DE102013219770A1

DE102013219770A1 - Verfahren zum Regenerieren eines Filters in einem Auspuff

Info

Publication number: DE102013219770A1
Application number: DE102013219770.5A
Authority: DE
Inventors: Jim Bromham; Romain Demory; Javier Castellano
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-06-12
Also published as: GB2506660B; RU2641325C2; CN103711547B; GB2506660A; CN103711547A; RU2013144811A; GB201217895D0

Abstract

Ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters während der Verwendung einer Kraftmaschine, die einen Auspuff umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausführen eines ersten Regenerationsereignisses, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Schätzen einer Kraftstoffdurchflussmenge, die zu dem Auspuff hinzuzufügen ist, um eine Zieltemperatur zu erreichen; (b) Hinzufügen von Kraftstoff mit der Kraftstoffdurchflussmenge in den Auspuff; (c) Verbrennen wenigstens eines Anteils des Kraftstoffs in dem Auspuff, um die Temperatur in dem Auspuff zu vergrößern; (d) Überwachen der Temperatur in dem Auspuff und Vergleichen dieser mit der Zieltemperatur, um einen Fehlerwert zu bestimmen; und (e) Speichern des im Schritt (d) bestimmten Fehlerwerts in einer Speichervorrichtung; Ausführen eines zweiten Regenerationsereignisses, das die folgenden Schritte umfasst: (f) Ausführen des Schrittes (a) unter Verwendung des gespeicherten Fehlerwertes, um die Schätzung der Durchflussmenge des Kraftstoffs zu verfeinern, die zu dem Auspuff hinzugefügt werden muss, um die Zieltemperatur zu erreichen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren eines Filters in einem Auspuff, insbesondere eines Dieselpartikelfilters (DPF).
DPFs sind vorgesehen, um Rußpartikel und dergleichen einzufangen, um die Emissionen von den Fahrzeugen verringern. Die Regeneration eines derartigen Dieselpartikelfilters (DPF) ist die Technik, die verwendet wird, um den angesammelten Ruß in seinem Inneren zu verbrennen. Dieser Prozess umfasst das Vergrößern der Abgastemperatur der Kraftmaschine während eines Zeitraums, um den Ruß zu verbrennen, wobei er normalerweise während eines tatsächlichen Fahrzyklus bei sich kontinuierlich ändernden Fahrbedingungen ausgeführt wird. Typischerweise wird ein Regenerationsereignis durch die Fahrzeug-ECU etwa alle 500 gefahrene Kilometer automatisch ausgeführt.
Die Zunahme der Temperatur wird durch eine Verringerung der Beaufschlagungs-Luftmassenströmung und/oder die Verwendung von Nacheinspritzungen und/oder einer Auspuff-Kraftstoffeinspritzung erreicht, die eine heiße Abgasströmung und/oder eine Strömung von Kohlenstoffwasserstoffen (HC), die über einem Katalysator verbrennen, um ausreichend Wärme bereitzustellen, um den Ruß in dem Dieselpartikelfilter zu verbrennen und dadurch den Filter zu regenerieren, bereitstellen.
Es muss eine besondere Temperatur erreicht werden, um den Ruß in dem Filter zu verbrennen, wobei sich die Menge des Nach-/Auspuffkraftstoffs, die erforderlich ist, um dies auszuführen, mit einer Anzahl von Faktoren ändert. Falls außerdem zu viel Kraftstoff hinzugefügt wird und die Temperatur zu hoch wird, kann eine heftige Rußverbrennung stattfinden, die eine innere Beschädigung an dem Filter verursachen kann, die seinen Filterungswirkungsgrad hemmt. Andererseits verursacht eine niedrigere Temperatur, dass das System eine übermäßige Zeit im Regenerierungsmodus mit einer Auswirkung auf die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und einer Ölverunreinigung der Kraftmaschine zubringt, wobei sie im äußersten Fall zu einem verstopften Filter führen kann.
Üblicherweise wird die Menge des zu verwendenden Nach-/Auspuffkraftstoffs als eine Kombination aus einem Steuerketten-Term (einer Vorwärtsregelung) und einem Regelkreis-Term berechnet.
Der Steuerketten-Term kann eine direkte Kraftstoffanforderung basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine sein oder er kann modellbasiert sein, wobei der angeforderte Kraftstoff eine Berechnung der Energiemenge ist, die erforderlich ist, um das Abgas auf die angeforderte Temperatur zu erwärmen, wie in der folgenden Energiebilanz: ṁ_EG·C_p·ΔT = ṁ_FU·ΔH O / Comb (1)
Hier ist ṁ_EG die Abgasmassenströmung, ist C_p die spezifische Wärme des Abgases, ist ΔT die Temperatur-Sollzunahme über einem exothermen Katalysator und ist ΔH O / Comb die Verbrennungswärme des Kraftstoffs. Basierend darauf kann eine Kraftstoff-Sollströmung ṁ_FU berechnet werden.
Die Regelung ist normalerweise eine PID-basierte Implementierung, wie in 1 gezeigt ist. Die Rückkopplung ist durch Thermoelemente vor und/nach dem Partikelfilter gegeben, wobei der Fehler der Temperaturunterschied zwischen der gemessenen Rückkopplung und der Zieltemperatur ist, wobei die endgültige Ausgabe eine Nacheinspritzungs- und/oder Auspuffeinspritzungs-Kraftstoffströmung ist.
Aufgrund der langsamen Art des Systems und dem langsamen Ansprechen des Regelkreises beim Korrigieren großer Abweichungen ist die Gesamtkraftstoffberechnung stark durch die Steuerkette (den Beitrag der Vorwärtsregelung) vorbelastet.
Folglich ist die Qualität des Steuerketten-Beitrags bei der Berechnung der Kraftstoffbeaufschlagung und demzufolge der Qualität der Regeneration entscheidend. Die Steuerketten-Kraftstoffberechnung berücksichtigt jedoch eine Anzahl unterschiedlicher Variable und Parameter nicht, die ihre Genauigkeit beeinflussen könnten, wobei derartige Faktoren Folgendes enthalten:

1. Die Ungenauigkeiten der Kraftstoffzufuhr in den Einspritzdüsen oder der Auspuff-Einspritzdüse.
2. Der Kraftstoffschlupf (in der Form von Dampf) über dem Katalysator, der nicht verbrennt und daher keine Wärme erzeugt.
3. Der Ort des Vorwärtsregelungssensors könnte die Temperaturverteilung über der Vorderseite des Katalysators/DPF nicht genau repräsentieren.
4. Der Nacheinspritzungskraftstoff wird durch das Kraftmaschinenöl absorbiert und erreicht den Katalysator nicht.
5. Der Wirkungsgradverlust des Katalysators aufgrund der Alterung.
6. Die Umweltbedingungen, die die äußere Wärmeübertragung vom Katalysator beeinflussen, wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, die äußere Temperatur usw.
7. Die Kraftstoffzusammensetzung, die die spezifische Verbrennungswärme beeinflusst.

Die Berücksichtigung dieser Faktoren im Steuerketten-Teil der Berechnung stellt folglich eine genauere Temperatur der Regeneration bereit, was zu einer effizienteren Regeneration führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters während der Verwendung einer Kraftmaschine, die einen Auspuff umfasst, bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Ausführen eines ersten Regenerationsereignisses, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Schätzen einer Kraftstoffdurchflussmenge, die zu dem Auspuff hinzuzufügen ist, um eine Zieltemperatur zu erreichen;
(b) Hinzufügen von Kraftstoff mit der Kraftstoffdurchflussmenge in den Auspuff;
(c) Verbrennen wenigstens eines Anteils des Kraftstoffs in dem Auspuff, um die Temperatur in dem Auspuff zu vergrößern;
(d) Überwachen der Temperatur in dem Auspuff und Vergleichen dieser mit der Zieltemperatur, um einen Fehlerwert zu bestimmen; und
(e) Speichern des im Schritt (d) bestimmten Fehlerwerts in einer Speichervorrichtung;

