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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Nachbehandlungssysteme für kompressionsgezündete Motoren und insbesondere ein System und Verfahren zum Steuern einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors.
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HINTERGRUND
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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 und Adsorptionskatalysatoren zur Umwandlung, Reduzierung und/oder Entfernung von Partikelmaterial und anderen regulierten Bestandteilen (z. B. Stickoxide oder NOx) von ihren Abgasströmen. Partikelfilter und andere Nachbehandlungskomponenten können effektiv sein, können jedoch auch den Gegendruck erhöhen, da sie Partikelmaterial ansammeln.
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Das Partikelmaterial kann Asche und nicht verbrannte Kohlenstoffpartikel aufweisen, die allgemein als Ruß bezeichnet werden. Da dieses kohlenstoffbasierte Partikelmaterial sich in den Nachbehandlungskomponenten ansammelt, kann dieses den Gegendruck in dem Abgassystem erhöhen. Motoren, die relativ große Raten einer Partikelmassenemission besitzen, können innerhalb einer relativ kurzen Zeitperiode übermäßige Gegendruckniveaus entwickeln, was den Motorwirkungsgrad und die Leistungserzeugungskapazität vermindert. Daher ist es erwünscht, Partikelfiltrationssysteme zu haben, die den Gegendruck minimieren, während effektiv Partikelmaterial im Abgas abgefangen wird.
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Um diese beiden konkurrierenden Ziele zu erreichen, müssen Nachbehandlungskomponenten regelmäßig überwacht und entweder durch Austausch von Komponenten oder durch Entfernung des angesammelten Rußes gewartet werden. Das Reinigen des angesammelten Rußes von einer Nachbehandlungskomponente kann über Oxidation zu CO2 (d. h. Wegbrennen) erreicht werden und ist in der Technik als Regeneration bekannt. Um Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, ist die Regeneration gegenüber einem Austausch von Nachbehandlungskomponenten allgemein bevorzugt. Eine kontinuierlich regenerierende Abfangeinrichtung (CRT von engl.: ”continuously regenerating trap”) ist eine Nachbehandlungskomponente, die Partikel in dem Abgasstrom abfängt und auch einen Katalysator aufweist, um eine Regeneration zu unterstützen.
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Ein Weg, über den eine Regeneration erreicht werden kann, besteht in der Erhöhung der Temperaturen des Filtermaterials und/oder des gesammelten Partikelmaterials auf Niveaus über der Verbrennungstemperatur des Partikelmaterials. Das Anheben der Temperatur unterstützt den Verbrauch des Rußes dadurch, dass zugelassen wird, dass der überschüssige Sauerstoff in dem Abgas das Partikelmaterial oxidiert. 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 hauptsächlich aus Stickstoffmonoxid (NO) und etwa 5 bis 20 Prozent NO2 besteht, wobei größere Niveaus von NO2 üblich sind, wenn Oxidationskatalysatoren in dem Abgasstrom vorhanden sind. Somit findet ein gewisses Niveau an Regeneration sogar bei relativ geringen Temperaturen statt.
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Der Regenerationsprozess kann entweder passiv oder aktiv sein. In passiven Systemen findet eine Regeneration statt, sobald Wärme (z. B. durch die Abgase geführt) und Ruß (z. B. in den Nachbehandlungskomponenten abgefangen) ausreichend ist, 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 (z. B. einer elektrischen Heizung, einem Kraftstoffbrenner, einer Mikrowellenheizung und/oder von dem Motor selbst, wie bei einer späten im Zylinder erfolgenden Einspritzung oder Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Abgasstrom) bewirkt. Eine aktive Regeneration kann während verschiedener Fahrzeugbetriebsabläufe und Abgasbedingungen ausgelöst werden. Unter diesen günstigen Betriebsbedingungen sind stationäre Fahrzeugbetriebsabläufe, wie beispielsweise, 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.
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Ein Motorsteuersystem kann ein Rußmodell verwenden, um eine Rußmasse, die sich in der Nachbehandlungskomponente angesammelt hat, durch Überwachen von Eigenschaften des Abgasstromes, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente strömt, abzuleiten (d. h. vorherzusagen). Das Steuersystem kann die abgeleiteten Rußmassendaten verwenden, um die Rußbeladung über die Zeit zu überwachen, zu bestimmen oder vorherzusehen, 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 (d. h. die Abnahme des Drucks) 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 von Druckabfällen zunimmt (bei spezifischer Temperatur und spezifischen Volumendurchflüssen), die auftreten, wenn die Nachbehandlungskomponente rein ist.
