtiger Temperatursensor 120 Temperaturen des Abgasstroms 103 stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente 106 und erzeugt stromaufwärtige Temperatursignale 122. Ein stromabwärtiger Temperatursensor 124 misst Temperaturen des Abgasstroms stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente 106 und erzeugt stromabwärtige Temperatursignale 126. Ein Motordrehzahlsensor 128 erfasst Drehzahlen des Motors 102 und erzeugt Motordrehzahlsignale 130. Ein Motorströmungssensor 132 erfasst Massendurchflüsse von Arbeitsfluid (z. B. Luft oder Luft und Kraftstoff oder Abgas), das in den Motor 102 oder das Abgassystem 104 strömt, und erzeugt Motordurchflusssignale 134.
-
Der Regenerationscontroller 110 empfängt Information, wie ein oder mehrere der stromaufwärtigen Drucksignale 114, stromabwärtigen Drucksignale 118, stromaufwärtigen Temperatursignale 122, stromabwärtigen Temperatursignale 126, Motordrehzahlsignale 130 und Motordurchflusssignale 134 von dem stromaufwärtigen Drucksensor 112, dem stromabwärtigen Drucksensor 116, dem stromaufwärtigen Temperatursensor 120, dem stromabwärtigen Temperatursensor 124, dem Motordrehzahlsensor 128 und dem Motorströmungssensor 132. Ein Prozessor 136 des Regenerationscontrollers 110 wirkt mit einem Speicher 138 zusammen, der dem Regenerationscontroller 110 zugeordnet ist, um Anweisungen auszuführen, die derart konfiguriert sind, um zu ermöglichen, dass der Regenerationscontroller 110 die Rußbeladung in der Nachbehandlungskomponente 106 überwacht, um zu bestimmen oder vorherzusagen, wann eine Regeneration in der Nachbehandlungskomponente 106 notwendig oder erwünscht sein kann, um ein Regenerationsereignis in der Nachbehandlungskomponente 106 zu unterstützen und/oder eine Steuerung über einen Regenerationsprozess oder andere Abhilfemaßnahmen zu bewirken.
-
Beispielsweise ist bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Regenerationscontroller 110 derart konfiguriert, eine Menge von Partikelmaterialansammlung in der Nachbehandlungskomponente 106 auf Grundlage eines Druckabfallindex zu schätzen, der einen Abfall des Drucks in dem Abgasstrom angibt, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente 106 gelangt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform verwendet der Regenerationscontroller 110 die stromaufwärtigen Drucksignale 114 und die stromabwärtigen Drucksignale 118, um den Druckabfallindex zu berechnen. Zusätzlich verwendet der Regenerationscontroller 110 die Motordurchflusssignale 134 oder die Motordrehzahlsignale von dem Motordrehzahlsensor 128 oder dem Motorströmungssensor 132, um einen Durchflussindex zu erzeugen. Noch weiter verwendet der Regenerationscontroller 110 die stromaufwärtigen Temperatursignale 122 und die stromabwärtigen Temperatursignale 126, um einen Temperaturindex zu berechnen, der eine Temperatur des Abgasstroms 103 oder eine Änderung der Temperatur des Abgasstroms angibt, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente 106 gelangt. In Situationen, wenn ein oder mehrere der Temperatursignale (z. B. eines der stromaufwärtigen Temperatursignale 122 und der stromabwärtigen Temperatursignale 126) nicht vorhanden sind oder als unzuverlässig gelten, oder in Situationen, wenn größere Einzelheiten im Hinblick auf Temperaturen in der Nachbehandlungskomponente 106 gewünscht sein können, kann ein Simulationsmodell verwendet werden, um eine oder mehrere Temperaturen an einer oder mehreren Stellen in der Nachbehandlungskomponente auf Grundlage anderer bekannter Temperaturen zu schätzen. Dann kann auf Grundlage des zusätzlichen Temperaturdetails ein genauerer Temperaturindex erzeugt werden.
