DE102019220479A1 - Verfahren und vorrichtung zur temperatursteuerung eines abgases unter berücksichtigung dynamischer fahrbedingungen eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur temperatursteuerung eines abgases unter berücksichtigung dynamischer fahrbedingungen eines fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Bereitgestellt sind ein präzises Temperatursteuerungsverfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern eines Überhitzens eines Heizkatalysators in einem Regenerationsmodus eines Dieselpartikelfilters (DPF) bei Fahrbedingungen eines Fahrzeugs wie beispielsweise Beschleunigung oder Verlangsamung. Das Grundkonzept der Offenbarung lautet wie folgt:- ein Fehler (z. B. unvorhergesehene Hitzeentwicklung) tritt bei der Berechnung der Kraftstoffmenge mittels einer Regenerationstemperatursteuerlogik auf, aufgrund einer Ungenauigkeit eines Abgasdurchsatzes (Luftgehalt + Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zylinder), der bei verschiedenen Fahrzeugbedingungen eines Fahrzeugs berechnet wird, und einer Verzögerungszeit, die erforderlich ist, damit ein Abgasstrom einen Katalysator erreicht. Zum Beheben dieses Phänomens wird die Kraftstoffmenge genau berechnet, indem ein für die Steuerung erforderlicher Abgasdurchsatz und eine Verzögerungszeit für in einen Motor angesaugte Luft und in denselben eingespritzten Kraftstoff zum Erreichen eines Heizkatalysators vorhergesagt und geschätzt werden, so dass der Berechnungsfehler des Abgasdurchsatzes durch Anwenden eines Filters verringert werden kann.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2018-0172670 , eingereicht am 28. Dezember 2018, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Temperatursteuerung eines Dieselpartikelfilters (DPF) zum Entfernen von Abgasemissionen aus einem Dieselfahrzeug und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur präzisen Temperatursteuerung eines Heizkatalysators, der an einem vorderen Ende eines DPF angebracht ist.
  • Erörterung der verwandten Technik
  • Dieselmotoren sind kraftstoffeffizienter als Benzinmotoren, stoßen aber aus Umweltgesichtspunkten große Mengen an Stickstoffoxid (NOx) und Feinstaubmaterial (particulate material, PM) aus. Um die kürzlich verschärften Emissionsvorschriften zu erfüllen, sind Dieselmotoren mit einem Heizkatalysatorkonverter (einem Dieseloxidationskatalysator (diesel oxidation catalyst, DOC) oder einem NOx-Speicherkatalysator (Lean NOx trap catalyst, LNT)) ausgestattet. Der Heizkatalysatorkonverter ist an einem vorderen Ende eines Dieselpartikelfilters (DPF) angebracht, um die Temperatur des Abgases mittels Reaktionswärme eines Katalysators zu erhöhen. Der DOC oxidiert ein lösliches organisches Material (soluble organic material, SOF), das in CO, HC und PM eines Abgases enthalten ist, durch Oxidation eines Katalysators, der auf einen Keramikträger aufgebracht ist. Der LNT-Katalysator enthält ein Filter zum selektiven Einfangen von NOx.
  • Um die Temperatur des vorderen Endes des DPF genau zu steuern, werden seit Kurzem gasspezifische Wärme, ein Abgasdurchsatz, Zielwärmetemperatur usw. für ein Abgassteuerverfahren auf Basis eines Modells eines thermodynamischen Gesetzes verwendet. Um die in dem DPF eingefangenen Abgasemissionen zu entfernen, muss die Einlasstemperatur des DPF in einem Bereich von 580 bis 650 °C liegen. In einem normalen Motormodus ist es jedoch schwierig, den oben genannten Temperaturbereich zu erfüllen, und deshalb wird ein separater Regenerationsmodus verwendet, um die Motorauslasstemperatur so weit wie möglich zu erhöhen. Da der erforderliche Einlasstemperaturbereich des DPF jedoch nicht erfüllt werden kann, indem einfach die Motorauslasstemperatur in einem Hauptbetriebsbereich erhöht wird, sollten Oxidationsreaktionen eines Heizkatalysators (des DOC- oder des LNT-Katalysators) oder dergleichen verwendet werden. Eine Heizquelle eines Heizkatalysators ist unverbrannter Kohlenwasserstoff, der durch Nacheinspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder am Ende eines Arbeitstaktes in einem Motor erzeugt wird. Der Heizkatalysator sollte normal funktionieren, um die kürzlich verschärften Emissionsvorschriften zu erfüllen. Im Regenerationsmodus können jedoch Probleme, beispielsweise eine Zunahme eines Abgases, aufgrund einer Qualitätsverschlechterung und Beschädigung des Heizkatalysators aufgrund einer übermäßigen Innentemperatur des Heizkatalysators auftreten. Daher ist es im Regenerationsmodus wichtig, nicht nur die Temperatur des vorderen Endes des DPF, sondern auch die Innentemperatur des Heizkatalysators zu steuern.