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Es ist beobachtet worden, dass Änderungen der Temperatur, bei der ein Motor arbeitet, merkliche Änderungen der Rußmengen bewirken können, die in dem Motorabgasstrom mitgeführt werden. Dies kann auf eine Anzahl von Faktoren, die allgemein zu lokalen Verbrennungstemperaturen beitragen, und eine Steuerung über den Motor zur Temperaturkompensation zurückzuführen sein. Infolgedessen sind Probleme beim Versuch aufgetreten, Rußmodelle zu erzeugen, die von dem Motor emittierten Ruß über einen Bereich von Umgebungstemperaturen genau vorhersagen können.
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Demgemäß ist es erwünscht, ein verbessertes System und Verfahren zur Steuerung einer Nachbehandlungskomponente eines Kompressionszündungsmotors, zur Bestimmung, wann eine aktive Regeneration unterstützt wird, und zur Steuerung einer aktiven Regeneration von Partikelfiltrationssystemen, insbesondere mit verbesserter Modellgenauigkeit über einen Bereich von Umgebungstemperaturen bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines Motors ein Empfangen eines Signals, das auf eine Druckänderung über eine Nachbehandlungskomponente anspricht, und ein Berechnen einer Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente unter Verwendung eines Rußansammlungsmodells auf, das derart kalibriert ist, um einen Betrieb des Motors bei einer Referenzbedingung zu simulieren. Ein Rußmodellkorrekturfaktor basiert zumindest teilweise auf einer Umgebungstemperaturkorrektur und wird auf die Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente angewendet, um eine temperaturkompensierte Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente zu erzeugen. Die temperaturkompensierte Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente wird mit einer vorbestimmten Schwelle, die der Nachbehandlungskomponente zugeordnet ist, verglichen und eine Abhilfeaktion wird ausgelöst, wenn die temperaturkompensierte Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente die vorbestimmte Schwelle überschreitet.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein System zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines Motors einen Regenerationscontroller, der derart konfiguriert ist, ein Signal aufzunehmen, das auf eine Änderung des Drucks über eine Nachbehandlungskomponente anspricht, und eine Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente unter Verwendung eines Rußansammlungsmodells zu berechnen, das kalibriert ist, um einen Betrieb des Motors bei einer Referenzbedingung zu simulieren. Der Regenerationscontroller ist derart konfiguriert, einen Rußmodellkorrekturfaktor basierend zumindest teilweise auf einer Umgebungstemperaturkorrektur zu bestimmen und den Rußmodellkorrekturfaktor auf die Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente anzuwenden, um eine temperaturkompensierte Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente zu erzeugen. Der Regenerationscontroller vergleicht die temperaturkompensierte Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente mit einer vorbestimmten Schwelle, die der Nachbehandlungskomponente zugeordnet ist, und löst eine Abhilfeaktion aus, wenn die temperaturkompensierte Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente die vorbestimmte Schwelle überschreitet.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
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1 ein schematisches Diagramm ist, das ein beispielhaftes System zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors zeigt; und
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2 ein Prozessflussdiagramm ist, das einen beispielhaften Prozess zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es ist zu verstehen, dass überall in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben. Der hier verwendete Begriff Modul betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in 1 gezeigt ist, weist ein beispielhaftes System 100 zur Steuerung einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines komprssionsgezündeten Motors einen Kompressionszündungsmotor 102 eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) auf. Der Kompressionszündungsmotor 102 ist mit einem Abgassystem 104 gekoppelt, durch das Abgas von dem Motor 102 strömt und vor einem Austrag an die Atmosphäre behandelt wird. Das Abgassystem 104 ist für die Reduzierung regulierter Abgasbestandteile konfiguriert und enthält somit zumindest eine Nachbehandlungskomponente 106, wie einen Partikelfilter, zur Entfernung von Partikelmaterial und anderen regulierten Bestandteilen von dem Abgasstrom. Wie angemerkt sei, können die Nachbehandlungskomponenten, Systeme, Modelle und Steuerungen, wie hier beschrieben ist, in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein. Derartige Motorsysteme können beispielsweise umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Dieselmotoren, Benzindirekteinspritzsysteme sowie Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Nachbehandlungskomponente 106 eine kontinuierlich regenerierende Abfangeinrichtung (CRT von engl.: ”continuously regenerating trap”), die sowohl einen Oxidationskatalysator (OC) als auch einen Partikelfilter aufweisen kann. Der OC der CRT 106 kann zum Beispiel ein Durchström-Metall- oder Keramikmonolithsubstrat aufweisen. Das Substrat kann in eine Schale oder einen Kanister mit einem Einlass zum Aufnehmen von Abgas von dem Motor 102 und einem Auslass in Fluidkommunikation mit dem Partikelfilter der CRT 106 gepackt sein. Das Substrat kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung aufweisen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Metalle der Platingruppe aufweisen, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder Kombinationen daraus. Der OC behandelt nicht verbrannte gasförmige und nichtflüchtige KW und CO, die oxidiert werden, um CO2 und H2O zu bilden.