Ausführen eines zweiten Regenerationsereignisses, das die folgenden Schritte umfasst: (f) Ausführen des Schrittes (a) unter Verwendung des gespeicherten Fehlerwertes, um die Schätzung der Durchflussmenge des Kraftstoffs zu verfeinern, die zu dem Auspuff hinzugefügt werden muss, um die Zieltemperatur zu erreichen.
Anstelle der Fokussierung auf die Komplexitäten der Steuerketten-Berechnung (um eine komplexere und repräsentativere Version der Gleichung (1) zu bestimmen) haben folglich die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die Komplexität der resultierenden Berechnungen schwierig und zeitraubend zu modellieren sein würde und nicht in jedem Fall die Variationen der einzelnen Kraftmaschine und des einzelnen Auspuffs, die Alterung oder die Betriebsbedingungen berücksichtigen würde.
Stattdessen erfordern die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung keine weitere komplexe Modellierung an weiteren verschiedenen Parametern, wobei sie stattdessen die Informationen verwenden, die in einem vorhergehenden Regenerationsereignis gelernt worden sind, um die Steuerketten-Terme später in anschließenden Regenerierungen zu verfeinern.
Die Schätzung im Schritt (a) kann auf den aktuellen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine basieren (Steuerketten-Kraftstoff).
Die im Schritt (d) überwachte Temperatur kann die Partikelfiltertemperatur sein. Der Schritt (f) kann das Bestimmen eines Kraftstoffkorrekturfaktors enthalten, der verwendet wird, um die Schätzung der Durchflussmenge des Kraftstoffs zu verfeinern.
Im Schritt (d) kann der Fehlerwert aus einer Regelkreis-Komponente abgeleitet werden. Alternativ kann im Schritt (d) der Fehlerwert aus einem nach dem Ausführen der Steuerketten-Steuerung erhaltenen Fehlerwert abgeleitet werden.
Die Regelung versucht immer, ungeachtet der Qualität der Steuerketten-Berechnung, die gemessene Temperatur näher an die Zieltemperatur zu steuern, ganz gleich, wie klein ihre Autorität (die Kraftstoffmenge, die sie hinzufügen darf) ist. Folglich ist die Regelungsaktivität ein Maß der Qualität der Steuerketten-Berechnung. Eine durch den Regelkreis angeforderte kleine Kraftstoffmenge bedeutet, dass die Steuerketten-Berechnung sehr genau ist. Falls jedoch der Regelkreis eine große Menge beiträgt, ist die Steuerketten-Berechnung schlecht.
Die Ausführungsformen der Erfindung können die Informationen speichern, die der Regelkreis in Echtzeit über die Leistung des Systems und die Qualität der Steuerkette anbietet, wobei im Ergebnis eine Korrektur der Steuerkette permanent gespeichert sein kann, um ihre Leistung bei künftigen Ereignissen zu verbessern.
Der Speicher kann ein nichtflüchtiger Speicher sein, wie z. B. der nichtflüchtige Speicher eines elektronischen Steuermoduls.
Die Daten können während eines Zeitraums, der wenigstens 1 Tag dauert, normalerweise viel länger, wie z. B. wenigstens einen Monat oder wenigstens ein Jahr, gespeichert sein. Für die bevorzugten Ausführungsformen werden die Daten unbegrenzt gespeichert oder gespeichert, bis sie durch die aus einem nachfolgenden Regenerationsereignis erhaltenen Daten überschrieben werden.
Der Partikelfilter ist normalerweise ein Dieselpartikelfilter, wobei dementsprechend die Kraftmaschine normalerweise eine Dieselkraftmaschine ist. Für bestimmte Benzinkraftmaschinen kann jedoch ein ähnlicher Filter im Auspuff bereitgestellt sein und kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem verwendet werden.
Die Schritte (a) bis (f) werden normalerweise der Reihe nach gestartet, wobei sie aber während eines Zeitraums, wie z. B. 5 bis 10 Minuten, gleichzeitig fortgesetzt werden können.
Das Verfahren kann das Ausführen einer Stabilitätsmessung vor dem Schritt (f), optional vor dem Schritt (e) und insbesondere dann, während die Schritte (a)–(d) gleichzeitig stattfinden, enthalten, d. h., das Bestimmen, dass die Kraftmaschine auf eine relativ stabile Weise betrieben wird. Dies kann vor dem Schritt (e) ausgeführt werden, so dass nur besonders nützliche Daten gespeichert werden, wobei es aber für derartige Ausführungsformen in jedem Fall ausgeführt wird, bevor die Daten verwendet werden, so dass nur die stabileren Daten im Schritt (f) verwendet werden. Um eine Stabilitätsmessung auszuführen, können ein gleitender Durchschnitt und eine gleitende Standardabweichung der Abgasströmung berechnet werden, während die Schritte (a) bis (d) gleichzeitig stattfinden. Falls die gleitende Standardabweichung während eines geeichten Zeitraums unter einem geeichten Schwellenwert bleibt, können die Daten im Schritt (e) gespeichert werden, wobei sie im Schritt (f) verwendet werden können. Falls die gleitende Standardabweichung den Schwellenwert übersteigt, kann die Berechnung zurückgesetzt und mit den gleichen Bedingungen abermals gestartet werden. Folglich werden für derartige Ausführungsformen die im Schritt (f) verwendeten Daten als das Verhältnis zwischen dem durchschnittlichen Gesamtkraftstoff und dem durchschnittlichen Steuerketten-Kraftstoff, die während dieses Intervalls verwendet werden, berechnet.
Die Zieltemperatur kann eine Funktion der im Filter gespeicherten Rußmenge sein. Die im Schritt (f) verwendeten Daten können zu einem Steuerketten-Element der Berechnung hinzugefügt werden, um die Qualität der Schätzung der Kraftstoffdurchflussmenge zu vergrößern, die erforderlich ist, damit die resultierende Temperatur unter sonst gleichen Umständen näher bei der Zieltemperatur liegt.
