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Technisches Gebiet
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Diese Patentoffenbarung betrifft allgemein Emissionsbehandlungseinrichtungen, die Nachbehandlungseinrichtungen umfassen und mit Verbrennungsmotoren eingesetzt werden können, und insbesondere Verfahren und Systeme zur periodischen Regeneration solcher Nachbehandlungseinrichtungen.
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Hintergrund
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Um Emissionen wie etwa Stoffpartikel wie Ruß und andere Chemikalien zu verringern, die Nebenprodukte eines Verbrennungsmotors sind, kann eine Emissionsbehandlungsvorrichtung oder Nachbehandlungsvorrichtung in dem Abgassystem des Motors angeordnet sein. Beispiele solcher Einrichtungen umfassen Filter und Katalysatoren, die betätigt werden können, um die Emissionsprodukte physisch einzufangen oder chemisch mit den Emissionsprodukten zu reagieren, um diese in andere Formen umzuwandeln, die einfacher zu behandeln sind. Es ist jedoch oft erforderlich, die Nachbehandlungsvorrichtung periodisch zu regenerieren, um Ansammlungen darin zu entfernen und die Vorrichtung wieder in einen akzeptablen Betriebszustand zu versetzen. Die Regeneration kann durch Oxidieren oder Ausbrennen der in der Vorrichtung gefangenen Ansammlungen erfolgen, was in der Regel das Erhöhen der Temperatur oder das Veranlassen einer Verbrennung im Inneren der Vorrichtung umfasst.
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Die Regeneration kann aktiv oder passiv erfolgen. Bei der aktiven Regeneration wird Wärme von einer externen Quelle angewendet, um die Temperatur in der Nachbehandlungsvorrichtung zu erhöhen, während die passive Regeneration die bestehende Konfiguration des Motors und Abgassystems einsetzt, um das angesammelte Material zu oxidieren. Ein Beispiel für passive Regeneration ist in dem
US-Patent 8,272,207 (”dem ‘207-Patent”) beschrieben, das die Regeneration eines Partikelfilters (PF) beschreibt, der verwendet wird, um Stoffpartikel einzufangen. Um die Verbrennung und damit die Oxidation in dem Partikelfilter zu veranlassen, beschreibt das ‘207-Patent das Einleiten von zusätzlichen Mengen an Kraftstoff in die Motorzylinder spät in dem Verbrennungszyklus, zum Beispiel durch Ausführen einer Nacheinspritzung, nachdem die Haupteinspritzung von Kraftstoff eingeleitet und gezündet wurde. Die zusätzliche Menge an Kraftstoff kann in einem verdampften Zustand durch die Abgase aus dem Zylinder in den Partikelfilter geleitet werden, wo der Kraftstoff sich entzündet. Die vorliegende Offenbarung betrifft in ähnlicher Weise die Verwendung einer Nacheinspritzung von Kraftstoff, um eine Nachbehandlungsvorrichtung in dem Abgassystem, das dem Motor zugeordnet ist, zu regenerieren.
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Zusammenfassung
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Die Offenbarung beschreibt gemäß einem Aspekt ein Verfahren zur Zuteilung von Dosierkraftstoff, um eine Nachbehandlungsvorrichtung in der Abgasleitung eines Motors zu regenerieren. Die Menge an Dosierkraftstoff pro Zylinder, die erforderlich ist, um diese Nachbehandlungsvorrichtung zu regenerieren, wird berechnet. Die Menge pro Zylinder wird dann unter einer vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen verteilt, um eine erste Stoßmenge an Dosierkraftstoff zu bestimmen. Die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen wird mit einem Dosier-Zeitfenster verglichen, das die Zeit während des Verbrennungszyklus anzeigt, in der das Auftreten der Dosierung vorteilhaft ist. Wenn die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen innerhalb des Dosier-Zeitfensters passt, setzt das Verfahren fort, um die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen zu dosieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt beschreibt die Offenbarung einen Motor, der eine Vielzahl von Verbrennungskammern umfasst, die jeweils einen darin hin- und herbewegbar beweglichen Kolben aufweisen, um einen Verbrennungszyklus auszuführen. Der Motor ist auch mit einer Nachbehandlungsvorrichtung gekoppelt, die in einem Abgassystem angeordnet sein kann, das mit der Vielzahl von Verbrennungskammern in Verbindung steht. Eine Einspritzdüse ist jeder der Vielzahl von Verbrennungskammern zugeordnet und dazu ausgestaltet, eine Menge an Dosierkraftstoff zur Regenerierung der Nachbehandlungsvorrichtung einzuleiten. Der Motor umfasst auch ein Steuergerät, das mit den Einspritzdüsen kommuniziert und dazu ausgestaltet ist, ein Dosier-Zeitfenster während des Verbrennungszyklus zu berechnen und die Regenerations-Gesamtmenge an Dosierkraftstoff auf eine erste Vielzahl von Dosierstößen zu verteilen. Das Steuergerät ist des Weiteren dazu ausgestaltet, die erste Vielzahl von Dosierstößen mit dem Dosier-Zeitfenster zu vergleichen. Wenn der Vergleich bestimmt, dass die erste Vielzahl von Dosierstößen innerhalb des Fensters passt, weist das Steuergerät die Einspritzdüsen an, die erste Vielzahl von Dosierstößen einzuleiten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt beschreibt die Offenbarung ein weiteres Verfahren zur Regenerierung einer Nachbehandlungsvorrichtung, die in einem Abgassystem eines Motors angeordnet ist. Das Verfahren bestimmt eine Regenerations-Gesamtmenge an Dosierkraftstoff, die zur Regeneration der Nachbehandlungsvorrichtung erforderlich ist und berechnet ein Dosier-Zeitfenster, während dessen die Einleitung von Dosierkraftstoff in die Verbrennungskammer auftreten kann. Das Verfahren teilt den Dosier-Kraftstoff auf eine erste Vielzahl von Dosierstößen auf, die je Verbrennungszyklus festgelegt sind, und vergleicht die erste Vielzahl von Dosierstößen mit dem Dosier-Zeitfenster. Wenn der Vergleich bestimmt, dass die erste Vielzahl von Dosierstößen innerhalb des Dosier-Zeitfensters abgeschlossen werden kann, setzt das Verfahren fort, um die erste Vielzahl von Dosierstößen zu dosieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors, der wirkmäßig einer Nachbehandlungsvorrichtung zugeordnet und dazu ausgestaltet ist, eine Vielzahl von Nacheinspritzungs-Dosierstößen an Kraftstoff einzuleiten, um die Vorrichtung zu regenerieren.
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2 ist ein Zeitsteuerdiagramm und bildet die Beziehung zwischen der Ventilzeitsteuerung während des Verbrennungszyklus und den Haupteinspritzungs- und Nacheinspritzungs-Dosierstößen an Kraftstoff in die Verbrennungskammer ab.
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3 ist ein Flussdiagramm und veranschaulicht eine mögliche Strategie zur Aufteilung von Kraftstoff auf eine Vielzahl von Dosierstößen, um das Regenerationsverfahren in Übereinstimmung mit der Offenbarung zu verbessern.
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Detaillierte Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf 1, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, wird dort eine schematische Darstellung des Motors 100 veranschaulicht, und insbesondere die Verbrennungskammer 102 des Motors 100 und einige zugehörige Komponenten, die den Verbrennungsprozess erleichtern, abgebildet. Obwohl die Ausführungsform des Motors 100 in 1 ein Verbrennungsmotor ist, insbesondere ein Diesel verbrennender Kompressionszündungsmotor, werden andere Ausführungsformen und andere Konfigurationen in Betracht gezogen, etwa Benzin verbrennende Funkenzündungsmotoren, externe Verbrennungsmotoren wie etwa Gasturbinen und dgl. Um die Verbrennungskammer 102 einzugrenzen, kann ein länglicher Zylinder 104 in dem Material des Motorblocks 106 angeordnet oder gebohrt sein und erstreckt sich entlang einer Achslinie 108. Die Verbrennungskammer 102 nimmt daher eine zylindrische Gestalt an, die durch die Wände des Zylinders 104 definiert wird. Ein Kolben 110 ist hin- und herbewegbar in der Verbrennungskammer 102 angeordnet und kann in gleitendem Kontakt mit den Wänden des Zylinders 104 stehen, um sich hin- und herbewegbar entlang der Achslinie 108 aufwärts und abwärts zu bewegen. Insbesondere kann sich der Kolben 110 zwischen einer obersten oder höchsten Stellung, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet wird, und einer untersten oder tiefsten Stellung, die als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet wird, bewegen. Der Kolben 110 ist schwenkbar mit einer Pleuelstange 112 verbunden, die wirkmäßig mit einer drehbaren Kurbelwelle 114 gekoppelt ist, welche die lineare oszillierende Bewegung des Kolbens 110 in eine Drehantriebsbewegung umwandelt, die übertragbar ist oder für Arbeit genützt werden kann. Die Drehung der Kurbelwelle 114 entspricht der nach aufwärts und abwärts gerichteten Bewegung des Kolbens 110 in der Verbrennungskammer 102. Die Kurbelwellendrehung entspricht daher auch den Hüben oder Takten eines vollständigen Verbrennungszyklus nach einer herkömmlichen Beziehung, etwa 0° = OT Start des Einlasstakts, 180° = UT Start der Verdichtung, 360° = OT Start des Leistungstakts, 540° = UT Start des Auslasstakts, und 720° = OT Ende des Zyklus.
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Um die Verbrennungskammer 102 abzuschließen, wird ein Zylinderkopf 120 an der Oberseite des Motorblocks 106 gesichert. Um Ansaugluft in die Verbrennungskammer 102 zu leiten, kann ein Einlasskanal oder eine Einlassleitung 122 durch den Zylinderkopf 120 angeordnet sein und steht mit einem Einlassanschluss 124 in Verbindung, der sich durch den Zylinderkopf 120 in die Verbrennungskammer 102 öffnet. Um den Einlassanschluss 124 selektiv zu öffnen und schließen, ist ein Einlassventil 126, etwa ein Tellerventil oder dergleichen, wirkmäßig dem Einlassanschluss 124 zugeordnet und kann selektiv durch einen Zeitsteuerungsmechanismus betätigt werden, etwa obenliegende Nocken, die mit dem Verbrennungszyklus des Motors 100 synchronisiert sind. In ähnlicher Weise kann, um die entstehenden Abgase und Verbrennungsnebenprodukte aus der Verbrennungskammer 102 zu entfernen, ein Abgaskanal 132 in dem Zylinderkopf 120 angeordnet sein und steht mit dem Auslassanschluss 134 in Verbindung, der selektiv durch ein Auslassventil 136 geöffnet und geschlossen werden kann.
