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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Abgasnachbehandlungsverfahren für Verbrennungsmotoren sowie ein Fahrzeug.
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Ein Motorsteuermodul eines Verbrennungsmotors steuert das Gemisch aus Kraftstoff und Luft, das Brennräumen des Motors zugeführt wird. Nachdem das Luft/Kraftstoff-Gemisch gezündet ist, findet eine Verbrennung statt, und die Verbrennungsgase verlassen die Brennräume durch die Abgasventile. Die Verbrennungsgase werden durch einen Abgaskrümmer zu einem Katalysator (oder „katalytischen Wandler“) und / oder anderen Komponenten zur Abgasnachbehandlung geführt.
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Während des Motorbetriebs sind bestimmte Komponenten zur Abgasnachbehandlung konfiguriert, um gewählte regulierte Bestandteile aus dem Abgas zu entfernen. Eine beispielhafte Komponente ist ein Partikelfilter, der derart konfiguriert ist, um partikulären Kohlenstoff oder Partikel, die sich aus einer unvollständigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs ergeben, auch als Partikel bezeichnet, aus dem Abgas zu entfernen. Ein beispielhafter Partikelfilter ist derart konfiguriert, eine gewählte Menge an Partikeln zu entfernen und die angesammelten Partikel durch einen Regenerationsprozess periodisch zu verbrennen. Eine Regeneration und Entfernung überschüssiger Partikel verhindert einen überhöhten Gegendruck für den Verbrennungsmotor, was zu Reparatur- und Wartungsproblemen führen kann. In einigen Fällen kann das Steuern der Verbrennungsrate der Partikel und die entsprechende Temperatur in dem Filter schwierig sein, da eine Verbrennungsrate, die zu hoch ist, einen Zustand mit thermischem Durchgehen bewirken kann, und eine Verbrennungsrate, die zu niedrig ist, eine verlängerte Zeit für den Regenerationsprozess bewirken kann. Die Zeit, die es benötigt, um einen Regenerationsprozess auszuführen, sollte auch so weit wie möglich reduziert werden, da der Regenerationsprozess die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Motors beeinträchtigen kann.
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DE 10 2006 009 921 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters, welches bedarfsweise von den eingelagerten Partikeln regeneriert wird. Hierzu wird der Partikelfilter zur Regeneration durch Beeinflussung der Abgastemperatur stromaufwärts vor dem Partikelfilter geheizt. Die Abgastemperatur stromaufwärts vor dem Partikelfilter wird auf einen vorgegebenen Abgastemperatur-Sollwert festgelegt, wobei der Abgastemperatur-Sollwert in Abhängigkeit von Kenngrößen aus eingelagerter Partikelmasse, einer Partikel-Änderungsgeschwindigkeit, einer Partikelfiltertemperatur, einer Partikelfilter-Temperatur-Änderungsgeschwindigkeit und einem Partikelfilter-Temperatur-Gradient des Partikelfilters während der Regeneration ermittelt wird. Das jeweilige Maß für die Kenngröße von eingelagerter Partikelmasse, Partikel-Änderungsgeschwindigkeit, Partikelfiltertemperatur, Partikelfilter-Temperatur-Änderungsgeschwindigkeit und dem Partikelfilter-Temperatur-Gradient wird in einem Kenngrößen-Modell ermittelt, wobei aus einem Vergleich eines von dem Kenngrößen-Modell ermittelten Maßes für die Partikelfilter-Temperatur und einer gemessenen Partikelfilter-Temperatur ein Korrekturwert zum Korrigieren des Kenngrößen-Modells ermittelt wird.
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Weiterer Stand der Technik ist in der US 2007 / 0 130 921 A1 beschrieben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Fahrzeug zu schaffen, mit denen es möglich ist, einen sowohl zeit- als auch temperatureffizienten Regenerationsprozess eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors zu erreichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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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 einen beispielhaften Verbrennungsmotor zeigt, der ein beispielhaftes Abgasnachbehandlungssystem aufweist; und
- 2 ein Diagramm eines beispielhaften Verfahrens und Fahrzeugs zur Regeneration eines Partikelfilters in dem beispielhaften Verbrennungsmotor und zugeordneten Abgassystem, wie in 1 gezeigt ist, ist; und
- 3 ein Diagramm eines beispielhaften Verfahrens und Fahrzeugs zur Regeneration eines Partikelfilters in dem beispielhaften Verbrennungsmotor und zugeordneten Abgassystem, wie in 1 gezeigt ist, ist.
