DE102013222308A1

DE102013222308A1 - Vorhersage eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß

Info

Publication number: DE102013222308A1
Application number: DE102013222308.0A
Authority: DE
Inventors: Min Sun; Michelangelo Ardanese; Jean-Yves Lavallee; Amanpal S. Grewal; Paul Jasinkiewicz
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: US20140123608A1; DE102013222308B4; US8906134B2

Abstract

Es ist ein Verfahren für eine Vorhersage eines Durchsatzes von dem Motor verlassendem Ruß eines Abgasbehandlungssystems vorgesehen. Ein gemessenes Niveau von Stickoxiden in dem Abgasbehandlungssystem wird empfangen. Es wird auch ein Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Motors, der die Stickoxide erzeugt, empfangen. Ein Motorzeitsteuerungsfaktor wird auf Grundlage des Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts ermittelt. Ein Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor wird auf Grundlage des Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt. Eine Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß wird auf Grundlage des gemessenen Niveaus von Stickoxiden, des Motorzeitsteuerungsfaktors und des Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors erzeugt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum Modellieren eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß, um eine einem Partikelfilter zugeordnete Rußbeladung vorherzusagen.
HINTERGRUND
Die Emission von Partikelmaterial in Abgas von kompressionsgezündeten Motoren wird aus Umweltgründen reguliert. Somit weisen Fahrzeuge, die mit kompressionsgezündeten Motoren ausgestattet sind, oftmals Nachbehandlungskomponenten auf, wie Partikelfilter, katalysierte Rußfilter und Adsorptionskatalysatoren zur Entfernung von Partikelmaterial und anderen regulierten Bestandteilen (z. B. Stickoxide oder NOx) von ihren Abgasströmen. Partikelfilter und andere Nachbehandlungskomponenten können effektiv sein, kann jedoch auch den Gegendruck erhöhen, da sie Partikelmaterial ansammeln.
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.
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.
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.
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. einem elektrischen Heizer, einem Kraftstoffbrenner, einer Mikrowellenheizung und/oder von dem Motor selbst, wie bei einer im Zylinder erfolgenden Nacheinspritzung 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.
Ein Motorsteuersystem kann ein Rußmodell verwenden, um eine Rußmasse, die sich in der Nachbehandlungskomponente angesammelt hat, durch Überwachen von Eigenschaften des Abgasstroms abzuleiten (d. h. vorherzusagen), wenn er durch die Nachbehandlungskomponente strömt. Das Steuersystem kann die Daten der abgeleiteten Rußmasse verwenden, um eine Rußbeladung über die Zeit zu überwachen, um zu ermitteln oder vorherzusehen, wann eine Regeneration notwendig oder gewünscht sein kann, um ein Regenerationsereignis zu unterstützen und/oder eine Steuerung über einen Regenerationsprozess oder andere Abhilfemaßnahmen zu bewirken. Rußmodelle müssen genau sein, während eine Anzahl von Fahrzeugbedingungen ohne übermäßige Kalibrierung berücksichtigt wird.
Demgemäß ist es erwünscht, Systeme und Verfahren zum Modellieren eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß bereitzustellen, um eine einem Partikelfilter zugeordnete Rußbeladung vorherzusagen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zur Vorhersage eines Durchsatzes von einen Motor verlassendem Ruß eines Abgasbehandlungssystems vorgesehen. Es wird ein gemessenes Niveau von Stickoxiden in dem Abgasbehandlungssystem empfangen. Es werden auch ein Motorkraftstoff-Einspritzzeitpunkt und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Motors, der die Stickoxide erzeugt, empfangen. Ein Motorzeitsteuerungsfaktor wird auf Grundlage des Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts ermittelt. Ein Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor wird auf Grundlage des Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt. Eine Vorhersage eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß wird auf Grundlage des gemessenen Niveaus an Stickoxiden, des Motorzeitsteuerungsfaktors und des Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors erzeugt.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Steuersystem vorgesehen, das einen Durchsatz von einen Motor verlassendem Ruß eines Abgasbehandlungssystems vorhersagt. Das Steuersystem weist ein erstes Modul auf, das derart konfiguriert ist, eine Vorhersage eines Durchsatzes von einen Motor verlassendem Ruß auf Grundlage eines gemessenen Niveaus an Stickoxiden, eines Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors eines Motors und eines Motorzeitsteuerungsfaktors des Motors zu erzeugen. Der Motorzeitsteuerungsfaktor basiert auf einem Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt des Motors. Ein zweites Modul ist derart konfiguriert, eine Vorhersage der Partikelfilter-Rußbeladung auf Grundlage der Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zu erzeugen. Ein drittes Modul ist derart konfiguriert, eine Partikelfilterregeneration auf Grundlage der Vorhersage der Rußbeladung des Partikelfilters zu steuern.