Sobald die Stabilitätsbedingung erfüllt ist und die Kraftstoffkorrektur berechnet worden ist, können die durchschnittliche Kraftmaschinendrehzahl und -last und deren Standardabweichungen verwendet werden, um die Form der Korrektur zu berechnen. Falls zwei Variable (z. B. die Kraftmaschinendrehzahl und -last) verwendet werden, um den Arbeitspunkt der Kraftmaschine zu charakterisieren, kann die Korrekturabbildung als eine bivariate Binomialverteilung, die um die Punkte der durchschnittlichen Drehzahl und Last zentriert ist, mit ihren entsprechenden Standardabweichungen entlang der Achse berechnet werden.
Für bestimmte Ausführungsformen wird ein Kraftstoffkorrekturfaktor im Schritt (f) basierend auf der folgenden Gleichung bestimmt:
Alternativ kann der Kraftstoff, der während des Fahrzyklus erforderlich gewesen wäre, ungeachtet des Regelkreis-Kraftstoffs und basierend auf der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei ṁ_Fu(Error) unter Verwendung des gleichen Ausdrucks wie zum Berechnen des ursprünglichen Steuerketten-Kraftstoffs berechnet werden kann. ṁ_EG·C_p·Error = ṁ_FU(Error)·ΔH O / Comb
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, worin:
1 ein bekanntes PID-System ist;
2 eine bivariate Normalverteilung ist, die den in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Parameter abbildet;
3 eine bivariate Korrekturabbildung für ein Beispiel der vorliegenden Erfindung ist;
4 bis 7 Simulink-basierte Modelle für die in den Beispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten Prozeduren sind;
8 ein Beispiel eines Matlab-Codes ist, der für ein Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
9 eine graphische Darstellung ist, die die aufgezeichnete Fahrzeuggeschwindigkeit, die Kraftmaschinendrehzahl, das angegebene Kraftmaschinendrehmoment und die berechnete Abgasströmung, die für einen speziellen Fahrzeugbetrieb aufgezeichnet worden sind, zeigt, die in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
10 eine graphische Darstellung ist, die eine Vor-DPF-Ziel- und eine tatsächliche Temperatur, die verglichen werden, und den Fehler zwischen ihnen, wie er in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zeigt;
11 eine graphische Darstellung ist, die die Variable zeigt, wenn eine Stabilitätsbedingung verarbeitet wird, die in den Beispielen der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
12 eine graphische Darstellung ist, die ein für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugtes Ausgangsmodell zeigt.
Während der Regeneration eines Dieselpartikelfilters wird Kraftstoff in die Abgasleitung eingespeist, der verbrennt und die Temperatur ausreichend erhöht, um den in dem Dieselpartikelfilter angesammelten Ruß zu verbrennen.
Das Wählen der optimalen Kraftstoffmenge und insbesondere der Kraftstoffdurchflussmenge, um die Solltemperatur zu erreichen, ist vorteilhaft, um eine Überhitzung oder Unterhitzung des Rußes und die zugeordneten Probleme zu verhindern. Folglich basiert die erforderliche Kraftstoffdurchflussmenge auf einem Modell (einer Steuerkette), wobei sie außerdem ein Rückkopplungselement (einen Regelkreis) enthält.
Für die Regelung ist es üblich, einen Proportional-Integral-Differential-Controller (PID-Controller) zu verwenden, wie z. B. in 1 gezeigt ist. Ein PID-Controller berechnet einen Fehlerwert als den Unterschied zwischen einer gemessenen Prozessvariable (in diesem Fall der wirklichen Temperatur im Auspuff) und einem Sollziel (einer Zieltemperatur), wobei er versucht, den Fehler durch das Einstellen der Prozesssteuereingaben zu minimieren.
Ein besonderer Vorteil der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass die aus dem PID-System, das die Ziel- und die wirkliche Temperatur im Auspuff vergleicht, gewonnene Rückkopplung gespeichert wird und später in nachfolgenden Regenerationen verwendet wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bemerkt, dass es zahlreiche Gründe gibt, warum die Steuerketten-Berechnung keinen optimalen Betrag der Kraftstoffströmung für die erforderliche Temperatur bereitstellen kann. Das Modell kann nicht hochentwickelt genug sein, um alle Parameter zu berücksichtigen. Außerdem können einzelne Komponenten eines besonderen Autos blockiert oder weniger effizient sein, was die erforderliche Temperatur beeinflusst, wobei die Verwendung des Autos außerdem die erforderliche Regeneration beeinflussen kann, es z. B. in einem kälteren oder wärmeren Klima verwendet wird.
Die normale Rückkopplungsschleife einer Partikelfiltertemperatur ist langsam und schwerfällig. Die Ausführungsformen der Erfindung speichern die Daten von der Rückkopplung, so dass nachfolgende Regenerationen von einer genaueren Kraftstoffdurchflussmenge starten, um die Zieltemperatur zu erreichen.
Während eines Regenerationsereignisses können einige Informationen hinsichtlich der Qualität der Regeneration aus der Kraftstoffbeaufschlagungs-Rückkopplung des Regelkreises extrahiert werden. Aus der Definition eines PID ist der Regelkreis-Beitrag Folgendes: ṁ_Fu(CL) = K_p·e(t) + K_i·∫ t / 0e(τ)dτ + K_d· de(t) / dt. (2)
Die Gleichung (1) kann als: ṁ_EG·C_p·ΔT = ṁ_FU(OL)·ΔH O / Comb (3) neu geschrieben werden.
Unter den Bedingungen eines stationären Zustands und vorausgesetzt, dass das Temperaturziel erreicht wird, ist der durch den PID berechnete Kraftstoff ṁ_Fu(CL) ein
Maß des Fehlers des Steuerketten-Kraftstoffs, um das Ziel zu erreichen. Ein Kraftstoff-Korrekturfaktor kann als:
definiert sein.