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Der Partikelfilterabschnitt der Nachbehandlungskomponente 106 dient dazu, das Abgas von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelfilterabschnitt der Nachbehandlungskomponente 106 unter Verwendung eines Wandströmungsmonolithfilters oder anderer Filtervorrichtungen aufgebaut sein, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Der Filter kann in die Schale oder den Kanister gepackt sein und kann einen Einlass in Fluidkommunikation mit dem OC und einen Auslass zum Austrag von behandeltem Abgas aufweisen.
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Die Ansammlung von Partikelmaterial in dem Partikelfilterabschnitt der Nachbehandlungskomponente 106 wird periodisch gereinigt oder regeneriert. Die Regeneration betrifft die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel typischerweise in einer Hochtemperaturumgebung (> 600°C). Die Oxidation innerhalb des OC erzeugt die zur Regeneration notwendigen hohen Temperaturen.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Heizung 108 konfiguriert, um der Nachbehandlungskomponente 106 Wärme hinzuzufügen, um eine Regeneration in der Nachbehandlungskomponente 106 aktiv 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.
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Um zu ermöglichen, dass der Regenerationscontroller 110 seine Funktionen besser ausführt, sind verschiedene Instrumente in dem Motor 102 und dem Abgassystem 104 positioniert. Die Instrumente sind derart 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 104 angeben. Beispielsweise misst bei einer beispielhaften Ausführungsform ein stromaufwärtiger Drucksensor 112 Drücke des Abgasstromes stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente 106 und erzeugt stromaufwärtige Drucksignale 114. Gleichermaßen misst ein stromabwärtiger Drucksensor 116 Drücke des Abgasstromes stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente 106 und erzeugt stromabwärtige Drucksignale 118. Zusätzlich misst ein stromaufwärtiger Temperatursensor 120 Temperaturen des Abgasstromes stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente 106 und erzeugt stromaufwärtige Temperatursignale 122.
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Ein stromabwärtiger Temperatursensor 124 misst Temperaturen des Abgasstromes 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), die in dem Motor 102 oder dem Abgassystem 104 strömen, und erzeugt Motordurchflusssignale 134. Ein Motoransauglufttemperatursensor 142 erfasst eine Temperatur von in den Motor 102 eintretender Verbrennungsluft und erzeugt Ansauglufttemperatursignale 144. Ein Sensor 146 für die stromabwärtige Ladeluftkühlertemperatur erfasst eine Temperatur von Verbrennungsluft stromabwärts von dem Ladeluftkühler, die dem Strom von Verbrennungsluft, die in den Motor 102 eintritt, zugeordnet ist, und erzeugt ein Ladelufttemperatursignal 148. Ein Umgebungstemperatursensor 150 erfasst eine Temperatur der umliegenden Umgebung, in der der Motor 102 arbeitet, und erzeugt ein Umgebungstemperatursignal 152.
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Der Regenerationscontroller 110 empfängt Information, wie eines oder mehrere der stromaufwärtigen Drucksignale 114, stromabwärtigen Drucksignale 118, stromaufwärtigen Temperatursignale 122, stromabwärtigen Temperatursignale 126, Motordrehzahlsignale 130, Motordurchflusssignale 134, Ansauglufttemperatursignale 144, Ladelufttemperatursignale 148 und Umgebungstemperatursignale 152 von dem stromaufwärtigen Drucksensor 112, dem stromabwärtigen Drucksensor 116, dem stromaufwärtigen Temperatursensor 120, dem stromabwärtigen Temperatursensor 124, dem Motordrehzahlsensor 128, dem Motorströmungssensor 132, dem Motoransauglufttemperatursensor 142, dem Sensor 146 für stromabwärtige Ladeluftkühlertemperatur und dem Umgebungstemperatursensor 150. Ein Prozessor 136 des Regenerationscontrollers 110 arbeitet mit einem Speicher 138 zusammen, der dem Regenerationscontroller 110 zugeordnet ist, um Anweisungen auszuführen, die derart konfiguriert sind, dass der Regenerationscontroller 110 in die Lage versetzt wird, eine Rußbeladung in der Nachbehandlungskomponente 106 zu überwachen, zu bestimmen oder vorherzusehen, wann eine Regeneration in der Nachbehandlungskomponente 106 notwendig oder erwünscht sein kann, ein Regenerationsereignis in der Nachbehandlungskomponente 106 zu unterstützen und/oder eine Steuerung über einen Regenerationsprozess oder andere Abhilfemaßnahmen zu bewirken.
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Beispielsweise ist bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Regenerationscontroller 110 derart konfiguriert, eine Menge an Partikelmaterialansammlung in der Nachbehandlungskomponente 106 auf Grundlage eines Druckabfallindex zu schätzen, der eine Abnahme des Drucks des Abgasstromes 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.
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Sobald die Eigenschaften der Strömung erzeugt worden sind, schätzt der Regenerationscontroller 110 eine Menge an Partikelmaterialansammlung in der Nachbehandlungskomponente 106. Bei einer beispielhaften Ausführungsform verwendet der Regenerationscontroller 110 ein Rußansammlungsmodell auf Grundlage von Rußratenkennfeldern, die unter Verwendung von Bedingungen bei ausgeschaltetem Motor entwickelt wurden. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform verwendet der Regenerationscontroller 110 ein Rußansammlungsmodell auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Druckabfallindex, dem Durchflussindex und dem Temperaturindex. Wie dem Fachmann angemerkt sei, geben Zunahmen des Betrags an Druckabfall (d. h. Abnahme des Drucks) bei einem konstanten Durchfluss und einer konstanten Temperatur eine Ansammlung von Ruß oder anderem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente 106 an. Der Fachmann erkennt auch, dass der Durchflussindex 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 zugeordnet sind. Dies ist möglich, da es bekannt ist, dass zwischen dem Druckverlust und einem derartigen korrigierten Durchfluss eine konsistente Beziehung existieren kann, sogar obwohl die Temperatur und/oder der Druck der Strömung sich ändern können.
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Wie oben erwähnt ist, ist erkannt worden, dass die Temperatur der Umgebung, in der der Motor 102 arbeitet, merkliche Änderungen der Rußmengen, die in dem Motorabgasstrom mitgeführt sind, bewirken kann. Um zu ermöglichen, dass das Rußmodell die Wirkungen einer Umgebungstemperatur kompensiert, wird ein Temperaturkorrekturfaktor auf die Ausgangsvorhersagen, die von dem Rußmodell erzeugt werden, angewendet. Um den Temperaturkorrekturfaktor zu bestimmen, wird zunächst eine Auswahl bezüglich dessen getroffen, welcher Umgebungstemperaturparameter als eine Basis der Korrektur verwendet werden soll. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Hierarchie voreingestellt. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform wählt ein Anwender den zu verwendenden Parameter. Bei einer noch weiteren Ausführungsform werden die erfassten Umgebungstemperaturen in Bezug auf Zuverlässigkeit bewertet und der zuverlässigste Parameter wird verwendet. Dies kann in der Verwendung der Ansauglufttemperatursignale 144, der Ladelufttemperatursignale 148 oder der Umgebungstemperatursignale 152 resultieren.