Bei einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform ist ein Abgasbehandlungssystem eines Motors vorgesehen. Das Abgasbehandlungssystem weist einen Partikelfilter, zumindest einen Sensor, der derart konfiguriert ist, ein Niveau von Stickoxiden zu messen, sowie ein Steuermodul auf. Das Steuermodul ist derart konfiguriert, eine Regeneration des Partikelfilters auf Grundlage einer Vorhersage eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zu steuern. Die Vorhersage eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß wird von dem Steuermodul auf Grundlage der gemessenen Niveaus an Stickoxiden, eines Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors des Motors und eines Motorzeitsteuerungsfaktors des Motors erzeugt. Der Motorzeitsteuerungsfaktor basiert auf einem Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt des Motors.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten kommen lediglich beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen vor, wobei die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug nimmt, bei denen:
1 ein funktionelles Blockdiagramm eines Fahrzeugs ist, das ein Abgassystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen aufweist;
2 ein Datenflussdiagramm ist, das ein Steuersystem des Abgassystems gemäß beispielhafter Ausführungsformen zeigt; und
3 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Vorhersage eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zeigt, das in dem Abgassystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen zu beschränken. Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen auch gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. So wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck ”Modul” auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, einen kombinatorischen logischen Schaltkreis und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Bei Softwareimplementierung kann ein Modul in einem Speicher als ein nichtflüchtiges maschinenlesbares Speichermedium ausgeführt sein, das durch eine Verarbeitungsschaltung auslesbar ist und Anweisungen zur Ausführung durch die Verarbeitungsschaltung zur Ausführung eines Verfahrens speichert.
Mit Bezug nun auf 1 sind beispielhafte Ausführungsformen auf ein Abgasbehandlungssystem 10 für die Reduzierung regulierter Abgasbestandteile eines Verbrennungsmotors 12 gerichtet, der einen Motor eines Fahrzeugs 14 wie auch Motoren aufweist, die in verschiedenen Nicht-Fahrzeug-anwendungen verwendet sind. Wie angemerkt sei, kann der Motor 12 ein beliebiger Motor sein, der einen Dieselmotor, einen Benzin-Direkteinspritzmotor, einen Motor mit homogener Kompressionszündung oder andere Motortypen aufweist, jedoch nicht darauf beschränkt ist.
Das Abgasbehandlungssystem 10 weist allgemein eine oder mehrere Abgasleitungen 16 und eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen auf. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die Abgasbehandlungsvorrichtungen einen Partikelfilter 18 und eine Oxidationskatalysatorvorrichtung, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion und/oder eine andere Behandlungsvorrichtung aufweisen.
In 1 transportiert die Abgasleitung 16, die mehrere Segmente umfassen kann, Abgas 15 von dem Motor 12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10. Die Abgasbehandlungsvorrichtungen dienen dazu, das Abgas von Emissionen und Partikelmaterial zu filtern. Der Partikelfilter 18 dient insbesondere dazu, das Abgas 15 von Ruß, einschließlich nicht verbranntem Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelfilter 18 unter Verwendung eines Wandströmungsmonolithfilters 19 oder anderer Filtervorrichtungen aufgebaut sein, wie beispielsweise gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Der Filter 19 kann in eine Schale oder einen Kanister gepackt sein, die/der zum Beispiel aus rostfreiem Stahl besteht und die/der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 16 aufweist.
Das angesammelte Partikelmaterial in dem Partikelfilter 18 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).
Ein Steuermodul 20 steuert den Motor 12 und/oder eine oder mehrere Abgaskomponenten auf Grundlage erfasster und/oder modellierter Daten. Die erfassten Daten können von einem oder mehreren Sensoren 22 des Abgasbehandlungssystems 10 empfangen werden. Zumindest einer des einen oder der mehreren Sensoren 22 ist derart konfiguriert, ein Niveau von Stickoxiden zu messen, und kann in dem Abgasbehandlungssystem 10 beispielsweise stromaufwärts und/oder stromabwärts des Partikelfilters 18 angeordnet sein. Das Steuermodul 20 empfängt auch Motordaten von einem oder mehreren Sensoren 24 des Motors 12. Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren 24 des Motors 12 können direkt an das Steuermodul 20 gesendet oder vorverarbeitet werden, um verschiedene Motorparameter zu bilden, bevor sie von dem Steuermodul 20 empfangen werden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen steuert das Steuermodul 20 eine Regeneration des Partikelfilters 18. Beispielsweise überwacht das Steuermodul 20 verschiedene Abgassystemparameter und Motorparameter, um zu ermitteln, wann ein Regenerationsereignis beginnen soll und beendet ist. Das Steuermodul 20 kann ein Modell für den Motor verlassenden Ruß implementieren, das eine Vorhersage eines Durchsatzes von einen Motor verlassendem Ruß auf Grundlage eines gemessenen Niveaus an Stickoxiden (NOx), eines Motorzeitsteuerungsfaktors des Motors 12 und eines Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors des Motors 12 erzeugt. Die Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß sieht ein Modell oder einen vorhersagten Ruß-/Partikeldurchsatz aus dem Motor 12 und in den Partikelfilter 18 vor. Der Motorzeitsteuerungsfaktor kann auf Grundlage des Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts des Motors 12 basieren. Der Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor kann auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 12 basieren. Das Steuermodul 20 kann eine Vorhersage einer Partikelfilter-Rußbeladung auf Grundlage der Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß erzeugen. Das Steuermodul 20 kann eine Regeneration des Partikelfilters 18 auf Grundlage der Vorhersage der Rußbeladung des Partikelfilters steuern.
Nun Bezug nehmend auf 2 zeigt ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines Steuersystems, das in das Steuermodul 20 eingebettet sein kann. Verschiedene Ausführungsformen von Steuersystemen gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl von Submodulen aufweisen, die in das Steuermodul 20 eingebettet sind. Wie angemerkt sei, können die in 2 gezeigten Submodule kombiniert und/oder weiter partitioniert werden, um einen Durchsatz von den Motor verlassendem Ruß sowie eine Rußbeladung des Partikelfilters auf gleiche Weise zu modellieren. Eingänge in das System können von Sensoren (nicht gezeigt) in dem Fahrzeug 14 erfasst, von anderen Steuermodulen (nicht gezeigt) empfangen und/oder durch andere Submodule (nicht gezeigt) in dem Steuermodul 20 ermittelt/modelliert werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das Steuermodul 20 ein Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß, ein Partikelfilter-Steuermodellmodul 32 sowie ein Steuermodul 34 zur Regeneration eines Partikelfilters auf.
Das Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß empfängt als Eingänge einen ersten Satz von Motorbetriebsparametern 36 und ein gemessenes Niveau von NOx 38. Das Strömungsmodellmodul 30 für dem Motor verlassenden Ruß kann auch als Eingänge einen Leistungsfaktor 40, einen Exponentialkoeffizienten 42 und/oder Basiswertkennfelder 44 empfangen. Der erste Satz von Motorbetriebsparametern 36 kann von dem einen oder den mehreren Sensoren 24 des Motors 12 oder anderen Motordatenquellen stammen. Der erste Satz von Motorbetriebsparametern 36 für den Motor 14 kann beispielsweise einen Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine Motordrehzahl und ein Motormoment wie auch andere Motorparameter aufweisen. Das gemessene Niveau von NOx 38 kann von dem einen oder den mehreren Sensoren 22 des Abgasbehandlungssystems 10 empfangen werden. Der Leistungsfaktor 40 und der Exponentialkoeffizient 42 können Konstanten sein, die von empirischen Daten abgeleitet werden, oder können als eine Funktion der Motordrehzahl, des Motormoments und anderer Motorparameter des ersten Satzes von Motorbetriebsparametern 36 dynamisch ermittelt werden. Die Basiswertkennfelder 44 können Grundlinienwerte für eine Anzahl von Modellparametern beispielsweise als eine Funktion der Motordrehzahl und des Motormoments herstellen.