Der Kraftstoff-Korrekturfaktor repräsentiert den Kraftstoff, der erforderlich ist, um die verschiedenen Störungen zu korrigieren, wobei er außer der Abstimmung der P-, I- und D-Verstärkungen keine Eichung erfordert. Durch das Multiplizieren des Korrekturfaktors mit dem Steuerketten-Kraftstoff kann ein korrigierter Steuerketten-Kraftstoff erhalten werden.
Das Obige wurde unter den Bedingungen eines stationären Zustands definiert, die während der normalen Fahrzyklen schwierig aufrechtzuerhalten sind. Die Bedingung des stationären Zustands hängt für einen speziellen Arbeitspunkt der Kraftmaschine von den physikalischen Eigenschaften des Auspuffsystems und der Abgasströmung ab. Um zu entscheiden, ob die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine stationär genug sind, wird vorzugsweise eine Stabilitätsprüfung unternommen.
Die Abgasströmung wird durch das Addieren der (mit einem MAF-Sensor gemessenen) Beaufschlagungs-Gasströmung der Kraftmaschine und des verwendeten Gesamtkraftstoffs, einschließlich der Nach-/Auspuffeinspritzungen, berechnet.
Um eine Stabilitätsmessung auszuführen, können ein gleitender Durchschnitt und eine gleitende Standardabweichung der Abgasströmung berechnet werden. Falls die gleitende Standardabweichung während eines geeichten Zeitraums unter einem geeichten Schwellenwert bleibt, wird der Befehl zum Ausführen des Lernens wie in Gleichung (4) aktiviert. Die Kraftstoffkorrektur wird folglich als das Verhältnis zwischen dem durchschnittlichen Gesamtkraftstoff und dem durchschnittlichen Steuerketten-Kraftstoff, die während dieses Intervalls verwendet werden, berechnet. Falls andererseits die gleitende Standardabweichung den Schwellenwert übersteigt, wird die
Berechnung zurückgesetzt und abermals mit den gleichen Bedingungen gestartet. Das Intervall (t₁, t₂) ist der Zeitraum, in dem die Stabilitätsbedingung erfüllt gewesen ist.
Sobald die Stabilitätsbedingung erfüllt ist und die Kraftstoffkorrektur berechnet worden ist, werden die durchschnittliche Kraftmaschinendrehzahl und -last und deren Standardabweichungen verwendet, um die Form der Korrektur zu berechnen. Falls zwei Variable (wie die Kraftmaschinendrehzahl und -last) verwendet werden, um den Arbeitspunkt der Kraftmaschine zu charakterisieren, wird die Korrekturabbildung als eine bivariate Binomialverteilung, die um die Punkte der durchschnittlichen Drehzahl und der durchschnittlichen Last zentriert ist, mit ihren entsprechenden Standardabweichungen entlang der Achse berechnet.
Beispiel
2 zeigt eine bivariate Normalverteilung unter Verwendung der folgenden Parameter.
DREHZAHL (Durchschnitt) = 2000 min^–1,
DREHZAHL (Standardabweichung) = 200 min^–1,
DREHMOMENT (Durchschnitt) = 80 Nm,
DREHMOMENT (Standardabweichung) = 30 Nm.
Diese Werte der Korrekturabbildung sind zwischen 0 und 1 eingeschränkt. Die Abbildung nach 2 wird schließlich mit 'fuel_cor' multipliziert, um die endgültige Korrekturabbildung in Kraftstoffeinheiten zu berechnen. Dies bedeutet, dass die Korrektur vollständig in der Mitte der Verteilung angewendet wird (die durchschnittliche Drehzahl und die durchschnittliche Last des Zeitraums werden als stabil genug betrachtet) und dann in Übereinstimmung mit den Standardabweichungen der Drehzahl und der Last ausgeblendet wird.
Der oben beschriebene Prozess würde während des Verlaufs eines Fahrzyklus im Regenerationsmodus kontinuierlich wiederholt werden. Jedes Mal, wenn die Stabilitätsbedingungen erfüllt sind, wird ein neues Lernen ausgeführt und zur vorhandenen Korrekturabbildung hinzugefügt. Am Ende der Regeneration wird die Korrekturabbildung in dem NVM (nichtflüchtigen Speicher) der Kraftmaschinen-Steuereinheit gespeichert, wobei sie beim nächsten Regenerationsereignis verwendet und aktualisiert wird. 3 zeigt eine Abbildung nach vier Lernschleifen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird eine Alternative zur Berechnung der Kraftstoffkorrektur verwendet, die die Verwendung der Steuerdaten des Regelkreises vermeidet. Stattdessen wird anstatt des Regelkreis-Kraftstoffs der Steuerketten-Fehler eines vorhergehenden Regenerationsereignisses verwendet, um den während des Fahrzyklus erforderlichen Kraftstoff zu berechnen. Folglich kann Gleichung (4) als:
ausgedrückt werden.
Dabei kann ṁ_Fu(Error) unter Verwendung des gleichen Ausdrucks wie zum Berechnen des ursprünglichen Steuerketten-Kraftstoffs berechnet werden. ṁ_EG·C_p·Error = ṁ_FU(Error)·ΔH O / Comb (6)
Diese alternative Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass sie von der Leistung der Regelung unabhängig ist. Der PID kann etwas Rauschen einführen, das das Lernen beeinflussen könnte. Umgekehrt müssen die PID-Verstärkungen durch die Einschränkungen des lernenden Algorithmus nicht beeinträchtigt werden. Andererseits können auf diese Berechnung verschiedene Ungenauigkeiten zutreffen, daher kann das System mehr Lerniterationen erfordern, um die gleiche Leistung wie bei einem richtigen Lernen aus dem Regelkreis zu erreichen.
Die 4 bis 7 zeigen Simulink-basierte Modellbeschreibungen, wobei die Terme im Anhang definiert sind. In 4 sind die Eingaben und die Ausgaben definiert und wird die endgültige Berechnung der akkumulativen Korrekturmatrix "Korrektur" ausgeführt. Diese Abbildung repräsentiert die akkumulative Wirkung aller möglichen Ungenauigkeiten des Systems, wie im Anhang aufgelistet ist.
5 zeigt den Block "Bedingungen", wobei eine Stabilitätsprüfung in dem Block "Statistik" ausgeführt wird und das Kraftstoffverhältnis wie in Gleichung 4 in dem Block "Kraftstoffverhältnis" berechnet wird. Ein Rücksetzen des Blocks "Statistik" wird ausgeführt, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt sind:

– die Regeneration ist nicht aktiv,
– die Stabilitätsbedingung ist nicht erfüllt,
– erfolgreiches Lernen.

In 6 werden der gleitende Durchschnitt und die gleitende Standardabweichung der Abgasströmung (EGF), der Kraftmaschinendrehzahl (n) und der Kraftmaschinenlast (tqi_sp) berechnet. Die Eingabe "Rst" setzt alle sechs Berechnungen zurück, wie oben erklärt worden ist. Die Berechnungen der Abgasströmung werden für die Bewertung der Zyklusstabilität verwendet. Die Berechnungen der Kraftmaschinendrehzahl und -last werden für die Berechnung der Korrekturmatrix verwendet. Es könnten jedoch unterschiedliche Kombinationen implementiert sein, um die Stabilitätsprüfung und/oder die endgültige Korrektur auszuführen (die Stabilität könnte z. B. durch das Überprüfen sowohl der Kraftmaschinendrehzahl als auch der Kraftmaschinenlast bewertet werden, während die Korrektur basierend auf der Abgasströmung berechnet werden kann).
In 7 wird das Verhältnis des Steuerketten- zum Gesamtkraftstoff berechnet. Da jedoch die Qualität der Daten zum Ende des erfolgreichen Zyklus zunimmt (wie sich die Temperatur ihrem Ziel nähert), kann der Durchschnitt zum Ende des Zyklus gewichtet werden. Die Kurve "gewichteter Durchschnitt" hängt von der durchschnittlichen Abgasströmung ab, da die Geschwindigkeit des Signals, das sich seinem Ziel nähert, von der Zeitkonstante des Systems und schließlich von der Abgasströmung abhängt.
In 8 führt der eingebettete Matlab-Code die Berechnung der bivariaten Normalverteilung basierend auf den statistischen Daten der Kraftmaschinendrehzahl und der Kraftmaschinenlast durch den letzten Lernzyklus aus. Die Verteilung ist um die durchschnittliche Drehzahl und die durchschnittliche Last zentriert, wobei ihre Standardabweichungen den Standardabweichungen der Drehzahl und der Last entsprechen.
Beispiel
Das Einspeisen eines tatsächlichen Fahrzyklus in das im vorhergehenden Abschnitt beschriebene Simulink-Modell:
9 zeigt die aufgezeichnete Fahrzeuggeschwindigkeit, die Kraftmaschinendrehzahl, das angegebene Kraftmaschinendrehmoment und die berechnete Abgasströmung, die dargestellt sind. Der erste Abschnitt des Zyklus besitzt einen weniger stationären Betriebsmodus, während der Letztere eine stationärere Art besitzt. Es würde erwartet werden, dass die lernende Stabilitätsprüfung im letzten Abschnitt des Zyklus öfter erfüllt ist.
In 10 werden die Vor-PDF-Ziel- und die tatsächliche Temperatur verglichen, wobei der Fehler zwischen ihnen (und der bei der Regelung verwendet wird) darunter dargestellt ist, wobei schließlich der Vergleich zwischen dem Steuerketten-Kraftstoff und dem Gesamtkraftstoff, die für die Kraftstoffkorrekturberechnung verwendet werden, dargestellt ist.
Die Stabilitätsbedingung kann in 11 bei der Arbeit gesehen werden. Die obere Linie ist der gleitende Durchschnitt der Abgasströmung 20, während die untere Linie 22 die gleitende Standardabweichung ist. Eine weitere Linie 24 ist der Schwellenwert der maximalen erlaubten Standardabweichung. Falls die gleitende Standardabweichung die maximale erlaubte Standardabweichung übersteigt, werden sowohl die Berechnung als auch der Zeitgeber 26 zurückgesetzt. Wenn die Standardabweichung unter dem Schwellenwert verbleibt und der Zeitgeber die geeichte Wartezeit 28 erreicht, wird ein 'Lernen' ausgeführt und wird die Berechnung außerdem zurückgesetzt.
Die Ausgabe des Modells ist in 12 gezeigt. Diese graphische Darstellung zeigt die wie in Gleichung (4) berechnete Kraftstoffkorrektur, wobei jeder der Lernvorgänge bedeutet, dass die Stabilität während eines Zeitraums zufriedenstellend war. Wie erwartet wird, treten die Lernvorgänge während des späteren Abschnitts öfter auf, wobei sie alle ähnlich sind. Es sei angegeben, dass diese Korrekturen nur berechnet werden, aber nicht zum tatsächlichen System rückgekoppelt werden. Deshalb bleibt der Fehler bestehen, nachdem die Korrektur berechnet worden ist, und deshalb konvergieren die Korrekturgrößen nicht gegen 1.
Folglich verbessern die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kontinuierlich die Regenerationsleistung der künftigen Regenerationen basierend auf den historischen Daten.