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Die hier verwendeten Begriffe Controller und Modul betreffen 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. Bei Ausführungsformen können ein Controller oder Modul ein oder mehrere Sub-Controller oder Sub-Module aufweisen.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht 1 einen beispielhaften Verbrennungsmotor 100, in diesem Fall einen Reihen-Vierzylindermotor, der einen Motorblock und eine Zylinderkopfbaugruppe 104, ein Abgassystem 106, und ein Steuermodul 110 (auch als „Controller“ bezeichnet) aufweist. Der Verbrennungsmotor 100 kann ein Diesel- oder Ottomotor sein. Ein Abgaskrümmer 118 ist mit dem Motorblock und einer Zylinderkopfbaugruppe 104 gekoppelt. Darüber hinaus umfassen der Motorblock und die Zylinderkopfbaugruppe 104 Zylinder 114, wobei die Zylinder 114 eine Kombination aus Verbrennungsluft und Kraftstoff, der durch ein Kraftstoffsystem 156 geliefert wird, aufnehmen. Das Verbrennungsluft/Kraftstoff-Gemisch wird verbrannt, was in einer Hubbewegung von Kolben (nicht gezeigt) resultiert, die in den Zylindern 114 angeordnet sind. Die Hubbewegung der Kolben rotiert eine Kurbelwelle (nicht gezeigt), um Antriebsleistung an einen Antriebsstrang (nicht gezeigt) in einem Fahrzeug oder an einen Generator oder einen anderen stationären Empfänger derartiger Leistung (nicht gezeigt) in dem Fall einer stationären Anwendung des Verbrennungsmotors 100 zu liefern. Die Verbrennung des Luft / KraftstoffGemisches bewirkt eine Strömung von Abgas 122 durch den Abgaskrümmer 118 und in das Abgassystem 106.
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Das Abgas 122 strömt durch das Abgassystem 106 zur Entfernung oder Verringerung von Abgasbestandteilen und wird dann in die Atmosphäre abgegeben. Das Abgassystem 106 kann Katalysatorvorrichtungen, wie eine Oxidationskatalysator-(„OC“-) Vorrichtung 126 und eine Vorrichtung 128 für selektive katalytische Reduktion („SCR“), wie auch einen Partikelfilter („PF“) 130 aufweisen. Eine Fluidkommunikation zwischen den Katalysatorvorrichtungen wird durch Durchgänge oder Leitungen 170 vorgesehen. Die OC-Vorrichtung 126 kann beispielsweise ein Durchström-Metall- oder Keramik-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine intumeszente oder quellende Matte oder einen anderen geeigneten Träger gewickelt ist, die/der sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei das Substrat gesichert und isoliert wird. Das Substrat kann in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit Abgasleitungen oder -durchgängen eingebaut sein. 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. Die SCR-Vorrichtung 128 kann auch zum Beispiel ein Durchström-Keramik- oder Metall-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine intumeszente bzw-. quellende Matte oder einen anderen geeigneten Träger gewickelt ist, die/der sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei das Substrat gesichert und isoliert wird. Das Substrat kann in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit Abgasleitungen eingebaut sein. Das Substrat kann eine daran aufgebrachte SCR-Katalysatorzusammensetzung aufweisen. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann einen Zeolith sowie eine oder mehrere Basismetallkomponenten aufweisen, wie Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu) oder Vanadium (V), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas 122 in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wie Ammoniak (NH3) umzuwandeln. Ein NH3-Reduktionsmittel kann von einer Fluidversorgung 160 (Reduktionsmittelversorgung) geliefert werden und in das Abgas 122 an einer Stelle stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 128 unter Verwendung einer Einspritzeinrichtung eingespritzt werden. Das Reduktionsmittel kann in der Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen und kann mit Luft in der Einspritzeinrichtung gemischt werden, um die Dispersion des eingespritzten Sprühnebels zu unterstützen.