Bei Ausführungsformen erzeugt das Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß eine Vorhersage 46 des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß auf Grundlage des gemessenen Niveaus an NOx 38, eines Motorzeitsteuerungsfaktors, der von dem Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt des ersten Satzes von Motorbetriebsparametern 36 abgeleitet ist, und eines Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors, der von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten Satzes von Motorbetriebsparametern 36 abgeleitet ist. Der Motorzeitsteuerungsfaktor ist eine Zerfalls- bzw. Abklingfunktion, die abnimmt, wenn der Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt zunimmt. Beispielsweise kann der Motorzeitsteuerungsfaktor einen Wert von etwa 1,0 für einen Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt von etwa –4° und einen Wert von etwa 0,5 für einen Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt von etwa +4° besitzen. Bei Auftragen für verschiedene Werte des Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts kann gesehen werden, dass die Vorhersage 46 des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß relativ zu dem gemessenen Niveau von NOx 38 als eine Familie im Wesentlichen exponentiell abklingender Kurven variiert. Die Beziehung kann durch Gleichung 1 beschrieben werden: PM = Ae^{–B AFR}[NO_xf(Inj_{Zündzeitpunkt})]^–a, wobei:

PM eine Partikelmaterialrate ist, die auch als eine Vorhersage 46 des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß bezeichnet ist;
A ein Basismotorrußwert ist, der empirisch ermittelt werden kann;
e eine Exponentialfunktion ist;
B der Exponentialkoeffizient 42 ist;
AFR ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem ersten Satz von Motor-Betriebsparametern 36 ist;
NO_x das gemessene Niveau an NO_x 38 ist;
Inj_{Zündzeitpunkt} der Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt von dem ersten Satz von Motorbetriebsparametern 36 ist;
f(Inj_{Zündzeitpunkt}) der Motorzeitsteuerungsfaktor ist; und
a der Leistungsfaktor 40 ist.

Zur Vereinfachung der Implementierung und Verbesserung der Genauigkeit kann Gleichung 1 relativ zu Basiswerten in den Basiswertkennfeldern 44 umformuliert werden. Die Basiswertkennfelder 44 können dazu verwendet werden, Basiswerte für verschiedene Zustände einzustellen, wie Motordrehzahl und Motordrehmoment, um eine Modellgenauigkeit weiter zu verbessern. Daher repräsentiert Gleichung 2 eine Ausführungsform von Gleichung 1, wobei Gleichung 2 ist:
wobei

PM_Basis ein Basismotorrußwert ist, der von den Basiswertkennfeldern 44 abgeleitet werden kann;
AFR_Basis ein Basis-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das von den Basiswertkennfeldern 44 abgeleitet werden kann;
NO_{x Basis} ein Basisniveau von NOx ist, das von den Basiswertkennfeldern 44 abgeleitet werden kann;
Inj_{Zündzeitpunkt_Basis} ein Basis-Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt ist, der von den Basiswertkennfeldern 44 abgeleitet werden kann; und
f(Inj_{Zündzeitpunkt_Basis}) ein Basis-Motorzeitsteuerungsfaktor ist, der als eine Funktion des Basis-Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts ermittelt ist.

wie in den Gleichungen 1 und 2 zu sehen ist, können sowohl der Exponentialkoeffizient 42 als auch der Leistungsfaktor 40 als negative Werte gespeichert werden. Die Basiswertkennfelder 44 können als Gleichungen oder Nachschlagetabellen implementiert sein, um Basiswerte als eine Funktion von Parametern zu ermitteln, die von dem ersten Satz von Motorbetriebsparametern 36 gewählt sind, wie Motordrehzahl und Motormoment. Zeitsteuerungs-, Exponential- und Leistungsfunktionen können ebenfalls unter Verwendung direkter Berechnungen oder Nachschlagetabellen implementiert sein. Durch Erzeugung der Vorhersage 46 des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß als eine Funktion des gemessenen Niveaus von NOx 38, eines Motorzeitsteuerungsfaktors auf Grundlage des Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts und eines Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors auf Grundlage eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sieht das Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß ein genaues Rußmodell vor, während eine Anzahl von Fahrzeugbedingungen ohne übermäßige Kalibrierung berücksichtigt wird.
Bei Ausführungsformen empfängt das Partikelfilter-Steuermodellmodul 42 die Vorhersage 46 des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß von dem Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß und empfängt auch einen ersten Satz von Abgassystemparametern 48. Der erste Satz von Abgassystemparametern 48 kann erfasste oder abgeleitete Parameter aufweisen, wie Stickstoffdioxidniveau, Sauerstoffniveau, Partikelfiltereinlasstemperatur und Abgasmassendurchsatz. Auf Grundlage der Vorhersage 46 des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß und des ersten Satzes von Abgassystemparametern 48 erzeugt das Partikelfilter-Steuermodellmodul 32 eine Vorhersage 50 der Partikelfilter-Rußbeladung. Der Prozess zum Erzeugen der Vorhersage 50 der Partikelfilter-Rußbeladung kann ein in der Technik bekannter herkömmlicher Prozess sein.
Das Modul 34 zur Steuerung einer Partikelfilterregeneration empfängt die Vorhersage 50 der Partikelfilter-Rußbeladung und kann auch einen zweiten Satz von Motorbetriebsparametern 52 und einen zweiten Satz von Abgassystemparametern 54 als Eingänge empfangen. Das Modul 34 zur Steuerung einer Partikelfilterregeneration ermittelt, ob eine Regeneration des Partikelfilters 18 (1) erforderlich ist, und löst eine Regeneration des Partikelfilters 18 (1) durch Erzeugen von Steuersignalen 56 für den Motor 12 (1) oder eine andere Abgassystemkomponente gemäß verschiedenen Regenerationsverfahren, die in der Technik bekannt sind, aus. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine Regeneration beispielsweise erforderlich sein, nachdem eine gewisse Zeit an Motorbetrieb verstrichen ist, oder wenn Motorbetriebsbedingungen bestimmte Abgasströmungscharakteristiken erzeugen, die übermäßig Ruß erzeugen. Demgemäß kann das Modul 34 zur Steuerung einer Partikelfilterregeneration eine Partikelfilterregeneration auf Grundlage der Vorhersage 50 der Partikelfilter-Rußbeladung und daher indirekt auf Grundlage der Vorhersage 46 des Durchsatzes von dem Motor verlassendem Ruß steuern.
Nun Bezug nehmend auf 3 und mit fortgesetztem Bezug auf die 1 und 2 zeigt ein Flussdiagramm ein Verfahren zur Vorhersage eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß eines Abgasbehandlungssystems, das von dem Steuermodul 20 von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden kann. Wie angesichts der Offenbarung angemerkt sei, ist die Reihenfolge des Betriebs in dem Verfahren nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 3 dargestellt ist, beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen, wie anwendbar, und gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren so geplant werden, dass es auf Grundlage vorbestimmter Ereignisse und/oder kontinuierlich während des Betriebs des Motors 12 läuft.
Bei einem Beispiel kann das Verfahren bei Block 100 beginnen. Bei Block 110 werden verschiedene Eingänge des Steuermoduls 20 empfangen. Beispielsweise wird das gemessene Niveau von NOx 38 in dem Abgasbehandlungssystem 10 an dem Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß des Steuermoduls 20 empfangen. Der Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt des Motors 14, der das NOx erzeugt, wird in dem ersten Satz von Motorbetriebsparametern 36 an dem Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß empfangen. Das Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß kann auch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den Motor 14, eine Motordrehzahl des Motors 14 und ein Motordrehmoment des Motors 14 als Teil des ersten Satzes von Motorbetriebsparametern 36 empfangen.
Bei Block 120 ermittelt das Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß einen Motorzeitsteuerungsfaktor auf Grundlage des Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts. Der Motorzeitsteuerungsfaktor kann unter Verwendung einer Nachschlagetabelle oder Gleichung ermittelt werden, die den Motorzeitsteuerungsfaktor mit des Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts in Verbindung bringt. Bei einer Ausführungsform ist der Motorzeitsteuerungsfaktor eine abklingende Funktion relativ zu einer Zunahme des Motor-Kraftstoffeinspritzzeitpunkts.