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Um Kraftstoff in die Verbrennungskammer 102 einzuleiten, ist der Motor 100 wirkmäßig einem Kraftstoffsystem 140 zugeordnet, das eine Kraftstoffeinspritzdüse 142 umfassen kann, die in dem Zylinderkopf 120 gesichert und zum Teil in dem Zylinder 104 angeordnet sein kann. Die Einspritzdüse 142 ist eine elektromechanische Vorrichtung, die selektiv zu bestimmten Zeitpunkten während des Verbrennungszyklus Kraftstoff in präzisen Mengen als zerstäubten Strahl in die Verbrennungskammer 102 einspritzen oder einleiten kann. Um den Kraftstoff zuzuführen, kann das Kraftstoffsystem 140 ein Kraftstoffreservoir oder einen Kraftstofftank 144 umfassen, der den Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, etwa Diesel, in einem flüssigen Zustand oder einer flüssigen Phase enthält. Um den Kraftstoff von dem Kraftstofftank 144 an die Einspritzdüse 142 zu leiten, kann eine Kraftstoffpumpe 146 in einer Kraftstoffleitung oder einem Kraftstoffkanal 148, der sich zwischen dem Kraftstofftank 144 und der Einspritzdüse 142 erstreckt, angeordnet sein, wobei die Kraftstoffpumpe den Kraftstoff unter Druck setzen und die Strömung je nach Bedarf beeinflussen kann. Der Kraftstoffkanal 148 kann eine offene oder eine geschlossene Schleife sein, und der Abschnitt des Kraftstoffkanals 148 unmittelbar neben der Einspritzdüse 142 kann als Kraftstoffsammelleitung bezeichnet werden. Obwohl 1 eine einzelne Einspritzdüse 142 veranschaulicht, die mit einer einzelnen Verbrennungskammer 102 in Verbindung steht, sollte klar sein, dass in anderen Ausführungsformen der Motor 100 unterschiedliche Kammer- und Einspritzdüsen-Kombinationen in verschiedenen Anordnungen umfassen kann, mehrere Einspritzdüsen je Verbrennungskammer 102 umfassen kann, und kann Einspritzdüsen umfassen, die in Bezug auf die Verbrennungskammer 102 unterschiedlich angeordnet sein können.
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Um Stoffpartikel und andere Emissionen aus den Abgasen zu entfernen, kann eine Nachbehandlungsvorrichtung in der Ausführung eines Partikelfilters 150 in dem Abgaskanal 132 stromabwärts der Verbrennungskammer 102 und stromaufwärts der Abgasöffnung 152 angeordnet sein, welche die Abgase an die Atmosphäre abführt. Der Partikelfilter 150 ist eine Durchlaufvorrichtung, die einen internen, gitterartigen Aufbau oder Ablenkplatten (nicht dargestellt) umfasst, welche chemisch behandelt sein können, um Stoffpartikel aus den Abgasen zu erfassen und zurückzuhalten, und welche periodische Regeneration erfordern können, um das angesammelte Material zu oxidieren. Zusätzlich zu dem Partikelfilter 150 können andere Ausführungsformen von Nachbehandlungsvorrichtungen in dem Abgaskanal 132 angeordnet sein.
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Um den Betrieb des Motors 100 und zugehöriger Komponenten zu koordinieren und zu steuern, kann der Motor 100 wirkmäßig einer elektronischen Steuereinheit, einem Steuermodul oder einem Steuergerät 160 zugeordnet sein. Das Steuergerät 160 überwacht verschiedene Betriebsparameter und regelt in Ansprechen darauf die verschiedenen Komponenten, die den Motorbetrieb beeinflussen. Das Steuergerät 160 kann einen Mikroprozessor, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), oder eine andere geeignete Schaltung umfassen und kann einen Speicher oder andere Datenspeicherfähigkeiten aufweisen. Um den Motorbetrieb zu überwachen und zu steuern, kann das Steuergerät 160 über eine Vielzahl von elektrischen Kommunikationsleitungen 161 oder Kommunikationsbussen, die in 1 als unterbrochene Linien dargestellt sind, direkt oder indirekt in elektrischer oder elektronischer Kommunikation mit den Motorkomponenten stehen. Die Kommunikation zwischen dem Steuergerät 160 und den Sensoren und Steuerungen kann durch Senden und Empfangen digitaler oder analoger Signale entlang der Kommunikationsleitungen hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 160 den Betrieb und die Aktivierung der Kraftstoffeinspritzdüse 142 regeln, und kann in der Lage sein, den Einspritzzeitpunkt und/oder die Einspritzmengen einzustellen. Das Steuergerät 160 kann auch mit der Kurbelwelle 114 kommunizieren, um die Drehzahl zu bestimmen, mit der Kraftstoffpumpe 146, um den Kraftstoffdruck zu bestimmen, und mit Sensoren in dem Abgaskanal 132 oder Partikelfilter 150, um die Abgaszusammensetzung oder -bedingungen zu überwachen.
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Unter Verwendung der vorstehenden Informationen kann das Steuergerät 160 in Ansprechen darauf die Zeitsteuerung des Verbrennungszyklus regeln, um die Regeneration des Partikelfilters 150 zu erleichtern. Zum Beispiel wird unter Bezugnahme auf 2 ein Zeitsteuerungsdiagramm 162 veranschaulicht, das den Betrieb der Einlass- und Auslassventile 126, 136 während des Verbrennungszyklus überlagert mit Kraftstoffeinspritzungsereignissen von der Einspritzdüse 142 vergleicht, wie sie durch das Steuergerät 160 bestimmt werden. Das Diagramm 162 kann als eine digitale Karte oder als ausführbares Softwareprogramm in dem Steuergerät 160 gespeichert sein. In dem Diagramm 162 kann die Y-Achse 164 in Bezug auf den Betrieb der Einlass- und Auslassventile 126, 136 den Hub oder die Verdrängung der Einlass- und Auslassventile 126, 136 darstellen, und die X-Achse 166 stellt die Stufe des Verbrennungszyklus in Einheiten in Bezug auf die Winkeldrehung der Kurbelwelle 114 dar. Zusätzlich stellt in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzung die Y-Achse 164 das Vorkommnis eines Kraftstoffeinspritzereignisses dar, wobei die Dauer des Kraftstoffeinspritzereignisses in Bezug auf die X-Achse 166 angegeben wird, die auch in Bezug auf die Winkeldrehung der Kurbelwelle 114 während des Verbrennungszyklus abgegrenzt wird. Die durchgezogene Linie 170 kann die Verdrängung des Einlassventils 126 darstellen, während die unterbrochene Linie 172 die Verdrängung des Auslassventils 136 darstellen kann.
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 öffnet sich während des Einlasshubs, während sich der Kolben 110 von der OT-Stellung in die UT-Stellung bewegt, das Einlassventil 126, wie durch die buckelförmige IVO-Kurve (Einlassventil geöffnet) 174 in der durchgezogenen Linie 170 angezeigt, um das Einziehen von Luft in die Verbrennungskammer 102 zu ermöglichen. Bei ungefähr 180° schließt sich das Einlassventil 126, und der Kolben 110 beginnt den Verdichtungstakt, während es sich zu der OT-Stellung hin bewegt. Einige Grad, bevor der Kolben 110 den OT bei 360° erreicht, spritzt die Einspritzdüse 142 einen Haupteinspritzstoß an Kraftstoff ein, wie durch den Haupteinspritzbalken 176 angezeigt, die sich entzündet und in dem Hauptverbrennungsereignis verbrennt, wenn sie in die Kammer mit erhöhtem Druck eingeleitet wird. Der Haupteinspritzstoß 176 kann aus einer vorbestimmten Menge an Kraftstoff und einer vorbestimmten Stoßdauer bestehen. Der entstehende Leistungshub verdrängt den Kolben 110 nach unten in die UT-Stellung bei 540°; im Zuge dessen kann sich das Auslassventil 136 öffnen, wie durch die buckelförmige EVO-Kurve 178 (Auslassventil geöffnet) in der unterbrochenen Leitung 172 angezeigt. Der steigende Druck in der Verbrennungskammer 102 aufgrund der Verbrennung und der darauf folgende Auslasshub des Kolbens 110 verdrängen die Abgase durch den geöffneten Auslassanschluss 134.
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Um verdampften Kraftstoff in den Abgasen mitzureißen, um den Partikelfilter 150 passiv zu regenerieren, kann das Steuergerät 160 die Einspritzdüse 142 anweisen, einen oder mehrere Nacheinspritzstöße nach dem Haupteinspritzstoß einzuspritzen, in einem Verfahren, das als ”Dosierung” oder insbesondere als ”zylinderinterne Dosierung” bezeichnet wird. In 2 stellen die kleineren Balken 180, die sich zum Teil mit der EVO-Kurve 178 überlappen, diese Dosierstöße 180 dar, wobei jeder Balken das Vorkommen einer einzelnen Einspritzung oder eines Stoßes an Kraftstoff von der Einspritzdüse 142 in den Zylinder 104 darstellt. In der illustrierten Ausführungsform sind fünf einzelne Dosierstöße 180 dargestellt, obwohl diese Anzahl wie im Folgenden noch erläutert variieren kann. Die Zeitsteuerung der einzelnen Dosierstöße 180 kann so eingegrenzt werden, dass sie innerhalb eines spezifischen Zeitrahmens auftreten, der als ein Dosier-Zeitfenster bezeichnet und durch die Klammer 182 angezeigt wird. Wenn die einzelnen Dosierstöße 180 zu rasch nach dem Haupteinspritzstoß 176 und dem entstehenden Verbrennungsereignis eingeleitet werden, können die einzelnen Dosierstöße 180 sich entzünden und in der Verbrennungskammer 102 verbrennen, bevor sie den Partikelfilter 150 erreichen. Wenn die einzelnen Dosierstöße 180 jedoch zu spät eingeleitet werden, können sich die einzelnen Dosierstöße 180 nicht ausreichend mit den Abgasen mischen, die durch den Auslassanschluss 134 abgegeben werden. Außerdem wurde festgestellt, dass ein Großteil der Abgase den Auslassanschluss 134 bald nach der Öffnung des Auslassventils 136 während des frühen Abschnitts der EVO-Kurve 178 passiert; wenn einzelne Dosierstöße 180 zu spät eingeleitet werden, kann der entsprechende Dosier-Kraftstoff nicht aus der Verbrennungskammer 102 abgeführt werden. Wegen der elektrischen Leistung, die zur Aktivierung der Einspritzdüsen 142 erforderlich ist, ist es außerdem allgemein wünschenswert, das Dosieren zu vermeiden, wenn die Einspritzdüsen 142 in anderen Zylindern 104 aktiv sein könnten, um eine Überforderung des elektrischen Systems des Motors 100 zu vermeiden. Dementsprechend kann in der in 2 gezeigten Ausführungsform das Dosier-Zeitfenster 182 mit dem späteren Abschnitt des Leistungstakts zusammenfallen, gerade wenn das Auslassventil 136 sich während des frühen Abschnitts der EVO-Kurve 178 öffnet.
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Um den Dosier-Kraftstoff besser zu zerstäuben, ist es vorteilhaft, eine Vielzahl von kleineren einzelnen Dosierstößen 180 einzuleiten, statt einen einzelnen längeren Stoß. Zusätzlich kann durch Verringern der Menge an Dosierkraftstoff für jeden einzelnen Dosierstoß 180, zum Beispiel durch Erhöhen der Anzahl von einzelnen Dosierstößen je Verbrennungszyklus, vermieden werden, dass größere Tröpfchen von Kraftstoff auf die Wände des Zylinders 104 auftreffen, dort nach dem Auslasshub verbleiben und in einem darauf folgenden Verbrennungszyklus Motoröl kontaminieren oder unvollständig zu zusätzlichen Stoffpartikeln oxidieren könnten. Für einen Motor 100, der mit hunderten oder tausenden Umdrehungen pro Minute arbeitet, kann jeder einzelne Dosierstoß 180 und die Vielzahl von Dosierstößen innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde auftreten. Die maximale Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180, die für jeden Verbrennungszyklus möglich sind, werden durch das Dosier-Zeitfenster 182 begrenzt, das dynamisch sein und mit der Motordrehzahl und der Gesamtmenge an Dosierkraftstoff, die für die Regeneration erforderlich ist, variieren kann.
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Unter Bezugnahme auf 1 und 3 wird dort eine Strategie 200 zur Verteilung von Dosier-Kraftstoff auf eine Vielzahl von einzelnen Dosierstößen 180 veranschaulicht, die innerhalb eines Dosier-Zeitfensters 182 auftreten kann. Das Steuergerät 160, das dem Motor 100 zugeordnet ist, kann in Zusammenwirkung mit der Einspritzdüse 142 dazu ausgestaltet sein, die veranschaulichte Strategie 200 auszuführen, die als ein ausführbares Softwareprogramm in dem Speicher des Steuergeräts 160 gespeichert ist. Obwohl gemäß der vorliegenden Ausführungsform dieselbe Einspritzdüse 142 sowohl den Haupteinspritzstoß 176 als auch die einzelnen Dosierstöße 180 einleitet, können andere Ausführungsformen eine Vielzahl von Einspritzdüsen 142 umfassen. In einem ersten Schritt 201 bestimmt die Strategie 200 die Gesamtmenge an Dosierkraftstoff zur Regeneration 202 (Reg.-Ges.Menge), die zum Regenerieren der Partikelfilter 150 erforderlich ist. Die Gesamtmenge an Dosierkraftstoff zur Regeneration 202 kann von der Größe des Partikelfilters 150, der Menge an Ansammlungen darin und der zur Regeneration erforderlichen Temperatur abhängig sein. Die Gesamtmenge an Dosierkraftstoff zur Regeneration 202 kann im Vergleich zum verbleibenden Teil der Strategie 200 ein relativ statischer Wert sein. In einem ersten Berechnungsschritt 203 berechnet die Strategie 200 eine Menge pro Zylinder 204 (Menge pro Zylinder), indem sie die Gesamtmenge an Dosierkraftstoff zur Regeneration 202 auf die Anzahl von Zylinder 206 (# Zyl.) in dem Motor 100 verteilt. Die Menge pro Zylinder 204 stellt daher die Menge an Dosierkraftstoff dar, die jede Einspritzdüse 142 während eines Verbrennungszyklus in ihren jeweiligen Zylinder 104 einleiten soll.
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In einem ersten Zuteilungsschritt 209 wird eine erste Stoßmenge 210 (1. Stoßmenge) bestimmt, indem die Menge pro Zylinder 204 auf eine erste Vielzahl von Dosierstößen 211 (1. Vielzahl von Dosierstößen) verteilt wird, die je Verbrennungszyklus auftreten soll. Die erste Vielzahl von Dosierstößen 211 entspricht der Gesamtzahl von einzelnen Dosierstößen 180, zu einem Kollektiv gruppiert, die pro Verbrennungszyklus eingeleitet werden sollen. In einer spezifischen Ausführungsform kann die erste Stoßmenge 210 auf eine vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 (Vordef. Dosierstoß-#) verteilt werden, die der ersten Vielzahl von Dosierstößen 211 entspricht, obwohl in anderen Ausführungsformen die erste Vielzahl von Dosierstößen 211 auch unterschiedlich bestimmt sein kann. Die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 kann der größten Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180 je Verbrennungszyklus entsprechen, die unter optimalen Bedingungen möglich ist. Zum Beispiel kann die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 fünf betragen. Die erste Stoßmenge 210 stellt eine anfängliche Bestimmung der Menge an Dosierkraftstoff durch die Strategie 200 dar, die für jeden Dosierstoß von der Einspritzdüse 142 zuzuteilen ist. Zur Vereinfachung kann die Menge pro Zylinder 204 gleichmäßig auf die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 verteilt werden. Die Strategie 200 bestimmt auch eine erste Stoßdauer 214 (1. Stoßdauer), welche die Dauer oder Periode eines einzelnen Dosierstoßes 180 darstellt. In einer Ausführungsform kann die erste Stoßdauer 214 ein vorbestimmter Wert sein, der aus einer Nachschautabelle oder einem Kennfeld abgefragt wird, die/das in dem Steuergerät gespeichert ist, und kann auf verschiedenen Parametern basieren, die die Konstruktion und Kapazität der Einspritzdüse 142, den Kraftstoffdruck, etc. umfassen können. In anderen Ausführungsformen kann die erste Stoßdauer 214 ein berechneter Wert sein, zum Beispiel bestimmt durch Dividieren der ersten Stoßmenge 210 durch eine Stoß-Strömungsrate, welche die Menge an von der Einspritzdüse 142 je Zeiteinheit abgegebenem Kraftstoff entspricht, die eine Funktion der Einspritzdüsenöffnungsgröße, des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffkanal 148, etc. sein kann.
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Das Dosier-Zeitfenster 182, innerhalb dessen die Gesamtzahl von einzelnen Dosierstößen 180 je Verbrennungszyklus eingeleitet wird, kann eine Funktion der Motordrehzahl 222, des Kraftstoffdrucks 224 und des Einspritzzeitpunkts 226, der in anderen Verbrennungskammern auftritt, sein, und das Dosier-Zeitfenster 182 kann in Berechnungsschritt 220 bestimmt werden, in dem diese und ggf. weitere Faktoren berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl die Öffnung des Auslassventils 136 und die Abgabe von Abgas aus dem Zylinder 104 bestimmen, was, wie oben angegeben, die Zeit begrenzt, die der Einspritzdüse 142 zur Einleitung der Dosierstöße in den Zylinder 104 zur Verfügung steht. Da die Einspritzdüse 142 in der Regel mit demselben elektrischen Verteilernetz wie die den anderen Verbrennungskammern 102 des Motors 100 zugeordneten Einspritzdüsen 142 verbunden ist, kann eine gleichzeitige Aktivierung der Einspritzdüsen 142 das elektrische Verteilernetz beanspruchen. Dementsprechend kann das Dosier-Zeitfenster 182 durch den Einspritzzeitpunkt 226, der in anderen Verbrennungskammern 102 auftritt, beeinflusst werden bzw. diesen berücksichtigen. Das Dosier-Zeitfenster 182 stellt daher den Abschnitt des Verbrennungszyklus und insbesondere den Leistungstakt dar, während dessen die Einspritzdüse 142 den Dosier-Kraftstoff erfolgreich in die Verbrennungskammer 102 einleiten kann, damit er in die abgegebenen Abgase einbezogen wird. Die Strategie 200 kann die obigen Faktoren über das Steuergerät 160 empfangen, um das Dosier-Zeitfenster 182 in dem Berechnungsschritt 220 zu berechnen. Darüber hinaus können das Dosier-Zeitfenster 182 und einige Faktoren, auf denen es basiert, dynamisch sein und sich mit der betrieblichen Drehzahl des Motors 100 verändern, und können somit kontinuierlich aktualisiert werden, so dass die Strategie 200 das Dosier-Zeitfenster 182 neu berechnen kann.
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In einem Fensterprüfungsschritt 230 bestimmt die Strategie 200, ob die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 auf der Grundlage der ersten Stoßmenge 210 dem zuvor berechneten Dosier-Zeitfenster 182 entspricht. Mit anderen Worten bestimmt der Fensterprüfungsschritt 230, ob die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 innerhalb der durch das Dosier-Zeitfenster 182 zugemessenen Zeit erfolgen kann. Dies kann erreicht werden, indem das Dosier-Zeitfenster 182 dem Produkt der vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen 212 multipliziert mit der ersten Stoßdauer 214 entspricht. Das Produkt der vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen 212 und der ersten Stoßdauer 214 kann der Zeit entsprechen, die notwendig ist, um die Gesamtmenge an Dosierkraftstoff, also die Menge pro Zylinder 204 für die Summe der vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen 212, einzuspritzen, wobei jeder Stoß die erste Stoßmenge 210 umfasst. Ferner kann eine Vorhaltezeit 231 (Vorhaltezeit), welche der Zwischenperiode, die zwischen aufeinander folgenden einzelnen Dosierstößen 180 von der Einspritzdüse 142 auftreten kann, entspricht, zu dem Produkt der vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen 212 und der ersten Stoßdauer 214 addiert werden, um die Gesamtzeit genauer darzustellen, die von der Einspritzdüse 142 benötigt wird, um die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 abzuschließen. Wenn die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 innerhalb des Dosier-Zeitfensters 182 abgeschlossen werden kann, setzt die Strategie 200 zu einem Schritt der Einleitung, oder insbesondere Dosierung, der vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen 232 fort (Vordef. # Dosierstöße dosieren). Das Dosieren der vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen 232 kann erreicht werden, indem das Steuergerät 160 die Einspritzdüse 142 anweist, entsprechend zu arbeiten. Das Einleiten oder Dosieren der vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen 232 wird ausgeführt, um die erste Stoßmenge 210 abzugeben, die unter der vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen 212 verteilt ist, wobei jeder davon innerhalb der ersten Stoßdauer 214 erfolgt, so wie diese Werte zuvor bestimmt wurden.
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Wenn die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 jedoch nicht innerhalb des Dosier-Zeitfensters 182 passen würde, setzt die Strategie 200 fort, um die Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180, die zur Regeneration notwendig ist, neu zu berechnen, um eine zweite Vielzahl von Dosierstößen 239 (2. Vielzahl von Dosierstößen) auf der Grundlage des Vergleichs zu bestimmen. Die zweite Vielzahl von Dosierstößen 239 bezieht sich auf die eingestellte Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180 als eine kollektive Gruppe, die für die Einleitung in einen Zylinder 104 je Verbrennungszyklus vorgesehen sind. Zum Beispiel kann die zweite Vielzahl von Dosierstößen 239 einer verringerten Anzahl von Dosierstößen 240 (verringerte Dosierstoß-#) entsprechen. Die verringerte Anzahl von Dosierstößen 240 kann bestimmt werden, indem die vorbestimmte Anzahl von Dosierstößen 212 durch einen Subtraktions- oder Neuberechnungsschritt 241 um einen Stoß verringert wird. Eine zweite Stoßmenge 242 (2. Stoßmenge) wird in einem zweiten Zuteilungsschritt 243 berechnet, indem die Menge pro Zylinder 204, d. h., die Dosier-Kraftstoff Menge, die für jede Einspritzdüse 142 für jeden Zyklus abgegeben werden muss, durch die verringerte Anzahl von Dosierstößen 240 dividiert wird, um die Menge pro Zylinder 204 auf die verringerte Anzahl von Dosierstößen 240 zu verteilen. Die Strategie 200 bestimmt auch eine zweite Stoßdauer 244 (2. Stoßdauer), zum Beispiel durch Abrufen aus einer Tabelle mit vorbestimmten Werten oder ggf. durch Berechnen.
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In einem zweiten Fensterprüfungsschritt 246 bestimmt die Strategie 200, ob das Dosier-Zeitfenster 182 der verringerten Anzahl von Dosierstößen 240 entspricht, zum Beispiel durch Vergleichen des Dosierfensters 182 mit dem Produkt der verringerten Anzahl von Dosierstößen 240 und der zweiten Stoßdauer 244. Auch die Vorhaltezeit 231 wird, wenn vorhanden, zu dem Produkt der verringerten Anzahl von Dosierstößen 240 und der zweiten Stoßdauer 244 addiert. Wenn die verringerte Anzahl von Dosierstößen 240 zeitlich innerhalb des Dosier-Zeitfensters 182 passt, setzt die Strategie 200 zu einem Schritt der Dosierung der verringerten Anzahl von Dosierstößen 248 fort (Verr. # Dosierstöße dosieren). Dies kann erreicht werden, indem das Steuergerät 160 die Einspritzdüse 142 anweist, entsprechend zu arbeiten. Wenn jedoch die verringerte Anzahl von Dosierstößen 240 zeitlich noch immer nicht mit dem Dosier-Zeitfenster 182 übereinstimmt, kann die Strategie 200 zum Teil wiederholt werden, indem die Anzahl von Dosierstößen weiter verringert und die Dosier-Kraftstoffmenge pro Stoß neu verteilt wird, um neue Anzahlen für diese Faktoren zu erzielen, bis eine Übereinstimmung erzielt wird.
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Neben der Verringerung der Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180, die je Verbrennungszyklus eingeleitet werden, kann die Strategie 200 in einer alternativen Ausführungsform entscheiden, die Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180 zu erhöhen. Wenn die Strategie 200 zum Beispiel mit einer verringerten Anzahl von Dosierstößen 240 arbeitet, aber andere Variablen (z. B. die Motordrehzahl verringert und dadurch das Dosier-Zeitfenster 182 erhöht wird) geändert werden, kann die Strategie 200 die verringerte Anzahl von Dosierstößen 240 mit dem Dosier-Zeitfenster 182 vergleichen und bestimmen, dass zusätzliche einzelne Dosierstöße 180 zeitlich innerhalb des Dosier-Zeitfensters 182 passen könnten. In solchen Fällen könnte die Strategie 200 eine zweite Vielzahl von Dosierstößen 239 ermitteln, indem die verringerte Anzahl von Dosierstößen 240 je Verbrennungszyklus um einen Stoß verringert und dann eine neue Stoßmenge berechnet wird, indem die Menge pro Zylinder, d. h., die Menge an Dosierkraftstoff, die jede Einspritzdüse 142 in jedem Verbrennungszyklus einleiten sollte, auf die neu berechnete zweite Vielzahl von Dosierstößen 239 verteilt wird. Diese Ausführungsform kann nützlich sein, indem die Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180, die von der Einspritzdüse je Verbrennungszyklus abgegeben wird, erhöht wird, um die Zerstäubung des eingeleiteten Dosier-Kraftstoffs zu verbessern.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung ist anwendbar, um eine Nachbehandlungsvorrichtung 150 in dem Abgassystem eines Motors 100 passiv zu regenerieren. Um die Regeneration zu ermöglichen, wird durch eine Vielzahl von einzelnen Nacheinspritz-Dosierstößen 180 durch selektive Aktivierung einer Einspritzdüse 142, die zum Teil in der Verbrennungskammer 102 angeordnet ist, eine bestimmte Menge an Dosierkraftstoff in die Verbrennungskammer 102 eingeleitet. Um sicherzustellen, dass sich die einzelnen Dosierstöße 180 mit den Abgasen durchmischen und von der Verbrennungskammer 102 abgegeben werden, wird ein Dosier-Zeitfenster 182 berechnet, das die optimale Zeit während des Verbrennungszyklus zur Einleitung des Dosier-Kraftstoffs darstellt, so dass dieser nicht vorzeitig verbrennt oder in der Verbrennungskammer gefangen bleibt. Das Dosier-Zeitfenster 182 kann auf der Grundlage einer Anzahl von Faktoren berechnet werden, darunter Motordrehzahl, Kraftstoffdruck und Einspritzzeitpunkt in benachbarten Verbrennungskammern. In Übereinstimmung mit der Offenbarung kann das Dosier-Zeitfenster 182 spät während des Leistungshubs auftreten, wenn das Auslassventil 136 anfänglich gehoben wird, um den Auslassanschluss 134 zu öffnen.
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Der Dosier-Kraftstoff wird in einer Menge pro Zylinder 204 zugeteilt, die für jede Einspritzdüse 142 während jedes Verbrennungszyklus eingeleitet werden soll. Um die Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180, die durch die Einspritzdüse 142 je Verbrennungszyklus eingeleitet werden, zu maximieren, und dadurch sicherzustellen, dass der Dosier-Kraftstoff gut in der Verbrennungskammer 102 verdampft wird, wird die Menge pro Zylinder 204 ferner auf eine erste Vielzahl von Dosierstößen 211 verteilt. Die erste Vielzahl von Dosierstößen 211 wird ausgewählt, was in einer Ausführungsform auf der Grundlage einer vorbestimmten Anzahl von Dosierstößen 212 erfolgen kann, die wie in 3 beschrieben einer gewünschten Anzahl von Stößen entsprechen soll, um die Verdampfung des eingeleiteten Dosier-Kraftstoffs sicherzustellen. Die erste Vielzahl von Dosierstößen 211 wird mit dem Dosier-Zeitfenster 182 verglichen, um zu bestimmen, wann die erste Vielzahl von Dosierstößen 211 während des Dosier-Zeitfensters eingeleitet werden kann. Auf der Grundlage des Vergleichs kann die Strategie 200 die erste Vielzahl von Dosierstößen 211 um einen Stoß erhöhen oder herabsetzen, um eine zweite Vielzahl von Dosierstößen 239 zu berechnen. Wenn zum Beispiel die Zeit zum Einspritzen der ersten Vielzahl von Dosierstößen das Dosier-Zeitfenster 182 übersteigt, kann die erste Vielzahl von Dosierstößen 211 um einen Stoß verringert werden, um eine verringerte Anzahl von Dosierstößen 240 zu bestimmen, wie in Bezug auf 3 beschrieben. Wenn alternativ die erste Vielzahl von Dosierstößen 211 innerhalb des Dosier-Zeitfensters 182 auftreten kann, kann die erste Vielzahl von Dosierstößen 211 um einen Stoß erhöht werden, um die Gesamtzahl von einzelnen Dosierstößen 180, die je Verbrennungszyklus eingeleitet werden, zu erhöhen. Die neu berechnete zweite Vielzahl von Dosierstößen 239 kann erneut mit dem Dosier-Zeitfenster 182 verglichen werden, um zu bestimmen, ob sie zeitlich innerhalb des Dosier-Zeitfensters 182 passt. Wenn die zweite Vielzahl von Dosierstößen 239 zeitlich nicht mit dem Dosier-Zeitfenster 182 übereinstimmt, können die Berechnungen wiederholt werden, um die Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180 weiter einzustellen. Durch Verringern oder Erhöhen der Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180 um einen Stoß kann eine enge Annäherung an die maximale Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180 je Verbrennungszyklus erzielt werden. Die Menge an Dosierkraftstoff kann auch auf die zweite Vielzahl von Dosierstößen 239 verteilt werden. Außerdem kann die Anzahl von einzelnen Dosierstößen 180 neu berechnet werden, um Veränderungen oder Einstellungen an der Drehzahl des Motors 100 oder bei den Anforderungen für den Dosier-Kraftstoff zu berücksichtigen.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung nur Beispiele des offenbarten Systems bzw. der offenbarten Technik bietet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von den vorstehenden Beispielen unterscheiden können. Alle Verweise auf die Offenbarung oder deren Beispiele sind als Verweis auf das speziell an dieser Stelle besprochene Beispiel zu verstehen und stellen keine Begrenzung des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen dar. Alle Formulierungen einer Unterscheidung und einer Herabsetzung bezüglich bestimmter Merkmale sollen eine geringere Bevorzugung dieser Merkmale angeben, diese jedoch nicht vom Bereich der Offenbarung ausschließen, falls nichts Anderes angegeben ist.
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Die Erwähnung von Wertebereichen soll hier nur als ein abgekürztes Verfahren dazu dienen, einzeln jeden getrennten Wert zu nennen, der in den Bereich fällt, außer wenn dies in anderer Weise hier angezeigt wird, und jeder getrennte Wert wird in die Beschreibung mit eingeschlossen, genauso wie wenn er einzeln hier genannt worden wäre. Alle hier beschriebenen Verfahren können in beliebiger geeigneter Reihenfolge durchgeführt werden, falls hier nichts Anderes angegeben ist oder es zum konkreten Zusammenhang nicht in einem klaren Widerspruch steht.
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Die Verwendung der Begriffe ”ein”, ”eine”, ”der/die/das”, ”zumindest ein/e” und ähnliche referierende Begriffe im Kontext der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Kontext der folgenden Ansprüche) sind so auszulegen, dass sie sowohl Einzahl als auch Mehrzahl umfassen, sofern dies hierin nicht anders angezeigt wird oder dies nicht deutlich dem Kontext widerspricht. Die Verwendung des Begriffs ”zumindest ein/e” gefolgt von einer Auflistung von einem oder mehreren Punkten (zum Beispiel, ”zumindest ein A und/oder B”) ist so auszulegen, dass dies entweder einen Punkt aus den aufgelisteten Punkten (A oder B) oder eine beliebige Kombination von zwei oder mehr der aufgelisteten Punkte (A und B) bedeutet, sofern dies hierin nicht anders angezeigt wird oder dies nicht deutlich dem Kontext widerspricht.
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Demgemäß umfasst diese Offenbarung alle Modifizierungen und Äquivalente des in den beigefügten Ansprüchen angegebenen Gegenstands, soweit dies auf Grund anwendbarer Gesetze zulässig ist. Darüber hinaus ist jegliche Kombination der vorstehend beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon in die Offenbarung eingeschlossen, falls hier nichts Anderes angegeben ist oder es nicht in einem klaren Widerspruch zum Kontext steht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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