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Sobald das geeignete Temperatursignal gewählt ist, wird der Korrekturfaktor auf Grundlage der gewählten Temperatur und einer bekannten oder vorhergesagten Beziehung zwischen der Temperatur und dem Korrekturfaktor bestimmt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können mehrere Korrekturkurven verwendet werden, um den Korrekturfaktor bei verschiedenen Umgebungshöhen, wie Meereshöhe, mittlere Höhe und hohe Höhe, zu bestimmen. Das Ergebnis sind mehrere Temperaturkorrekturfaktoren über einen Bereich von Referenzhöhen. Der Korrekturfaktor, der der tatsächlichen Höhe zugeordnet ist, kann dann beispielsweise durch Interpolation bestimmt werden. Die tatsächliche Höhe kann durch den Umgebungsdruck bestimmt werden. Schließlich kann der Korrekturfaktor so angewendet werden, um den Ausgang von dem Rußmodell so einzustellen, dass die Umgebungstemperatur kompensiert wird.
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Es sei angemerkt, dass eine Anzahl von Ausdrücken zur Quantifizierung und zur Verfolgung des Druckabfalls in einer Nachbehandlungskomponente vorhanden ist. Beispielsweise wird bei einer Ausführungsform der Druckabfallindex als ein Verhältnis von stromaufwärtigem Druck zu stromabwärtigem Druck (d. h. PR = Pu/Pd) berechnet, 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 (d. h. DP = Pu – Pd) berechnet, um eine Druckdifferenz über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren. Bei einer noch weiteren Ausführungsform wird der Druckabfallindex als die Differenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck, wobei die Differenz durch die Größe des stromaufwärtigen Drucks dividiert wird, berechnet (d. h. als normalisierter Druckabfall DPP = DP/Pu), um eine normalisierte Differenz des Drucks über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren. Wie der Fachmann erkennt, kann das oben beschriebene Durchflussindexsignal durch einen Motordrehzahlsensor oder einen Luftmassenstromsensor oder irgendeinen anderen Sensor erzeugt werden, der derart konfiguriert ist, einen Motorbetriebszustand zu erfassen, der den relativen Durchfluss des Abgasstromes angibt.
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Wenn ein druckbasiertes Rußansammlungsmodell zur Rußschätzung ausgeführt werden soll oder 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 eine Kenntnis der Drücke, Temperaturen und Durchflüsse des Abgasstromes erfordern, wie oben beschrieben ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform repräsentiert die von dem 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 – bei einer Referenzumgebungstemperatur (d. h. einem standardisierten Ausgang) zu reflektieren. Wie oben diskutiert ist, ist der standardisierte Ausgang von dem druckbasierten Rußansammlungsmodell gemäß dem Temperaturkorrekturfaktor skaliert, um die Menge an Partikelmaterial, die sich in der Nachbehandlungskomponente angesammelt hat, für die bestimmte Umgebungstemperatur, bei der der Motor 102 arbeitet, vorherzusagen.
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Da die Schätzung von Material, das sich in der Nachbehandlungskomponente angesammelt hat, mit einer vorbestimmten Schwelle zu vergleichen ist, die der Nachbehandlungskomponente zugeordnet ist, und da eine Abhilfeaktion unterstützt werden kann, wenn die eingestellte Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente die vorbestimmte Schwelle überschreitet, würden Ungenauigkeiten in dem Prozess das Potential besitzen, die Regenerationsprozesse unnötig oder spät auszulösen. Daher kann durch Anwenden eines Temperaturkompensationsfaktors, wie oben beschrieben ist, der Regenerationscontroller 110 die Zuverlässigkeit des geschätzten Niveaus an Rußansammlung verbessern, wodurch der Bedarf nach übermäßigen Spielräumen reduziert und unnötige Wartung potentiell beseitigt werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in 2 gezeigt ist, weist ein beispielhafter Prozess 200 zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines Kompressionszündungsmotors, wie eines CRT, allgemein den Schritt zum Empfangen eines oder mehrerer Werte eines oder mehrerer Parameter 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 Druckänderung über die Nachbehandlungskomponente, eine stromaufwärtige Temperatur, eine stromabwärtige Temperatur, eine Motordrehzahl oder einen Motordurchfluss repräsentieren.