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Der PF 130 kann stromabwärts der SCR-Vorrichtung 128 angeordnet sein. Der PF 130 dient dazu, das Abgas 122 von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern. Bei Ausführungsformen kann der PF 130 unter Verwendung eines keramischen Wandströmungsmonolithfilters 23 aufgebaut sein, der in eine intumeszente Matte oder einen anderen geeigneten Träger gewickelt ist, der sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei der Filter gesichert und isoliert wird. Der Filter kann in eine Schale oder einen Kanister eingebaut sein, die/der zum Beispiel aus rostfreiem Stahl besteht und der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit Abgasleitungen aufweist. Der keramische Wandströmungsmonolithfilter kann eine Mehrzahl sich längs erstreckender Durchgänge besitzen, die durch sich längs erstreckende Wände definiert sind. Die Durchgänge umfassen einen Teilsatz von Einlassdurchgängen, die ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende besitzen, sowie einen Teilsatz von Auslassdurchgängen, die ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende besitzen. Abgas 122, das in den Filter durch die Einlassenden der Einlassdurchgänge eintritt, wird durch benachbarte, sich längs erstreckende Wände zu den Auslassdurchgängen getrieben. Durch diesen beispielhaften Wandströmungsmechanismus wird das Abgas 122 von Kohlenstoff (Ruß) und anderen Partikeln gefiltert. Die gefilterten Partikel werden an den sich in Längsrichtung erstreckenden Wänden der Einlassdurchgänge abgelagert, und besitzen mit der Zeit die Wirkung der Erhöhung des Abgasgegendrucks, dem der Verbrennungsmotor 100 ausgesetzt ist. Es sei angemerkt, dass der keramische Wandströmungsmonolithfilter lediglich beispielhafter Natur ist und dass der PF 130 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Es sei auch anzumerken, dass die Anordnung und die Anzahl der Vorrichtungen des Abgassystems variieren können, wobei die Vorrichtungen den OC 126, die SCR-Vorrichtung 128 und den PF 130 aufweisen. Zusätzlich können andere Vorrichtungen in dem System zusätzlich zu den gezeigten Vorrichtungen enthalten sein, während einige der gezeigten Abgasvorrichtungen bei einigen Ausführungsformen entfernt sein können.
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Die Ansammlung von Partikelmaterial in dem PF 130 wird periodisch gereinigt, weggebrannt oder regeneriert, um den Gegendruck zu reduzieren. Die Regeneration betrifft die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel (auch als „Ruß“ bezeichnet) typischerweise in einer Hochtemperaturumgebung (z.B. bei oder oberhalb 600°C). Bei einer Ausführungsform wird ein erhöhtes Rußniveau in dem PF 130 erfasst, und es kann ein Regenerationsprozess ausgeführt werden. Bei einer Ausführungsform ermittelt das Steuermodul 110 eine Beladung von Ruß in dem PF 130 durch eine Messung von Druck oder eines anderen Parameters, wobei die Rußbeladung durch einen Rußmassenparameter dargestellt sein kann. Der Regenerationsprozess kann verschiedene Komponenten betreffen und eine oder mehrere Stufen aufweisen. Bei einer Ausführungsform umfasst der Regenerationsprozess eine Einführung von überschüssiger thermischer Energie in das Abgasnachbehandlungssystem 106 durch Einführen von Kraftstoff (Kohlenwasserstoffen oder HC) über eine Einspritzeinrichtung, wie eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung („HCl“) 154, direkt in das Abgas 122, wenn es in Katalysatoren strömt, wie die OC-Vorrichtung 126 und die SCR-Vorrichtung 128. Eine gewählte Kraftstoffmenge wird von der HCl 154 in das Abgas 122 geführt und in einer exothermen Reaktion in der OC-Vorrichtung 126 oxidiert, was eine Zunahme der Temperatur der Abgasströmung 122 in den PF 130 bewirkt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Steuermodul 110 mit der HCI 154 gekoppelt und derart konfiguriert, die Kraftstoffmenge, die in die Abgasströmung 122 zu führen ist, zu steuern, wobei die resultierende erhöhte Abgastemperatur die abgefangenen Rußpartikel stromabwärts in dem PF 130 verbrennt.
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Bei einer Ausführungsform kann der Regenerationsprozess eine Heizvorrichtung 150 aufweisen, die von dem Steuermodul 110 gesteuert wird, wobei ein Betrieb der Heizvorrichtung 150 auf erfassten erhöhten Rußniveaus basiert. Wenn das ermittelte Rußniveau einen Schwellenniveau (z.B. 5 Gramm/Liter an Ruß) erreicht und der Abgasdurchfluss innerhalb eines gewünschten Bereiches liegt, steuert das Steuermodul einen Strom oder eine Spannung, der/die an die Heizvorrichtung 150 geliefert wird (z.B. eine Steuerung einer an eine Widerstandsheizung angelegten Spannung), über eine Leistungsquelle 152, um den Regenerationsprozess auszulösen. Die Heizvorrichtung 150 kann aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut sein, das elektrisch leitend ist, wie ein gewickelter oder gestapelter Metallmonolith. Die Leistungsquelle 152 ist mit einem elektrischen System, wie einem elektrischen Fahrzeugsystem, verbunden und liefert Elektrizität an die Heizvorrichtung 150. Die Heizvorrichtung 150 erhöht im erhitzten Zustand die Temperatur des durch die Heizvorrichtung 150 strömenden Abgases 122 und/oder erhöht die Temperatur von Teilen des PF 130 an oder nahe der Heizvorrichtung 150. Die Dauer des Regenerationsprozesses variiert auf Grundlage der Menge an Partikelmaterial in dem PF 130. Bei einem Aspekt wird ein Strom nur während eines anfänglichen Teils des Regenerationsprozesses angelegt. Genauer wird der Strom an die Heizvorrichtung 150 gelenkt, die den Einlass des PF 130 für eine gewählte Periode (z.B. 1 - 2 Minuten) heizt. Der Rest des Regenerationsprozesses wird unter Verwendung der Wärme erreicht, die durch Verbrennung von in dem PF 130 vorhandenen Partikelmaterial erzeugt wird.
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Regenerationsverfahren können auch das Einspritzen von Kraftstoff in die Abgasströmung 122 nach dem Hauptverbrennungsereignis in den Zylindern 114 betreffen. Dieser Prozess kann als eine Nacheinspritzung oder späte Nacheinspritzung von Kraftstoff bezeichnet werden, wobei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen in dem Kraftstoffsystem 156 die gewählte Menge an Kraftstoff in Zylinder 114 als Zusatz zu der Abgasströmung 122 zur Verbrennung in dem Abgassystem 106 liefern. Dieses Verfahren kann in einigen Fällen als ein ausschließliches Mittel zur Regeneration verwendet werden und kann in anderen Fällen zusätzlich zu anderen Regenerationsprozessen verwendet werden. Ferner kann jeder der Regenerationsprozesse, die hier beschrieben sind, allein oder in Kombination abhängig von Systembeschränkungen verwendet werden. Zurück Bezug nehmend auf die Nacheinspritzung wird der zur Nachverbrennung eingespritzte Kraftstoff in der OC-Vorrichtung 126 in dem Abgassystem 106 oxidiert. Die aus der Oxidation freigesetzte Wärme erhöht die Abgastemperatur, die die abgefangenen Rußpartikel in dem PF 130 verbrennt. Das Steuermodul 110 steuert die Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffsystem 156 während des Nacheinspritzprozesses bereitgestellt wird. Die gewählte Kraftstoffmenge, die zur Nacheinspritzung eingespritzt wird, kann durch das Steuermodul 110 auf Grundlage verschiedener Informationen ermittelt werden, wie ermittelten Parametern (z.B. Abgastemperaturen, Rußniveaus), Komponentenspezifikationen und Information über die Systemkonfiguration.
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Bei einem beispielhaften Verbrennungsmotor 100 ist das Steuermodul 110 in Signalkommunikation mit der Leistungsquelle 152, der HCl 154, dem Kraftstoffsystem 156, den Sensoren 158 und dem Abgassystem 106, wobei das Steuermodul 110 derart konfiguriert ist, verschiedene Signaleingänge zu verwenden, um verschiedene Prozesse zu steuern. Bei einer Ausführungsform ist das Steuermodul 110 mit Sensoren 158 gekoppelt und derart konfiguriert, Signaleingänge von den Sensoren 158 aufzunehmen, die Information umfassen, wie Temperatur (Ansaugsystem, Abgassystem, Motorkühlmittel, Umgebung etc.), Druck, Abgasdurchflüsse, Rußniveaus, NOx-Konzentrationen, Abgasbestandteile (chemische Zusammensetzung) und andere Parameter. Das Steuermodul 110 ist derart konfiguriert, gewählte Prozesse oder Betriebsabläufe auf Grundlage der erfassten Parameter, wie Regenerationsprozesse auf Grundlage erhöhter Rußniveaus in dem PF 130 auszuführen. Beispielhafte Sensoren 158 sind an einem Einlass der OC-Vorrichtung 126, einem Einlass der SCR-Vorrichtung 128 und nahe einem Einlass 144 des PF 130 positioniert.
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Bei Ausführungsformen steuert das Steuermodul 110 zumindest ein Regenerationssystem, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, den Nacheinspritzprozess über das Kraftstoffsystem 156, HCl 154 und Heizvorrichtung 150, um die Regeneration des PF 130 zu steuern. Genauer kann das Steuermodul einen Parameter bezüglich des Regenerationsprozesses ändern, um die Temperatur des in dem PF 130 eintretenden Abgases 122 zu steuern, wodurch ein verbesserter Regenerationswirkungsgrad bereitgestellt wird. Der geänderte Parameter kann, ist jedoch nicht darauf beschränkt, ein Ändern eines Durchflusses für das Kraftstoffsystem 156 oder HCI 154 und ein Ändern des Stromes oder der Leistung, der/die an die Heizvorrichtung 150 geliefert wird, umfassen. Bei einer Ausführungsform weist das Steuermodul 110 ein oder mehrere Programme auf, die Parameter als Eingänge verwenden, wie ermittelte Parameter, um eine Ziel- oder Sollwerttemperatur für Abgas 122, das in den PF 130 zur Regeneration eintritt, zu ermitteln. Bei Ausführungsformen kann abhängig von der Systemkonfiguration die Abgassollwerttemperatur für eine beliebige Stelle zwischen einem Auslass des Oxidationskatalysators 126 und dem PF-Einlass 144 ermittelt werden.
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Bei einer Ausführungsform ist die ermittelte Sollwerttemperatur eine Abgastemperatur, bei der der Regenerationsprozess Ruß am Effizientesten verbrennt, wodurch kürzere Regenerationszeiten bereitgestellt werden, während auch das Auftreten eines thermischen Durchgehens reduziert wird. Bei einer Ausführungsform wird die Sollwerttemperatur ermittelt und mit einem Wert verglichen, der von dem Sensor 158 nahe dem PF-Einlass 144 gemessen ist. Das Steuermodul 110 kann dann Komponenten, die in dem Regenerationsprozess betroffen sind, einstellen, die als ein Regenerationssystem oder Regenerationskomponenten bezeichnet sind, wie ein Kraftstoffsystem 156, HCI 154 und Heizvorrichtung 150, um die Temperatur des Abgases 122 an dem Einlass 144 zu ändern. Ausführungsformen sehen ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der Sollwerttemperatur für Abgas, das während der Regeneration in den PF 130 eintritt, vor. Bei Ausführungsformen wird ein Modell durch Aufzeichnen von Testdaten mit einer oder mehreren Konfigurationen aus einem oder mehreren Abgassystemen hergestellt, wobei das Steuermodul 110 das Modell verwendet, um die Sollwerttemperatur auf Grundlage eines oder mehrerer Eingänge zu ermitteln. Bei Ausführungsformen sehen das Verfahren und Fahrzeug eine Flexibilität bei der Ermittlung der Verbrennungsrate für eine Vielzahl von Konfigurationen des Abgassystems 106 vor. Das Verfahren und Fahrzeug werden dazu verwendet, eine Sollwerttemperatur für ein Abgassystem mit einer ersten Distanz zwischen dem PF 130 und der Zylinderkopfbaugruppe 104 des Motorblocks zu ermitteln und dieselben Komponenten als ein zweites System mit einer zweiten Distanz zwischen dem PF 130 und der Zylinderkopfbaugruppe 104 des Motorblocks gemeinsam zu nutzen, wobei die zweite Distanz größer als die erste Distanz ist. Hierbei wird dasselbe Modell von dem Steuermodul 110 in beiden Konfigurationen unter Verwendung derselben Abgaskomponenten verwendet, wobei eine Korrektur für einen Wärmeverlust gemacht wird, um die Ermittlung der Sollwerttemperatur einzustellen. Somit liefert das Modell eine gewünschte Sollwerttemperatur unabhängig von einer Distanz zwischen dem PF 130 und der Zylinderkopfbaugruppe 104 des Motorblocks. Die bereitgestellte gewünschte Sollwerttemperatur kann dann dazu verwendet werden, einen Regenerationsprozess zu steuern. Demgemäß sieht eine Ausführungsform des Fahrzeugs und Verfahrens eine verbesserte Flexibilität wie auch eine verbesserte Genauigkeit bei der Ermittlung von Regenerations-Sollwerttemperaturen für verschiedene Konfigurationen vor, wobei die gewünschte Sollwerttemperatur eine Regeneration verbessert, um einen Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems zu verbessern.
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Die Ermittlung der Regenerations-Sollwerttemperatur wird von einem Steuermodul 110 verwendet, um Steueranweisungen an Regenerationssystemkomponenten zu senden, wie Anweisungen, die einen Betrieb der HCl 154, Heizvorrichtung 150, Nacheinspritzung von Kraftstoff in Zylinder 114 durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung oder eine Kombination daraus steuern. Beispielsweise kann eine Steueranweisung einen Strom, der an die Heizvorrichtung 150 geliefert wird, auf Grundlage der ermittelten Sollwerttemperatur und der gemessenen Temperatur an dem PF 130 ändern. Der Strom kann von dem Steuermodul 110 geändert werden, wobei ein Signal gesendet wird, das einen Strom von der Leistungsquelle 152 steuert. Bei einem anderen Beispiel kann eine Steueranweisung eine Kohlenwasserstoffströmung von einer HCl 154 in das Abgassystem 106 oder eine Kraftstoffströmung von dem Kraftstoffsystem 156 in die Zylinder 114 aufgrund der ermittelten Sollwerttemperatur ändern. Der Durchfluss kann von dem Steuermodul 110 geändert werden, wobei ein Signal gesendet wird, um eine Position eines Ventils in dem Kraftstoffsystem 156 oder der HCl 154 zu ändern. Somit sieht die ermittelte Sollwerttemperatur unter Verwendung des Modells und Steuermoduls 110 eine verbesserte Genauigkeit vor, was zu einem verbesserten Regenerationswirkungsgrad und einer verbesserten Steuerung der Regeneration und zugeordneter Systemkomponenten führt.
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2 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses 200 zur Regeneration in einem Abgasnachbehandlungssystem, wie dem Abgassystem 106 (1). Die gezeigten Flussdiagramme der 2 und 3 zeigen die Architektur, Funktionalität sowie den Betrieb möglicher Implementierungen von Fahrzeugen und Verfahren gemäß verschiedener Ausführungsformen des Prozesses. Es sei angemerkt, dass bei einigen Implementierungen die Funktionen, die in den Blöcken bezeichnet sind, außerhalb der gezeigten Reihenfolge auftreten können. Ferner können bei bestimmten Ausführungsformen dem Prozess zusätzliche Blöcke hinzugefügt oder von diesem entfernt werden, um bestimmte Anwendungen anzupassen. Parameter, die von dem Prozess 200 ermittelt und in diesem verwendet werden, können durch ein beliebiges geeignetes Verfahren ermittelt werden, wie Modellieren, Gleichungen, aufgezeichnete Daten, Sensormessungen oder eine Kombination daraus. Bei Block 202 wird ein Sauerstoffmassendurchfluss, der von einem Verbrennungsmotor empfangen wird, ermittelt. Bei Block 204 wird eine Partikelmasse in einem Partikelfilter ermittelt. Die Partikelmasse kann direkt gemessen oder aus Gleichungen von anderen Messungen abgeleitet werden, wie durch Verwendung von Druckmessungen, die einen Gegendruckwert bereitstellen, der dazu verwendet wird, eine Partikelmasse zu ermitteln. Bei einer Ausführungsform werden der Sauerstoffmassendurchfluss von Block 202 und die Partikelmasse von Block 204 ermittelt und als Eingänge zu Block 206 aufgenommen, wo die Eingänge dazu verwendet werden, eine Partikelverbrennungsrate zu ermitteln. Bei einer Ausführungsform wird eine Temperatur an dem PF-Einlass 144 zur Korrelation mit der ermittelten Partikelverbrennungsrate für den festgelegten Sauerstoffmassendurchfluss und die Partikelmasse ermittelt. Es wird ein Bereich von Parametern getestet, wobei der Sauerstoffmassendurchfluss, die Partikelmasse und/oder die Temperatur an dem PF-Einlass 144 variiert werden, um Information über die Verbrennungsrate bereitzustellen. Gewünschte Partikelverbrennungsraten können die ermittelten Raten sein, die relativ hohe Werte im Vergleich zu dem gesamten Satz aufgezeichneter Partikelverbrennungsraten besitzen. Zusätzlich beeinträchtigen gewünschte Partikelverbrennungsraten nicht die Abgassystemkomponenten und führen zu keinem Zustand eines Durchgehens. Bei einer Ausführungsform ist die gewünschte Partikelverbrennungsrate diejenige Verbrennungsrate, bei der eine kürzere Dauer und ein effizienter Regenerationsprozess ohne einen Zustand eines Durchgehens auftreten. Bei einer Ausführungsform kann die Zeit für einen effizienten Regenerationsprozess auf die kürzere Dauer oder Zeitperiode reduziert werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung des Fahrererlebnisses zu vermeiden oder zu reduzieren. Zusätzlich sieht die reduzierte Regenerationsperiode eine Regeneration vor, die eine gewisse Temperatur für Abgaskomponenten nicht überschreitet, wobei oberhalb der Temperatur der Betrieb eine Materialermüdung sowie Abnutzung von Komponenten bewirken kann, wie eine Oxidation oder andere Prozesse einer Schädigung bei hoher Temperatur. Bei einer Ausführungsform weist der Block 206 die Verwendung der Eingänge wie auch Daten, die die Betriebsspezifikationen für Abgassystemkomponenten beschreiben, auf, um Verbrennungsraten zu ermitteln, sowie ein Korrelieren von Temperaturen an dem PF-Einlass 144 auf Grundlage der Eingänge auf. Spezifikationen bezüglich Abgassystemkomponenten können die sicheren Betriebstemperaturen für die Komponenten beschreiben. Die resultierenden aufgezeichneten Daten können dazu verwendet werden, ein Modell, wie eine Nachschlagetabelle, auf Grundlage der aufgezeichneten Daten aus Tests, ermittelten Parametern und Ausstattungsspezifikationen für eine gewünschte Sollwerttemperatur für Abgas, das in den PF-Einlass 144 eintritt, für eine Vielzahl von Betriebsbedingungen und Konfigurationen bereitzustellen.
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Mit fortgesetztem Bezug auf 2 kann bei Block 208 ein Filter oder eine Temperaturrampe auf das Modell von Block 206 angewendet werden, um bestimmte Bedingungen, Komponenten und Konfigurationen einzustellen. Beispielsweise wird zum Schutz der Abgaskomponenten eine Temperaturrampe an das Modell von Block 206 angelegt, um zu verhindern, dass die Temperatur an dem PF-Einlass 144 mit einer Rate zunimmt, die größer als zwei Grad pro Sekunde ist. Somit wird für Eingänge in das Modell, die in einem Sollwerttemperaturausgang resultieren würden, der eine Temperaturzunahme von größer als zwei Grad pro Sekunde bewirken würde, der Sollwerttemperaturausgang so eingestellt, dass die Temperaturzunahmerate unter zwei Grad pro Sekunde gehalten wird. Zusätzlich kann ein Filter auf das Modell angewendet werden, wobei der Filter die Eingangsdaten filtern kann, um sicherzustellen, dass unnormale Daten keine unkorrekte Sollwerttemperaturermittlung bewirken. Bei Block 210 wird das Modell vorgesehen, um eine gewünschte Sollwerttemperatur für Abgas zu ermitteln, das an dem PF-Einlass 144 empfangen wird. Das Modell verwendet ermittelte Parameter als Eingänge, wie einen Sauerstoffmassenstrom (Block 202) und eine Rußmasse (Block 204). Bei einer Ausführungsform wird der Abgasmassenstrom von dem Luftmassenstrom-(MAF)-Sensor berechnet, der frische Luft, die in den Motor kommt, und die Menge an Kraftstoff, die in den Motor eingespritzt wird, misst. Bei einer Ausführungsform sieht die Ermittlung des Abgasmassendurchflusses eine Flexibilität vor, um die geeigneten Bedingungen (z.B. Verbrennungsrate, Temperatur) für den Regenerationsprozess zu ermitteln. Somit wird das Modell, das unter Verwendung des Prozesses 200 ermittelt ist, durch Testen und Aufzeichnen von Daten ermittelt, wobei das Modell in einem Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug verwendet werden kann, um die Abgassollwerttemperatur für eine effiziente Regeneration zu ermitteln. Die Sollwerttemperatur wird dazu verwendet, ein entsprechendes Signal von einem Controller bereitzustellen, der einen Parameter für das Regenerationssystem steuert, um die Sollwerttemperatur zu erreichen.
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3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses 300 für die Regeneration in einem Abgasnachbehandlungssystem, wie einem Abgassystem 106 ( 1). Bei einer Ausführungsform kann der Prozess 300 Parametereingänge aufweisen, die durch andere Prozesse ermittelt werden, wie einen Eingang von Block 210 des Prozesses 200. Bei Block 302 wird ein Sauerstoffmassendurchfluss, der von einem Verbrennungsmotor empfangen wird, ermittelt. Bei Block 304 wird eine Partikelmasse in einem Partikelfilter ermittelt. Bei Block 210 werden die Parameter von den Blöcken 302 und 304 empfangen und dazu verwendet, eine gewünschte Sollwerttemperatur für Abgas zu ermitteln, das in den Einlass 144 des PF 130 eintritt. Das Modell, das von dem Controller bei Block 210 verwendet wird, ermittelt die gewünschte Sollwerttemperatur für eine effiziente Regeneration auf Grundlage der Eingänge der Blöcke 302 und 304. Wie oben beschrieben ist, ermittelt das Modell die gewünschte Sollwerttemperatur, die eine kurze Dauer und einen effizienten Regenerationsprozess für die Bedingungen vorsieht, ohne einen Zustand eines Durchgehens zu bewirken. Bei Block 308 können Filter, Korrekturen und/oder Kompensationsfaktoren auf die bei Block 210 ermittelte Abgassollwerttemperatur angewendet werden. Es werden Korrekturfaktoren auf die ermittelte Sollwerttemperatur auf Grundlage des Wärmeverlustes in dem Abgassystem, der Partikelmasse, der Regenerationszeit, der Umgebungstemperatur und der Zeit im Leerlauf angewendet, wodurch eine korrigierte Sollwerttemperatur erzeugt wird. Bei Block 310 wird die Sollwerttemperatur von Block 308 von dem Controller dazu verwendet, ein Signal zu erzeugen, das zur Steuerung eines Parameters eines Regenerationssystems kommuniziert wird. Das Steuersignal bewirkt eine Änderung der Abgastemperatur und zwar näher an die gewünschte Sollwerttemperatur, wodurch der Wirkungsgrad des Regenerationsprozesses verbessert wird.