Die Ausführungsformen der Erfindung stellen ein adaptives System bereit, das die Berechnung der Steuerketten-Kraftstoffbeaufschlagung basierend auf der Leistung des Systems bei der vorhergehenden oder aktuellen Regeneration korrigiert. Anhang – Die Beschreibung des Simulink-basierten Modells AUSGABEN:

Name	Beschreibung	Einheiten
fuel_cor	Verhältnis zwischen dem Steuerketten-Kraftstoff und dem Gesamtkraftstoff (OL + CL)	einheitslos
MAF_av	durchschnittliche Abgasströmung für die letzte Lernperiode	g/s
fac_cor	Matrix, die die für die durchschnittliche Drehzahl u. Last und deren Standardabweichungen graphisch dargestellte Normalverteilung enthält	einheitslos
Korrektur	Matrix, die die endgültige akkumulative Kraftstoffkorrektur enthält. Ist im NVM zu speichern	g/s

EINGABEN:

Name	Beschreibung	Einheiten
P_T_Post_injection_mode	aktive Regeneration	einheits los
PFlt_tDifFil_tCtlOxC	Temperaturunterschied zwischen dem Abgastemperaturziel und der Thermoelement-Rückkopplung	Grad
PFlt_mfEg_ExtInj	Abgasströmung	g/s
IN_Engine_cycle_speed	Kraftmaschinendrehzahl	min^–1
T_D_Indicated_torque	Kraftmaschinen-Bezugsdrehmoment	Nm
Exh_mfFuExtPropCtl_UsOxC	durch den Regelkreis angeforderter Kraftstoff (proportional)	g/s
Exh_mfFuExtIntCtl_UsOxC	durch den Regelkreis angeforderter Kraftstoff (integral)	g/s
PFlt_mfFuExtOplLim_tCtlOxC	durch die OL angeforderter Kraftstoff	g/s

KALIBRIERBARE:

Name	Beschreibung	Einheiten
maximaler Fehler	maximaler Temperaturfehler vor dem Deaktivieren der Lernprozedur	Grad
maximale Korrektur	obere Grenze von fuel_cor	einheitslos
minimale Korrektur	untere Grenze von fuel_cor	einheitslos
zu wartende Zeit	Warteintervall, bis die Stabilitätsbedingung erfüllt ist	Sekunden
maximale Std	maximaler Wert der gleitenden Standardabweichung der Abgasströmung	(g/s)^2
gewichteter Durchschnitt	Gewichtungsfaktor für die fac_cor-Berechnung entlang des Zeitintervalls	einheitslos