Bei Block 130 erzeugt das Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß die Vorhersage 46 des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß auf Grundlage des gemessenen Niveaus von NOx 38, des Motorzeitsteuerungsfaktors und eines Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors. Bei einer Ausführungsform weist der Block 130 unter Blöcke 140 und 150 auf.
Bei Block 140 legt das Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß einen Leistungsfaktor 40 an ein Produkt des gemessenen Niveaus an NOx 38 und des Motorzeitsteuerungsfaktors an, um eine nicht skalierte Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zu erzeugen. Wenn die Basiswertkennfelder 44 verwendet sind, kann die nicht skalierte Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß als das Produkt des gemessenen Niveaus von NOx 38 und des Motorzeitsteuerungsfaktors geteilt durch ein Produkt des Basisniveaus von NOx und des Basismotorzeitsteuerungsfaktors potenziert mit dem Leistungsfaktor 40 erzeugt werden. Beispielsweise kann die nicht skalierte Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß äquivalent zu [NO_x·f(Inj_{Zündzeitpunkt})]^–a von Gleichung 1 sein, wenn die Basiswertkennfelder 44 nicht verwendet sind, oder [(NO_x·f(Inj_{Zündzeitpunkt})/(NO_{x Basis}·f(Inj_{Zündzeitpunkt_Basis})]^–a von Gleichung 2 sein, wenn die Basiswertkennfelder 44 verwendet sind. Das Basisniveau von NOx kann auf Grundlage der Motordrehzahl und des Motordrehmoments ermittelt werden. Gleichermaßen kann der Basis-Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt auf Grundlage der Motordrehzahl und des Motormoments ermittelt werden, wobei der Basismotorzeitsteuerungsfaktor eine Funktion des Basis-Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts ist.
Bei Block 150 legt das Strömungsmodellmodul 30 für den Motor verlassenden Ruß den Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor an die nichtskalierte Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß an, um die Vorhersage 46 des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zu erzeugen. Der Motor-Luft-Kraftstoffverhältnisfaktor kann auf Grundlage des Kraftstoffverhältnisses ermittelt werden. Wenn die Basiswertkennfelder 44 verwendet sind, kann ein exponentieller Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor als ein negativer Exponent eines Produkts des Exponentialkoeffizienten 42 und einer Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Basis-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt werden, und der Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor kann als ein Produkt des Basis-Motorrußwertes und des exponentiellen Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors erzeugt werden. Beispielsweise kann der Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor äquivalent zu A·e^{–B AFR} von Gleichung 1 sein, wenn die Basiswertkennfelder 44 nicht verwendet sind, oder PM_Basis·e^{–B·(AFR-AFRBasis)} von Gleichung 2 sein, wenn der Basiswert bei Kennfelder 44 verwendet sind. Der Basismotorgrußwert kann auf Grundlage der Motordrehzahl und des Motormoments ermittelt werden. Gleichermaßen kann das Basis-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf Grundlage der Motordrehzahl und des Motormoments ermittelt werden.
Bei Block 160 erzeugt das Partikelfilter-Steuermodellmodul 32 eine Vorhersage 50 der Partikelfilter-Rußbeladung auf Grundlage der Vorhersage 46 des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß. Wie vorher beschrieben wurde, empfängt das Partikelfilter-Steuermodellmodul 32 auch einen ersten Satz von Abgassystemparametern 48 und kann einen herkömmlichen Prozess, der in der Technik bekannt ist, anwenden, um die Vorhersage 50 der Partikelfilter-Rußbeladung davon zu erzeugen.
Bei Block 170 steuert das Modul 34 zur Steuerung einer Partikelfilterregeneration eine Partikelfilterregeneration des Partikelfilters 18 auf Grundlage der Vorhersage 50 der Partikelfilter-Rußbeladung. Wie vorher beschrieben wurde, kann das Modul 34 zur Steuerung einer Partikelfilterregeneration auch einen zweiten Satz von Motorbetriebsparametern 52 und einen zweiten Satz von Abgassystemparametern 54 als Eingänge empfangen, um Verfahren, die in der Technik bekannt sind, anzuwenden, um Steuersignale 56 zu erzeugen.
Anschließend kann das Verfahren bei Block 180 enden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente an Stelle von Elementen derselben treten 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 soll die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung umfasst alle in den Schutzumfang der Anmeldung fallenden Ausführungsformen.

Claims

Verfahren zur Vorhersage eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß eines Abgasbehandlungssystems, umfassend: Empfangen eines gemessenen Niveaus von Stickoxiden in dem Abgasbehandlungssystem; Empfangen eines Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts eines Motors, der die Stickoxide erzeugt; Empfangen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors; Bestimmen eines Motorzeitsteuerungsfaktors auf Grundlage des Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts; Bestimmen eines Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors auf Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; und Erzeugen einer Vorhersage eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß auf Grundlage des gemessenen Niveaus von Stickoxiden, des Motorzeitsteuerungsfaktors und des Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Anlegen eines Leistungsfaktors an ein Produkt des gemessenen Niveaus von Stickoxiden und des Motor-Zeitsteuerungsfaktors, um eine nicht skalierte Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zu erzeugen; und Anlegen des Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors an die nicht skalierte Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß, um die Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor ein skalierter negativer exponentieller Wert auf Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist und der Leistungsfaktor ein negativer Wert ist.
Steuersystem, das einen Durchsatz von den Motor verlassendem Ruß eines Abgasbehandlungssystems vorhersagt, umfassend: ein erstes Modul, das derart konfiguriert ist, eine Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß auf Grundlage eines gemessenen Niveaus von Stickoxiden, eines Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors eines Motors und eines Motorzeitsteuerungsfaktors des Motors zu erzeugen, wobei der Motorzeitsteuerungsfaktor auf einem Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt des Motors basiert; ein zweites Modul, das derart konfiguriert ist, eine Partikelfilterrußbeladungsvorhersage auf Grundlage der Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zu erzeugen; und ein drittes Modul, das derart konfiguriert ist, eine Partikelfilterregeneration auf Grundlage der Partikelfilterrußbeladungsvorhersage zu steuern.
Steuersystem nach Anspruch 4, wobei das erste Modul ferner konfiguriert ist, um: einen Leistungsfaktor an ein Produkt des gemessenen Niveaus von Stickoxiden und des Motorzeitsteuerungsfaktors anzulegen, um eine nicht skalierte Vorhersage eines Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zu erzeugen; und den Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor an die nicht skalierte Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß anzulegen, um die Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß zu erzeugen.
Steuersystem nach Anspruch 5, wobei das erste Modul ferner derart konfiguriert ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den Motor zu empfangen und den Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor auf Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu ermitteln.
Steuersystem nach Anspruch 6, wobei der Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor ein skalierter negativer exponentieller Wert auf Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist und der Leistungsfaktor ein negativer Wert ist.
Steuersystem nach Anspruch 6, wobei das erste Modul ferner konfiguriert ist, eine Motordrehzahl des Motors und ein Motordrehmoment des Motors aufzunehmen.
Steuersystem nach Anspruch 8, wobei das erste Modul ferner konfiguriert ist, um: ein Basisniveau von Stickoxiden auf Grundlage der Motordrehzahl und des Motormoments zu ermitteln; einen Basis-Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkt auf Grundlage der Motordrehzahl und des Motordrehmoments zu ermitteln; einen Basis-Motorzeitsteuerungsfaktor als eine Funktion des Basis-Motorkraftstoffeinspritzzeitpunkts zu ermitteln; und die nicht skalierte Vorhersage des Durchsatzes von den Motor verlassendem Ruß als das Produkt des gemessenen Niveaus von Stickoxiden und des Motorzeitsteuerungsfaktors geteilt durch ein Produkt des Basisniveaus von Stickoxiden und des Basis-Motorzeitsteuerungsfaktors potenziert mit dem Leistungsfaktor zu erzeugen.
Steuersystem nach Anspruch 8, wobei das erste Modul ferner konfiguriert ist, um: einen Basis-Motorrußwert auf Grundlage der Motordrehzahl und des Motormoments zu ermitteln; ein Basis-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf Grundlage der Motordrehzahl und des Motormoments zu ermitteln; einen exponentiellen Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor als einen negativen Exponent eines Produkts eines Exponentialkoeffizienten und einer Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Basis-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ermitteln; und den Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktor als ein Produkt des Basis-Motorrußwertes und des exponentiellen Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisfaktors zu ermitteln.