DE102013208047A1 - Adaptive Regenerierung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung in Ansprechen auf eine Biodiesel-Kraftstoffmischung - Google Patents

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Abstract

Ein Kompressionszündungsmotor ist mit einem Abgasnachbehandlungssystem gekoppelt, das einen Partikelfilter aufweist. Ein Verfahren zum Betreiben des Kompressionszündungsmotors umfasst, dass ein Schema mit Störgrößenaufschaltung ausgeführt wird, um eine Menge eines Nachverbrennungskraftstoffs zum Erreichen einer bevorzugten Temperatur in dem Abgaszustrom an einem Einlass zu dem Partikelfilter zu ermitteln. Die Menge des Nachverbrennungskraftstoffs ist eine nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge, die gemäß einem Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs angepasst wird. Der Nachverbrennungskraftstoff wird in Ansprechen auf einen Befehl zum Regenerieren des Partikelfilters stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems eingespritzt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft einen Verbrennungsmotor, der ausgebildet ist, um eine Biodiesel-Kraftstoffmischung zu verwenden, was den Betrieb des Motors zum Regenerieren einer Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst.
  • HINTERGRUND
  • Die Angaben in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen bezogen auf die vorliegende Offenbarung dar. Dementsprechend sollen solche Angaben keine Berechtigung als Stand der Technik darstellen.
  • Bekannte Verbrennungsmotoren können ausgebildet sein, um mit einer Kompressionszündungsverbrennung (CI-Verbrennung) zu arbeiten, und sie werden oft als Diesel- oder CI-Motoren bezeichnet. CI-Motoren verwenden Kraftstoff, der von Erdöl oder von Pflanzenöl und Tierfettbeständen abgeleitet sein kann. Kraftstoff, der von Erdöl abgeleitet ist, umfasst langkettige Kohlenwasserstoffmoleküle und wird hierin als Dieselkraftstoff bezeichnet. Kraftstoff, der von Pflanzenöl oder Tierfettbeständen abgeleitet ist, umfasst langkettige Alkylester und wird hierin als Biodieselkraftstoff oder Biokraftstoff bezeichnet. CI-Motoren können mit 100% Dieselkraftstoff arbeiten. Zusätzlich können CI-Motoren ausgebildet sein, um teilweise oder vollständig mit einem Biodieselkraftstoff zu arbeiten. Es kann ein Biodiesel-Mischungsverhältnis identifiziert werden. Beispielsweise wird 0%BV-Kraftstoff als 100% Dieselkraftstoff identifiziert, und 100%BV-Kraftstoff wird als 100% Biodieselkraftstoff identifiziert. xx%BV-Kraftstoff kann als eine Kraftstoffzusammensetzung identifiziert werden, die x% Biodieselkraftstoff und (100% – x%) Dieselkraftstoff umfasst. Beispielsweise weist 40%BV-Kraftstoff eine Kraftstoffzusammensetzung auf, die 40% Biodieselkraftstoff und 60% Dieselkraftstoff umfasst. Dieselkraftstoff und Biodieselkraftstoff weisen unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften auf. Dieselkraftstoff weist eine höhere Energiedichte als Biodieselkraftstoff auf, während Biodieselkraftstoff einen höheren Sauerstoffgehalt als Dieselkraftstoff aufweist. Infolgedessen muss unter den gleichen Bedingungen eine größere Masse von Biodieselkraftstoff als von Dieselkraftstoff eingespritzt werden, um ähnliche Verbrennungseigenschaften zu erreichen. Die eingespritzte Kraftstoffmasse kann für die Verbrennung in Ansprechen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis eingestellt werden. Ferner muss die eingespritzte Kraftstoffmasse dann, wenn der Kraftstoff zu anderen Zwecken als zur Verbrennung in dem Motor verwendet wird, basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis eingestellt werden. CI-Motoren erzeugen während der Verbrennung Partikel (PM) oder Ruß. Abgasnachbehandlungssysteme von CI-Motoren verwenden Partikelfilter, um PM aus dem Abgaszustrom zu entfernen. Bekannte Partikelfilter weisen eine endliche PM-Speicherkapazität auf und erfordern eine regelmäßige Reinigung, die einen Betrieb bei hoher Temperatur umfasst, um eine erhöhte Strömungsbeschränkung in dem Abgassystem mit einer entsprechenden verringerten Motorausgangsleistung zu vermeiden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Kompressionszündungsmotor ist mit einem Abgasnachbehandlungssystem gekoppelt, das einen Partikelfilter aufweist. Ein Verfahren zum Betreiben des Kompressionszündungsmotors umfasst, dass ein Schema mit Störgrößenaufschaltung ausgeführt wird, um eine Menge eines Nachverbrennungskraftstoffs zum Erreichen einer bevorzugten Temperatur in dem Abgaszustrom an einem Einlass zu dem Partikelfilter zu ermitteln. Die Menge des Nachverbrennungskraftstoffs ist eine nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge, die gemäß einem Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs angepasst wird. Der Nachverbrennungskraftstoff wird in Ansprechen auf einen Befehl zum Regenerieren des Partikelfilters stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems eingespritzt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
  • 1 beispielhaft einen CI-Motor, ein Steuermodul und ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 2 Abgasemissionsdaten gemäß der Offenbarung darstellt, die einem Betrieb eines beispielhaften CI-Motors zugeordnet sind, der einen bekannten Fahrzyklus verwendet und einen Kraftstoff verbrennt, der unterschiedliche Biodiesel-Mischungsverhältnisse aufweist, wobei die Emissionsdaten NOx-Emissionen (in mg/km) und Partikel (PM) (in mg/km) umfassen;
  • 3-1 Abgasemissionsdaten gemäß der Offenbarung darstellt, die einen Betrieb eines beispielhaften CI-Motors, der Kraftstoff mit unterschiedlichen Biodiesel-Mischungsverhältnissen verbrennt, an verschiedenen Motorbetriebspunkten zugeordnet sind, wobei die Abgasemissionsdaten Partikel (PM) (in mg/km) umfassen;
  • 3-2 beispielhafte Daten für eine Ableitung eines PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktors für Biodiesel-Mischungsverhältnisse, die von 0%BV-Kraftstoff bis 100%BV-Kraftstoff reichen, gemäß der Offenbarung darstellt;
  • 4 ein Steuerschema zum Ermitteln einer PM-Beladung in einer Partikelfiltereinrichtung eines Abgasnachbehandlungssystems für einen beispielhaften CI-Motor gemäß der Offenbarung darstellt, welches Steuerschema Veränderungen in dem Biodiesel-Mischungsverhältnis berücksichtigt;
  • 5 eine Ausführungsform eines adaptiven Partikelfilter-Regenerierungsschemas zum Steuern des Betriebs eines CI-Motors, der eine Biodiesel-Kraftstoffmischung verbrennt, zum Regenerieren eines Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß der Offenbarung darstellt; und
  • 6 eine andere Ausführungsform eines adaptiven Partikelfilter-Regenerierungsschemas zum Steuern des Betriebs eines CI-Motors, der eine Biodiesel-Kraftstoffmischung verbrennt, zum Regenerieren eines Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß der Offenbarung darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, stellt 1 beispielhaft einen Verbrennungsmotor 10, ein Steuermodul 5 und ein Abgasnachbehandlungssystem 60 dar.