Zeichenerklärung Fig. 4:

Max. Fehler	maximaler Fehler
Regen aktiv	Regeneration aktiv
Max. Korr.	maximale Korrektur
Min. Korr.	minimale Korrektur

Fig. 5:

D. Schn.	Durchschnitt
D. EGF	durchschnittliche EGF
Std. EGF	Standard EGF
W. Zeit	zu wartende Zeit
max. St. Abw.	maximale Standardabweichung

Fig. 6:

D. EGF	durchschnittliche EGF
D. MAF	MAF-Durchschnitt
D. Sch	n. Durchschnitt

Claims

Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters während der Verwendung einer Kraftmaschine, die einen Auspuff umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausführen eines ersten Regenerationsereignisses, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Schätzen einer Kraftstoffdurchflussmenge, die zu dem Auspuff hinzuzufügen ist, um eine Zieltemperatur zu erreichen; (b) Hinzufügen von Kraftstoff mit der Kraftstoffdurchflussmenge in den Auspuff; (c) Verbrennen wenigstens eines Anteils des Kraftstoffs in dem Auspuff, um die Temperatur in dem Auspuff zu vergrößern; (d) Überwachen der Temperatur in dem Auspuff und Vergleichen dieser mit der Zieltemperatur, um einen Fehlerwert zu bestimmen; und (e) Speichern des im Schritt (d) bestimmten Fehlerwerts in einer Speichervorrichtung; Ausführen eines zweiten Regenerationsereignisses, das die folgenden Schritte umfasst: (f) Ausführen des Schrittes (a) unter Verwendung des gespeicherten Fehlerwertes, um die Schätzung der Durchflussmenge des Kraftstoffs zu verfeinern, die zu dem Auspuff hinzugefügt werden muss, um die Zieltemperatur zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schätzung im Schritt (a) auf einer Steuerketten-Berechnung unter Verwendung der auf den aktuellen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine basierenden Parametern basiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt (f) das Bestimmen eines Kraftstoffkorrekturfaktors enthält, der verwendet wird, die Schätzung der Durchflussmenge des Kraftstoffs zu verfeinern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt (d) der Fehlerwert aus einer Regelkreis-Komponente abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Schritt (d) der Fehlerwert aus einem nach dem Ausführen der Steuerketten-Steuerung erhaltenen Fehlerwert abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Speicher ein nichtflüchtiger Speicher ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fehlerwert während eines Zeitraums, der wenigstens ein Tag ist, gespeichert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Partikelfilter ein Dieselpartikelfilter ist und die Kraftmaschine eine Dieselkraftmaschine ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die im Schritt (d) überwachte Temperatur die Partikelfiltertemperatur ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Ausführen einer Stabilitätsmessung vor dem Schritt (f) und während wenigstens des Schrittes (c) enthält.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Stabilitätsprüfung das Überwachen eines gleitenden Durchschnitts und einer gleitenden Standardabweichung der Abgasströmung während des Schrittes (c) umfasst, wobei, falls die gleitende Standardabweichung während eines geeichten Zeitraums unter einem geeichten Schwellenwert bleibt, der Fehlerwert im Schritt (e) gespeichert wird und im Schritt (f) verwendet wird, während, falls die gleitende Standardabweichung den Schwellenwert übersteigt, der Fehlerwert nicht im Schritt (f) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der im Schritt (f) verwendete Fehlerwert zu einem Steuerketten-Element der Berechnung hinzugefügt wird, um die Qualität der Schätzung der Kraftstoffdurchflussmenge zu vergrößern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die durchschnittliche Kraftmaschinendrehzahl und -last und deren Standardabweichungen verwendet werden, um die Form der Korrektur zu berechnen, und wobei, wenn zwei Variable verwendet werden, um den Arbeitspunkt der Kraftmaschine zu charakterisieren, die Korrekturabbildung als eine bivariate Binomialverteilung, die um die Punkte der durchschnittlichen Drehzahl und Last zentriert ist, mit ihren entsprechenden Standardabweichungen entlang der Achse berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder irgendeinem vorhergehenden Anspruch, der vom Anspruch 3 abhängig ist, wobei der Kraftstoffkorrekturfaktor im Schritt (f) basierend auf der folgenden Gleichung bestimmt wird:
Verfahren nach Anspruch 5 oder irgendeinem vorhergehenden Anspruch, der vom Anspruch 5 abhängig ist, wobei der Kraftstoffkorrekturfaktor im Schritt (f) basierend auf der folgenden Gleichung bestimmt wird: