DE102017115830A1

DE102017115830A1 - Verfahren und system für benzinpartikelfiltervorgänge

Info

Publication number: DE102017115830A1
Application number: DE102017115830.8A
Authority: DE
Inventors: Nikodem Suchta; Jacqueline A. Lymburner; Michiel J. Van Nieuwstadt; John Edward Hedges
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2018-01-18
Also published as: US10066575B2; RU2702073C2; RU2017124138A3; US20180017012A1; RU2017124138A; CN107620618B; CN107620618A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für den optimalen Betrieb eines Benzinpartikelfilters, der mit einem Motorabgassystem gekoppelt ist, bereitgestellt. Auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen kann ein Zielrußniveau am BPF bestimmt werden und ein oder mehrere Motorbetriebsparameter können angepasst werden, um das tatsächliche BPF-Rußniveau auf dem Zielniveau zu halten. In einem Beispiel können, falls das tatsächliche BPF-Rußniveau niedriger als das Zielniveau ist, eines oder mehrere von einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einem Kraftstoffverteilerdruck angepasst werden, um die Rußerzeugung zu erhöhen, und, falls das tatsächliche BPF-Rußniveau höher als das Zielniveau ist, kann der BPF regeneriert werden, bis das tatsächliche Rußniveau das Zielniveau erreicht.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für einen Benzinpartikelfilter, der mit einem Motorabgassystem gekoppelt ist.
Hintergrund/Kurzdarstellung
Die Motorverbrennung unter Verwendung von Benzinkraftstoff kann Feinstaub (FS) (wie zum Beispiel Ruß und Aerosole) erzeugen, der an die Atmosphäre abgegeben werden kann. Um die Einhaltung der Emissionsanforderungen zu ermöglichen, können Benzinpartikelfilter (BPF) im Motorabgassystem enthalten sein, um Abgas-FS herauszufiltern, bevor das Abgas an die Atmosphäre abgegeben wird. Für eine höhere Emissionsqualität kann ein BPF mit höherer Effizienz, der ein dichteres Filternetz umfasst, verwendet werden, insbesondere bei Kaltstartbedingungen.
Um die Effizient des Abgassystempartikelfilters beizubehalten, muss der Filter möglicherweise intermittierend regeneriert werden. In einem beispielhaften Ansatz, gezeigt von Neely et al. in US 9,027,333 , wird ein Dieselpartikelfilter (DPF) als Reaktion auf ein Rußniveau, das die Schwelle übersteigt, regeneriert. Insbesondere ist die Regeneration kontrolliert, sodass ein geringes Maß an Ruß am Filter behalten wird, um bei Bedingungen wie zum Beispiel einem anstehenden Kaltstart eine optimale Effizienz für die Kohlenwasserstoffumwandlung bereitzustellen. In anderen Ansätzen kann der gesamte Ruß, der sich am Filter angesammelt hat, während des Regenerationsprozesses entfernt werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Ansätzen erkannt. Als Beispiel werden, da Filter dazu neigen, am wenigsten effizient zu sein, wenn sie frei von Ruß oder Asche sind, in Motorsystemen typischerweise Filter mit höheren Filterungsmerkmalen (zum Beispiel einer dichteren Maschenrate) umgesetzt. Wenn die Filter sauber sind, können die Poren im Substrat vollständig offen sein, folglich können die Partikel leichter durch sie hindurch gelangen und die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen und Anhaftung kann reduziert sein, wodurch die Rußerfassungsrate negativ beeinflusst wird. Jedoch kann die Verwendung von Filtern mit höherer Filterkapazität zu einem erhöhten Abgasrückdruck führen, was sich negativ auf die Motorleistung auswirken und den Kraftstoffverbrauch erhöhen kann. Auch können solche Filter erhebliche Zusatzkosten verursachen. Ein weiteres Problem ist, dass das optimale Niveau an restlichem Rußniveau am Filter mit den Betriebsbedingungen variieren kann. Zum Beispiel kann das restliche Rußniveau, das einer optimalen Emissionskontrolle während eines Kaltstarts entspricht, höher sein als das restliche Rußniveau, das für Motorbedingungen im Leerlauf optimal ist. Als Ergebnis kann das Rußniveau, das nach einer Regeneration bei einem Motorkaltstart am Filter verbleibt, während eines anschließenden Zustands des Motorleerlaufs zu ineffizienten Abgasemissionen führen. Noch weiter kann die Aschemenge, die sich nach einem Regenerationsereignis am Filter angesammelt hat, sowie die Verteilung der Asche im gesamten Filter, den Betrieb des Filters sowie den sich ergebenden Abgasrückdruck beeinflussen. Zum Beispiel kann die Gesamtlast am Filter, auch wenn das restliche Rußniveau geringer ist, falls vom vorherigen Regenerationsereignis eine erhebliche Menge an Asche im Filter übrig ist, höher als das optimale Rußniveau sein, das für eine verbesserte Emissionsqualität gewünscht wird.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren angesprochen werden, das als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Rußniveau an einem Abgaspartikelfilter geringer als ein Zielrußniveau ist, das Anpassen von einem oder mehreren von einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einem Kraftstoffeinspritzdruck, um die Rußausgabe des Motors zu erhöhen, bis sich das tatsächliche Rußniveau auf dem Zielrußniveau befindet, umfasst, wobei das Zielrußniveau auf Grundlage der Motortemperatur und der Motorlast variiert. Auf diese Weise kann ein BPF mit geringerer Filterfähigkeit verwendet werden, um einen geringeren Rückdruck zu erhalten, indem aktiv ein Niveau an restlichem Ruß am Filter beibehalten wird.
Als ein Beispiel kann ein Benzinpartikelfilter (BPF) mit einem geringeren Filterungsmerkmal (wie zum Beispiel einem Filternetz mit geringerer Dichte) mit einem Motorabgassystem gekoppelt sein. Ein optimales restliches Rußniveau (Zielniveau), das am BPF beizubehalten ist, kann durch eine Motorsteuerung auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen bestimmt werden, darunter Motortemperatur, Motordrehzahl, Motorlast, Kraftstoffzufuhrplan usw. Ein Rußniveau am BPF kann auf Grundlage von Beiträgen von einem oder mehreren dem BPF vorgelagert und/oder nachgelagert gekoppelten Drucksensoren geschätzt werden. Falls bestimmt wird, dass das Rußniveau am BPF geringer als das Zielniveau für die aktuellen Motorbetriebsbedingungen ist, können ein oder mehrere Motorstellantriebe angepasst werden, um aktiv Ruß am BPF anzusammeln. Als ein Beispiel kann ein Beginn des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts vorgezogen werden und/oder kann ein Kraftstoffverteilerdruck reduziert werden, um das Rußniveau im Abgasstrom auf Grundlage des tatsächlichen Rußniveaus relativ zum Zielrußniveau zu erhöhen. Auch kann ein Ascheniveau am BPF, das bei vorherigen Regenerationsereignissen erzeugt wurde, berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann die Rußansammlung erhöht werden, bis sich ein bestimmtes kombiniertes Ruß- und Ascheniveau am Filter auf dem Zielniveau befindet. Falls bestimmt wird, dass das aktuelle Rußniveau am BPF höher als das Zielniveau für die aktuellen Motorbetriebsbedingungen ist, kann der BPF regeneriert werden, um den überschüssigen Ruß zu entfernen. Eine Regenerationsrate kann beschränkt sein, um das Rußniveau am Filter auf das Zielniveau und nicht niedriger zu reduzieren. Auch kann, falls die Regenerationsrate höher als eine Zielrate ist, der Zündzeitpunkt verzögert werden, um die Rußerzeugung zu erhöhen, sodass das Rußniveau am Filter mit dem Zielniveau am Ende der Regeneration ins Gleichgewicht gebracht wird und nicht unterhalb des Zielniveaus fällt.
Auf diese Weise wird durch die Stütze darauf, dass das Ruß- und Ascheniveau an einem Filter die Erfassungsrate von Feinstaub (FS) an einem FS-Filter eines Abgassystems erhöht, die Abhängigkeit von teuren Filtern, die eine höhere Maschendichte aufweisen, reduziert. Durch die Verwendung von Filtern mit einer geringeren Maschendichte kann der Abgasrückdruck reduziert werden. Die Reduzierung des Rückdrucks als solche erhöht die Motorleistung und Kraftstoffeffizienz. Der technische Effekt der Beibehaltung eines restlichen Rußniveaus (Zielniveau) am BPF ist, dass die Betriebseffizienz des BPF verbessert werden kann. Durch aktives Anpassen des Zielniveaus auf Grundlage von aktuellen Motorbetriebsbedingungen kann die Leistung des Abgasemissionssystems bei allen Betriebsbedingungen, darunter Motorkaltstarts, optimiert werden. Insgesamt können durch Verwendung eines BPF mit geringerer Filterfähigkeit und durch Beibehalten eines restlichen Rußniveaus am BPF die Motoreffizienz, die Emissionsqualität und die Kraftstoffeffizienz in einem Benzinmotorsystem verbessert werden. Außerdem können bei Verwendung eines günstigeren Filters eine Abgasrußsteuerung und Abgasrückdrucksteuerung erreicht werden.
Es versteht sich, dass die vorangehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um auf vereinfachte Art und Weise eine Auswahl an Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder maßgebliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands festzustellen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die ausführliche Beschreibung definiert ist. Zudem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, welche die vorangehenden oder in jedwedem Teil dieser Offenbarung angemerkten Nachteile beheben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein beispielhaftes Motorsystem mit einem Benzinpartikelfilter (BPF).
2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das angewandt werden kann, um ein gewünschtes Ruß- und Ascheniveau am BPF auf Grundlage von aktuellen Motorbetriebsbedingungen beizubehalten.
3 zeigt ein Beispiel für Anpassungen der Motorbetriebsparameter, um das gewünschte Ruß- und Ascheniveau gemäß der vorliegenden Offenbarung beizubehalten.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Beibehalten eines Zielrußniveaus an einem Benzinpartikelfilter (BPF) auf Grundlage von aktuellen Motorbetriebsbedingungen, um die Emissionsqualität zu verbessern. Ein Benzinpartikelfilter mit geringerer Filterfähigkeit kann in einem Motorsystem verwendet werden, wie in 1 gezeigt. Eine Motorsteuerung kann konfiguriert sein, um eine Steuerroutine durchzuführen, wie zum Beispiel eine beispielhafte Routine aus 2, um einen oder mehrere Motorbetriebsparameter anzupassen, um ein gewünschtes Ruß- und Ascheniveau am BPF, das von der Steuerung bestimmt wurde, beizubehalten. Ein Beispiel für solche Anpassungen zur Beibehaltung des gewünschten Ruß- und Ascheniveaus wird in 3 gezeigt.
1 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer Brennkammer oder eines Zylinders des Verbrennungsmotors 10 dar. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das die Steuerung 12 beinhaltet, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (d. h. die Brennkammer) 14 des Verbrennungsmotors 10 kann Brennkammerwände 136 einschließen, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassmotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
Der Zylinder 14 kann Ansaugluft über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 empfangen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren. Der Ansaugkanal 144 kann eine Drossel 162 mit einer Drosselklappe 164 umfassen. In diesem konkreten Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 164 durch die Steuerung 12 über ein Signal variiert werden, welches einem Elektromotor oder einem Stellglied bereitgestellt wird, den/das die Drossel 162 umfasst, wobei es sich um eine Konfiguration handelt, die gemeinhin als eine elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 162 betrieben werden, um die Ansaugluft zu variieren, die unter anderen Zylindern des Verbrennungsmotors der Brennkammer bereitgestellt wird. Die Stellung der Drosselklappe 64 kann der Steuerung 12 durch ein Drosselstellungssignal TP bereitgestellt werden. Der Ansaugluftkanal 142 kann den Ansauglufttemperatur-(IAT)-Sensor und den Atmosphärendruck-(BP)-Sensor beinhalten. Der IAT-Sensor schätzt die Ansauglufttemperatur zur Verwendung während des Motorbetriebs und stellt der Steuerung 12 ein Signal bereit. Ebenso schätzt der BP-Sensor den Umgebungsdruck für den Motorbetrieb und stellt der Steuerung 12 ein Signal bereit. Der Ansaugkanal 142 kann ferner einen Luftmassenstromsensor und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen der entsprechenden MAF- und MAP-Signale an die Steuerung 12 einschließen.
Ein Abgassensor 126 ist an den Abgaskanal 148 stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 70 gekoppelt gezeigt. Bei dem Sensor 126 kann es sich um einen beliebigen Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) des Abgases handeln, so zum Beispiel um eine lineare Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor, Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), eine Zweizustands-Lambdasonde oder EGO-Sonde, eine HEGO-Sonde (beheizte EGO-Sonde), einen NOx-, HC- oder CO-Sensor. Ein Sauerstoffsensor kann verwendet werden, um das AFR für Einlass- und Abgas zu schätzen. Auf Grundlage der AFR-Schätzung können Motorbetriebsparameter, z. B. die Kraftstoffzufuhr, reguliert werden.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Zum Beispiel wird der Zylinder 14 als mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156 beinhaltend gezeigt, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders 14 befinden. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10, einschließend den Zylinder 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile einschließen, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders befinden.
Das Einlassventil 150 kann über den Stellantrieb 152 von der Steuerung 12 gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über den Stellantrieb 154 von der Steuerung 12 gesteuert werden. Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Stellantrieben 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen der entsprechenden Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position von Einlassventil 150 und Auslassventil 156 kann durch entsprechende Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden. Die Ventilstellantriebe können vom Typ der elektrischen Ventilbetätigung oder dem Typ der Nockenbetätigung oder eine Kombination davon sein. Die Einlass- und die Auslassventilansteuerung können gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenansteuerung, zur variablen Auslassnockenansteuerung, zur dualen unabhängigen variablen Nockenansteuerung oder zur festgelegten Nockenansteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann ein oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere der Folgenden verwenden: Nockenprofilverstell- (cam profile switching – CPS), variable Nockenansteuerungs- (variable cam timing – VCT), variable Ventilansteuerungs- (variabel valve timing – VVT) und/oder variable Ventilhubsysteme (variable valve lift – VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Beispielsweise kann Zylinder 14 alternativ ein über elektronische Ventilansteuerung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenansteuerungssysteme gesteuertes Auslassventil beinhalten, die CPS und/oder VCT beinhalten. Bei anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilstellantrieb oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder einen Stellantrieb oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilansteuerung oder gesteuert werden.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 eine Zündkerze 192 einschließen, um die Verbrennung zu initiieren. Das Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA von der Steuerung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch entfallen, wie etwa, wenn der Motor 10 die Verbrennung durch eine Selbstzündung oder durch das Einspritzen von Kraftstoff initiieren kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen konfiguriert sein, um dafür Kraftstoff bereitzustellen. Als nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 14 so dargestellt, dass er zwei Einspritzvorrichtungen 166 und 170 umfasst. Die Einspritzvorrichtung 166 ist in der Darstellung direkt mit dem Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW-1, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Einspritzvorrichtung 166 das bereit, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 14 bekannt ist. Zwar zeigt 1 die Einspritzvorrichtung 166 als seitliche Einspritzvorrichtung, jedoch kann sie auch über dem Kolben angeordnet sein, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192.
Eine solche Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem alkoholbasierten Kraftstoff betrieben wird, da einige alkoholbasierte Kraftstoffe eine geringere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 über das Hochdruckkraftstoffsystem 172, einschließend einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen, einen Kraftstoffverteiler und einen Treiber 168, zugeführt werden. Alternativ kann der Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck durch eine einstufige Kraftstoffpumpe zugeführt werden, wobei hier die Zeitsteuerung der direkten Kraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstakts stärker begrenzt sein kann als bei einer Verwendung eines Hochdruckkraftstoffsystems. Ferner kann der Kraftstofftank, wenngleich nicht gezeigt, einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 ist in der Darstellung in dem Einlasskanal 146 statt im Zylinder 14 in einer Konfiguration angeordnet, welche die sogenannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in den Einlasskanal bereitstellt, der dem Zylinder 14 nachgelagert ist. Die Einspritzvorrichtung 170 kann Kraftstoff proportional zur Pulsbreite eines Signals FPW-2 einspritzen, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 171 empfangen wird. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 durch das Kraftstoffsystem 172 geliefert werden.
Der Kraftstoff kann während eines einzigen Takts des Zylinders durch beide Einspritzvorrichtungen dem Zylinder zugeführt werden. Zum Beispiel kann jede Einspritzvorrichtung einen Teil der Gesamtkraftstoffeinspritzung bereitstellen, die im Zylinder 14 verbrannt wird. Ferner können die Verteilung und/oder die relative Menge von Kraftstoff, der von jeder Einspritzvorrichtung bereitgestellt wird, mit den Betriebsbedingungen wie etwa Motorlast und/oder Klopfen, wie hier nachfolgend beschrieben, variieren.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dies beinhaltet Unterschiede in Bezug auf die Größe, zum Beispiel kann eine Einspritzvorrichtung eine größere Einspritzöffnung als die andere aufweisen. Andere Unterschiede beinhalten u. a. unterschiedliche Spritzwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, unterschiedliche Zielsetzungen, unterschiedliche Einspritzzeitpunkte, unterschiedliche Spritzeigenschaften, unterschiedliche Positionen usw. Darüber hinaus können je nach Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs unter den Einspritzvorrichtungen 170 und 166 unterschiedliche Wirkungen erzielt werden.
Der Kraftstofftank in dem Kraftstoffsystem 172 kann Kraftstoff mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten, zum Beispiel mit unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Diese Unterschiede können verschiedene Alkoholgehalte, verschiedene Oktanzahlen, verschiedene Verdampfungswärmen, verschiedene Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. beinhalten.
Die Emissionssteuervorrichtung 70 ist in der Darstellung dem Abgassensor 126 nachgelagert entlang des Abgaskanals 148 angeordnet. Bei der Vorrichtung 70 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, diverse andere Emissionssteuervorrichtungen und Kombinationen davon handeln. Ein Benzinpartikelfilter (BPF) 72 kann mit dem Abgaskanal 148 der Emissionssteuervorrichtung 70 nachgelagert gekoppelt sein. Ein erster Drucksensor 76 kann mit dem Abgaskanal dem BPF 72 vorgelagert gekoppelt sein und ein zweiter Drucksensor 78 kann mit dem Abgaskanal 148 dem BPF 72 nachgelagert gekoppelt sein. Auch kann ein erster Temperatursensor 77 mit dem Abgaskanal dem BPF 72 vorgelagert gekoppelt sein und kann ein zweiter Temperatursensor 79 mit dem Abgaskanal 148 dem BPF 72 nachgelagert gekoppelt sein.
Der BPF 72 kann eine Außenabdeckung umfassen, die darin eine monolithische (wabenförmige) Struktur einschließt. Die monolithische Struktur kann aus einzelnen Zellen mit alternierenden Ausrichtungen bestehen, sodass Feinstaub (Ruß), der im Abgasstrom vorhanden ist, in bestimmten spezifischen (erster Satz) Zellen, die als Einlasskanäle agieren, festgehalten werden kann, während das Abgas einen zweiten Satz an Zellen, die als Auslasskanäle agieren, ungehindert passieren kann. Während der Verbrennung kann in den Motorzylindern Ruß erzeugt werden und das Niveau der Rußerzeugung kann bei unvollständigen Verbrennungsereignissen zunehmen. Das Rußniveau am BPF kann durch Regenerieren des BPF auf ein gewünschtes Niveau entfernt werden, wobei höhere Temperatur eines Stromkreises verwendet werden können, um das angesammelte Rußniveau zu verbrennen. Bei der Regeneration des BPF, während der Ruß verbrennt, kann Asche erzeugt werden, die sich im BPF ansammelt.
Aufgrund der dichten monolithischen Struktur des BPF kann ein Rückdruck im Abgassystem erzeugt werden, der sich negativ auf die Motorleistung und Kraftstoffökonomie auswirken kann. Um den Rückdruck zu reduzieren, kann der BPF mit einem niedrigeren Filterparameter konfiguriert werden. Zum Beispiel kann der BPF eine geringere Filterfähigkeit aufweisen, mit weniger Zellen, die die monolithische Struktur umfassen. Auch können durch Verwendung eines BPF mit geringerer Filterfähigkeit die Komponentenkosten reduziert werden. Um eine Rußerfassungsrate am BPF oberhalb einer Schwellenerfassungsrate beizubehalten, sodass sich die Emissionsqualität nicht verschlechtern kann, muss möglicherweise ein Zielrußniveau am BPF beibehalten werden. Die Ziellast kann auf Grundlage einer oder mehrerer Motorbetriebsbedingungen wie zum Beispiel jedem von einer Motortemperatur, einer Motordrehzahl, einer Motorlast und einem Kraftstoffzufuhrplan ausgewählt werden. Zum Beispiel kann die Ziellast im Speicher der Motorsteuerung in einer Nachschlagetabelle als eine Funktion der Motorlast, Motordrehzahl und Motortemperatur gespeichert werden. Die Ziellast kann mit einem Rückgang der Motortemperatur, einer Erhöhung der Motordrehzahl und einer Erhöhung der Motorlast erhöht werden. Auch kann ein Ascheniveau am BPF in der Steuerung auf Grundlage von Filterregenerationsparametern geschätzt werden und das Zielrußniveau kann ferner auf dem geschätzten Ascheniveau basieren, um ein aggregiertes Asche- und Rußniveau des BPF innerhalb eines Schwellenniveaus zu halten. In einem Beispiel kann das Ascheniveau auf Grundlage von jedem von der gemessenen und/oder geschätzten Rußlast am BPF zum Zeitpunkt der Filterregeneration, Abgastemperatur und Abgasstromrate durch den Filter während der Filterregeneration sowie einer Dauer der Filterregeneration geschätzt werden. In diesem Beispiel ist die bestimmte Menge an Asche eine andere Menge als die bestimmte Menge an Ruß.
Ein aktuelles Rußniveau am BPF kann auf Grundlage von Beiträgen von einem oder mehreren von den Drucksensoren 76, 78 und Temperatursensoren 77 und 79, die dem BPF vorgelagert und nachgelagert mit dem Abgaskanal gekoppelt sind, geschätzt werden. Zum Beispiel kann die Rußlast des BPF als eine Funktion des Druckunterschieds und/oder Temperaturunterschieds durch den BPF bestimmt werden, wobei sich die geschätzte Rußlast erhöht, wenn sich der Druckunterschied erhöht. Falls bestimmt wird, dass das Rußniveau am BPF geringer als das Zielniveau für die aktuellen Motorbetriebsbedingungen ist, können ein oder mehrere Motorstellantriebe angepasst werden, um die Abgasrußerzeugung und Rußansammlung am BPF aktiv auf das Zielniveau zu erhöhen. In einem Beispiel beinhaltet das Anpassen eines oder mehrerer Motorstellantriebe das Anpassen von einem oder mehreren von einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einem Kraftstoffverteilerdruck, um das tatsächliche Rußniveau aktiv auf das Zielrußniveau anzuheben. Als ein Beispiel kann ein Beginn des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts vorgezogen werden und/oder kann ein Kraftstoffverteilerdruck reduziert werden, um eine vollständige Verbrennung an den Zylindern zu bewirken, wodurch ein höheres Rußniveau erzeugt werden kann. Ein Grad des Vorziehens des Beginns des Einspritzzeitpunktes und ein Grad der Reduzierung des Kraftstoffverteilerdrucks können erhöht werden, während sich der Unterschied zwischen dem Zielrußniveau und dem tatsächlichen Rußniveau erhöht. Auch kann als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Rußniveau am BPF höher als das Zielrußniveau ist, die Filterregeneration initiiert werden, und die Filterregeneration kann gestoppt werden, wenn das tatsächliche Rußniveau auf das Zielrußniveau reduziert ist. Auch kann, falls die Regenerationsrate höher als eine Schwellenrate ist, der Zündzeitpunkt verzögert werden, um die Rußerzeugung zu erhöhen, sodass nach dem Regenerationsprozess das BPF-Rußniveau nicht unterhalb des Zielniveaus fällt. Eine detaillierte Beschreibung eines Verfahrens zum Beibehalten eines gewünschten Rußniveaus am BPF wird unter Bezugnahme auf 2 besprochen.
Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer dargestellt, zu dem eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, in diesem konkreten Beispiel als Nurlesespeicher 110 dargestellt, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und ein Datenbus gehören. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung des BPF-Rußniveaus von den Abgassystemdruck- und -temperatursensoren 76, 77, 78 und 79, von eingeleitetem Luftmassenstrom (MAF) von einem Luftmassenstromsensor 122; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 116, der mit einer Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder anderer Art), der mit einer Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor; und eines Ansaugkrümmer-Absolutdruck-Signals (MAP) von einem Sensor 124. Das Motordrehzahlsignal RPM kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal (MAP) vom Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe von Unterdruck oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Stellantriebe aus 1 ein, um den Motorbetrieb basierend auf den empfangenen Signalen und Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung 12 gespeichert sind, einzustellen. In einem Beispiel kann die Steuerung 12 ein Rußniveau am BPF auf Grundlage von Signalen schätzen, die von einem oder mehreren Abgaskanaldruck- und -temperatursensoren 76, 77, 78 und 79 empfangen wurden, und auf Grundlage eines Unterschieds zwischen dem geschätzten BPF-Rußniveau und einem Zielrußniveau kann die Steuerung ein Signal an einen oder mehrere Motorstellantriebe senden, um das BPF-Rußniveau auf dem Zielniveau zu halten. Als ein Beispiel kann die Steuerung 12, falls das geschätzte BPF-Rußniveau geringer als das Zielniveau ist, ein Pulsbreitensignal an einen elektronischen Treiber senden, der mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gekoppelt ist, um den Beginn des Einspritzzeitpunktes vorzuziehen. Falls das geschätzte BPF-Rußniveau höher als das Zielniveau ist, kann die Steuerung 12 ein Signal an einen elektrischen Schalter eines Stromkreises, der mit dem BPF gekoppelt ist, senden, um den Stromkreis zu schließen und einen BPF-Regenerationsprozess initiieren, um das BPF-Rußniveau auf das Zielniveau zu senken. Auch kann die Steuerung 12 während des Regenerationsprozesses ein Signal an die Zündkerze 192 senden, um den Zündzeitpunkt zu verzögern.
Auf diese Weise stellt das System aus 1 ein Motorsystem bereit, umfassend: einen Motor, beinhaltend einen Zylinder, einen Abgaskanal, der Verbrennungsgase vom Zylinder empfängt, einen Benzinpartikelfilter (BPF), der eine Filtermaschendichte aufweist, die geringer als Schwelle ist, mit dem Abgaskanal gekoppelt, einen oder mehrere Drucksensoren, die mit dem BPF gekoppelt sind, einen oder mehrere Temperatursensoren, die mit dem BPF gekoppelt sind, ein Kraftstoffzufuhrsystem, beinhaltend einen Kraftstoffverteiler, einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Abgabe von Kraftstoff an den Motorzylinder, und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, um: eine tatsächliche Rußlast des BPF auf Grundlage von Beiträgen von dem einem oder den mehreren Drucksensoren und Temperatursensoren zu folgern, und, wenn die tatsächliche Rußlast unter die Ziellast fällt, die Rußausgabe durch den Motor zu erhöhen, indem ein Zeitpunkt der Betätigung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgezogen wird oder ein Druck des Kraftstoffverteilers reduziert wird, bis sich die tatsächliche Rußlast an der Ziellast befindet.
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 200, das umgesetzt werden kann, um ein gewünschtes Ruß- und Ascheniveau an einem Benzinpartikelfilter (BPF) (wie zum Beispiel dem BPF 72 in 1) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen zu halten. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 200 und der übrigen hier beinhalteten Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie beispielsweise den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren Motorbetätigungselemente des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb einzustellen.
Bei 202 schließt die Routine ein Schätzen und/oder Messen von aktuellen Motorbetriebsbedingungen ein. Beurteilte Bedingungen können zum Beispiel den Fahrerdrehmomentbedarf, die Motortemperatur, die Motorlast, die Motordrehzahl, die Drosselposition, den Abgasdruck, das Verhältnis von Abgasluft zu Kraftstoff usw. beinhalten.
Auf Grundlage der aktuellen Motorbetriebsbedingungen kann ein optimales Rußniveau am BPF ausgewählt und beibehalten werden, um eine verbesserte BPF-Leistung und Emissionsqualität bereitzustellen. Durch Beibehalten eines Zielrußniveaus am BPF kann die Erfassungsrate der vom Motor erzeugten Rußpartikel am BPF erhöht werden. Insbesondere kann bei 204 ein am BPF gewünschtes Zielrußniveau auf Grundlage der aktuellen Motorbetriebsbedingungen und des Kraftstoffzufuhrplans bestimmt werden. In einem Beispiel bestimmt die Routine das Ziel-BPF-Rußniveau auf Grundlage von einem oder mehreren von Motortemperatur, Motorlast und Motordrehzahl. Die Steuerung kann das Ziel-BPF-Rußniveau durch eine Bestimmung bestimmen, die eine geschätzte Motortemperatur, Motorlast, Motordrehzahl und einen aktuellen Kraftstoffzufuhrplan direkt berücksichtigt. Die Motortemperatur, Motorlast und Motordrehzahl können direkt über Motorsensoren wie zum Beispiel einem Abgastemperatursensor, Hall-Effekt-Sensor usw. gemessen werden oder auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen bestimmt werden. Die Steuerung kann alternativ das Ziel-BPF-Rußniveau auf Grundlage einer Rechnung unter Verwendung einer Nachschlagetabelle bestimmen, wobei der Beitrag eines oder mehrere von Motortemperatur, Motorlast und Motordrehzahl ist und die Leistung das entsprechende Ziel-BPF-Rußniveau ist. In einem Beispiel wird das Zielrußniveau bei Motorstartbedingungen, wenn sich die Motortemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl unterhalb einer Schwellendrehzahl befindet, auf ein erstes Zielrußniveau gesetzt, das Zielrußniveau während Motorleerlaufbedingungen, wenn sich die Motortemperatur oberhalb der Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl unterhalb der Schwellendrehzahl befindet, auf ein zweites Zielrußniveau gesetzt, und das Zielrußniveau auf ein drittes Zielrußniveau gesetzt, wenn sich die Motortemperatur oberhalb der Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl oberhalb der Schwellendrehzahl befindet. Das erste, zweite und dritte Zielrußniveau können sich voneinander unterscheiden. In einem Beispiel kann das erste Zielrußniveau geringer als das zweite Zielrußniveau sein und kann das zweite Zielrußniveau geringer als das dritte Zielrußniveau sein. In einem anderen Beispiel kann das zweite Zielrußniveau geringer als das erste Zielrußniveau und höher als das dritte Rußniveau sein. Auch können Variablen, darunter die BPF-Mittelbett-Temperatur (gemessen und/oder modelliert), die Luftänderungstemperatur, der Kraftstoffeinspritzplan (z. B. Nutzung von geteilter Einspritzung, Anwesenheit von einem oder mehreren von Einlass- und Kompressionsdirekteinspritzungen) das Zielrußniveau beeinflussen. Auf Grundlage von jeder von den genannten Variablen kann es ein einmaliges Ruß- und/oder Ascheziel geben, das zu einer optimalen Kombination aus Motorrußausgabe und Partikelfiltereffizienz führen würde. Als ein Beispiel kann ein erstes Zielrußniveau auf einem Kraftstoffeinspritzplan während der Motorstartbedingungen basieren, kann ein zweites Zielrußniveau auf dem Kraftstoffeinspritzplan während der Motorleerlaufbedingungen basieren und kann ein drittes Zielrußniveau auf dem Kraftstoffeinspritzplan basieren, wenn sich die Motortemperatur oberhalb der Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl oberhalb der Schwellendrehzahl befindet, wobei der Kraftstoffeinspritzplan eines oder mehrere von einem Teilungsverhältnis des mit dem Saugrohr eingespritzten Kraftstoffs relativ zu direkt eingespritztem Kraftstoff, einem Teilungsverhältnis des im Verdichtungstakt direkt eingespritzten Kraftstoff relativ zu im Ansaugtakt direkt eingespritztem Kraftstoff und einer Anzahl der direkten Einspritzungen im Verdichtungstakt pro Kraftstoffzufuhrereignis beinhaltet.
Bei 206 kann ein aktuelles Rußniveau am BPF auf Grundlage von einem oder mehreren Abgaskanaltemperatur- und -drucksensoren (wie zum Beispiel den Sensoren 76, 77, 78 und 79 in 1), die dem BPF vorgelagert und/oder nachgelagert gekoppelt sind, geschätzt werden. Zum Beispiel kann der Druckunterschied und/oder Temperaturunterschied durch den BPF (auf Grundlage von Beiträgen der Druck- und Temperatursensoren) geschätzt werden und kann die Rußlast des BPF als eine Funktion des Druckunterschieds und/oder Temperaturunterschieds bestimmt werden. Wenn die Rußlast am BPF zunimmt, kann es eine entsprechende Erhöhung des Druck- und Temperaturunterschieds durch den BPF geben.
Bei 208 kann das aktuelle (geschätzte) BPF-Rußniveau mit dem Zielrußniveau verglichen werden und es kann ein Unterschied zwischen dem aktuellen BPF-Rußniveau und dem Zielrußniveau bestimmt werden. Bei 210 umfasst die Routine das Bestimmen, ob das aktuelle BPF-Rußniveau gleich dem Zielrußniveau ist. Alternativ kann bestimmt werden, ob der Unterschied zwischen dem aktuellen BPF-Rußniveau und dem Zielrußniveau geringer als eine Schwelle ist.
Falls bestimmt wird, dass das aktuelle BPF-Rußniveau gleich dem Zielrußniveau ist oder dass der Unterschied geringer als die Schwelle ist, kann gefolgert werden, dass keine weitere Änderung des BPF-Rußniveaus erforderlich ist, um die Emissionsqualität zu verbessern. Daher kann bei 212 der aktuelle Motorbetrieb mit bestehenden Motorbetriebsparametern fortgesetzt werden. Dies beinhaltet das fortgesetzte Ansammeln von Abgasruß am BPF, während sich der Motorbetrieb ändert, und das Initiieren der Filterregeneration, wenn das Rußniveau am BPF höher als ein Regenerationsschwellenniveau ist. Während dieser Zeit wird Abgasruß während des Motorbetriebs erzeugt, aber die Abgasrußerzeugung ist nicht aktiv erhöht.
Falls bestimmt wird, dass das BPF-Rußniveau nicht gleich dem Zielrußniveau ist oder dass der Unterschied (zwischen dem aktuellen BPF-Rußniveau und dem Zielrußniveau) höher als die Schwelle ist, kann gefolgert werden, dass der BPF-Betrieb betroffen sein kann. Bei 214 kann die Routine das Bestimmen umfassen, ob das aktuelle BPF-Rußniveau höher als das Zielrußniveau ist. Falls bestimmt wird, dass das aktuelle BPF-Rußniveau höher als das Zielrußniveau ist, können ein oder mehrere Motorstellantriebe wie zum Beispiel ein elektrischer Schalter an einem Stromkreis, der mit dem BPF gekoppelt ist, betätigt werden, um die aktuelle BPF-Rußlast zu reduzieren. Auch kann eine Vielzahl von Motorbetriebsparametern angepasst werden, um die Abgastemperatur zu erhöhen, die als Wärmequelle zum Starten des Regenerationsprozesses verwendet werden kann.
Um das BPF-Rußniveau auf das Zielniveau zu reduzieren, kann die Steuerung bei 216 die BPF-Regeneration initiieren. Um die BPF-Regeneration zu starten, kann die Steuerung ein Signal zum Schließen des Schalters an einem Stromkreis, der mit dem BPF gekoppelt ist, senden. Durch Schließen des Schalters kann elektrischer Strom durch den Kreis und durch den BPF fließen. Der elektrische Strom kann die Temperatur am BPF erhöhen, was das Verbrennen des am BPF abgelagerten Rußes vereinfachen kann. Mit fortschreitender Regeneration kann sich das Rußniveau am BPF stetig reduzieren. Die Dauer der Regeneration, die Temperatur (direkt proportional zum elektrischen Strom, der durch den Kreis fließt) des BPF und die Sauerstoffzufuhr an den BPF können die Regenerationsrate des BPF (Grad des Rückgangs des Rußniveaus) regeln. In einem Beispiel kann sich die Regenerationsrate (Rate des Rückgangs des Rußniveaus) mit einem oder mehreren von einer Erhöhung der Dauer der Regeneration, einer Erhöhung der BPF-Temperatur (Größe des elektrischen Stroms, der durch den Stromkreis fließt und/oder Grad der Änderung der Motorbetriebsparameter) und einer Erhöhung der Sauerstoffzufuhr an den BPF erhöhen. Daher können eines oder mehrere von der Regenerationsdauer, der BPF-Temperatur und der BPF-Sauerstoffzufuhr entsprechend erhöht werden, um die Regenerationsrate des BPF zu erhöhen. Während der Ruß am BPF verbrannt wird, kann Asche erzeugt werden, die sich im BPF ablagern kann.
Sobald die BPF-Regeneration durch Betätigung des Schalters initiiert worden ist, kann sich die Temperatur des BPF auf ein höheres als ein gewünschtes Niveau erhöhen, was eine erhöhte Rate der Rußregeneration bewirkt. Falls die Regenerationsrate über ein gewünschtes Niveau hinaus steigt, kann eine größere als erwartete Rußlast verbrannt werden und das BPF-Rußniveau kann folglich unter das Zielniveau fallen. Daher kann während der BPF-Regeneration bei 217 eine Rate der Rußerzeugung (am Motor) durch Verzögerung des Zündzeitpunkts opportunistisch erhöht werden, um das BPF-Rußniveau am Zielniveau zu halten (und nicht mehr weiter zu reduzieren). Die Steuerung kann ein Signal an einen Stellantrieb senden, der mit der Zündkerze gekoppelt ist, um den Zündzeitpunkt zu verzögern. In einem Beispiel kann eine Rate der BPF-Regeneration auf Grundlage der BPF-Temperatur und/oder Regenerationsdauer gefolgert werden und als Reaktion darauf, dass die Rate der Filterregeneration höher als eine Schwellenrate ist (mit einem erhöhten Risiko, dass das BPF-Rußniveau unter das Zielniveau fällt), kann der Zündzeitpunkt verzögert werden, um die Rußerzeugung am Motor zu erhöhen, während der Filter weiter regeneriert wird. Die angewandte Menge der Zündverzögerung kann erhöht werden, wenn die Rate der Filterregeneration die Schwellenrate übersteigt.
Bei 218 umfasst die Routine das Bestimmen, ob das aktuelle BPF-Rußniveau aufgrund des Regenerationsprozesses das Zielrußniveau erreicht hat. Falls bestimmt wird, dass das BPF-Rußniveau das Zielniveau nicht erreicht hat und immer noch höher als das Zielniveau ist, dann kann bei 220 die BPF-Regeneration fortgesetzt werden. Falls bestimmt wird, dass das aktuelle BPF-Rußniveau das Zielniveau erreicht hat, kann der Regenerationsprozess bei 222 beendet werden. Um die Regeneration zu beenden, kann die Steuerung ein Signal zum Betätigen des Schalters in eine offene Position, um den Fluss des elektrischen Stroms durch den BPF auszusetzen, senden.
Falls bei 214 bestimmt wird, dass das BPF-Rußniveau nicht höher als das oder gleich dem Zielrußniveau ist, kann bei 224 gefolgert werden, dass das aktuelle BPF-Rußniveau geringer als das Zielrußniveau ist. Für eine optimale Leistung des BPF kann das Rußniveau am BPF aktiv auf das Zielniveau erhöht werden. Da der BPF-Betrieb auch vom BPF-Ascheniveau abhängen kann, kann bei 226 ein Ascheniveau am BPF auf Grundlage der Dauern und Regenerationstemperaturen, die für vorherige (eines oder mehrere) Regenerationsereignisse am BPF verwendet wurden, während deren Asche durch Verbrennen des Rußes produziert worden sein kann, geschätzt werden. Die Dauer und Temperatur eines Regenerationsereignisses kann auf einer gewünschten Regenerationsrate basieren, sodass eine Menge an Ruß verbrannt werden kann, die ermöglicht, dass das BPF-Rußniveau auf das Zielniveau reduziert wird. Während die Dauer jedes Regenerationsereignisses zunimmt und während die Abgastemperatur zum Zeitpunkt der Regeneration zunimmt, nimmt die Menge an verbranntem Ruß zu und nimmt auch die Menge an Asche, die sich am BPF ansammelt, entsprechend zu. Auch können BPF-Niveaus vor der Initiierung des Regenerationsereignisses berücksichtigt werden, um die Menge an verbranntem Ruß und die Menge an produzierter Asche während jedes Regenerationsereignisses zu bestimmen. Zum Beispiel nimmt die Rußlast ab und nimmt die Aschelast am BPF zu, während sich die Menge an bei einer Regeneration verbranntem Ruß erhöht. Zusätzlich oder alternativ kann eine Kombination aus Asche und Rußlast am BPF auf Grundlage von Beiträgen von einem oder mehreren Druck- und Temperatursensoren, die dem BPF vorgelagert und/oder nachgelagert mit dem Abgaskanal gekoppelt sind, geschätzt werden. Es kann ein einmaliges Aschemodell verwendet werden, um die Aschelast am BPF zu schätzen. Nach mehreren Regenerationen über einen verlängerten Zeitraum kann eine erhebliche Menge an Asche am BPF abgelagert sein, was einen erheblichen Einfluss auf den BPF-Betrieb haben kann. Auch kann durch natürlichen Ölverbrauch während verschiedener Motorbetriebsbedingungen eine erhebliche Menge an Asche am BPF abgelagert werden. Daher kann durch Berücksichtigen der Aschelast der Abgasrückdruck im Motor besser gesteuert werden.
Bei 228 beinhaltet die Routine das Bestimmen, ob das Ascheniveau am BPF höher als ein Schwellenascheniveau ist. Falls bestimmt wird, dass das Ascheniveau am BPF höher als das Schwellenniveau ist, kann gefolgert werden, dass, auch wenn das BPF-Rußniveau geringer als das Zielniveau ist, das Ascheniveau, das höher als die Schwelle ist, für die Bereitstellung der gewünschten BPF-Funktionalität ausreichend sein kann. In der Anwesenheit eines Ascheniveaus am BPF, das höher als die Schwelle ist, wird eine aktive Erzeugung von Ruß möglicherweise nicht gewünscht, da dies einen Anstieg an unerwünschtem Abgasrückdruck erzeugen kann. Daher kann der aktuelle Motorbetrieb als Reaktion auf die Erfassung eines Ascheniveaus am BPF, das höher als die Schwelle ist, bei 230 fortgesetzt werden, ohne Änderungen an den Motorbetriebsparametern vorzunehmen.
Falls bestimmt wird, dass das aktuelle Ascheniveau geringer als das Schwellenniveau ist, kann bei 232 das BPF-Rußniveau aktiv erhöht werden, indem ein oder mehrere Motorbetriebsparameter angepasst werden, um die Abgasrußerzeugung zu erhöhen. In einem Beispiel, bei 234, kann der Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung vorgezogen werden, was zu einer unvollständigen Verbrennung von Benzin führen kann, was zu einer höheren Rußerzeugung führt. Die Steuerung kann ein Pulsbreitensignal an einen elektronischen Treiber senden, der mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gekoppelt ist, um den Beginn des Einspritzzeitpunktes vorzuziehen. Das Vorziehen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes kann das Vorziehen von einem oder mehreren von einem Beginn des Einspritzzeitpunktes, einem Ende des Einspritzzeitpunktes und einer durchschnittlichen Einspritzzeit beinhalten. Auch kann bei 236 der Kraftstoffverteilerdruck reduziert werden, um den Kraftstoffzufuhrplan zu ändern, was zu einer unvollständigen Verbrennung und erhöhter Rußerzeugung führen kann. In einem Beispiel kann die Steuerung ein Signal an die Kraftstoffpumpe senden, um die Pumpenleistung zu verändern, um den Kraftstoffverteilerdruck zu reduzieren. Der Grad des Vorziehens des Beginns des Einspritzzeitpunktes und/oder das Maß der Reduzierung des Kraftstoffverteilerdrucks können auf dem Unterschied zwischen dem aktuellen BPF-Rußniveau und dem Zielrußniveau basieren und können durchgehend verändert werden, während sich der Unterschied ändert. In einem Beispiel können der Grad des Vorziehens des Beginns des Einspritzzeitpunktes und/oder das Maß der Reduzierung des Kraftstoffverteilerdrucks mit einer Erhöhung des Unterschieds zwischen dem tatsächlichen BPF-Rußniveau und dem Zielrußniveau erhöht werden. Ebenso können der Grad des Vorziehens des Beginns des Einspritzzeitpunktes und/oder das Maß der Reduzierung des Kraftstoffverteilerdrucks mit einer Reduzierung des Unterschieds zwischen dem tatsächlichen BPF-Rußniveau und dem Zielrußniveau reduziert werden. Auf diese Weise können ein oder mehrere Motorbetriebsparameter angepasst werden, bis das tatsächliche BPF-Niveau das Zielrußniveau erreicht.
Sobald das tatsächliche BPF-Rußniveau das Zielrußniveau erreicht, können bei 238 für eine optimale Leistung des BPF das kombinierte BPF-Rußniveau und das Ascheniveau auf dem Zielrußniveau gehalten werden. Das Zielniveau kann sich auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen ändern und die Rußerzeugung und/oder BPF-Regeneration kann aktiv angepasst werden, um das aktuelle Rußniveau auf dem entsprechenden Zielniveau zu halten.
In alternativen Beispielen kann anstelle der individuellen Beurteilung der Rußlast und der Aschelast eine aggregierte Ruß- und Aschelast am BPF beobachtet und für einen optimalen Betrieb des BPF auf einem Schwellenniveau gehalten werden. Die Aschelast am BPF kann auf Grundlage von Faktoren wie zum Beispiel Dauern und Regenerationstemperaturen, die für vorherige BPF-Regenerationsereignisse verwendet wurden, und BPF-Rußniveaus vor der Initiierung des Regenerationsereignisses geschätzt werden. Die Menge an verbranntem Ruß und die Menge an produzierter Asche können aus den vorstehend genannten Faktoren gefolgert werden. Die Rußlast kann auf Grundlage eines Druckunterschieds durch den Partikelfilter gefolgert werden. Als Reaktion darauf, dass eine aggregierte Asche- und Rußlast eines Abgaspartikelfilters geringer als eine Schwellenlast ist, kann die Motorrußausgabe erhöht werden, bis sich die aggregierte Last auf der Schwellenlast befindet, und als Reaktion darauf, dass die aggregierte Last höher als die Schwellenlast ist, kann der Filter regeneriert werden, während der Zündzeitpunkt verzögert wird, bis sich die aggregierte Last auf der Schwellenlast befindet. Der Zündzeitpunkt kann während des Regenerationsprozesses verzögert werden, um die Rußerzeugung am Motor zu erhöhen, sodass ein höheres als gewünschtes Rußniveau nicht verbrannt wird und während einer erhöhten Regenerationsrate kein höheres Niveau an Asche erzeugt wird. Daher beinhaltet das Regenerieren des Filters während des Verzögerns des Zündzeitpunktes das Verzögern des Zündzeitpunktes um eine Menge, die proportional zu einer Regenerationsrate des Filters ist, während der Filter weiter regeneriert wird. Eine Rate der Rußerzeugung (durch Verzögerung des Zündzeitpunktes) und BPF-Regeneration (die einen Rückgang des Rußniveaus und eine Erhöhung des Ascheniveaus bewirkt) kann gleichzeitig angepasst werden, um ein kombiniertes Ruß- und Aschezielniveau am BPF beizubehalten. Für eine gegebene Motorbetriebsbedingung kann sich das Zielniveau für das kombinierte Ruß- und Ascheniveau vom Zielrußniveau unterscheiden.
3 zeigt eine beispielhafte Betriebssequenz 300, die die Anpassung der Motorbetriebsbedingungen für die Beibehaltung eines Zielrußniveaus an einem Benzinpartikelfilter (BPF) veranschaulicht. Die horizontale (x-Achse) kennzeichnet die Zeit und die vertikalen Markierungen t1–t9 kennzeichnen wichtige Zeitpunkte beim Betrieb des BPF.
Die erste Darstellung, Linie 302, zeigt eine Variation der Motordrehzahl im Zeitverlauf. Die gestrichelte Linie 303 zeigt eine Schwellenmotordrehzahl, oberhalb derer sich das Zielrußniveau am BPF ändern kann. In einem Beispiel entspricht die gestrichelte Linie 303 einer Motordrehzahl im Leerlauf. Die zweite Darstellung, Linie 304, zeigt die Änderung der Motortemperatur im Zeitverlauf, und die gestrichelte Linie 305 kennzeichnet eine Schwellentemperatur, unterhalb derer der Motor als kalt angesehen werden kann, wie zum Beispiel während Kaltstartbedingungen. Sobald sich die Motortemperatur auf oberhalb der Schwelle 305 erhöht, kann der Motor als warm genug für die Abgaskatalysatoraktivierung (Licht aus) angesehen werden. Die dritte Darstellung, Linie 306, zeigt ein aktuelles Rußniveau am BPF, geschätzt auf Grundlage von einem oder mehreren Druck- und Temperatursensoren, die dem BPF vorgelagert und/oder nachgelagert mit dem Abgaskanal gekoppelt sind. Die gestrichelte Linie 307 zeigt ein Zielrußniveau am BPF wie auf Grundlage der aktuellen Motorbetriebsbedingungen, darunter der Motortemperatur und der Motordrehzahl, bestimmt. Die vierte Darstellung, Linie 308, zeigt ein Ascheniveau am BPF. Asche wird während BPF-Regenerationsprozessen, wenn Ruß bei höherer Temperatur verbrannt wird, am BPF produziert. Die gestrichelte Linie 309 zeigt ein Schwellenascheniveau, oberhalb dessen sich die Aschelast auf das Zielrußniveau am BPF auswirken kann. Die fünfte Darstellung, Linie 310, zeigt die BPF-Regeneration zur Reduzierung des aktuellen BPF-Rußniveaus auf das Zielrußniveau. Die sechste Darstellung, Linie 312, zeigt ein Vorziehen des Einspritzzeitpunktes, um die Rußerzeugung aktiv zu erhöhen, um das aktuelle Rußniveau auf das Zielrußniveau zu erhöhen.
Vor dem Zeitpunkt t1 startet der Motor aus einem Ruhezustand nach einem Zeitraum der Inaktivität, in dem das Fahrzeug nicht angetrieben wurde. Aufgrund einer niedrigeren Motortemperatur (unterhalb der Schwellentemperatur 305) zum Zeitpunkt des Motorstarts kann der Motor einen Kaltstart durchlaufen. Während des Motorkaltstarts wird die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen und die Motordrehzahl nimmt schrittweise zu. Der Motor wird unter geringeren Lastbedingungen betrieben. Aufgrund der Kaltstartbedingungen hat der Abgaskatalysator möglicherweise nicht seine Licht-aus-Temperatur erreicht und während dieser Zeit kann durch Beibehalten des Rußniveaus am GPF auf einem Zielniveau die Emissionsqualität verbessert werden. Das Zielniveau von Ruß am BPF kann auf Grundlage von Bedingungen wie zum Beispiel der Motortemperatur, der Motordrehzahl und der Motorlast bestimmt werden. Bei Kaltstartbedingungen kann das Rußniveau im Abgas höher sein und es kann beobachtet werden, dass das aktuelle BPF-Rußniveau wesentlich höher als das Zielrußniveau ist.
Daher kann die BPF-Regeneration zum Zeitpunkt t1, um das aktuelle Rußniveau für eine verbesserte Emissionsqualität auf das Zielrußniveau zu reduzieren, initiiert werden, indem eine Vielzahl von Motorbetriebsparametern angepasst wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen und/oder indem ein Schalter an einem Stromkreis, der mit dem BPF gekoppelt ist, betätigt wird. In einem Beispiel beinhaltet das Anpassen der Motorbetriebsparameter, den Motor über eine Dauer reicher als stöchiometrisch zu betreiben, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Als ein anderes Beispiel kann der Motor über eine Dauer mit einem verzögerten Zündzeitpunkt betrieben werden. Durch Schließen des Schalters kann elektrischer Strom durch den Kreis und durch den BPF fließen, was die Temperatur am BPF erhöhen und das Verbrennen des am BPF abgelagerten Rußes vereinfachen kann. Mit fortschreitender Regeneration kann sich das Rußniveau am BPF stetig reduzieren. Die Dauer der Regeneration, die Temperatur (direkt proportional zum elektrischen Strom, der durch den Kreis fließt) des BPF und die Luftzufuhr an den BPF können auf dem Unterschied zwischen dem tatsächlichen BPF-Rußniveau und dem Zielrußniveau basieren, sodass während des Regenerationsprozesses eine optimale Menge an Ruß verbrannt werden kann. Während der Ruß am BPF verbrannt wird, kann Asche erzeugt werden, was zu einer Erhöhung des Ascheniveaus am BPF führen kann. Ein tatsächliches Ascheniveau des BPF kann zumindest auf Grundlage einer Dauer der Betätigung des Schalters gefolgert werden. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und t2 kann der Regenerationsprozess fortgesetzt werden und folglich kann eine stetige Abnahme des BPF-Niveaus beobachtet werden.
Zum Zeitpunkt t2 kann beobachtet werden, dass sich die Motortemperatur auf oberhalb der Schwellentemperatur erhöht hat und es kann bestimmt werden, dass der Abgaskatalysator voll funktionstüchtig ist. Auch kann zu diesem Zeitpunkt die Motordrehzahl geringer als die Drehzahl im Leerlauf sein. Als Reaktion auf den Anstieg der Motortemperatur (bei einer geringeren als Leerlaufmotordrehzahl) kann das Ziel-BPF-Niveau auf ein Niveau reduziert werden, das für die optimale Leistung des Emissionssteuersystems geeignet ist. Auch kann zu diesem Zeitpunkt beobachtet werden, dass das aktuelle BPF-Rußniveau gleich dem BPF-Zielrußniveau ist. Daher wird möglicherweise keine weitere BPF-Regeneration gewünscht. Der Regenerationsprozess kann ausgesetzt werden, indem Motorbetriebsparameter erneut angepasst werden (zum Beispiel, um die stöchiometrische Motorverbrennung fortzusetzen oder um den Zündzeitpunkt um oder um den MBT herum fortzusetzen) und/oder indem der Schalter am Stromkreis, der mit dem BPF gekoppelt ist, geöffnet wird, um den Elektrizitätsstrom durch den BFP auszusetzen.
Zwischen dem Zeitpunkt t2 und t3 kann beobachtet werden, dass das aktuelle BPF-Rußniveau gleich dem Ziel-BPF-Niveau ist, und daher wird möglicherweise keine weitere Änderung des aktuellen BPF-Rußniveaus gewünscht. Zum Zeitpunkt t3 kann sich die Motordrehzahl auf oberhalb der Schwellendrehzahl erhöhen und entsprechend kann auch das Ziel-BPF-Niveau erhöht werden. Jedoch kann zwischen dem Zeitpunkt t3 und t4 beobachtet werden, dass das aktuelle BPF-Niveau wesentlich niedriger als das Zielniveau ist, was sich negativ auf den BPF-Betrieb auswirken kann.
Daher kann zum Zeitpunkt t4 die aktive Erzeugung von Ruß initiiert werden, um das aktuelle BPF-Rußniveau auf das Zielniveau zu erhöhen. Um das Rußniveau am BPF zu erhöhen, kann die Rußproduktion am Motorabgas erhöht werden, indem ein Beginn des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes vorgezogen wird, was zu mehreren unvollständigen Verbrennungsereignissen führen kann. Der Grad des Vorziehens des Einspritzzeitpunktes kann auf dem Unterschied zwischen dem aktuellen BPF-Rußniveau und dem Zielrußniveau basieren, wobei sich der Grad des Vorziehens erhöht, während sich der Unterschied erhöht.
Zwischen dem Zeitpunkt t4 und t5 kann das aktuelle BPF-Rußniveau aufgrund des Vorziehens des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und die sich ergebende Erhöhung der Rußproduktion stetig zunehmen. Zum Zeitpunkt t5 kann gefolgert werden, dass das aktuelle Rußniveau auf dem Ziel-BPF-Niveau liegt, das den aktuellen Motorbetriebsbedingungen entspricht. Daher muss der Beginn des Einspritzzeitpunktes zu diesem Zeitpunkt nicht länger vorgezogen werden und es kann ein normaler Kraftstoffzufuhrplan fortgesetzt werden.
Auch kann sich zum Zeitpunkt t5 die Motordrehzahl reduzieren (z. B. auf unterhalb einer Leerlaufdrehzahl) und das Ziel-BPF-Niveau kann entsprechend reduziert werden. Zwischen dem Zeitpunkt t5 und t6 kann das aktuelle BPF-Niveau höher als das Zielniveau sein, was zu einer reduzierten Leistung des Abgassystems führen kann. Daher kann zum Zeitpunkt t6 die BPF-Regeneration initiiert werden, indem der Schalter zum Strömen von elektrischem Strom durch den Kreis und durch den BPF geschlossen wird, wodurch sich die BPF-Temperatur erhöhen kann. Zwischen dem Zeitpunkt t6 und t7 kann der Regenerationsprozess fortgesetzt werden und folglich kann eine stetige Abnahme des BPF-Niveaus beobachtet werden.
Zum Zeitpunkt t6 kann der Unterschied zwischen dem Zielrußniveau und dem aktuellen BPF-Rußniveau kleiner sein als der Unterschied zwischen dem Zielrußniveau und dem aktuellen BPF-Rußniveau bei Einsetzen des vorherigen Regenerationsereignisses (zum Zeitpunkt t1); daher kann gewünscht werden, eine geringere Menge an Ruß am BPF zu verbrennen, um das Zielniveau zu erreichen, verglichen mit der Menge an Ruß, die während des vorherigen Regenerationsereignisses verbrannt wurde. Sobald die BPF-Regeneration durch Betätigung des Schalters initiiert worden ist, kann sich die Temperatur des BPF auf ein höheres als ein gewünschtes Niveau erhöhen, wodurch eine erhöhte Regenerationsrate bewirkt wird, was zu einer Entfernung einer größeren als erwarteten Rußlast führen kann. Um das Rußniveau auf dem Zielniveau zu halten (und nicht auf unterhalb des Zielniveaus zu reduzieren), kann eine Rate der Rußerzeugung (am Motor) durch Verzögerung des Zündzeitpunkts erhöht werden. Anders gesagt kann eine Regenerationsrate durch Verzögerung des Zündzeitpunktes eingeschränkt werden, um die Motorrußausgabe zu erhöhen, bis sich das tatsächliche Rußniveau auf dem Zielniveau befindet. Als solche ist die Rußerzeugung während des vorherigen BPF-Regenerationsereignisses (zwischen Zeitpunkt t1 und t2) durch Verzögerung der Zündung möglicherweise nicht ausgeführt worden, da eine höhere Menge an Ruß (größerer Unterschied zwischen dem Zielrußniveau und dem aktuellen BPF-Rußniveau) vom BPF entfernt werden sollte. Auch kann während dieser Zeit, während der Ruß am BPF verbrannt wird, Asche erzeugt werden, was zu einer Erhöhung des Ascheniveaus am BPF führen kann.
Zum Zeitpunkt t7 kann beobachtet werden, dass sich das aktuelle Rußniveau am BPF auf das Zielrußniveau reduziert hat und folglich kann der Regenerationsprozess beendet werden. Auch kann zu diesem Zeitpunkt beobachtet werden, dass sich das Ascheniveau am BPF auf oberhalb des Schwellenniveaus erhöht hat. Ein höheres als das Schwellen-BPF-Ascheniveau kann sich erheblich auf den Betrieb des BPF beim Festhalten von Abgasruß auswirken.
Zwischen dem Zeitpunkt t7 und t8 kann der Motor bei einer höheren als der Schwellenmotordrehzahl arbeiten und das Zielrußniveau am BPF kann sich auch erhöhen. Während dieser Zeit kann es einen Unterschied zwischen dem aktuellen BPF-Rußniveau und dem Zielrußniveau geben. Jedoch wird aufgrund des Ascheniveaus des BPF, das höher als die Schwelle ist, eine beschleunigte Erhöhung des Rußniveaus durch aktive Anpassungen eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter möglicherweise nicht gewünscht. Das kombinierte Ascheniveau und das Rußniveau können ausreichend für eine optimale Funktionsweise des Emissionssteuerungssystems sein.
Zum Zeitpunkt t8 kann der Motor ausgeschaltet werden und das Fahrzeug wird möglicherweise nicht betrieben. Das Fahrzeug und der Motor können weiter über einen wesentlichen Zeitraum, zwischen dem Zeitpunkt t8 und t9, inaktiv sein. Zum Zeitpunkt t9 kann der Motor aus der Ruhe unter Kaltstartbedingungen mit einer geringeren als der Schwellenmotortemperatur starten. Auch kann die Motordrehzahl unterhalb der Schwellendrehzahl liegen. Auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen kann das Zielrußniveau bestimmt werden, und es kann beobachtet werden, dass aufgrund einer vorherigen kontrollierten Regeneration das aktuelle Rußniveau am BPF gleich dem Zielrußniveau ist. Daher werden zu diesem Zeitpunkt möglicherweise keine weiteren Anpassungen des BPF-Ruß- und Ascheniveaus (Regeneration oder aktive Rußerzeugung) gewünscht. Auf diese Weise kann durch Beibehalten eines Zielrußniveaus am BPF auch bei Kaltstartbedingungen, wenn der Katalysator möglicherweise nicht vollständig funktional ist, die Erfassungsrate von Ruß am BPF auf einem optimalen Niveau gehalten werden.
Auf diese Weise kann durch Beibehalten eines Zielrußniveaus an einem Benzinpartikelfilter (GPF) durch aktives Anpassen der Rußerzeugung und BPF-Regeneration das Emissionssteuersystem auch bei Bedingungen wie zum Beispiel Kaltstart mit einer höheren Genauigkeit arbeiten. Durch Bestimmen des Zielrußniveaus auf Grundlage aktueller Motorbetriebsbedingungen kann die BPF-Leistung bei verschiedenen Motorbetriebsbedingungen beibehalten werden. Der technische Effekt der Verwendung einer geringeren Filterkapazität mit einem Filtergitter mit geringerer Dichte ist, dass der Rückdruck im Abgassystem reduziert werden kann und folglich können die Motorleistung und die Kraftstoffeffizienz erhöht werden. Auch können durch Verwendung eines Filtergitters mit geringerer Filterdichte die Komponentenkosten für den BPF reduziert werden.
Ein beispielhaftes Verfahren für einen Motor umfasst, als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Rußniveau an einem Abgaspartikelfilter geringer als ein Zielrußniveau ist, das Anpassen von einem oder mehreren von einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einem Kraftstoffeinspritzdruck, um die Rußausgabe des Motors zu erhöhen, bis sich das tatsächliche Rußniveau auf dem Zielrußniveau befindet, wobei das Zielrußniveau auf Grundlage der Motortemperatur und der Motorlast variiert. In vorhergehenden Beispiel wird zusätzlich oder optional das Zielrußniveau bei Motorstartbedingungen, wenn sich die Motortemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl unterhalb einer Schwellendrehzahl befindet, auf ein erstes Zielrußniveau gesetzt, das Zielrußniveau während Motorleerlaufbedingungen, wenn sich die Motortemperatur oberhalb der Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl unterhalb der Schwellendrehzahl befindet, auf ein zweites Zielrußniveau gesetzt, und das Zielrußniveau auf ein drittes Zielrußniveau gesetzt, wenn sich die Motortemperatur oberhalb der Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl oberhalb der Schwellendrehzahl befindet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele basiert zusätzlich oder optional das erste Zielrußniveau auf einem Kraftstoffeinspritzplan während der Motorstartbedingungen, basiert das zweite Zielrußniveau auf dem Kraftstoffeinspritzplan während der Motorleerlaufbedingungen und basiert das dritte Zielrußniveau auf dem Kraftstoffeinspritzplan, wenn sich die Motortemperatur oberhalb der Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl oberhalb der Schwellendrehzahl befindet, wobei der Kraftstoffeinspritzplan eines oder mehrere von einem Teilungsverhältnis des mit dem Saugrohr eingespritzten Kraftstoffs relativ zu direkt eingespritztem Kraftstoff, einem Teilungsverhältnis des im Verdichtungstakt direkt eingespritzten Kraftstoff relativ zu im Ansaugtakt direkt eingespritztem Kraftstoff und einer Anzahl der direkten Einspritzungen im Verdichtungstakt pro Kraftstoffzufuhrereignis beinhaltet. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional das Zielrußniveau variiert, um eine Erfassungsrate von Ruß am Filter oberhalb einer Schwellenerfassungsrate zu halten. Ein beliebiges oder alle der vorhergehenden Beispiele, ferner umfassend, zusätzlich oder optional, das Schätzen eines Ascheniveaus des Filters auf Grundlage von Filterregenerationsparametern, und ferner das Variieren des Zielrußniveaus auf Grundlage des geschätzten Ascheniveaus, um eine aggregierte Asche- und Rußlast des Filters innerhalb einer Schwellenlast zu halten. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet zusätzlich oder optional das Anpassen von einem oder mehreren von dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und dem Kraftstoffeinspritzdruck das Vorziehen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und das Reduzieren des Kraftstoffverteilerdrucks, um die Rußausgabe des Motors aktiv zu erhöhen. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet zusätzlich oder optional das Vorziehen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes das Vorziehen von einem oder mehreren von einem Beginn des Einspritzzeitpunktes, einem Ende des Einspritzzeitpunktes und einer durchschnittlichen Einspritzzeit. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele werden zusätzlich oder optional ein Grad des Vorziehens des Beginns des Einspritzzeitpunktes und ein Grad der Reduzierung des Kraftstoffverteilerdrucks erhöht, während sich ein Unterschied zwischen dem Zielrußniveau und dem tatsächlichen Rußniveau erhöht. Ein beliebiges oder alle der vorhergehenden Beispiele, ferner umfassend zusätzlich oder optional als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Rußniveau am Abgaspartikelfilter höher als das Zielrußniveau ist, das Initiieren der Filterregeneration, und als Reaktion darauf, dass eine Rate der Filterregeneration höher als eine Schwellenrate ist, das Verzögern des Zündzeitpunktes, um Ruß am Motor zu erzeugen, während der Filter weiter regeneriert wird. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional eine angewandte Menge der Zündverzögerung erhöht, wenn die Rate der Filterregeneration die Schwellenrate übersteigt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional der Motor mit Benzin versorgt und wobei der Filter ein Benzinpartikelfilter ist.
Ein weiteres beispielhaftes Verfahren für einen Motor umfasst als Reaktion darauf, dass eine aggregierte Asche- und Rußlast eines Abgaspartikelfilters geringer als eine Schwellenlast ist, das Erhöhen der Motorrußausgabe, bis sich die aggregierte Last auf der Schwellenlast befindet, und als Reaktion darauf, dass die aggregierte Last höher als die Schwellenlast ist, das Regenerieren des Filters, während der Zündzeitpunkt verzögert wird, bis sich die aggregierte Last auf der Schwellenlast befindet. Im vorhergehenden Beispiel beinhaltet zusätzlich oder optional das Erhöhen der Motorrußausgabe eines oder mehrere von dem Vorziehen eines Beginns des Einspritzzeitpunktes einer Zylinderkraftstoffeinspritzung und dem Reduzieren eines Kraftstoffverteilerdrucks, um aktiv Ruß am Motor zu erzeugen und die Rußlast am Abgaspartikelfilter zu erhöhen. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele werden zusätzlich oder optional eine Menge des Vorziehens des Einspritzzeitpunktes und eine Menge der Reduzierung des Kraftstoffverteilerdrucks erhöht, wenn die aggregierte Last unter die Schwellenlast fällt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet zusätzlich oder optional das Regenerieren des Filters während des Verzögerns des Zündzeitpunktes das Verzögern des Zündzeitpunktes um eine Menge, die proportional zu einer Regenerationsrate des Filters ist, während der Filter weiter regeneriert wird. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional die Aschelast auf Grundlage einer Dauer der Filterregeneration geschätzt und wobei die Rußlast auf Grundlage eines Druckunterschieds durch den Partikelfilter geschätzt wird.
In noch einem anderen Beispiel umfasst ein Motorsystem einen Motor, beinhaltend einen Zylinder, einen Abgaskanal, der Verbrennungsgase vom Zylinder empfängt, einen Benzinpartikelfilter (BPF), der eine Filtermaschendichte aufweist, die geringer als Schwelle ist, mit dem Abgaskanal gekoppelt, einen oder mehrere Drucksensoren, die mit dem BPF gekoppelt sind, einen oder mehrere Temperatursensoren, die mit dem BPF gekoppelt sind, ein Kraftstoffzufuhrsystem, beinhaltend einen Kraftstoffverteiler, einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Abgabe von Kraftstoff an den Motorzylinder, und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, um: eine tatsächliche Rußlast des BPF auf Grundlage von Beiträgen von dem einem oder den mehreren Drucksensoren und Temperatursensoren zu folgern, und, wenn die tatsächliche Rußlast unter die Ziellast fällt, die Rußausgabe durch den Motor zu erhöhen, indem ein Zeitpunkt der Betätigung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgezogen wird oder ein Druck des Kraftstoffverteilers reduziert wird, bis sich die tatsächliche Rußlast an der Ziellast befindet. Im vorhergehenden Beispiel umfasst die Steuerung zusätzlich oder optional Anweisungen zum: Auswählen der Ziellast auf Grundlage von jedem von einer Motortemperatur, einer Motordrehzahl und einer Motorlast, wobei die Ziellast bei einer Reduzierung der Motortemperatur, einer Erhöhung der Motordrehzahl und einer Erhöhung der Motorlast erhöht wird. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet zusätzlich oder optional die Steuerung weitere Anweisungen zum Folgern einer tatsächlichen Aschelast des BPF auf Grundlage einer Dauer der Betätigung des Schalters; und im Anschluss an die Filterregeneration das Beibehalten eines Aggregats der tatsächlichen Rußlast und der tatsächlichen Aschelast auf der Ziellast, indem ein Zeitpunkt der Betätigung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgezogen wird. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet zusätzlich oder optional die Steuerung weitere Anweisungen, um: wenn die tatsächliche Rußlast die Ziellast überschreitet, den Filter zu regenerieren, um die Rußlast am Filter zu reduzieren, wobei eine Rate der Regeneration durch Verzögerung des Zündzeitpunktes eingeschränkt ist, um die Motorrußausgabe zu erhöhen, bis sich die tatsächliche Rußlast auf der Ziellast befindet.
Es wird vermerkt, dass die hierin eingeschlossenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem, einschließend die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellantrieben und anderer Motorhardware, ausgeführt werden. Die spezifischen hierin beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und Ähnliches. Somit können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen kann bzw. können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch Code darstellen, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll, in dem die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, einschließend die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und weitere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Schutzumfang im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen aufweisen, darüber hinaus als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9027333 [0003]

Claims

Verfahren für einen Motor, umfassend: als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Rußniveau an einem Abgaspartikelfilter geringer als ein Zielrußniveau ist, das Anpassen von einem oder mehreren von einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einem Kraftstoffeinspritzdruck, um die Rußausgabe des Motors zu erhöhen, bis sich das tatsächliche Rußniveau auf dem Zielrußniveau befindet, wobei das Zielrußniveau auf Grundlage der Motortemperatur und der Motorlast variiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zielrußniveau bei Motorstartbedingungen, wenn sich die Motortemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl unterhalb einer Schwellendrehzahl befindet, auf ein erstes Zielrußniveau gesetzt wird, das Zielrußniveau während Motorleerlaufbedingungen, wenn sich die Motortemperatur oberhalb der Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl unterhalb der Schwellendrehzahl befindet, auf ein zweites Zielrußniveau gesetzt wird, und das Zielrußniveau auf ein drittes Zielrußniveau gesetzt wird, wenn sich die Motortemperatur oberhalb der Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl oberhalb der Schwellendrehzahl befindet, wobei sich das erste, zweite und dritte Zielrußniveau voneinander unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das erste Zielrußniveau auf einem Kraftstoffeinspritzplan während der Motorstartbedingungen basiert, das zweite Zielrußniveau auf dem Kraftstoffeinspritzplan während der Motorleerlaufbedingungen basiert und das dritte Zielrußniveau auf dem Kraftstoffeinspritzplan basiert, wenn sich die Motortemperatur oberhalb der Schwellentemperatur befindet und sich die Motordrehzahl oberhalb der Schwellendrehzahl befindet, wobei der Kraftstoffeinspritzplan eines oder mehrere von einem Teilungsverhältnis des mit dem Saugrohr eingespritzten Kraftstoffs relativ zu direkt eingespritztem Kraftstoff, einem Teilungsverhältnis des im Verdichtungstakt direkt eingespritzten Kraftstoff relativ zu im Ansaugtakt direkt eingespritztem Kraftstoff und einer Anzahl der direkten Einspritzungen im Verdichtungstakt pro Kraftstoffzufuhrereignis beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zielrußniveau variiert wird, um eine Erfassungsrate von Ruß am Filter oberhalb einer Schwellenerfassungsrate zu halten.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Schätzen eines Ascheniveaus des Filters auf Grundlage von Filterregenerationsparametern, und ferner das Variieren des Zielrußniveaus auf Grundlage des geschätzten Ascheniveaus, um eine aggregierte Asche- und Rußlast des Filters innerhalb einer Schwellenlast zu halten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen von einem oder mehreren von dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und dem Kraftstoffeinspritzdruck das Vorziehen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und das Reduzieren des Kraftstoffverteilerdrucks, um die Rußausgabe des Motors aktiv zu erhöhen, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Vorziehen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes eines oder mehrere von einem Beginn des Einspritzzeitpunktes, einem Ende des Einspritzzeitpunktes und einer durchschnittlichen Einspritzzeit beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Grad des Vorziehens des Beginns des Einspritzzeitpunktes und ein Grad der Reduzierung des Kraftstoffverteilerdrucks erhöht werden, während sich ein Unterschied zwischen dem Zielrußniveau und dem tatsächlichen Rußniveau erhöht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Rußniveau am Abgaspartikelfilter höher als das Zielrußniveau ist, das Initiieren der Filterregeneration, und als Reaktion darauf, dass eine Rate der Filterregeneration höher als eine Schwellenrate ist, das Verzögern des Zündzeitpunktes, um Ruß am Motor zu erzeugen, während der Filter weiter regeneriert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine angewandte Menge der Zündverzögerung erhöht wird, wenn die Rate der Filterregeneration die Schwellenrate übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor mit Benzin versorgt wird und wobei der Filter ein Benzinpartikelfilter ist.
Motorsystem, umfassend: einen Motor, der einen Zylinder beinhaltet; einen Abgaskanal, der Verbrennungsgase vom Zylinder empfängt; einen Benzinpartikelfilter (GPF), der eine Filtermaschendichte aufweist, die geringer als eine Schwelle ist, mit dem Abgaskanal gekoppelt; einen oder mehrere mit dem BPF gekoppelte Drucksensoren; einen oder mehrere mit dem BPF gekoppelte Temperatursensoren; ein Kraftstoffzufuhrsystem, beinhaltend einen Kraftstoffverteiler, einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Abgabe von Kraftstoff an den Motorzylinder; und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: Folgern einer tatsächlichen Rußlast des BPF auf Grundlage von Beiträgen des einen oder der mehreren Drucksensoren und Temperatursensoren; und wenn die tatsächliche Rußlast unter die Ziellast fällt, das Erhöhen der Rußausgabe durch den Motor, indem ein Zeitpunkt der Betätigung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgezogen wird oder ein Druck des Kraftstoffverteilers reduziert wird, bis sich die tatsächliche Rußlast auf der Ziellast befindet.
System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes umfasst: Auswählen der Ziellast auf Grundlage von jedem von einer Motortemperatur, einer Motordrehzahl und einer Motorlast, wobei die Ziellast bei einer Reduzierung der Motortemperatur, einer Erhöhung der Motordrehzahl und einer Erhöhung der Motorlast erhöht wird.
System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes umfasst: Folgern eines tatsächlichen Ascheniveaus des BPF auf Grundlage einer Dauer der Betätigung des Schalters; und nach der Filterregeneration Beibehalten eines Aggregats aus der tatsächlichen Rußlast und der tatsächlichen Aschelast auf der Ziellast, indem ein Zeitpunkt der Betätigung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgezogen wird.
System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes umfasst: wenn die tatsächliche Rußlast die Ziellast überschreitet, Regeneration des Filters, um die Rußlast am Filter zu reduzieren, wobei eine Rate der Regeneration durch Verzögerung des Zündzeitpunktes eingeschränkt ist, um die Motorrußausgabe zu erhöhen, bis sich die tatsächliche Rußlast auf der Ziellast befindet.