  • Der beispielhafte CI-Motor 10 ist ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung (CI-Verbrennungsmotor), der einen Einlasskrümmer 56 und einen Auslasskrümmer 58 umfasst und Hubkolben 22 aufweist, die an einer Kurbelwelle befestigt und in Zylindern 20 bewegbar sind, die Verbrennungskammern 34 mit variablem Volumen definieren. Die Kurbelwelle kann mit einem Fahrzeuggetriebe und einem Endantrieb verbunden sein, um in Ansprechen auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung ein Traktionsdrehmoment an diesen zu liefern. Der CI-Motor 10 verwendet vorzugsweise einen Viertaktbetrieb, bei dem jeder Motor-Verbrennungszyklus 720° einer Winkeldrehung der Kurbelwelle aufgeteilt in vier Stufen von 180° der Hubbewegung des Kolbens 22 in dem Zylinder 20 umfasst. Jede Verbrennungskammer 34 mit variablem Volumen ist zwischen dem Kolben 22, dem Zylinder 20 und einem Zylinderkopf definiert, wenn der Kolben 22 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt in dem Zylinder 20 verschoben wird. Der Zylinderkopf umfasst Einlassventile und Auslassventile. Der CI-Motor 10 arbeitet vorzugsweise gemäß einem Viertakt-Verbrennungszyklus, der einen Einlass-, Kompressions-, Expansions- und Auslasstakt umfasst. Es ist einzusehen, dass die hierin beschriebenen Konzepte für andere Verbrennungszyklen gelten. Der CI-Motor 10 arbeitet vorzugsweise mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Das Abgasnachbehandlungssystem 60 koppelt fluidtechnisch an den Auslasskrümmer 58 an, und es umfasst vorzugsweise einen Oxidationskatalysator 62, der sich fluidtechnisch stromaufwärts eines Partikelfilters 64 befindet. Der Partikelfilter 64 kann katalysiert werden. Das Abgasnachbehandlungssystem 60 kann andere Komponenten und Sensoren umfassen. Die Offenbarung ist auf andere Motorkonfigurationen anwendbar, die eine beliebige Form von Biokraftstoff verwenden und Motorkonfigurationen umfassen, die unter mageren Bedingungen arbeiten und Partikel erzeugen, einschließlich von Motoren mit Funkenzündung und magerer Verbrennung. Die Offenbarung ist auf Antriebsstrangsysteme anwendbar, die Verbrennungsmotoren in Kombination mit Getriebeeinrichtungen verwenden, um ein Traktionsdrehmoment zu erzeugen, und die beispielsweise Motor-Getriebesysteme und Hybridantriebsstrangsysteme umfassen, die Drehmomenterzeugungseinrichtungen ohne Verbrennung verwenden (d. h. Motoren/Generatoren).
  • Der CI-Motor 10 umfasst Sensoren, um den Betrieb des Motors zu überwachen, und Aktuatoren, die den Betrieb des Motors steuern. Die Sensoren und Aktuatoren sind signaltechnisch und funktional mit dem Steuermodul 5 verbunden. Ausgabe- und Steuersignale, die den Sensoren und Aktuatoren zugeordnet sind, werden hierin gemeinsam als Motorbetriebsparameter 105 bezeichnet. Die Aktuatoren sind an dem CI-Motor 10 installiert und werden durch das Steuermodul 5 in Ansprechen auf Bedienereingaben gesteuert, um verschiedene Leistungsziele zu erreichen. Ein Kraftstoffeinspritzungssystem, das mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 zur Direkteinspritzung umfasst, ist fluidtechnisch entweder direkt oder über ein Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystem mit einem Verteilungssystem für unter Druck stehenden Kraftstoff gekoppelt, das eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 52 umfasst. Die Kraftstoffpumpe 52 kann gesteuert werden, um einen Kraftstoffdruck 53 zu steuern. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 spritzen den Kraftstoff in Ansprechen auf ein Einspritzeinrichtungs-Steuersignal 13 von dem Steuermodul 5 direkt in jede der Verbrennungskammern 34 ein, um eine Zylinderladung zu bilden. Das Einspritzeinrichtungs-Steuersignal 13 wird in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung erzeugt, und es korreliert mit einer Kraftstoffmenge, die in die Verbrennungskammer 34 eingespritzt werden soll. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 werden einzeln mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt und weisen Motorbetriebsparameter auf, die eine minimale Pulsweite und eine zugeordnete minimale steuerbare Kraftstoffströmungsrate sowie eine maximale Kraftstoffströmungsrate umfassen. Ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) umfasst einen Strömungskanal, um eine Strömung von außen zurückgeführtem Abgas zwischen dem Auslasskrümmer 58 und dem Einlasskrümmer 56 zu leiten, einen Zwischenkühler 57 und ein AGR-Ventil 32, das mittels eines Steuersignals 33 von dem Steuermodul 5 gesteuert wird. Ein Einlassluft-Kompressorsystem 38 ist ausgebildet, um eine Strömung von Einlassluft zu dem CI-Motor 10 in Ansprechen auf einen Kompressorladedruckbefehl 39 zu steuern. Das Einlassluft-Kompressorsystem 38 verstärkt eine Zufuhr von Einlassluft in den CI-Motor 10, um eine Luftmassenströmung des Motors zu erhöhen und dadurch die Motorleistung zu erhöhen, was umfasst, dass der Einlassluftdruck derart erhöht wird, dass er größer als der Umgebungsdruck ist. Bei einer Ausführungsform ist das Einlassluft-Kompressorsystem 38 ein Turboladersystem mit variabler Geometrie (VGT-System), das eine Turbineneinrichtung umfasst, die in dem Abgaszustrom angeordnet und mit einer Kompressoreinrichtung drehbar gekoppelt ist, die ausgebildet ist, um die Strömung der Motoreinlassluft zu erhöhen. Alternativ kann das Einlassluft-Kompressorsystem 38 eine Turbokompressoreinrichtung oder eine andere Turboladereinrichtung aufweisen. Eine Luftzwischenkühlereinrichtung 16 kann fluidtechnisch zwischen dem Einlassluftkompressor 38 und dem Einlasskrümmer 56 des Motors angeordnet sein. Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 14 steuert eine Drosselöffnung und dadurch die Strömung der Einlassluft in das Einlasssystem des CI-Motors 10 in Ansprechen auf ein Drosselsteuersignal (ETC) 15. Eine Glühkerze kann in jeder der Verbrennungskammern 34 installiert sein, um die Temperatur im Zylinder während Startereignissen des Motors bei kalten Umgebungstemperaturen zu erhöhen. Der CI-Motor 10 kann mit einem steuerbaren Ventiltrieb ausgestattet sein, der ausgebildet ist, um das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile jedes der Zylinder einzustellen, was eines oder mehrere von einer zeitlichen Einstellung der Ventile, einer Phaseneinstellung (d. h. einer zeitlichen Einstellung relativ zur Position des Kurbelwinkels und des Kolbens) und einer Größe des Hubs von Ventilöffnungen umfasst.
  • Die hierin beschriebenen Sensoren sind ausgebildet, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor-, Abgas- und Umgebungsparametern in Beziehung stehen. Ein Kurbelwellensensor wechselwirkt mit einem Targetrad mit mehreren Zähnen, das an der Kurbelwelle befestigt ist, um eine Motor-Kurbelwellenposition und eine Motordrehzahl (RPM) 25 zu überwachen. Ein Verbrennungsdrucksensor 30 ist ausgebildet, um einen Zylinderdruck 31 zu überwachen, anhand dessen ein mittlerer effektiver Druck oder ein anderer geeigneter Verbrennungsparameter ermittelt werden kann. Der Verbrennungsdrucksensor 30 kann nicht eingreifend sein und umfasst einen Kraftaufnehmer mit einem ringförmigen Querschnitt, der in dem Zylinderkopf an einer Öffnung für eine Glühkerze installiert ist und ein Ausgangssignal aufweist, das zu dem Zylinderdruck proportional ist. Der Drucksensor 30 umfasst eine piezokeramische Einrichtung oder eine andere geeignete Überwachungseinrichtung. Ein Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor) 18 überwacht eine Luftmassenströmung 19 von frischer Einlassluft. Ein Kühlmittelsensor 36 überwacht eine Motorkühlmitteltemperatur 35. Ein Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor) 26 überwacht einen Einlasskrümmer-Absolutdruck 27 und einen barometrischen Umgebungsdruck. Ein Krümmerlufttemperatursensor (MAT-Sensor) 28 überwacht eine Einlasskrümmer-Lufttemperatur 29. Abgassensoren 40 und 42 überwachen Zustände 41 bzw. 43 eines oder mehrerer Abgasparameter, z. B. des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, und von Abgaszusammensetzungen, und sie können als eine Rückkopplung zur Steuerung und Diagnose verwendet werden. Andere Sensoren und Überwachungsschemata können zu Zwecken der Steuerung und Diagnose verwendet werden. Eine Bedienereingabe in Form einer Ausgangsdrehmomentanforderung 55 kann durch ein Bediener-Schnittstellensystem 54 erhalten werden, das vorzugsweise ein Gaspedal und ein Bremspedal umfasst, neben anderen Einrichtungen. Jeder der zuvor erwähnten Sensoren ist signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden, um Signalinformationen zu liefern, die in Informationen umgewandelt werden, die für den entsprechenden überwachten Parameter repräsentativ sind. Es versteht sich, dass diese Konfiguration zur Darstellung dient und nicht einschränkend ist, was umfasst, dass die verschiedenen Sensoren durch funktional äquivalente Einrichtungen und Algorithmen ersetzbar sind.
  • Das Steuermodul 5 führt darin gespeicherte Routinen aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Steuern des Motorbetriebs zu steuern, was die Drosselposition, die Masse und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, die AGR-Ventilposition zum Steuern der Strömung der zurückgeführten Abgase, den Kompressorladedruck, den Glühkerzenbetrieb und die Steuerung der zeitlichen Einstellung, der Phaseneinstellung und des Hubs von Einlass- und/oder Auslassventilen bei Systemen umfasst, die derart ausgestattet sind. Das Steuermodul 5 ist ausgebildet, um Bedienereingaben (z. B. eine Gaspedalposition und eine Bremspedalposition) zum Ermitteln der Ausgangsdrehmomentanforderung 55 zu empfangen und um Signaleingaben von den Sensoren zu empfangen, welche Motorbetriebs- und Umgebungsbedingungen angeben. Der CI-Motor 10 ist ausgebildet, um ein Ausgangsdrehmoment in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 55 zu erzeugen, was einen Betrieb über einen breiten Bereich von Temperaturen, der Zylinderladung (Luft, Kraftstoff und AGR) und von Einspritzungsereignissen umfasst. Der Betrieb des CI-Motors 10 wird an einem Betriebspunkt beschrieben, der anhand der Motordrehzahl (RPM) und einer Motorlast charakterisiert wird. Die Motorlast wird in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung durch das Einspritzeinrichtungs-Steuersignal 13 angegeben.
  • Steuermodul, Modul, Controller, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine beliebige geeignete oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Ausdrücke bedeuten beliebige durch einen Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul 5 weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Routinen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Routinen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Routinen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
  • 2 zeigt graphisch Abgasemissionsdaten, die einem Betrieb eines beispielhaften CI-Motors zugeordnet sind, der einen bekannten Fahrzyklus verwendet und einen Kraftstoff verbrennt, der unterschiedliche Biodiesel-Mischungsverhältnisse aufweist, wobei die Emissionsdaten NOx-Emissionen 210 (in mg/km) und Partikel (PM) 220 (in mg/km) umfassen. Die Daten spiegeln einen Betrieb unter einem Übergangs-NEDC-Fahrzyklus wider. Die NOx-Emissionen 210 (in mg/km) und die Partikel (PM) 220 (in mg/km) sind für Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) 211 und Biodiesel-Mischungsverhältnisse gezeigt, die 20%BV-Kraftstoff 213, d. h. Dieselkraftstoff, der 20% Biodieselkraftstoff enthält, 50%BV-Kraftstoff 215, d. h. Dieselkraftstoff, der 50% Biodieselkraftstoff enthält, und 100%BV-Kraftstoff 217 umfassen, d. h. Dieselkraftstoff, der ausschließlich Biodieselkraftstoff enthält. Die Ergebnisse geben an, dass die Hinzufügung von Biodieselkraftstoff eine minimale Auswirkung auf die NOx-Emissionen hat. Die Ergebnisse geben auch an, dass die Hinzufügung von Biodieselkraftstoff eine entsprechende Abnahme an PM bewirkt.
  • 3 zeigt graphisch Abgasemissionsdaten, die einem Betrieb eines beispielhaften CI-Motors 10 an unterschiedlichen Motorbetriebspunkten zugeordnet sind, wobei Kraftstoff mit verschiedenen Biodiesel-Mischungsverhältnissen verbrannt wird. Die Abgasemissionsdaten umfassen Partikel (PM) (in mg/km), die an der vertikalen Achse 310 für Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) 211 und Biodiesel-Mischungsverhältnisse gezeigt sind, die 20%BV-Kraftstoff 313, d. h. Dieselkraftstoff, der 20% Biodieselkraftstoff enthält, 50%BV-Kraftstoff 315, d. h. Dieselkraftstoff, der 50% Biodieselkraftstoff enthält, und 100%BV-Kraftstoff 317 umfassen, d. h. Dieselkraftstoff, der ausschließlich Biodieselkraftstoff enthält. Die Ergebnisse sind für Drehzahl/Last-Betriebspunkte des Motors gezeigt, die 1500 RPM, 2 bar (322), 2000 RPM, 5 bar (324), 2500 RPM, 8 bar (326) und 2500 RPM bei voller Last (328) umfassen. Die Ergebnisse geben an, dass die Hinzufügung von Biodieselkraftstoff eine entsprechende Abnahme in der PM-Erzeugung bewirkt, außer bei einer Kurve bei maximaler Last, wenn ein minimaler Betrag an PM-Erzeugung auftritt. Somit steht die PM-Erzeugung aufgrund des Sauerstoffgehalts im Biodiesel mit dem Biodiesel-Mischungsverhältnis in einer invers linearen Beziehung, d. h., wenn das Biodiesel-Mischungsverhältnis zunimmt, nimmt die PM-Erzeugung ab.
  • Ein PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor kann für die PM-Erzeugung bezogen auf das Biodiesel-Mischungsverhältnis wie folgt ermittelt werden. Der PM-Erzeugung für Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) wird ein PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor von 1,0 zugeordnet. Die PM-Erzeugung bei hoher Last ist für Biodiesel-Mischungsverhältnisse über den Bereich von 0%BV-Kraftstoff bis 100%BV-Kraftstoff im Wesentlichen die gleiche, wie es in 3 durch die Ergebnisse für den Motorbetriebspunkt mit 2500 RPM bei voller Last (328) demonstriert wird und folglich bekannt ist. Daten können für einen Motorbetrieb bei 50%BV-Kraftstoff erzeugt werden, um eine PM-Erzeugung und dadurch einen zugeordneten PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor für den 50%BV-Kraftstoff zu ermitteln. 3-2 zeigt graphisch beispielhafte Daten für die Ableitung des PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktors und umfasst eine vertikale Achse 360, die den PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor zeigt, der von 0 bis 1 reicht, sowie eine horizontale Achse 350, die das Biodiesel-Mischungsverhältnis zeigt, das von Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) bis 100%BV-Kraftstoff reicht. Der Punkt 362 ist der PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor für den 50%BV-Kraftstoff, und der Punkt 364 ist der PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor für den 100%BV-Kraftstoff. Ein Liniensegment 361 zeigt eine lineare Schätzung der PM-Erzeugung zwischen 0%BV-Kraftstoff und 50%BV-Kraftstoff. Ein Liniensegment 363 zeigt eine lineare Schätzung der PM-Erzeugung zwischen 50%BV-Kraftstoff und 100%BV-Kraftstoff. Es kann eine Kalibrierungstabelle entwickelt werden, die eine lineare Interpolation zum Ermitteln des PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktors für das Biodiesel-Mischungsverhältnis über den Bereich von Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) bis 100%BV verwendet, wobei CBXX der PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor für Kraftstoff mit einem Biodiesel-Mischungsverhältnis von xx%BV ist. Somit kann der PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor CBXX gemäß den nachfolgenden Beziehungen definiert werden.
  • Figure 00120001
  • Der PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor CBXX wird auf die nominelle PM-Beladungsrate angewendet, wie es hierin unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist.
  • 4 zeigt schematisch ein Steuerschema 400 zum Ermitteln einer PM-Beladung in einer Partikelfiltereinrichtung eines Abgasnachbehandlungssystems für eine Ausführungsform des CI-Motors 10 während des laufenden Betriebs. Das Steuerschema 400 berücksichtigt das Biodiesel-Mischungsverhältnis einschließlich dessen Veränderungen beim Ermitteln der PM-Beladung. Kennfelder einer nominellen PM-Beladungsrate sind für Bereiche der Motorbetriebsdrehzahl/Motor-betriebslast unter stationären Bedingungen 410 und unter Bedingungen 420 mit hoher dynamischer Beschleunigung gezeigt, wobei der CI-Motor unter Verwendung von Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) arbeitet. Die Kennfelder der PM-Beladungsrate für Bereiche der Motorbetriebsdrehzahl/Motorbetriebslast unter stationären Bedingungen sind graphisch in einem ersten Kennfeld 410 dargestellt, das vorzugsweise mehrere PM-Beladungsraten (in g/h) umfasst, die bezogen auf Motordrehzahl/Motorlast-Betriebspunkte gezeigt sind, wobei die Motordrehzahl an der horizontalen Achse und die Motorlast an der vertikalen Achse des ersten Kennfeldes 410 gezeigt ist. Die Kennfelder der PM-Beladungsrate für Bereiche der Motorbetriebsdrehzahl/Motorbetriebslast unter Bedingungen mit hoher dynamischer Beschleunigung sind graphisch in einem zweiten Kennfeld 420 dargestellt, das vorzugsweise PM-Beladungsraten (in g/h) bezogen auf Motordrehzahl/Motorlast-Betriebspunkte umfasst, wobei die Motordrehzahl an der horizontalen Achse und die Motorlast an der vertikalen Achse des zweiten Kennfeldes 420 gezeigt ist. Es kann mehrere Kennfelder der PM-Beladungsrate für Bereiche der Motorbetriebsdrehzahl/Motorbetriebslast unter Bedingungen mit hoher dynamischer Beschleunigung geben, wobei jedes einem gegenwärtigen Übersetzungsverhältnis des Getriebes zugeordnet ist. Eine erste PM-Beladungsrate (in g/h) 411 wird aus dem ersten Kennfeld 410 ausgewählt, das die PM-Beladungsrate unter stationären Bedingungen angibt. Eine zweite PM-Beladungsrate (in g/h) 421 wird aus dem zweiten Kennfeld 420 ausgewählt, das die PM-Beladungsrate unter Bedingungen mit hoher dynamischer Beschleunigung angibt. Jede von der ersten und der zweiten PM-Beladungsrate 411 und 421 wird mit dem zuvor erwähnten PM-Erzeugungs-Skalierungsfaktor 415 multipliziert, um eine erste und eine zweite angepasste PM-Beladungsrate (in g/h) 413 und 423 zu erzeugen. Die erste oder die zweite angepasste PM-Beladungsrate 413 oder 423 wird basierend auf einem Auswahlschema 430 ausgewählt (440). Das Auswahlschema 430 erzeugt eine bevorzugte Auswahl 435 der ersten oder der zweiten ausgewählten PM-Beladungsrate 413 oder 423 in Ansprechen auf den Motorbetriebspunkt, wie er durch eine Kraftstoffeinspritzungsmenge 432 und eine PM- oder Rauchmengenbegrenzung 434 angegeben wird, die auf einer Grenze für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis basiert, die beeinflusst, wie schnell die Motordrehzahl ohne ausreichende Luft beschleunigen kann. Die Kraftstoffeinspritzungsmenge 432 entspricht dem Einspritzeinrichtungs-Steuersignal 13, das in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung erzeugt wird, die vorstehend beschrieben wurde. Die erste angepasste PM-Beladungsrate (in g/h) 413 wird ausgewählt, wenn die Kraftstoffeinspritzungsmenge 432 und die Rauchmengenbegrenzung 434 angeben, dass der CI-Motor 10 unter stationären Bedingungen arbeitet. Die zweite angepasste PM-Beladungsrate (in g/h) 423 wird ausgewählt, wenn die Kraftstoffeinspritzungsmenge 432 und die Rauchmengenbegrenzung 434 angeben, dass der CI-Motor 10 unter Bedingungen mit hoher dynamischer Beschleunigung arbeitet.
  • Die ausgewählte angepasste PM-Beladungsrate (in g/h) wird über die verstrichene Zeit integriert (440). Andere Faktoren von Interesse für die PM-Beladung, welche eine Verteilung von Ölasche (in l) (442), eine Partikelfilterkapazität (in l) (444) und eine maximale PM-Beladungsdichte für den Partikelfilter (in g/l) (446) umfassen, werden in einem PM-Beladungs-Normierungsschema verwendet (450). Das PM-Beladungs-Normierungsschema (450) ermittelt eine Schätzung der Partikelfilter-PM-Beladung (in %) basierend auf den zuvor genannten Eingaben (460). Die Partikelfilter-PM-Beladung (in %) (460) wird verwendet, um zu ermitteln, wann ein Steuerschema zum Regenerieren des Partikelfilters ausgeführt werden soll, indem die eingeschlossenen PM oxidiert werden. Das Steuerschema 400 ermittelt die PM-Beladung in der Partikelfiltereinrichtung während des laufenden Betriebs und berücksichtigt das Biodiesel-Mischungsverhältnis. Wenn das Biodiesel-Mischungsverhältnis zunimmt, nimmt daher die PM-Beladung in dem Partikelfilter ab, was einen ausgedehnten Betrieb zwischen Regenerierungsereignissen im Vergleich zu Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) ermöglicht.
  • 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines adaptiven Partikelfilter-Regenerierungsschemas 100 zum Steuern des Betriebs eines beispielhaften CI-Motors, der mit einem Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet ist, das einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter umfasst. Das adaptive Partikelfilter-Regenerierungsschema 100 wird betrieben, um den Partikelfilter in einer Ausbildung zu regenerieren, in welcher der CI-Motor 10 Kraftstoff verbrennt, der eine Biodiesel-Kraftstoffmischung umfassen kann. Das adaptive Partikelfilter-Regenerierungsschema 100 kann bei einer Ausführungsform des CI-Motors 10 und des Abgasnachbehandlungssystems 60 verwendet werden, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Das adaptive Partikelfilter-Regenerierungsschema 100 spricht auf die Biodiesel-Kraftstoffmischung an, wobei der Betrag des Biodiesel-Mischungsverhältnisses des Motorkraftstoffs während des Betriebs und während der Lebensdauer des CI-Motors 10 variieren kann. Das Biodiesel-Mischungsverhältnis beeinflusst den unteren Heizwert und das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motorkraftstoffs.
  • Während des Motorbetriebs analysiert ein Motordrehmoment-Ermittlungsschema 155 die Ausgangsdrehmomentanforderung 55, um eine Motordrehmomentanforderung 55' zu ermitteln. Wenn das Antriebsstrangsystem umfasst, dass der CI-Motor 10 mit einer Getriebeeinrichtung mit festen Gängen gekoppelt ist, ist die Motordrehmomentanforderung 55' gleich der Ausgangsdrehmomentanforderung 55. Wenn das Antriebsstrangsystem ein Hybridantriebsstrangsystem umfasst, das den CI-Motor 10 als eine von mehreren Drehmomenterzeugungseinrichtungen verwendet, die ein Traktionsdrehmoment in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 55 erzeugen, kann sich die Motordrehmomentanforderung 55' von der Ausgangsdrehmomentanforderung 55 unterscheiden. Die Ermittlung der Motordrehmomentanforderung 55' in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 55 für ein Hybridantriebsstrangsystem ist Fachleuten bekannt.
  • Die Motorbetriebsparameter 105 werden überwacht. Eine Mischungsverhältnis-Unterfunktion 110 wird ausgeführt, um eine Größe des Biodiesel-Mischungsverhältnisses 111 unter Verwendung von geeigneten Überwachungs- und Analyseschemata während des laufenden Motorbetriebs zu ermitteln. Ein erstes beispielhaftes Verfahren zum Ermitteln eines Biodiesel-Mischungsverhältnisses basierend auf einem Abgas-Sauerstoffanteil und einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist in der ebenfalls anhängigen USSN Nr. 13/113,177 (Anwaltsaktenzeichen Nr. P014873) offenbart, die demselben Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Anmeldung und die hierin durch Bezugnahme eingebunden ist. Ein zweites beispielhaftes Verfahren zum Ermitteln des Biodiesel-Mischungsverhältnisses basierend auf einem Druck im Zylinder ist in der ebenfalls anhängigen USSN Nr. 12/850,122 (Anwaltsaktenzeichen Nr. P009553) offenbart, die demselben Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Anmeldung und die hierin durch Bezugnahme eingebunden ist. Die Mischungsverhältnis-Unterfunktion 110 wird während des laufenden Motorbetriebs periodisch ausgeführt, um das Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 zu ermitteln. Indem das Biodiesel-Mischungsverhältnis direkt ermittelt wird, können Eigenschaften des Motorkraftstoffs geschätzt oder anhand von Nachschlagewerten ermittelt werden. Das Biodiesel-Mischungsverhältnis kann als ein volumetrisches Mischungsverhältnis oder als ein anderes geeignetes Verhältnis berechnet werden.
  • Eine adaptive Motorsteuerroutine 120 verwendet die Motorbetriebsparameter 105, das Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 und die Motordrehmomentanforderung 55', um mehrere Steuerparameter 11 zum Betreiben des CI-Motors 10 in Ansprechen auf diese zu ermitteln. Dies umfasst vorzugsweise, dass die Motorverbrennung in Ansprechen auf einen unteren Heizwert und ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motorkraftstoffs gesteuert wird, wobei das Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 berücksichtigt wird. Die adaptive Motorsteuerroutine 120 passt Inhalte einer Zylinderladung an und regelt den Kompressorladedruck, um Änderungen im Energie- und Sauerstoffgehalt der Biodiesel-Kraftstoffmischung zu berücksichtigen. Dies umfasst, dass mehrere adaptive Steueralgorithmen zum Anpassen des Ladedrucks, des Leistendrucks, des AGR-Prozentanteils und der MAF-Steuerung verwendet werden, um die Motordrehmomentausgabe, das Motor- und das Verbrennungsgeräusch sowie die Abgasemissionsniveaus aufrecht zu erhalten.
  • Ein Motorkraftstoffzufuhr-Steuerschema 140 verwendet die Motorbetriebsparameter 105, das Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 und die Motordrehmomentanforderung 55', um Ausgaben zu ermitteln und zu erzeugen, die Kraftstoffparameter 135 umfassen, die dem Biodiesel-Mischungsverhältnis 111, einem Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 und einem angepassten Kraftstoffzufuhrbefehl 139 zugeordnet sind. Der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 ist ein Motor-Kraftstoffzufuhrbefehl, der basierend auf einer Menge an Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) ermittelt wird, die erforderlich ist, um ein Motordrehmoment zum Erfüllen der Motordrehmomentanforderung 55' zu erzeugen. Der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 wird basierend auf einem unteren Heizwert der Kraftstoffmischung auf den angepassten Kraftstoffzufuhrbefehl 139 angepasst, wobei der untere Heizwert der Kraftstoffmischung basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 ermittelt wird. Das Motorkraftstoffzufuhr-Steuerschema 140 verwendet den angepassten Kraftstoffzufuhrbefehl 139, um den Einspritzeinrichtungsbefehl 13 zu ermitteln, der einen Kraftstoffeinspritzungs-Zeitpunktbefehl und einen Pulsweitenbefehl umfasst, um eine Masse an Kraftstoff in Ansprechen auf die Motordrehmomentanforderung 55' in die Verbrennungskammer 34 zu liefern, wobei der Kraftstoffdruck, die zuvor erwähnten Kraftstoffparameter 135 und die verschiedenen Motorbetriebsparameter 105 berücksichtigt werden. Wie vorstehend festgestellt wurde, wird der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 basierend auf dem unteren Heizwert der Biodiesel-Kraftstoffmischung auf den angepassten Kraftstoffzufuhrbefehl 139 angepasst, wobei der untere Heizwert der Biodiesel-Kraftstoffmischung basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 ermittelt wird.
  • Der Partikelfilter 64 erfordert eine periodische Regenerierung, um eingeschlossene Partikel (PM) zu oxidieren und dadurch zu beseitigen, was dadurch beeinflusst werden kann, dass die Temperatur des Abgaszustroms, der in den Partikelfilter 64 eintritt, bis auf eine Temperatur erhöht wird, die zum Oxidieren der eingeschlossenen PM geeignet ist. Die Temperatur des Abgaszustroms, der in den Partikelfilter 64 eintritt, kann erhöht werden, indem Kraftstoff zur Oxidation in dem Oxidationskatalysator 62 in den Abgaszustrom eingespritzt wird. Bei einer Ausführungsform wird Kraftstoff in den Abgaszustrom eingespritzt, indem die Motor-Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 derart gesteuert werden, dass sie Motorkraftstoff nach der Verbrennung in die Verbrennungskammern 34 einspritzen, beispielsweise an dem Ende des Arbeitstakts oder während des Auslasstakts, wenn das Auslassventil offen ist. Alternativ kann ein Abgaseinspritzungssystem verwendet werden, um Kraftstoff stromaufwärts des Oxidationskatalysators 62 in den Abgaszustrom einzuspritzen.
  • Das adaptive Partikelfilter-Regenerierungsschema 100 verwendet ein Schema 125 mit Störgrößenaufschaltung, das auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 und einem auf der Abgastemperatur basierenden Rückkopplungs-Steuerschema 144 basiert, um einen Nachverbrennungs-Kraftstoffbefehl 13' zu ermitteln. Das Schema 125 mit Störgrößenaufschaltung wird wie folgt ausgeführt. Wenn eine Regenerierung des Partikelfilters angewiesen wird, werden der Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 und die gegenwärtige Motordrehzahl 25 verwendet, um eine nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge 131 unter Verwendung einer Kalibrierungstabelle 130 für eine Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzung zu ermitteln. Die nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge 131 wird angepasst, um einen Kraftstoffaufheizungsgehalt 115 des Biodiesel-Mischungsverhältnisses 111 zu berücksichtigen. Eine bezüglich des Biodiesel-Mischungsverhältnisses angepasste Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge 133 wird ermittelt und von dem Schema 125 mit Störgrößenaufschaltung ausgegeben. Die Kalibrierungstabelle 130 für die Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzung wird für den CI-Motor 10 und das Abgasnachbehandlungssystem 60 entwickelt, wenn diese mit Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) betrieben werden. Die Kalibrierungstabelle 130 für die Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzung spiegelt eine Menge an Nachverbrennungskraftstoff wider, die in den Abgaszustrom einzuspritzen ist, um eine bevorzugte Temperatur in dem Abgaszustrom an dem Auslass des Oxidationskatalysators 62 und daher an dem Einlass zu dem Partikelfilter 64 zu erreichen, welche geeignet ist, um eine Regenerierung des Partikelfilters 64 zu bewirken. Die Kalibrierungstabelle 130 für die Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzung liefert die nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge 131 basierend auf dem Motordrehzahl/Motorlast-Betriebspunkt, wie er durch den Basis-Kraftstoffzufuhrbefehl 137 und die Motordrehzahl (RPM) 25 angegeben wird.
  • Eine Unterfunktion 114 verwendet das Biodiesel-Mischungsverhältnis 111, um den Kraftstoffaufheizungsgehalt 115 gemäß der folgenden Beziehung zu berechnen:
    Figure 00190001
    wobei
    • ηBD
    die thermische Effizienz des Oxidationskatalysators unter Verwendung der Biodiesel-Kraftstoffmischung ist;
    ηRD
    die thermische Effizienz des Oxidationskatalysators mit Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) ist;
    LHVBD
    der untere Heizwert der Biodiesel-Kraftstoffmischung ist;
    LHVRD
    der untere Heizwert des Dieselkraftstoffs (0%BV-Kraftstoff) ist; und
    α
    ein Kalibrierungsterm ist.
  • Ferner ist der Kalibrierungsterm α in der Beziehung [2] durch die folgende Beziehung definiert.
    Figure 00200001
    wobei
    • Tin
    die Temperatur des Abgaszustroms an dem Einlass des Oxidationskatalysators ist;
    ToutRD
    die Temperatur des Abgaszustroms an dem Auslass des Oxidationskatalysators unter Verwendung von Dieselkraftstoff (0%BV-Kraftstoff) ist; und
    ToutBD
    die Temperatur des Abgaszustroms an dem Auslass des Oxidationskatalystors unter Verwendung der Biodiesel-Kraftstoffmischung ist.
  • Somit wird die nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsmenge (mpost2RD) 131 mit dem Kraftstoffaufheizungsgehalt 115 multipliziert, um die gemäß dem Biodiesel-Mischungsverhältnis angepasste Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge (mpost2BD) 133 gemäß der folgenden Beziehung zu ermitteln.
  • Figure 00200002
  • Das Rückkopplungs-Steuerschema 144 ermittelt eine Rückkopplungs-Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsmenge 147 basierend auf der Abgastemperatur. Die tatsächliche Temperatur 143 des Abgaszustroms an dem Auslass des Oxidationskatalysators, die gemessen oder geschätzt werden kann, wird mit einer Referenz-Auslasstemperatur 145 an dem Auslass des Oxidationskatalysators verglichen, um eine Temperaturdifferenz 146 zu berechnen, die in einen PID-Controller 148 eingegeben wird. Der PID-Controller 148 erzeugt die Rückkopplungs-Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsmenge 147 basierend auf der Temperaturdifferenz 146. Die Rückkopplungs-Nachverbrennungs-Kraftstoff-einspritzungsmenge 147 wird zu der gemäß dem Biodiesel-Mischungsverhältnis angepassten Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge mpost2BD 133 hinzugefügt, um einen Nachverbrennungs-Einspritzeinrichtungsbefehl 13' zu ermitteln. Der Nachverbrennungs-Einspritzeinrichtungsbefehl 13' wird während jedes Regenerierungsereignisses ausgeführt, um eine Einspritzung einer Menge an Kraftstoff zum Erhöhen der Temperatur des Abgaszustroms stromaufwärts des Partikelfilters 64 anzuweisen, um dessen Regenerierung zu bewirken. Die Kraftstoffmenge ist vorzugsweise ein Massenbetrag an Kraftstoff oder eine Massenströmungsrate des Kraftstoffs, der bzw. die erreicht werden kann, indem eine Pulsweite einer Einspritzeinrichtung gesteuert wird, welche Informationen über den Kraftstoffdruck und volumetrische Strömungsraten umfasst.
  • 6 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform eines adaptiven Partikelfilter-Regenerierungsschemas 100' zum Steuern des Betriebs eines beispielhaften CI-Motors, der mit einem Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet ist, das einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter umfasst. Das adaptive Partikelfilter-Regenerierungsschema 100' wird betrieben, um den Partikelfilter in einer Ausbildung zu regenerieren, bei welcher der CI-Motor 10 Kraftstoff verbrennt, der eine Biodiesel-Kraftstoffmischung umfassen kann. Das adaptive Partikelfilter-Regenerierungsschema 100' kann in einer Ausführungsform des CI-Motors 10 und des Abgasnachbehandlungssystems 60 verwendet werden, welche unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Das adaptive Partikelfilter-Regenerierungsschema 100' spricht auf die Biodiesel-Kraftstoffmischung an, wobei die Größe des Biodiesel-Mischungsverhältnisses des Motorkraftstoffs während des Betriebs und während der Lebensdauer des CI-Motors 10 variieren kann. Das Biodiesel-Mischungsverhältnis beeinflusst den unteren Heizwert und das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motorkraftstoffs.
  • Ein Schema 125' mit Störgrößenaufschaltung überwacht das Biodiesel-Mischungsverhältnis 111 und ermittelt die gemäß dem Biodiesel-Mischungsverhältnis angepasste Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge 133 gemäß der nachfolgenden Beziehung.
    Figure 00220001
    wobei
    • Tout_ref-fil
    die gefilterte Referenztemperatur des Abgaszustroms an dem Auslass des Oxidationskatalysators ist, d. h. stromaufwärts des Partikelfilters;
    Tin
    die Temperatur des Abgaszustroms an dem Einlass des Oxidationskatalysators ist;
    η
    die thermische Effizienz des Oxidationskatalysators ist;
    ṁex
    die Abgasströmungsrate ist;
    BV
    das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs ist;
    λ
    das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffs ist;
    LHV
    der untere Heizwert des Kraftstoffs ist;
    mpost2
    die Menge des Nachverbrennungskraftstoffs ist, der eingespritzt wird; und
    cp
    die spezifische Wärme des Kraftstoffs ist.
  • Ein Rückkopplungs-Steuerschema 144' ermittelt die Rückkopplungs-Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsmenge 147 basierend auf der Abgastemperatur wie folgt. Ein Korrekturschema 170 passt eine Referenztemperatur 167 bezüglich des Biodiesel-Mischungsverhältnisses 111 an, um eine bezüglich des Mischungsverhältnisses korrigierte Referenztemperatur 167' zu ermitteln. Ein Auswahlblock 172 wird betrieben, um die gemäß dem Mischungsverhältnis korrigierte Referenztemperatur 167' oder die Einlasstemperatur 141 des Oxidationskatalysators 62 auszuwählen. Wenn kein Regenerierungsereignis angewiesen wird (172) (0), wird die Einlasstemperatur 141 des Oxidationskatalysators 62 ausgewählt, und folglich ist die Rückkopplungs-Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsmenge 147 gleich null, da es keine berechnete Differenz zwischen der Einlasstemperatur 141 und der Auslasstemperatur 143 des Oxidationskatalysators 62 gibt. Die Auslasstemperatur 143 des Oxidationskatalysators 62 wird unter Verwendung von geeigneten Verfahren gemessen oder geschätzt.
  • Wenn ein Regenerierungsereignis angewiesen wird (172) (1), wird die Rückkopplungs-Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsmenge 147 wie folgt ermittelt. Die gemäß dem Mischungsverhältnis korrigierte Referenztemperatur 167' wird in eine Übertragungsfunktion 162 eingegeben, um eine modifizierte Referenz-Auslasstemperatur 145' zu ermitteln. Bei einer Ausführungsform ist die Übertragungsfunktion 162 ein Verzögerungsfilter erster Ordnung, der auf die Referenztemperatur des Abgaszustroms an dem Einlass des Oxidationskatalysators wirkt, um die Temperatur des Abgaszustroms stromaufwärts des Partikelfilters gemäß der folgenden Beziehung zu ermitteln.
    Figure 00230001
    wobei
    • Tout_ref-fil
    die gefilterte Referenztemperatur 145' des Abgaszustroms an dem Ausgang des Oxidationskatalysators ist, d. h. stromaufwärts des Partikelfilters 64;
    Tin
    die Temperatur des Abgaszustroms an dem Einlass des Oxidationskatalysators 62 ist, d. h. die gemäß dem Mischungsverhältnis korrigierte Referenztemperatur 167' oder die Einlasstemperatur 141 des Oxidationskatalysators 62; und
    ṁex
    die Abgasströmungsrate ist.
  • Die Verzögerungsfilterfunktion der Übertragungsfunktion 162 führt eine Zeitverzögerung in dem Übergang von der Änderung in der Temperatur von der Einlasstemperatur 141 des Oxidationskatalysators 62 zu der gemäß dem Mischungsverhältnis korrigierten Referenztemperatur 167' ein, um eine übermäßige Kraftstoffzufuhr der Nachverbrennungs-Einspritzung aufgrund einer thermischen Verzögerung zu verhindern, die mit dem Aufwärmen des Oxidationskatalysators 62 verbunden ist.
  • Die gefilterte Temperatur des Abgaszustroms an dem Auslass des Oxidationskatalysators 145' wird arithmetisch mit der Auslasstemperatur 143 des Oxidationskatalysators 62 verglichen, um eine Temperaturdifferenz 146 zu ermitteln. Die Temperaturdifferenz 146 wird in den PID-Controller 148 eingegeben, der die Rückkopplungs-Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsmenge 147 basierend auf der Temperaturdifferenz 146 erzeugt. Die Rückkopplungs-Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsmenge 147 wird zu der gemäß dem Biodiesel-Mischungsverhältnis angepassten Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge mpost2BD 133 hinzugefügt, um den Nachverbrennungs-Einspritzeinrichtungsbefehl 13' zu ermitteln. Der Nachverbrennungs-Einspritzeinrichtungsbefehl 13' wird während jedes Regenerierungsereignisses ausgeführt, um eine Einspritzung einer Menge an Kraftstoff zum Erhöhen der Temperatur des Abgaszustroms stromaufwärts des Partikelfilters 64 anzuweisen, um dessen Regenerierung zu bewirken.
  • Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle Ausführungsform bzw. die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kompressionszündungsmotors, der mit einem Abgasnachbehandlungssystem gekoppelt ist, das einen Partikelfilter aufweist, umfassend, dass: ein Schema mit Störgrößenaufschaltung ausgeführt wird, um eine Menge eines Nachverbrennungskraftstoffs zum Erreichen einer bevorzugten Temperatur in dem Abgaszustrom an einem Einlass zu dem Partikelfilter zu ermitteln, wobei die Menge des Nachverbrennungskraftstoffs eine nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge umfasst, die gemäß einem Biodiesel-Mischungsverhältnisses des Kraftstoffs angepasst wird; und der Nachverbrennungskraftstoff in Ansprechen auf einem Befehl zum Regenerieren des Partikelfilters stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems eingespritzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen des Schemas mit Störgrößenaufschaltung umfasst, dass die nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge basierend auf einer Menge an Nachverbrennungskraftstoff ermittelt wird, die einem Motorbetriebspunkt zum Erreichen der bevorzugten Temperatur in dem Abgaszustrom an dem Einlass zu dem Partikelfilter entspricht, wenn der Nachverbrennungskraftstoff Dieselkraftstoff umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ermitteln der nominellen Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge umfasst, dass: das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs ermittelt wird; ein unterer Heizwert für das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs ermittelt wird; und die nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge basierend auf dem unteren Heizwert für das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs angepasst wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen des Schemas mit Störgrößenaufschaltung umfasst, dass: die nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge basierend auf einer Menge an Nachverbrennungskraftstoff ermittelt wird, die einem Motorbetriebspunkt zum Erreichen der bevorzugten Temperatur in dem Abgaszustrom an dem Einlass zu dem Partikelfilter entspricht, wenn der Nachverbrennungskraftstoff Dieselkraftstoff umfasst; das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs ermittelt wird; ein unterer Heizwert für das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs ermittelt wird; und die nominelle Nachverbrennungs-Kraftstoffmenge basierend auf dem unteren Heizwert für das Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs angepasst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzen des Nachverbrennungskraftstoffs stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems umfasst, dass eine Motor-Kraftstoffeinspritzeinrichtung gesteuert wird, um ein Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsereignis zum Einspritzen des Nachverbrennungskraftstoffs in den Abgaszustrom stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems auszuführen.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzen des Nachverbrennungskraftstoffs in den Abgaszustrom stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems umfasst, dass eine Motor-Kraftstoffeinspritzeinrichtung gesteuert wird, um ein Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsereignis zum Einspritzen des Nachverbrennungskraftstoffs in den Abgaszustrom stromaufwärts eines Oxidationskatalysators des Abgasnachbehandlungssystems auszuführen.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass ein Rückkopplungs-Steuerschema ausgeführt wird, um die Menge des Nachverbrennungskraftstoffs basierend auf einer Differenz zwischen einer Einlasstemperatur zu dem Partikelfilter und einer Referenz-Einlasstemperatur anzupassen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Referenz-Einlasstemperatur ermittelt wird, indem eine Übertragungsfunktion auf eine bezüglich des Mischungsverhältnisses korrigierte Referenztemperatur angewendet wird, um eine modifizierte Referenz-Auslasstemperatur an einem Auslass eines Oxidationskatalysators stromaufwärts des Partikelfilters zu ermitteln.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Anwenden der Übertragungsfunktion auf die bezüglich des Mischungsverhältnisses korrigierte Referenztemperatur umfasst, dass ein Verzögerungsfilter erster Ordnung auf die bezüglich des Mischungsverhältnisses korrigierte Referenztemperatur angewendet wird, um die modifizierte Referenz-Auslasstemperatur zu ermitteln.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Kompressionszündungsmotors, der mit einem Abgasnachbehandlungssystem gekoppelt ist, das einen Oxidationskatalysator stromaufwärts eines Partikelfilters aufweist, umfassend, dass: eine Partikelbeladung in dem Partikelfilter ermittelt wird, indem eine Rate einer Partikelerzeugung, die einem Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs entspricht, integriert wird; und in Ansprechen auf einen Befehl zum Regenerieren des Partikelfilters Kraftstoff in einen Abgaszustrom stromaufwärts des Oxidationskatalysators eingespritzt wird, was umfasst, dass ein Schema mit Störgrößenaufschaltung ausgeführt wird, um eine Menge an Kraftstoff zu ermitteln, die in den Abgaszustrom eingespritzt wird und mit einer nominellen Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsmenge in Beziehung steht, die basierend auf dem Biodiesel-Mischungsverhältnis des Kraftstoffs angepasst wird.
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