-
Sobald die Eigenschaften der Strömung erzeugt worden sind, schätzt der Regenerationscontroller 110 eine Menge der Partikelmaterialansammlung in der Nachbehandlungskomponente 106. Bei einer beispielhaften Ausführungsform verwendet der Regenerationscontroller 110 ein Rußansammlungsmodell auf Grundlage von Rußratenkennfeldern, die unter Verwendung von Motorausgangsbedingungen entwickelt werden. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform verwendet der Regenerationscontroller 110 ein Rußansammlungsmodell auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Druckabfallindex, dem Durchflussindex und dem Temperaturindex. Dem Fachmann sei angemerkt, dass Zunahmen des Betrags des Druckabfalls (d. h. Änderung) bei einem konstanten Durchfluss und einer konstanten Temperatur eine Ansammlung von Ruß oder anderem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente 106 angeben. Dem Fachmann sei auch angemerkt, dass der Durchfluss Index auf eine standardisierte Temperatur und einen standardisierten Druck (z. B. gemäß dem idealen Gasgesetz) normalisiert sein kann, um so einige oder alle der Ungenauigkeiten zu beseitigen, die Änderungen der Temperatur und des Drucks des Abgasstroms 103 zugeordnet sind. Dies ist möglich, da es bekannt ist, dass eine konsistente Beziehung zwischen dem Druckverlust und einem derartigen korrigierten Durchfluss existieren kann, sogar obwohl sich die Temperatur und/oder der Druck der Strömung ändern können.
-
Es ist erkannt worden, dass die Anwesenheit einiger extremer oder nicht stetiger oder transienter Bedingungen in dem Abgasstrom 103 und/oder in der Nachbehandlungskomponente 106 in Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Temperatur oder anderer relevanter Parameter resultieren können. Daher bestimmt bei einer beispielhaften Ausführungsform der Regenerationscontroller 110, ob man sich auf ein primäres Rußansammlungsmodell, wie ein druckbasiertes Rußmodell, oder ein sekundäres Rußansammlungsmodell oder eine andere Unterstützungstechnik verlassen soll. Die Entscheidung, welche Technik verwendet werden soll, kann auch auf der Temperatur, die stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente gemessen wird, und der Temperatur, die stromabwärts von einer Nachbehandlungskomponente gemessen wird, und einer modellierten Oberflächentemperatur in der Nachbehandlungskomponente basieren. Wenn beispielsweise die Temperatur, die stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente gemessen wird, eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, kann der Regenerationscontroller 110 wählen, sich auf eine alternative Rußschätztechnik zu verlassen, anstatt ein druckbasiertes Vorhersageverfahren zu verwenden, das bei der übermäßig hohen Temperatur unzuverlässig sein kann. Bei einer beispielhaften Ausführungsform verlässt sich eine alternative Rußschätztechnik auf ein Rußansammlungsmodell, das auf Rußratenkennfeldern basiert, die auf Grundlage von Motorausgangsbedingungen basieren. Bei derartigen Bedingungen kann der Regenerationscontroller 110 auch das druckbasierte Rußmodell abschalten, um so die Erzeugung oder Verwendung einer unzuverlässigen Schätzung der Rußansammlung zu vermeiden. Der Regenerationscontroller 110 kann wählen, sich auf eine alternative Rußschätztechnik zu verlassen, sobald die Temperaturdifferenz (oder Gradient) über die Nachbehandlungskomponente eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Gemäß derartiger Ausführungsformen kann der Regenerationscontroller 110 das Setzen und Einstellen von Grenzen für den Temperaturgradienten und die Rate der Temperaturänderung, oberhalb denen das druckbasierte Rußansammlungsmodell nicht ausgeführt wird oder man sich darauf zur Rußschätzung nicht verlässt, unterstützen.
-
Es sei angemerkt, dass eine Anzahl von Ausdrücken zur Quantifizierung und Verfolgung des Druckabfalls in einer Nachbehandlungskomponente existiert. Beispielsweise wird bei einer Ausführungsform der Druckabfallindex als ein Verhältnis des stromaufwärtigen Drucks zu dem stromabwärtigen Druck berechnet (d. h. PR = Pu/Pd), um so ein Druckverhältnis über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren. Bei einer anderen Ausführungsform wird der Druckabfallindex als eine Differenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck berechnet (d. h. DP = Pu – Pd), um so eine Differenz des Drucks über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren. Bei einer noch weiteren Ausführungsform wird der Druckabfallindex als die Differenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck berechnet, wobei die Differenz durch die Größe des stromaufwärtigen Drucks geteilt wird (d. h. als ein normalisierter Druckabfall DPP = DP/Pu), um so eine normalisierte Differenz des Drucks über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren. Dem Fachmann sei angemerkt, dass das oben beschriebene Durchflussindexsignal durch einen Motordrehzahlsensor oder einen Luftmassenstromsensor oder irgendeinen anderen Sensor erzeugt werden kann, der derart konfiguriert ist, einen Motorbetriebszustand zu erfassen, der den relativen Durchfluss des Abgasstroms 103 angibt.