  • In letzter Zeit wird für eine präzise Steuerung ein modellbasiertes DPF-Temperatursteuerungsverfahren gegenüber dem herkömmlichen Proportional-Integral-Derivativ(PID)-Rückkopplungs-Steuerungsverfahren bevorzugt. Bei dem modellbasierten DPF-Temperatursteuerungsverfahren erfolgt die Kraftstoffeinspritzung durch Berechnen der erforderlichen Kraftstoffmenge in Echtzeit unter Verwendung des thermodynamischen Gesetzes Q=CmΔT (C: gasspezifische Wärme, m: Abgasdurchsatz, ΔT: Differenz zwischen der Zielinnentemperatur des Katalysators und der Temperatur am vorderen Ende des Katalysators), um die zum Einhalten der DPF-Zieltemperatur erforderliche Nacheinspritzmenge zu berechnen, und somit werden die Einspritzgenauigkeit und die Steuergeschwindigkeit im Vergleich zum PID- Rückkopplungs-Steuerungsverfahren verbessert, bei dem die Steuerung auf Basis der tatsächlichen Temperatur des vorderen Endes des DPF erfolgt. Unter dynamischen Fahrbedingungen eines Fahrzeugs, beispielsweise Beschleunigungs- oder Verlangsamungsfahren, kommt es jedoch auch bei der modellbasierten Temperatursteuerung zu einer Überhitzung des Heizkatalysators. Dies liegt daran, dass die Emissionscharakteristika von unverbranntem Kohlenwasserstoff, der als Heizquelle des Heizkatalysators verwendet wird, auf eine komplexe Verbrennungsumgebung, einschließlich dynamischer Fahrbedingungen eines Fahrzeugs, empfindlich reagieren.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Wie oben beschrieben ist, ist ein Heizkatalysator, der auf einen Dieselpartikelfilter (DPF) zum Entfernen von Abgasemissionen aus einem Dieselfahrzeug aufgebracht ist, zum Schutz der Hardware in seiner Temperatur begrenzt und wird wahrscheinlich in seiner Qualität schlechter oder wird beschädigt und kann daher nicht normal betrieben werden, wenn die Häufigkeit eines Überschreitens einer Katalysatorschutztemperatur zunimmt. Daher ist es wichtig, die Temperatur so zu steuern, dass dieselbe die Katalysatorschutztemperatur nicht überschreitet.
  • Dementsprechend richtet sich die vorliegende Offenbarung an ein präzises Temperatursteuerungsverfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern der Überhitzung eines Heizkatalysators in einem Regenerationsmodus eines DPF unter Fahrbedingungen eines Fahrzeugs wie beispielsweise Beschleunigung oder Verlangsamung.
  • Das Grundkonzept der vorliegenden Offenbarung lautet wie folgt.
    • - Die zum Erreichen der Zielregenerationstemperatur erforderliche Kraftstoffmenge wird durch eine Regenerationstemperatursteuerlogik gemäß dem grundlegenden thermodynamischen Gesetz ‚<Q=CmΔt‘ (C: spezifische Wärme des Abgases, m: Abgasdurchsatz, Δt: Zielwärmetemperatur) berechnet.
    • - Ein Fehler (z. B. unvorhergesehene Hitzeentwicklung) tritt bei der Berechnung der Kraftstoffmenge durch die Regenerationstemperatursteuerlogik auf, aufgrund einer Ungenauigkeit eines Abgasdurchsatzes (Luftgehalt + Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zylinder), der bei verschiedenen Fahrbedingungen eines Fahrzeugs berechnet wird, und einer Verzögerungszeit, die erforderlich ist, damit ein Abgasstrom einen Katalysator erreicht.
    • - Zum Beheben des Phänomens wird der Berechnungsfehler des Abgasdurchsatzes reduziert, indem ein Filter eingesetzt wird.
  • Um das obige Problem anzugehen, ist die vorliegende Offenbarung darauf ausgerichtet, die Kraftstoffmenge genau zu berechnen, indem eine Verzögerungszeit, die erforderlich ist, damit die in einen Motor angesaugte Luft und der in denselben eingespritzte Kraftstoff an der Vorderseite eines Heizkatalysators ankommen, und ein für die Steuerung erforderlicher Abgasdurchsatz vorhergesagt und geschätzt werden. Um die Überhitzung des Heizkatalysators unter dynamischen Fahrbedingungen des Fahrzeugs zu beheben, ist die vorliegende Offenbarung insbesondere darauf ausgerichtet, die Berechnung des Betrags von unverbranntem Kohlenwasserstoff, der zum Heizen eines Katalysators erforderlich ist, an der Vorderseite eines Katalysators durch eine modellbasierte DPF-Temperatursteuerung zu verbessern.
  • Wie oben beschrieben ist, wird in der Gleichung Q=CmΔT der Abgasdurchsatz berechnet, indem der Luftgehalt und die eingespritzte Kraftstoffmenge zusammen addiert werden, wobei der Luftgehalt durch einen Luftmessungssensor gemessen wird und die Kraftstoffmenge aus einem Wert entnommen wird, der durch eine elektronische Steuereinheit (electronic control unit, ECU) erkannt wird. Jedoch wurde bei dem modellbasierten DPF-Temperatursteuerungsverfahren, da die erforderliche Kraftstoffmenge mit Hilfe eines thermodynamischen Verfahrens basierend auf der Vorderseite eines Katalysators berechnet wird, eine Zeit, die erforderlich ist, damit die in einen Motor angesaugte Luft oder der in denselben eingespritzte Kraftstoff an der Vorderseite des Katalysators ankommt, nicht berücksichtigt. Da die Ankunftszeit nicht berücksichtigt wurde und ein Fehler in der durch die ECU erkannten Kraftstoffmenge auftreten kann, kann der Fehler in einem Abgasdurchsatz hinzugefügt werden, und somit kann die erforderliche Kraftstoffmenge, die mittels des modellbasierten DPF-Temperatursteuerungsverfahrens berechnet wird, den Fehler enthalten. Insbesondere führt ein Fehler des Abgasdurchsatzes während einer Beschleunigung oder Verlangsamung zu einer Überhitzung des Heizkatalysators. Um dieses Problem zu lösen, wird ein Verfahren zur genauen Berechnung der Kraftstoffmenge unter Berücksichtigung der Ankunftszeit bereitgestellt, indem ein Filter auf den Abgasdurchsatz angewendet wird, der seitens der modellbasierten Temperatursteuerung erkannt wird.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines Abgases unter Berücksichtigung dynamischer Fahrbedingungen eines Fahrzeugs in Bezug auf ein Heizkatalysator-Temperatursteuerungsverfahren bereitgestellt, das ein modellbasiertes Regenerationstemperatursteuerungsverfahren einsetzt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen, ob ein Betriebsmodus eines Motors ein Betriebsmodus unter Verwendung eines Abgasdurchsatzfilters ist und ob ein Fahrzustand eines Fahrzeugs ein Beschleunigungszustand oder ein Verlangsamungszustand ist; Berechnen eines endgültigen Abgasdurchsatzes als einen ersten Wert durch Schätzen einer Eingang-Abgasdurchsatz-Ankunftsverzögerungszeit und eines für die Temperatursteuerung erforderlichen Abgasdurchsatzes, wenn bestimmt wird, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand ist, und Berechnen des endgültigen Abgasdurchsatzes als einen zweiten Wert durch Schätzen eines für die Temperaturregelung erforderlichen Abgasdurchsatzes, wenn bestimmt wird, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Verlangsamungszustand ist, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist; und Berechnen der zum Heizen im dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge durch Anwenden des berechneten endgültigen Abgasdurchsatzes.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines Abgases unter Berücksichtigung dynamischer Fahrbedingungen eines Fahrzeugs in Bezug auf ein Heizkatalysator-Temperatursteuerungsverfahren bereitgestellt, das ein modellbasiertes Regenerationstemperatursteuerungsverfahren verwendet, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen, ob ein Betriebsmodus eines Motors ein Betriebsmodus unter Verwendung eines Abgasdurchsatzfilters ist, Bestimmen, ob ein Fahrzustand eines Fahrzeugs ein Beschleunigungszustand oder ein Verlangsamungszustand ist, Reflektieren einer Abgasankunftsverzögerungszeit in einen Eingang-Abgasdurchsatz und Anwenden eines ersten Abgasdurchsatzfilters, wenn der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand ist, Anwenden eines zweiten Abgasdurchsatzfilters bezüglich des Abgasdurchsatzes, wenn der Fahrzustand des Fahrzeugs der Verlangsamungszustand ist, Berechnen eines endgültigen Abgasdurchsatzes nach dem Reflektieren der Abgasankunftsverzögerungszeit in den Eingang-Abgasdurchsatz und dem Anwenden des ersten Abgasdurchsatzfilters, Berechnen eines endgültigen Abgasdurchsatzes nach dem Anwenden des zweiten Abgasdurchsatzfilters und Berechnen der zum Heizen in dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge durch Anwenden des berechneten endgültigen Abgasdurchsatzes.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines Abgases unter Berücksichtigung dynamischer Fahrbedingungen eines Fahrzeugs in Bezug auf eine Heizkatalysator-Temperatursteuerungsvorrichtung bereitgestellt, die ein modellbasiertes Regenerationstemperatursteuerungsverfahren verwendet, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Einheit zum Bestimmen, ob ein Betriebsmodus eines Motors ein Betriebsmodus unter Verwendung eines Abgasdurchsatzfilters ist und ob ein Fahrzustand eines Fahrzeugs ein Beschleunigungszustand oder ein Verlangsamungszustand ist; eine Einheit zum Berechnen eines endgültigen Abgasdurchsatzes als einen ersten Wert durch Schätzen einer Eingang-Abgasdurchsatz-Ankunftsverzögerungszeit und eines für die Temperatursteuerung erforderlichen Abgasdurchsatzes, wenn bestimmt wird, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand ist, und zum Berechnen des endgültigen Abgasdurchsatzes als einen zweiten Wert durch Schätzen eines für die Temperatursteuerung erforderlichen Abgasdurchsatzes, wenn bestimmt wird, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Verlangsamungszustand ist, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist; und eine Einheit zum Berechnen der zum Heizen in dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge durch Anwenden des berechneten endgültigen Abgasdurchsatzes.
  • Die oben beschriebene Konfiguration und die Vorgänge der vorliegenden Offenbarung werden anhand der unten beschriebenen konkreten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen besser ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Die oben genannten und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden für diejenigen Fachleute mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet deutlicher, indem beispielhafte Ausführungsbeispiele derselben unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden, wobei:
    • 1 ein konzeptuelles Diagramm zur Erläuterung eines modellbasierten Regenerationstemperatursteuerungsverfahrens ist;
    • 2 ein Prozessflussdiagramm eines Abgastemperatursteuerungsverfahrens der vorliegenden Offenbarung ist, das sich auf die modellbasierte Regenerationstemperatursteuerung bezieht;
    • 3A-3C Diagramme sind, die eine Änderung eines Abgasdurchsatzes (3A), einen Abgasdurchsatz (3B) und eine Nacheinspritzmenge (3C) zeigen, die jeweils auf einer vertikalen Achse dargestellt sind, entsprechend der Zeit, die auf einer horizontalen Achse dargestellt ist, vor und nach der Anwendung eines Abgasdurchsatzfilters; und
    • 4 ein erläuterndes Diagramm des Vorgangs 160 von 2 ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung und Verfahren zur Erreichung derselben werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen ersichtlich. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann in vielen unterschiedlichen Formen erfolgen. Die Ausführungsbeispiele werden lediglich bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist, und werden den Schutzumfang der Offenbarung denjenigen Fachleuten mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet vollständig vermitteln. Die vorliegende Offenbarung ist durch die Ansprüche definiert.
  • Die hier verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und nicht dazu, die vorliegende Offenbarung einzuschränken. In der hier verwendeten Form sollen Singularformen auch Pluralformen einschließen, es sei denn, der Kontext weist eindeutig auf etwas anderes hin. Wie hierin verwendet, geben die Begriffe „aufweisen“ oder „ aufweisend“ das Vorhandensein von angegebenen Komponenten, Schritten, Vorgängen und/oder Elementen an, schließen aber das Vorhandensein oder Hinzufügen einer oder mehrerer anderer Komponenten, Schritte, Vorgänge und/oder Elemente nicht aus.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Bezüglich der Bezugszeichen, die den Komponenten in jeder Zeichnung zugeordnet sind, werden, wenn möglich, dieselben Bezugszeichen denselben Komponenten zugeordnet, auch in verschiedenen Zeichnungen, und bekannte Konstruktionen oder Funktionen, die mit der Erläuterung der vorliegenden Offenbarung zusammenhängen, werden nicht ausführlich beschrieben, wenn festgestellt wird, dass sie die vorliegende Offenbarung aufgrund unnötiger Details verschleiern würden.
  • Ein repräsentatives Ausführungsbeispiel für die Implementierung des Systems der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nachfolgend beschrieben. Anschließend wird die vorliegende Offenbarung unter Verwendung eines Komponentennamens „... Vorgang“ eines Aspekts eines Verfahrens beschrieben, jedoch ist eine Beschreibung des Aspekts des Verfahrens so zu verstehen, dass dieselbe eine Beschreibung eines Aspekts einer Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung abdeckt.
  • Zunächst wird ein modellbasiertes Regenerationstemperatursteuerungsverfahren beschrieben, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, um das Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu erleichtern. 1 ist ein konzeptuelles Diagramm zur Erläuterung eines modellbasierten Regenerationstemperatursteuerungsverfahrens.
  • Der Betrag von unverbranntem Kohlenwasserstoff, der an dem vorderen Ende eines Heizkatalysators (LNT) erforderlich ist, wird gemäß dem thermodynamischen Gesetz unter Verwendung der Differenz zwischen der Temperatur (T4) des vorderen Endes des LNT und der Zielinnentemperatur eines Katalysators berechnet (Leitungswärmeverlust wird berücksichtigt), und die endgültige Einspritzmenge wird unter Berücksichtigung eines Kraftstoffverdünnungsbetrags in einem Zylinder bestimmt. Bei der modellbasierten Regenerationstemperatursteuerung wird die durch Modellieren berechnete Kraftstoffmenge auf die endgültige Kraftstoffmenge eingestellt, ohne zusätzlich eine grundlegende Nacheinspritzmenge festzulegen. Die modellbasierte Regenerationstemperatursteuerung ist insofern nachteilig, als sie viel Testzeit erfordert, da für das Modellieren ein Beginn ab einem Motorauslass erforderlich ist, aber insofern vorteilhaft, als Kraftstoff unter Berechnung, in Echtzeit, der zur Einhaltung der Zieltemperatur erforderlichen Kraftstoffmenge eingespritzt wird, basierend auf der Temperatur T4, die sich in Echtzeit ändert, so dass das Regelansprechverhalten schnell ist und ein Überhitzungsgrad des Heizkatalysators geringer als bei Verwendung eines herkömmlichen PID-Steuerungsverfahrens ist.
  • Ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines Abgases gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 2 nachfolgend mit Bezug auf die modellbasierte Regenerationstemperatursteuerung beschrieben.
    • 110: Motor starten
    • 120: Bestimmen, ob ein Betriebsmodus des Dieselmotors ein Betriebsmodus unter Verwendung eines Abgasdurchsatzfilters ist („Abgasdurchsatzfilter-Betriebsmodus“).
  • Es gibt verschiedene Betriebsmodi eines Dieselmotors je nach Verwendungszweck desselben. Das Abgasdurchsatzfilter wird in einem DPF-Betriebsmodus verwendet und wird in keinem normalen Fahrmodus außer dem DPF-Betriebsmodus verwendet. Das Abgasdurchsatzfilter wird je nach Betriebsmodus verwendet oder nicht verwendet, um einen Freiheitsgrad zu erzielen. Ein Abgasdurchsatz bezieht sich auf eine Verzögerungszeit, in der in den Motor angesaugte Luft und in denselben eingespritzter Kraftstoff die Vorderseite eines Heizkatalysators erreichen, und wird für die Berechnung der Kraftstoffmenge zur genauen Steuerung der DPF-Regenerationstemperatur verwendet, und somit wird das Abgasdurchsatzfilter in dem DPF-Betriebsmodus verwendet. Deshalb wird das Abgasdurchsatzfilter in dem DPF-Betriebsmodus verwendet und der Betrag der gesammelten Abgasemissionen wird durch eine ECU überwacht. Wenn der Betrag der gesammelten Abgasemissionen größer als oder gleich einem bestimmten Wert ist, erfolgt ein Fahren durch Umschalten in den DPF-Betriebsmodus. Im Falle eines Dieselfahrzeugs, das mit einer Abgasemissionsreduzierungsvorrichtung und einer NOx-Reduzierungsvorrichtung ausgestattet ist, ist für die Abgasemissionsreduzierungsvorrichtung und die NOx-Reduzierungsvorrichtung ein separater Betriebsmodus vorgesehen und wird daher entsprechend einem Verwendungszweck desselben verwendet, indem die Verbrennungsfaktoren des Motors, beispielsweise die Luftmenge und die Kraftstoffeinspritzmenge, gemäß den separaten Modi aufgeteilt werden.
  • 130: Nach dem Bestimmen (120), Berechnen des Änderungsbetrags des Abgasdurchsatzes pro festgelegter Zeit und Bestimmen, ob ein Fahrzustand eines Fahrzeugs ein Beschleunigungszustand oder ein Verlangsamungszustand ist, auf Basis des Änderungsbetrags des Abgasdurchsatzes.
  • Ob ein Fahrzeug sich im Beschleunigungs- oder im Verlangsamungszustand befindet, wird auf Basis des Änderungsbetrags des Abgasdurchsatzes (d. h. des Betrags der Zunahme oder Abnahme) bestimmt. In diesem Fall kann der Änderungsbetrag des Abgasdurchsatzes für einen bestimmten Zeitraum (der optional festgelegt werden kann) extrahiert oder gemessen werden.
  • 140: Wenn der Änderungsbetrag des Abgasdurchsatzes zunimmt (d. h. der Beschleunigungszustand), Reflektieren einer Verzögerungszeit der Abgasankunft (austauschbar mit dem Begriff „Reichweite“ verwendet) in den Abgasdurchsatz und Anwenden eines Zunahmerichtung-Abgasdurchsatzfilters.
  • Bei diesem Vorgang wird eine zuvor eingerichtete „Tabelle der Gasankunftsverzögerungszeit pro Abgasdurchsatz“ verwendet. Zusätzlich wird eine „Filtertabelle pro Eingang-Abgasdurchsatz“ verwendet, wenn das Zunahmerichtung-Abgasdurchsatzfilter angewendet wird.
  • 150: Wenn bestimmt wird, dass der Änderungsbetrag des Abgasdurchsatzes reduziert ist (d. h. der Verlangsamungszustand), beim Bestimmen, ob der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungs- oder der Verlangsamungszustand ist (130), Anwenden eines Reduzierungsrichtung-Abgasdurchsatzfilters bezüglich des Abgasdurchsatzes.
  • Bei diesem Vorgang wird das Reduzierungsrichtung-Abgasdurchsatzfilter unter Verwendung der „Filtertabelle pro Eingang-Abgasdurchsatz““ angewendet.
  • Das Anwenden des Filters auf den Abgasdurchsatz in den Vorgängen 140 und 150 wird durchgeführt, um einen Fehler in dem Abgasstromfehler zu reduzieren, der durch Nichtbeachten einer Abgasankunftszeit durch die Regenerationstemperatursteuerlogik des DPF verursacht wird und durch einen Modellierungsfehler verursacht wird. Der Abgasdurchsatz nimmt zu, wenn ein Fahrer das Pedal betätigt, und nimmt ab, wenn das Pedal losgelassen wird. Der Grund für das Anwenden des Zunahmerichtung-Filters in Vorgang 140 und des Abnahmerichtung-Filters in Vorgang 150 ist die Sicherstellung eines Freiheitsgrads der DPF-Regenerationstemperatursteuerung durch Anwenden unterschiedlicher Filter im Falle eines Fahrzeugbeschleunigungszustands (eine Zunahme des Abgasdurchsatzes) und eines Fahrzeugverlangsamungszustands (eine Abnahme des Abgasdurchsatzes).
  • Anders gesagt wird im Fahrzeugbeschleunigungszustand der Fahrzeugbeschleunigungszustand gemäß dem Änderungsbetrag (+) des Abgasdurchsatzes erkannt, und eine endgültige Nacheinspritzmenge wird als klein berechnet, indem eine Ankunftszeit des Abgasstroms und ein für die Temperatursteuerung erforderlicher Abgasdurchsatz unter Verwendung des Zunahmerichtung-Abgasdurchsatzfilters vorhergesagt und geschätzt werden. Im Fahrzeugverlangsamungszustand wird der Fahrzeugverlangsamungszustand gemäß dem Änderungsbetrag (-) des Abgasdurchsatzes erkannt, und eine endgültige Nacheinspritzmenge wird als größer berechnet, wenn das Abnahmerichtung-Abgasdurchsatzfilters verwendet wird, als vor der Filteranwendung, wodurch eine Reduzierung der Innentemperatur eines Katalysators minimiert wird.
  • Die Anwendung des Abgasdurchsatzfilters ist in 3A bis 3C dargestellt.
  • 3A bis 3C sind Diagramme, die jeweils eine Änderung eines Abgasdurchsatzes ( 3A), einen Abgasdurchsatz (3B) und eine Nacheinspritzmenge (3C) zeigen, die jeweils auf einer vertikalen Achse dargestellt sind, in ① einem Abschnitt mit konstanter Geschwindigkeit, ② einem Beschleunigungsabschnitt, ③ einem Abschnitt mit konstanter Geschwindigkeit (nach der Beschleunigung), ④ einem Verlangsamungsabschnitt und ⑤ einem Abschnitt mit konstanter Geschwindigkeit (nach der Verlangsamung) in Abhängigkeit von der Zeit, die auf einer horizontalen Achse dargestellt ist. Der Änderungsbetrag des Abgasdurchsatzes in jedem dieser Abschnitte wurde, wie in 3A veranschaulicht ist, berechnet, und danach wurde das Zunahmerichtung-Filter (Beschleunigungszustand) bezüglich des Abgasdurchsatzes angewendet, wie in 3B veranschaulicht ist, wenn der Änderungsbetrag eine positive Richtung anzeigte, und das Abnahmerichtung-Filter (Verlangsamungszustand) wurde angewendet, wie in 3B veranschaulicht ist, wenn der Änderungsbetrag eine negative (-) Richtung anzeigte. Infolgedessen war, wie in 3C veranschaulicht ist, die Nacheinspritzmenge in dem Beschleunigungsabschnitt kleiner als vor der Filteranwendung, und die Nacheinspritzmenge in dem Verlangsamungsabschnitt war größer als vor der Filteranwendung, wodurch eine präzise Temperatursteuerung ermöglicht wird.
  • In 3B stellt „A“ einen Fall dar, in dem eine Verzögerungszeit für das Ankommen eines Abgases an einem vorderen Ende eines Katalysators in dem Beschleunigungszustand unter Verwendung eines Verzögerungsfilters in Vorgang 140 reflektiert wurde. „B“ stellt einen Fall dar, in dem ein zur Berechnung einer Kraftstoffmenge verwendetes Abgasdurchsatzsignal, später aufgrund der Anwendung des Zunahmerichtung-Abgasdurchsatzfilters (Beschleunigungszustand) zunahm, wenn das Fahrzeug beschleunigte. „C“ steht für einen Fall, in dem das zur Berechnung der Kraftstoffmenge verwendete Abgasdurchsatzsignal später aufgrund der Anwendung des Abnahmerichtung-Abgasdurchsatzfilters (Verlangsamungszustand) abnahm, wenn das Fahrzeug bremste. 3A bis 3C veranschaulichen, dass, während ein Rohsignal (ein Abgasdurchsatz vor der Filteranwendung) in dem Beschleunigungsabschnitt zunahm, ein geändertes Signal (ein Abgasdurchsatz nach der Filteranwendung) sich später änderte. Wie schnell oder langsam sich ein Signal ändert, kann von einem Entwickler bei der Erstellung einer Tabelle festgelegt werden.
  • Hier bezieht sich die Anwendung des Filters in Bezug auf die Steuerung eines Motors auf die Anwendung eines Filters, der in Form von Motorsteuerungssoftware oder eines in Form von Software hergestellten Filters gemäß einem bestimmten Verwendungszweck auf den Markt gebracht wird. So ist es beispielsweise wirksam, ein Filter mit der Bezeichnung „m-Filter (PT1)“ gemäß dem Konzept der vorliegenden Offenbarung anzuwenden (der Name oder die Funktion des Filters kann je nach Filteranbieter variieren).
  • Ein Beispiel für das Anwenden eines Filters wird im Folgenden beschrieben. Eine Gleichung zur Berechnung des m-Filters lautet „Xaus = Xein + (u - Xein)*m“, wobei gilt: Xaus: Ausgangswert (Abgasdurchsatz vor Filteranwendung), Xein: vorheriger Wert, u: Eingangswert (Abgasdurchsatz vor Filteranwendung) und m: Filterwert. Wird beispielsweise angenommen, dass ein Abgasdurchsatz in einem Abschnitt mit konstanter Geschwindigkeit 10 kg/h beträgt und sich in einem Beschleunigungsabschnitt zu 100 kg/h ändert und der Filterwert 0,1 ist, beträgt der Abgasdurchsatz 10+(100-10)*0,1=19, wenn ein Filter in einem nachfolgenden ECU-Berechnungsvorgang darauf angewendet wird (hier wird eine Änderungsrate des Änderungsbetrags pro Zeiteinheit berechnet, die auf eine Ausgang anzuwenden ist).
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird im Folgenden das Verfahren zur Steuerung der Abgastemperatur gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
  • 160: Berechnen eines endgültigen Abgasdurchsatzes nach dem Reflektieren der Abgasankunftsverzögerungszeit in den Eingang-Abgasdurchsatz und dem Anwenden des Zunahmerichtung-Abgasdurchsatzfilters in Vorgang 140 oder nach dem Anwenden des Abnahmerichtung-Abgasdurchsatzfilters in Vorgang 150.
  • Dieser Vorgang wird in 4 veranschaulicht. In Vorgang 160 wird eine Abgasankunftsverzögerungszeit und/oder ein „AbgasdurchsatzNEU“ nach dem Anwenden des Zunahmerichtung-/Abnahmerichtung-Abgasdurchsatzfilters bezüglich des „Abgasdurchsatzes“ an der Vorderseite des Heizkatalysators berechnet.
  • 170: Berechnen der zum Heizen in dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge durch Anwenden des Abgasdurchsatzes, der in dem vorherigen Vorgang (160) berechnet wird.
  • Hier wird der Betrag von unverbranntem Kohlenwasserstoff an der Vorderseite des Heizkatalysators berechnet. Die erforderliche Kraftstoffmenge wird gemäß dem Gesetz Q=CmΔT berechnet. Hier wird ein Wert des Abgasdurchsatzes, der durch Anwenden des Filters erhalten wird, in m eingesetzt. Daher nimmt in einem Beschleunigungsbereich der Abgasdurchsatz aufgrund der Filteranwendung langsam zu, und somit wird die Kraftstoffmenge als geringer als vor der Filteranwendung berechnet, und in einem Verlangsamungsbereich nimmt der Abgasdurchsatz aufgrund der Anwendung eines anderen Filters als dem, der in dem Beschleunigungsbereich verwendet wird, langsam ab, und somit wird die Kraftstoffmenge als größer als vor der Filteranwendung berechnet, wodurch eine Abnahme der Innentemperatur des Heizkatalysators minimiert wird.
  • Wie oben beschrieben ist, kann die vorliegende Offenbarung in einem Aspekt einer Vorrichtung oder in einem Aspekt eines Verfahrens implementiert werden. Insbesondere kann die Funktion oder der Prozess jeder Komponente der vorliegenden Offenbarung durch zumindest einen eines digitalen Signalprozessors (DSP), eines Prozessors, eines Controllers, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines programmierbaren Logikbauelements (z. B. ein feldprogrammierbares Gatterarray, FPGA) oder eines anderen elektronischen Bauelements oder einer Hardwarekomponente einschließlich einer Kombination davon implementiert werden. Alternativ kann die Funktion oder der Prozess jeder Komponente der vorliegenden Offenbarung allein durch ein Softwareprogramm oder in Kombination mit den Hardwarekomponentenelementen implementiert werden. Das Softwareprogramm kann auf einem Aufzeichnungsmedium gespeichert sein.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann verhindert werden, dass ein Heizkatalysator durch die Einwirkung hoher Temperaturen bei Fahrbedingungen eines Fahrzeugs, wie beispielsweise Beschleunigung und Verlangsamung, beschädigt wird, wodurch der normale Betrieb des Heizkatalysators sichergestellt wird. Daher kann eine stabile Abgasreinigungseffizienz des Heizkatalysators gewährleistet werden, und eine Verschlechterung des Heizkatalysators kann verzögert werden, um die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs im Regenerationsmodus zu verbessern.
  • Während die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung oben im Hinblick auf Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben wurde, wird von denjenigen Fachleuten mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein kann, ohne von der technischen Idee oder den wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend sollten die hier dargelegten Ausführungsbeispiele nur als Beispiele und nicht zum Zwecke der Beschränkung betrachtet werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die folgenden Ansprüche mit Ausnahme der ausführlichen Beschreibung definiert, und alle Änderungen oder Modifikationen, die sich aus den Ansprüchen und ihren Äquivalenten ableiten lassen, sollten so ausgelegt werden, dass sie in den technischen Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
  • 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
    • KR 1020180172670 [0001]

Claims (11)

  1. Ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines Abgases unter Berücksichtigung dynamischer Fahrbedingungen eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bestimmen, ob ein Betriebsmodus eines Motors ein Betriebsmodus unter Verwendung eines Abgasdurchsatzfilters ist und ob ein Fahrzustand eines Fahrzeugs ein Beschleunigungszustand oder ein Verlangsamungszustand ist; Berechnen eines endgültigen Abgasdurchsatzes als einen ersten Wert durch Schätzen einer Eingang-Abgasdurchsatz-Ankunftsverzögerungszeit und eines für die Temperatursteuerung erforderlichen Abgasdurchsatzes, wenn bestimmt wird, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand ist, und Berechnen des endgültigen Abgasdurchsatzes als einen zweiten Wert durch Schätzen eines für die Temperatursteuerung erforderlichen Abgasdurchsatzes, wenn bestimmt wird, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Verlangsamungszustand ist, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist; und Berechnen der zum Heizen in dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge durch Anwenden des berechneten endgültigen Abgasdurchsatzes.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Bestimmen, ob der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand oder der Verlangsamungszustand ist, folgende Schritte aufweist: Messen eines Änderungsbetrags eines Abgasdurchsatzes pro vorbestimmter Zeit und Bestimmen, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand ist, wenn der Abgasdurchsatz zunimmt, und der Verlangsamungszustand ist, wenn der Abgasdurchsatz abnimmt.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Berechnen der zum Heizen in dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge ein Berechnen des Betrags von unverbranntem Kohlenwasserstoff an der Vorderseite des Heizkatalysators unter Verwendung eines thermodynamischen Gesetzes Q=CmΔT aufweist.
  4. Ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines Abgases unter Berücksichtigung dynamischer Fahrbedingungen eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: 1) Bestimmen, ob ein Betriebsmodus eines Motors ein Betriebsmodus unter Verwendung eines Abgasdurchsatzfilters ist; 2) Bestimmen, ob ein Fahrzustand eines Fahrzeugs ein Beschleunigungszustand oder ein Verlangsamungszustand ist; 3-1) Reflektieren einer Abgasankunftsverzögerungszeit in einen Eingang-Abgasdurchsatz und Anwenden eines ersten Abgasdurchsatzfilters, wenn der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand ist; 3-2) Anwenden eines zweiten Abgasdurchsatzfilters bezüglich des Abgasdurchsatzes, wenn der Fahrzustand des Fahrzeugs der Verlangsamungszustand ist; 4-1) Berechnen eines endgültigen Abgasdurchsatzes nach dem Reflektieren der Abgasankunftsverzögerungszeit in den Eingang-Abgasdurchsatz und dem Anwenden des ersten Abgasdurchsatzfilters in Vorgang 3-1); 4-2) Berechnen eines endgültigen Abgasdurchsatzes nach dem Anwenden des zweiten Abgasdurchsatzfilters in Vorgang 3-2); und 5) Berechnen der zum Heizen in dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge durch Anwenden des berechneten endgültigen Abgasdurchsatzes.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei in Vorgang 2) das Bestimmen, ob der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand oder der Verlangsamungszustand ist, folgende Schritte aufweist: Messen eines Änderungsbetrags eines Abgasdurchsatzes pro vorbestimmter Zeit und Bestimmen, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand ist, wenn der Abgasdurchsatz zunimmt, und der Verlangsamungszustand ist, wenn der Abgasdurchsatz abnimmt.
  6. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei in Vorgang 3-1) das Reflektieren der Abgasankunftsverzögerungszeit in den Eingang-Abgasdurchsatz ein Verwenden einer Tabelle der Gasankunftsverzögerungszeit pro Abgasdurchsatz aufweist und das Anwenden des ersten Abgasdurchsatzfilters ein Verwenden einer Filtertabelle pro Eingang-Abgasdurchsatz aufweist und in Vorgang 3-2) das Anwenden des zweiten Abgasdurchsatzfilters bezüglich des Abgasdurchsatzes ein Verwenden der Filtertabelle pro Eingang-Abgasdurchsatz aufweist.
  7. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der in Vorgang 4-1) berechnete endgültige Abgasdurchsatz kleiner als der in Vorgang 4-2) berechnete endgültige Abgasdurchsatz ist.
  8. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei in Vorgang 5) das Berechnen der zum Heizen in dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge ein Berechnen des Betrags von unverbranntem Kohlenwasserstoff an der Vorderseite des Heizkatalysators unter Verwendung eines thermodynamischen Gesetzes Q=CmΔT aufweist.
  9. Eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines Abgases unter Berücksichtigung dynamischer Fahrbedingungen eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Einheit, die zum Bestimmen konfiguriert ist, ob ein Betriebsmodus eines Motors ein Betriebsmodus unter Verwendung eines Abgasdurchsatzfilters ist und ob ein Fahrzustand eines Fahrzeugs ein Beschleunigungszustand oder ein Verlangsamungszustand ist; eine Einheit, die konfiguriert ist zum Berechnen eines endgültigen Abgasdurchsatzes als einen ersten Wert durch Schätzen einer Eingang-Abgasdurchsatz-Ankunftsverzögerungszeit und eines für die Temperatursteuerung erforderlichen Abgasdurchsatzes, wenn bestimmt wird, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand ist, und zum Berechnen des endgültigen Abgasdurchsatzes als einen zweiten Wert durch Schätzen eines für die Temperatursteuerung erforderlichen Abgasdurchsatzes, wenn bestimmt wird, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Verlangsamungszustand ist, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist; und eine Einheit, die konfiguriert ist zum Berechnen der zum Heizen in dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge durch Anwenden des berechneten endgültigen Abgasdurchsatzes.
  10. Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Einheit, die konfiguriert ist zum Bestimmen, ob der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand oder der Verlangsamungszustand ist, einen Änderungsbetrag eines Abgasdurchsatzes pro vorbestimmter Zeit misst und bestimmt, dass der Fahrzustand des Fahrzeugs der Beschleunigungszustand ist, wenn der Abgasdurchsatz zunimmt, und der Verlangsamungszustand ist, wenn der Abgasdurchsatz abnimmt.
  11. Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Einheit, die konfiguriert ist zum Berechnen der zum Heizen in dem Heizkatalysator erforderlichen Kraftstoffmenge, den Betrag von unverbranntem Kohlenwasserstoff an der Vorderseite des Heizkatalysators unter Verwendung eines thermodynamischen Gesetzes Q=CmΔT berechnet.
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