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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 oder dem Motorströmungssensor 132 oder einer Kombination auf Grundlage von diesen empfangen werden. Der Parameter kann einen Druckabfallindex, der eine Abnahme eines Drucks eines Abgasstroms angibt, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente strömt, ein Durchflussindex, der einen Durchfluss des Abgasstromes angibt, und/oder ein Temperaturindex sein, der eine Temperatur des Abgasstromes angibt.
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Zusätzlich zum Empfangen eines oder mehrerer Werte weist der Prozess 200 ein Bestimmen einer Umgebungstemperatur auf, innerhalb der der Motor arbeitet (Schritt 220). Genauer weist dieser Schritt des Prozesses auf: (a) Empfangen eines Ansauglufttemperatursignals (Schritt 222); (b) Empfangen eines Ladelufttemperatursignals (Schritt 224); (c) Empfangen eines Umgebungs-(z. B. Außen-) Temperatursignals (Schritt 226); und (d) Bestimmen einer Umgebungstemperaturkorrektur zur Verwendung für Rußmodellkorrekturzwecke (Schritt 228). Die Bestimmung der Umgebungstemperaturkorrektur kann auf einer vom Nutzer vorgeschriebenen Auswahl oder einem vordefinierten Algorithmus (z. B. einer Hierarchie oder einer Bewertung der Zuverlässigkeit) basieren, was in einer Auswahl auf Grundlage von zumindest einem aus dem Ansauglufttemperatursignal, dem Ladelufttemperatursignal oder dem Umgebungstemperatursignal resultiert.
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Auf Grundlage der Umgebungstemperaturkorrektur, die zu Rußmodellkorrekturzwecken bestimmt ist, bestimmt der Regenerationscontroller 110 einen Rußmodellkorrekturfaktor zur Verwendung bei der Einstellung des Ausganges des Rußmodells für die Umgebungstemperatur (Schritt 230). Bei einer beispielhaften Ausführungsform bestimmt der Regenerationscontroller 110 eine Höhe, bei der der Motor arbeitet, auf Grundlage eines Drucksignals, wie eines Ansaugdrucksignals (Schritt 232). Als Nächstes liest der Regenerationscontroller 110 ein oder mehrere Kennfelder (wobei jedes Kennfeld eine Höhe repräsentiert, bei oder nahe der der Motor als arbeitend bestimmt ist, wie Meereshöhe, mittlere Höhe, wie 5000 Fuß über Meereshöhe und/oder hohe Höhe, wie 10.000 Fuß über Meereshöhe), um die Rußmodellkorrekturfaktoren für die verschiedenen Höhen bei der bestimmten Umgebungstemperaturkorrektur zu bestimmen (Schritt 234). Zusätzlich kann der Regenerationscontroller 110 die tatsächliche Betriebshöhe verwenden, um zwischen den Rußmodellkorrekturfaktoren, die den verschiedenen Höhen zugeordnet sind, zu interpolieren, wodurch die geeignete Rußmodellkorrektur bei der bestimmten Umgebungstemperaturkorrektur und Betriebshöhe bestimmt wird (Schritt 236). Dennoch kann der Regenerationscontroller 110 das Setzen und Einstellen von Grenzen an der Umgebungstemperatur oder Betriebshöhe unterstützen, außerhalb denen das druckbasierte Rußansammlungsmodell für eine zuverlässige Einstellung von den Referenzbedingungen, bei denen das Modell entwickelt oder kalibriert wurde, als unzuverlässig oder ungeeignet betrachtet werden kann (Schritt 240).
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Der Regenerationscontroller 110 kann sich auf eine Rußschätztechnik, wie ein Rußansammlungsmodell auf Grundlage eines Druckabfalls, verlassen, um eine Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente zu berechnen (Schritt 250). Bei einer Ausführungsform basiert diese Berechnung zumindest teilweise auf einem Rußansammlungsmodell, das bei einer Referenzbedingung (z. B. Meereshöhe, ICAO-Standardumgebungstemperatur) entwickelt und/oder kalibriert ist. Die Berechnung verlässt sich auf Werte für den Druckabfallindex, den Durchflussindex, den Temperaturindex und die geeignete Rußmodellkorrektur bei der bestimmten Umgebungstemperaturkorrektur und Betriebshöhe. Die Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente wird dann mit einer oder mehreren vorbestimmten Schwellen verglichen, die der Nachbehandlungskomponente zugeordnet sind (Schritt 260). Eine Abhilfeaktion wird ausgelöst, wenn die eingestellte Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente die vorbestimmte Schwelle überschreitet (Schritt 270).
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform beginnt der Schritt zum Schätzen der Menge von angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente (Schritt 250) mit der Berechnung oder dem Empfang eines Druckabfallindex, der eine Abnahme des Drucks eines Abgasstromes angibt, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente strömt (Schritt 252). Bei einer beispielhaften Ausführungsform gibt der Druckabfallindex das Niveau der Druckabnahme an, dem der Abgasstrom ausgesetzt ist, wenn er durch die Nachbehandlungskomponente strömt. Bei einer Ausführungsform wird der Druckabfallindex als ein Verhältnis von stromaufwärtigem zu stromabwärtigem Druck (d. h. PR = Pu/Pd) berechnet, um so ein Druckverhältnis über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird der Druckabfallindex als eine Differenz zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Drücken (d. h. DP = Pu – Pd) berechnet, um so eine Differenz des Drucks über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren. Bei einer noch weiteren Ausführungsform wird der Druckabfallindex als die Differenz zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Drücken geteilt durch die Größe des stromaufwärtigen Drucks (d. h. als ein normalisierter Druckabfall DPP = DP/Pu) berechnet, um so eine normalisierte Differenz des Drucks über die Nachbehandlungskomponente zu repräsentieren. Ein beispielhafter Schritt zum Schätzen der Menge an angesammeltem Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente (Schritt 250) weist auch ein Bestimmen eines Durchflussindex auf, der einen relativen Durchfluss des Abgasstroms angibt (Schritt 254). Das Durchflussindexsignal kann durch einen Motordrehzahlsensor oder einen Luftmassenstromsensor oder irgendeinen anderen Sensor erzeugt werden, der derart konfiguriert ist, einen Motorbetriebszustand zu erfassen, der den relativen Durchfluss des Abgasstromes angibt.
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Sobald der Druckabfallindex und der Durchflussindex des Abgasstromes bestimmt worden sind, verwendet ein beispielhafter Schritt zum Schätzen der Menge an 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 das Rußmodell so entwickelt oder kalibriert sein, dass es einer Referenzbedingung entspricht, während eine Einstellung auf die tatsächlichen Umgebungsbedingungen (Höhe und Temperatur) durch Anwenden der geeigneten Rußmodellkorrektur bei der bestimmten Umgebungstemperaturkorrektur und Betriebshöhe erreicht wird, die der Regenerationscontroller 110 auf Grundlage der gewählten Temperatur entwickelt hat (Schritt 230).
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Somit 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, dem Durchflussindex und dem bestimmten Umgebungszustand, in welchem der Motor arbeitet (oder gearbeitet hat) zu reflektieren. Andere Techniken können andere Beziehungen reflektieren und können ähnlicherweise mit beobachteten Daten korreliert werden.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Schritt zum Auslesen einer Abhilfeaktion (Schritt 270) ein Einstellen eines oder mehrerer Motorsteuerparameter, um so einen Betrieb des Motors so zu modifizieren, dass eine passive Regeneration in der Nachbehandlungskomponente unterstützt wird (Schritt 272). Beispielsweise können die eine oder mehreren Einstellungen so konfiguriert sein, dass eine minimale Temperatur bereitgestellt wird, bei der die Nachbehandlungskomponente eine passive Regeneration in der Nachbehandlungskomponente unterstützt. Alternativ dazu kann die eine oder können die mehreren Einstellungen ein Modifizieren von Kraftstoffbelieferung und Zündzeitpunkt des Motors (Schritt 274) oder ein Aktivieren eines zusätzlichen Heizelements zur Erhöhung einer Temperatur des Abgasstromes (Schritt 276) oder ein Aktivieren einer Warnleuchte, die den Bediener instruiert, eine Regeneration (oder einen Austausch) der Nachbehandlungskomponente auszulösen (Schritt 278) umfassen.
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Obgleich die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei für Fachleute auf dem Gebiet verständlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente gegen Elemente davon ersetzt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang 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.