-
Zusätzlich ist der Regenerationscontroller 110 derart konfiguriert, eine Änderungsrate von einem der oben beschriebenen Parameter zu bestimmen. Beispielsweise kann eine Änderungsrate durch Abfangen eines ersten Signals, das einem ersten Parameter (z. B. eines von den stromaufwärtigen Drucksignalen 114, stromabwärtigen Drucksignalen 118, stromaufwärtigen Temperatursignalen 122, stromabwärtigen Temperatursignalen 126, Motordrehzahlsignalen 130, Motordurchflusssignalen 134 oder einem der Indizes, wie oben beschrieben ist) zu einem ersten Zeitpunkt zugeordnet ist, und ein Abfangen einer zweiten Ablesung, die demselben Parameter zu einem zweiten Zeitpunkt zugeordnet ist, berechnet werden, wobei der zweite Zeitpunkt einen inkrementellen Zeitbetrag nach der ersten Zeitpunkt stattfindet. Anschließend kann der Regenerationscontroller 110 eine Änderung der Ablesungen, die dem ersten Parameter zugeordnet sind, durch Berechnen einer Differenz zwischen der zweiten Ablesung und der ersten Ablesung bestimmen. Aus dieser Änderung kann der Regenerationscontroller 110 eine Änderungsrate der dem ersten Parameter zugeordneten Ablesungen bestimmen.
-
Wenn ein druckbasiertes Rußansammlungsmodell ausgeführt werden soll oder wenn man sich auf ein druckbasiertes Rußansammlungsmodell zur Rußschätzung verlässt, kann der Regenerationscontroller 110 das angesammelte Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente zumindest teilweise auf Grundlage eines Rußansammlungsmodells schätzen. Wie oben beschrieben ist, kann das Modell Kenntnis der Drücke, Temperaturen und Durchflüsse des Abgasstroms 103 erfordern, wie oben beschrieben ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform repräsentiert die durch das Modell erzeugte Schätzung die Menge an Partikelmaterial, deren Ansammlung in der Nachbehandlungskomponente vorhergesagt ist. Das druckbasierte Rußansammlungsmodell, das auf empirischen Daten basieren kann, ist derart konfiguriert, die Beziehung zwischen der Menge an Partikelmaterial, die sich in der Nachbehandlungskomponente angesammelt hat, dem Druckabfallindex, dem Strömungsindex und dem Temperaturindex widerzuspiegeln.
-
Da die Schätzung von Material, das sich in der Nachbehandlungskomponente angesammelt hat, mit einer vorbestimmten Schwelle, die der Nachbehandlungskomponente zugeordnet ist, zu vergleichen ist, und da eine Abhilfeaktion unterstützt werden kann, wenn die eingestellte Schätzung des angesammelten Partikelmaterials in der Nachbehandlungskomponente die vorbestimmte Schwelle überschreitet, können Ungenauigkeiten in dem Prozess das Potential haben, Regenerationsprozesse ohne Notwendigkeit oder spät auszulösen. Daher kann, wenn man sich auf eine alternative Rußschätztechnik verlässt, sobald die Temperaturdifferenz (oder der Temperaturgradient) über die Nachbehandlungskomponente eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, der Regenerationscontroller 110 die Zuverlässigkeit des geschätzten Niveaus an Rußansammlung verbessern, wodurch der Bedarf nach übermäßigen Spannen reduziert und eine unnötige Wartung potentiell beseitigt werden.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in 2 gezeigt ist, weist ein beispielhafter Prozess 200 zur Steuerung einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors, wie einem Partikelfilter, allgemein den Schritt zum Aufnehmen eines oder mehrerer Werte von einem oder mehreren Parametern auf, die einem Abgasstrom zugeordnet sind, der durch die Nachbehandlungskomponente strömt (Schritt 210). Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Parameter einen stromaufwärtigen Druck, einen stromabwärtigen Druck, eine stromaufwärtige Temperatur, eine stromabwärtige Temperatur, eine Motordrehzahl oder einen Motordurchfluss repräsentieren. Der Wert kann als ein Signal von dem stromaufwärtigen Drucksensor 112, dem stromabwärtigen Drucksensor 116, dem stromaufwärtigen Temperatursensor 120, dem stromabwärtigen Temperatursensor 124, dem Motordrehzahlsensor 128 und dem Motorströmungssensor 132 empfangen werden. Der Parameter kann ein Druckabfallindex, der einen Abfall des Drucks eines Abgasstroms 103 angibt, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente 106 strömt, ein Durchflussindex, der einen Durchfluss des Abgasstromes angibt, oder ein Temperaturindex sein, der eine Temperatur des Abgasstromes angibt.
-
Zusätzlich zu einem Empfangen eines oder mehrerer Werte weist der Prozess 200 ein Bewerten auf, ob eine Temperatur, die stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente gemessen wird, eine vorbestimmte Schwelle überschreitet (Schritt 220). Genauer weist dieser Schritt des Prozesses auf: (a) Empfangen eines stromaufwärtigen Temperatursignals, das eine Temperatur stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente repräsentiert (Schritt 222); (b) Empfangen eines stromabwärtigen Temperatursignals, das eine Temperatur stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente repräsentiert (Schritt 224); (c) Berechnen einer Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente auf Grundlage einer Differenz zwischen dem stromaufwärtigen Temperatursignal und dem stromabwärtigen Temperatursignal (Schritt 226); und (d) Vergleichen der Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente mit einer vorbestimmten Temperaturänderungsgrenze, um zu bestimmen, ob die Temperaturdifferenz über die Nachbehandlungskomponente kleiner als oder größer als die vorbestimmte Temperaturänderungsgrenze ist (Schritt 228).
-
Wenn die Temperatur, die stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente gemessen wird, tatsächlich eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, wählt der Regenerationscontroller 110, sich auf eine alternative (d. h. sekundäre) Rußschätztechnik zu verlassen, anstatt ein druckbasiertes Vorhersagemodell zu verwenden, das bei der übermäßig hohen Temperatur unzuverlässig sein kann (Schritt 230). Wie oben diskutiert ist, kann bei einer beispielhaften Ausführungsform der Regenerationscontroller 110 sich auf ein Rußansammlungsmodell verlassen, das auf Rußratenkennfeldern basiert, die auf Grundlage von Motorausgangsbedingungen entwickelt wurden (Schritt 232). Um die Verwendung eines alternativen Modells oder einer alternativen Technik zu unterstützen, kann es notwendig sein, dass der Regenerationscontroller 110 zusätzliche Parameter erlangt (Schritt 234). Zusätzlich kann der Regenerationscontroller 110 das druckbasierte Rußmodell (Schritt 236) abschalten, um die Erzeugung oder Verwendung einer unzuverlässigen Schätzung der Rußansammlung zu vermeiden. Noch weiter kann der Regenerationscontroller 110 das Setzen und Einstellen von Grenzen hinsichtlich des Temperaturgradienten und der Rate der Temperaturänderung unterstützen, oberhalb denen das druckbasierte Rußansammlungsmodell nicht ausgeführt wird oder man sich nicht darauf zur Rußschätzung verlässt (Schritt 240).
-
Wenn die Temperatur, die stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente gemessen wird, die vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet, kann sich der Regenerationscontroller 110 auf eine primäre Rußschätztechnik verlassen, wie ein Rußansammlungsmodell auf Grundlage eines Druckabfalls, um eine Schätzung von angesammelten Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente zu berechnen (Schritt 250). Bei einer Ausführungsform basiert diese Berechnung zumindest teilweise auf einem Rußansammlungsmodell und den Werten für den Druckabfallindex, den Durchflussindex und den Temperaturindex. Die Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente wird dann mit einer oder mehreren vorbestimmten Schwellen, die der Nachbehandlungskomponente zugeordnet sind, verglichen (Schritt 260). Eine Abhilfeaktion wird ausgelöst, wenn die eingestellte Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente die vorbestimmte Schwelle überschreitet (Schritt 270).
-
Bei einer beispielhaften Ausführungsform und gemäß einer primären Schätztechnik beginnt der Schritt zum Schätzen der Menge an angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente (Schritt 250) mit der Berechnung oder Aufnahme eines Druckabfallindex, der einen Abfall des Drucks eines Abgasstroms angibt, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente gelangt (Schritt 252). Bei einer beispielhaften Ausführungsform gibt der Druckabfallindex das Niveau des Druckabfalls an, dem der Abgasstrom 103 ausgesetzt ist, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente 106 gelangt. Bei einer Ausführungsform wird der Druckabfallindex als ein Verhältnis von stromaufwärtigem zu stromabwärtigem Druck berechnet (d. h. PR = Pu/Pd), um so ein Druckverhältnis über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren.
-
Bei einer anderen Ausführungsform wird der Druckabfallindex als eine Differenz zwischen dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Druck berechnet (d. h. DP = Pu – Pd), um so eine Differenz des Drucks über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren. Bei einer noch weiteren Ausführungsform wird der Druckabfallindex als die Differenz zwischen dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Druck geteilt durch die Größe des stromaufwärtigen Drucks berechnet (d. h. als ein normalisierter Druckabfall DPP = DP/PU), um so eine normalisierte Differenz des Drucks über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren. Ein beispielhafter Schritt zum Schätzen der Menge von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente (Schritt 250) weist auch ein Bestimmen eines Durchflussindex auf, der einen relativen Durchfluss des Abgasstromes angibt (Schritt 254). Das Durchflussindexsignal kann durch einen Motordrehzahlsensor oder einen Luftmassenstromsensor oder einen beliebigen anderen Sensor erzeugt werden, der derart konfiguriert ist, einen Motorbetriebszustand zu erfassen, der den relativen Durchfluss des Abgasstromes angibt.
-
Sobald der Druckabfallindex und der Strömungsindex des Abgasstromes 103 bestimmt worden sind, verwendet ein beispielhafter Schritt zum Schätzen der Menge von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente (Schritt 250) ein druckbasiertes Rußansammlungsmodell (Schritt 256), um das angesammelte Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente auf Grundlage des Druckabfallindex und des Durchflussindex zu schätzen. Wie oben diskutiert ist, kann jedoch, wenn die Temperatur, die stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente gemessen wird, eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, der Regenerationscontroller 110 wählen, sich auf eine alternative Rußschätztechnik zu verlassen, anstatt ein druckbasiertes Vorhersageverfahren zu verwenden, das bei übermäßig hohen Temperaturen unzuverlässig sein kann (Schritt 230). Wie oben diskutiert ist, verlässt sich bei einer beispielhaften Ausführungsform, wenn die Temperaturen die Schwelle überschreiten, der Regenerationscontroller 110 auf ein Rußansammlungsmodell, das auf Rußratenkennfeldern basiert, die auf Grundlage von Motorausgangsbedingungen entwickelt wurden (Schritt 232).
-
Ungeachtet dessen, welche Technik verwendet wird, wird eine Schätzung erzeugt, die eine Menge an Partikelmaterial repräsentiert, deren Ansammlung in der Nachbehandlungskomponente vorhergesagt ist. Das druckbasierte Rußansammlungsmodell, das auf empirischen Daten basieren kann, ist derart konfiguriert, die Beziehung zwischen der Menge an Partikelmaterial, die sich in der Nachbehandlungskomponente angesammelt hat, dem Druckabfallindex und dem Strömungsindex widerzuspiegeln. Andere Techniken können andere Beziehungen widerspiegeln und können ähnlich mit beobachteten Daten korreliert werden.
-
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Schritt zum Auslösen einer Abhilfeaktion (Schritt 270) ein Einstellen eines oder mehrerer Motorsteuerparameter, um so einen Betrieb des Motors zu modifizieren und damit eine passive Regeneration in der Nachbehandlungskomponente zu unterstützen (Schritt 272). Beispielsweise kann die eine oder können die mehreren Einstellungen derart konfiguriert sein, eine minimale Temperatur an der Nachbehandlungskomponente 106 bereitzustellen, die eine passive Regeneration in der Nachbehandlungskomponente unterstützt. Alternativ können dazu die eine oder können die mehreren Einstellungen ein Modifizieren der Kraftstoffbelieferung und des Zündzeitpunkts des Motors (Schritt 274) oder ein Aktivieren eines zusätzlichen Heizelements 108 umfassen, um eine Temperatur des Abgasstroms (Schritt 276) anzuheben oder ein Warnlicht zu aktivieren, das den Bediener anweist, eine Regeneration in (oder einen Austausch) der Nachbehandlungskomponente (Schritt 278) auszulösen.
-
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ersetzt werden können. 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 davon abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der Anmeldung fallen.
