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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Verfahren und Systeme für die Steuerung von Verbrennungsmotorsystemen mit einer oder mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen.
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Stand der Technik
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Verbrennungsmotoren werden in verschiedenen Fahrzeugen, mobilen Maschinen und stationären Maschinen verwendet, um durch die Verbrennung eines Kraftstoffs, wie Dieselkraftstoff, Arbeit zu verrichten oder Energie zu erzeugen. Die Verbrennung von Dieselkraftstoff produziert Schadstoffe, wie Feinstaub (z. B. Ruß). Obwohl sich die Emissionsleistung seit der Einführung der ersten Verbrennungsmotoren deutlich verbessert hat, ist es wünschenswert, die Emission von Substanzen wie Feinstaub weiter zu reduzieren. Nachbehandlungsvorrichtungen wie Partikelfilter können in Kombination mit Verbrennungsmotoren verwendet werden, um bei dem Reduzieren der Rußemissionen zu helfen.
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Unter bestimmten Bedingungen kann die Fähigkeit des Partikelfilters, Ruß aus dem Abgas zu entfernen, abnehmen oder beeinträchtigt werden. Eine solche Bedingung ist das Vorhandensein von überschüssigem Ruß in dem Partikelfilter, was zu einer Überlastung des Filters führt. Die Rußmenge in einem Partikelfilter kann durch das Vornehmen von Abhilfemaßnahmen gesteuert werden, sobald eine Überlastung auftritt. Verfahren zum Bewältigen der Überlastung des Filters enthalten typischerweise das Bestimmen, wann die Rußmenge in dem Partikelfilter einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Sobald dieser Schwellenwert überschritten ist, können eine oder mehrere Strategien für das Reduzieren der in dem Partikelfilter vorhandenen Rußmenge eingesetzt werden. Eine besondere Strategie zum Reduzieren von Ruß in einem Filter enthält das Einleiten eines Regenerationsvorgangs, bei dem die Temperatur des in den Filter eintretenden Abgases erhöht wird, wobei dadurch die Temperatur des Partikelfilters um eine Menge erhöht wird, die ausreicht, um einen Teil des Rußes abzubrennen.
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Ein beispielhaftes Abgassystem, das einen Dieselpartikelfilter (DPF) enthält, ist in dem U.S.-Patent, Nr.
8,151,557 B2 („dem '557-Patent“) an Gonze et al. offenbart. Das in dem '557-Patent beschriebene System enthält eine dem DPF vorgelagerte elektrische Heizung, um die Abgase während des ersten Zeitraums eines Regenerationszyklus für den DPF zu erwärmen. Zu Beginn der DPF-Regeneration kann die Menge der Abgasrückführung ebenso erhöht werden. Dieser Regenerationszyklus für den DPF wird durchgeführt, wenn die geschätzte Belastung des DPF einen Schwellenwert erreicht.
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Während der in dem '5 5 7-Patent beschriebene Schwellenwert der DPF-Beladung nützlich sein kann, wenn eine übermäßige Rußmenge in dem DPF vorhanden ist, kann die Verwendung von Schwellenwerten zum Bestimmen, ob eine Regeneration durchgeführt werden soll, in anderen Situationen zum Steuern einer Rußmenge nicht sinnvoll sein.
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Das offenbarte Verfahren und System können eines oder mehrere der vorstehend genannten Probleme und/oder andere Probleme in dem Stand der Technik lösen. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird jedoch durch die beigefügten Ansprüche definiert und nicht durch die Fähigkeit, ein spezifisches Problem zu lösen.
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Kurzbeschreibung
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In einem Aspekt kann ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems, das einen Partikelfilter enthält, das Empfangen einer gewünschten Ausgabe für einen Verbrennungsmotor und das Empfangen von Sensorinformationen einschließlich Informationen, die eine Rußmenge in dem Partikelfilter anzeigen, enthalten. Das Verfahren kann das Berechnen einer Mehrzahl von Sätzen von Motorleistungswerten auf Grundlage von jeweiligen Sätzen von Kandidatensteuerpunkten, wobei jeder Satz von Motorleistungswerten eine Rußänderungsrate enthält, bei der sich die Rußmenge im Laufe der Zeit ändert, und das Bestimmen enthalten, ob die Rußänderungsrate eine Begrenzung für die Rußänderungsrate erfüllt, die eine Erhöhung der Rußmenge in dem Partikelfilter erfordert. Das Verfahren kann ebenso das Steuern des Verbrennungsmotors auf Grundlage eines Satzes von Kandidatensteuerpunkten enthalten, der die Begrenzung für die Rußänderungsrate erfüllt.
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In einem anderen Aspekt kann ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotorsystems, das einen Partikelfilter enthält, das Empfangen einer gewünschten Ausgabe für einen Verbrennungsmotor und das Empfangen von Sensorinformationen einschließlich Informationen, die eine Rußmenge anzeigen, die in dem Partikelfilter vorhanden ist, enthalten. Das Verfahren kann das Berechnen einer Mehrzahl von Sätzen von Motorleistungswerten auf Grundlage von jeweiligen Sätzen von Kandidatensteuerpunkten, wobei jeder Satz von Motorleistungswerten eine Rußänderungsrate enthält, bei der sich die Rußmenge im Laufe der Zeit ändert, und das Bestimmen enthalten, dass wenigstens ein Satz von Motorleistungswerten eine Begrenzung für die Rußänderungsrate erfüllt. Das Verfahren kann ebenso das Aktualisieren eines Steuerkennfeldes mit den Kandidatensteuerpunkten enthalten, die mit wenigstens einem Satz von Motorleistungswerten verknüpft sind.
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In einem anderen Aspekt kann ein Steuersystem für ein Verbrennungsmotorsystem einen Partikelfilter, der konfiguriert ist, um rußhaltige Abgase aufzunehmen, einen Sensor, der konfiguriert ist, um ein Signal zu produzieren, das eine Rußmenge in dem Partikelfilter anzeigt, und eine Steuervorrichtung enthalten. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um das Signal von dem Sensor zu empfangen, auf Grundlage des Signals zu bestimmen, dass sich der Partikelfilter in einem rußarmen Zustand befindet, und auf Grundlage des Bestimmens, dass sich der Partikelfilter in einem rußarmen Zustand befindet, eine Begrenzung für die Rußänderung einzustellen, wobei die Begrenzung für die Rußänderung eine Erhöhung der Rußmenge in dem Partikelfilter erfordert. Die Steuervorrichtung kann ebenso konfiguriert sein, dass wenigstens eine Komponente des Verbrennungsmotorsystems auf Grundlage der Begrenzung für die Rußänderung betrieben wird, indem ein Satz von Motorparametern ausgewählt wird, der die Begrenzung für die Rußänderung erfüllt.
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Figurenliste
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Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Patentschrift enthalten sind und einen Teil dieser bilden, veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung für die Erläuterung der Prinzipien der offenbarten Ausführungsformen.
- 1 ist ein Verfahrensschema, das ein Steuersystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
- 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß dem Steuersystem von 1 veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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Sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung sind nur beispielhaft und erläuternd und schränken die Merkmale, wie beansprucht, nicht ein. Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweisend“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon eine nicht ausschließliche Einschließung derart abdecken, dass ein Vorgang, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Einrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente enthält, sondern auch andere Elemente enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder einem solchen Vorgang, einem solchen Verfahren, einem solchen Gegenstand oder einer solchen Einrichtung inhärent sind. Darüber hinaus werden in dieser Offenbarung relative Begriffe wie beispielsweise „etwa“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“ und „ungefähr“ verwendet, um eine mögliche Abweichung von ±10 % des angegebenen Wertes anzugeben.
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1 veranschaulicht Komponenten eines Steuersystems 10 für die Unterstützung der Steuerung des Rußes, der während des Betriebs eines Verbrennungsmotorsystems 12 emittiert wird. Das Steuersystem 10 kann eine Mehrzahl von Eingaben 40 enthalten, die mit dem Verbrennungsmotorsystem 12, einem elektronischen Steuermodul oder ECM 80 und einem Verbrennungsmotor 14 assoziiert sind. Die Eingaben 40 können bedienererzeugte Eingaben oder Anforderungen und Ausgaben von einer Mehrzahl von Sensoren enthalten, die die Zustände verschiedener Aspekte des Motorsystems 12 messen. Die ECM 80 kann als ein einzelnes Motorsteuermodul für die Steuerung jeder Komponente des Verbrennungsmotorsystems 12 bereitgestellt werden, kann auf mehrere Steuereinheiten verteilt sein oder mit einer oder mehreren zusätzlichen Steuereinheiten in Kommunikation stehen. Beispielsweise kann die ECM 80 mit einer oder mehreren Steuereinheiten für die Steuerung verschiedener Teilsysteme des Motorsystems 12 in Kommunikation stehen. Das Motorsystem 12 kann durch die Verbrennung von Kraftstoff (d. h. Dieselkraftstoff) Energie erzeugen und kann ein Lufteinlasssystem, ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) und ein Nachbehandlungssystem enthalten, das eine oder mehrere Nachbehandlungsvorrichtungen enthält. Das Verbrennungsmotorsystem 12 kann mit einem oder mehreren Kraftstoffen (z. B. Dieselkraftstoff, Benzin und/oder gasförmigem Kraftstoff wie Erdgas) betrieben werden.
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Der Verbrennungsmotor 14 kann eine Mehrzahl von Brennkammern enthalten, die durch eine jeweilige Mehrzahl von Motorzylindern ausgebildet werden. Jeder Zylinder kann beispielsweise über eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüse 16 Kraftstoff aufnehmen. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 16 können in jedem Zylinder für die Direkteinspritzung und/oder in einem Einlassanschluss für die Einlassanschlusseinspritzung angeordnet sein. Ein Einlasskanal 20 kann stromaufwärts mit dem Motor 14 verbunden werden, um jedem der Zylinder Luft bereitzustellen. Der Einlasskanal 20 kann stromabwärts von einem oder mehreren Luftkompressoren (nicht gezeigt) bereitgestellt werden und kann eine Einlassdrosselklappe 18 und einen stromabwärts gelegenen Lufteinlasskanal 22, wie einen Motoreinlasskrümmer für die Motorzylinder, enthalten. Der stromabwärts gelegene Einlasskanal 22 kann mit den Einlassventilen jedes Zylinders des Verbrennungsmotors 14 verbunden werden. Ein Auslasskanal 24 kann stromabwärts des Motors 14 verbunden werden, um einen Weg für das Abgas bereitzustellen, um jeden Zylinder zu verlassen. Der Auslasskanal 24 kann als Teil eines AGR-Systems, das ein elektronisch gesteuertes AGR-Ventil 26 enthält, enthalten sein. Ein Nachbehandlungssystem kann eine oder mehrere Nachbehandlungsvorrichtungen wie einen Dieselpartikelfilter (DPF) 28 enthalten. Zusätzliche Nachbehandlungsvorrichtungen, wie ein Diesel-Oxidationskatalysator und/oder ein Katalysator für die selektive katalytische Reduktion, können stromaufwärts und/oder stromabwärts von dem DPF 28 enthalten sein. Eine oder mehrere Vorrichtungen für die Unterstützung der Regeneration einer oder mehrerer Nachbehandlungsvorrichtungen können ebenso bereitgestellt werden.
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Die Eingaben 40 können von einem oder mehreren Sensoren ausgebildet werden, die Signale an das ECM 80 ausgeben. Wie vorstehend erwähnt, können Eingaben 40 bedienererzeugte Eingaben oder „gewünschte“ Eingaben in das ECM 80 enthalten, wie die gewünschte Ausgabe 42 des Motors 14, sowie „tatsächliche“ Eingaben von Sensoren, die konfiguriert sind, um Rückkopplungsinformationen (z. B. die Eingaben 52-68), die einem tatsächlichen Zustand des Motorsystems 12 entsprechen, bereitzustellen. Eine oder mehrere Eingaben 40 können mit einem gemessenen oder abgetasteten Zustand einer der Komponenten des Motorsystems 12 assoziiert sein, wie einem Zustand der Kraftstoffeinspritzdüse 16, der Lufteinlassdrosselklappe (ITV) 18 oder des DPF 28.
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Die gewünschte Ausgabe 42 kann beispielsweise eine gewünschte Produktion für den Motor 14 sein, die auf Grundlage einer gemessenen Position einer Eingabevorrichtung wie ein Pedal, Hebel, Gaspedal usw. bestimmt wird, oder einer gewünschten Aktion des Motors 14 entsprechen. Die gewünschte Ausgabe 42 kann beispielsweise einer angeforderten Menge an Drehmoment oder einer angeforderten Menge an Energie (z. B. wenn der Motor 14 als eine Komponente eines Generators eingesetzt wird) entsprechen, die als eine Eingabe für das ECM 80 empfangen wird. Eine Kraftstoffmengeneingabe 52 kann einer tatsächlichen Menge oder Masse des eingespritzten Kraftstoffs entsprechen. Die Kraftstoffmenge 52 kann durch einen oder mehrere Durchfluss- und/oder Drucksensoren ausgebildet werden, die beispielsweise an einer oder mehreren Kraftstoffleitungen und/oder Einspritzdüsen 16 angebracht sind. Der Motordrehzahlsensor 54 kann ein Signal ausgeben, das einer Drehzahl des Motors 14 entspricht (z. B. durch das Messen der Umdrehungen pro Minute einer Kurbelwelle des Motors 14). Der barometrische Drucksensor 56 kann den Luftdruck außerhalb des Motors 14 messen. Der Umgebungslufttemperatursensor 58 kann eine Temperatur der Luft außerhalb des Motors 14 messen. Der Kühlmitteltemperatursensor 60 kann die Temperatur des Kühlmittels messen, das eingesetzt wird, um den Motor 14 auf einer gewünschten Temperatur zu halten. Der Lufteinlasstemperatursensor 62 kann die Temperatur der Druckluft messen, die dem Motor 14 bereitgestellt wird, und kann innerhalb eines Abschnitts des Lufteinlasssystems des Motors 14 (z. B. innerhalb des stromabwärtigen Einlasskanals 22) bereitgestellt werden. Der Lufteinlassdrucksensor 64 kann einen Druck der Druckluft messen, z. B. stromabwärts von ITV 18 und dem AGR-Ventil 26, die jedem Zylinder des Motors 14 bereitgestellt wird. Signalleitungen, die mit den Eingaben 40 des Verbrennungsmotorsystems 12 assoziiert sind, wurden aus Gründen der Klarheit weggelassen.
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Eine oder mehrere der Eingaben 40 können mit einer Nachbehandlungsvorrichtung wie DPF 28 assoziiert sein. Beispielsweise kann der Rußbeladungssensor 66 ein Signal produzieren, das auf eine in dem DPF 28 vorhandene Rußmenge hinweist. Der Rußbeladungssensor 66 kann beispielsweise einen Differenzdrucksensor (dP-Sensor) enthalten, der ein Signal ausgeben kann, das die Rußmenge in dem DPF 28 auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Druck an einem Einlass des DPF 28 und einem Auslass des DPF 28 anzeigt. Der Rußbeladungssensor 66 kann alternativ oder zusätzlich einen Hochfrequenzsensor (HF-Sensor) enthalten, der konfiguriert ist, um ein Signal auszugeben, das eine Rußmenge in dem DPF 28 anzeigt, auf Grundlage einer Änderung in dem Frequenzverhalten, die von einem Antennenpaar erfasst wird. Zusätzlich zu dem Rußbeladungssensor 66 kann ein DPF-Temperatursensor 68 bereitgestellt werden, um ein Signal auszugeben, das eine Temperatur des DPF 28 anzeigt. Der DPF-Temperatursensor 68 kann an einer oder mehreren Stellen stromaufwärts des DPF 28, stromabwärts des DPF 28, an einem Kanister zum Sichern des DPF 28 oder an einer beliebigen Stelle auf dem DPF 28 bereitgestellt werden, an der eine geeignete Temperaturmessung entsprechend einer Temperatur des DPF vorgenommen werden kann. Die Eingaben 40 können zusätzlich einen Abgastemperatursensor enthalten, der eine Abgastemperatur in dem Abgaskanal 24 misst, beispielsweise eine Temperatur des Abgases neben einem Einlass zu dem DPF 28.
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Das ECM 80 kann konfiguriert sein, um jede der Eingaben 40 zu empfangen und Steuersignale an eine Mehrzahl elektronisch steuerbarer Komponenten des Motorsystems 12 auszugeben, entweder direkt oder durch einen oder mehrere Zwischensteuervorrichtungen. Das ECM 80 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren enthalten, die Eingaben 40 empfangen und Steuersignale ausgeben. Das ECM 80 kann einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung, einen Prozessor, wie eine Zentraleinheit oder jedes andere Mittel zum Erreichen einer Aufgabe enthalten, die mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmt. Der Speicher oder die sekundäre Speichervorrichtung, die mit dem ECM 80 assoziiert ist, kann Daten und Software speichern, damit das ECM 80 seine Funktionen ausführen kann. Insbesondere können solche Daten und Software in dem Speicher oder in sekundären Speichervorrichtungen es dem ECM 80 ermöglichen, die Funktionen eines Modellmoduls 82, eines Optimierungsmoduls oder Optimierers 84 und eines Ranking-Moduls 86 auszuführen. Der Speicher kann eine Mehrzahl von aktualisierbaren Steuerkennfeldern 90 speichern. Ferner kann der Speicher oder die sekundäre Speichervorrichtung, die mit dem ECM 80 assoziiert ist, Daten speichern, die von einer oder mehreren der Eingaben 40 des Steuersystems 10 empfangen werden. Zahlreiche handelsübliche Mikroprozessoren können konfiguriert werden, um die Funktionen des ECM 80 auszuführen. Verschiedene andere bekannte Schaltungen können mit dem ECM 80 assoziiert sein, einschließlich Signalkonditionierungsschaltungen, Kommunikationsschaltungen und anderer geeigneter Schaltungen. Die Eingaben 40 können alle zusätzlichen Eingaben enthalten, die eine Rückmeldung oder andere Informationen an das ECM 80 bereitstellen.
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Die in 1 gezeigten beispielhaften Module des ECM 80, nämlich das Modellmodul 82, der Optimierer 84 und das Ranking-Modul 86, können es dem ECM 80 ermöglichen, verschiedene Funktionen wie die Aktualisierung eines oder mehrerer Steuerkennfelder 90 auszuführen. Wie in 1 zu sehen ist, können diese Module sich gegenseitig und an die Steuerkennfelder 90 Ausgaben bereitstellen.
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In dem ECM 80 gespeicherten Steuerkennfelder 90 können eine Beziehung zwischen einem Steuerpunkt (der die Form einer Ausgabe aufweisen kann) und einer oder mehreren Eingaben anzeigen. Der eine oder die mehreren Steuerpunkte jedes Steuerfeldes 90 können Befehlen entsprechen, die von dem ECM 80 an eine steuerbare Komponente des Motors 12 ausgegeben werden (z. B. Kraftstoffeinspritzdüsen 16, ITV 18 und AGR-Ventil 26). Beispielhafte Steuerpunkte können den Beginn der Kraftstoffeinspritzung, eine Masse der Kraftstoffeinspritzung, die angeforderte AGR und den angeforderten Einlassluftdruck (oder Boost) enthalten. Weitere beispielhafte Steuerpunkte können enthalten: einen Zeitpunkt einer Haupteinspritzung, einer Voreinspritzung und/oder einer Nachhaupteinspritzung, einen Schussmodus, bei dem eine Vor- und/oder Nachhaupteinspritzung ausgeführt oder unterlassen wird, und eine Anzahl deaktivierter Zylinder, bei denen die Kraftstoffeinspritzdüsen 16 deaktiviert sind. Zusätzlich können die Steuerpunkte eine Masse des eingespritzten Kraftstoffs enthalten (während der Haupteinspritzung, der Voreinspritzung und/oder der Nachhaupteinspritzung). Beispielhafte Eingaben der Steuerkennfelder 90 können einen oder mehrere abgetastete oder tatsächliche Zustände des Motorsystems 12 (z. B. eine oder mehrere der Eingaben 52-68) und/oder eine gewünschte Ausgabe (z. B. gewünschte Ausgabe 42) enthalten. Steuerkennfelder 90 können als Nachschlagetabellen oder in jeder anderen geeigneten Form bereitgestellt werden.
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Steuerkennfelder 90 können innerhalb des Speichers des ECM 90 derart aktualisiert werden, dass sich die Beziehung zwischen einem oder mehreren Steuerpunkten und einer oder mehreren Eingaben zu Steuerkennfeldern 90 im Laufe der Zeit ändern kann. Beispielsweise kann ein Steuerkennfeld 90 mit einem neuen oder modifizierten Steuerpunkt für eine oder mehrere bestimmte Eingaben in das Steuerkennfeld 90 aktualisiert werden. Beispielsweise kann in einem AGR-Steuerkennfeld 90 ein bestimmter Wert eines AGR-Steuerpunkts für einen bestimmten Satz von Eingaben in das Steuerkennfeld 90 aktualisiert werden (z. B. bestimmte Werte der gewünschten Ausgabe 42, der Motordrehzahl und des angeforderten Einlassluftdrucks). Während einige der Steuerkennfelder 90 aktualisierbar sein können, können andere fest (permanent oder nicht aktualisierbar) sein. Das ECM 80 kann Steuersignale oder Steuerbefehle an wenigstens eine der Einspritzdüsen 16, ITV 18 oder AGR-Ventil 26 auf Grundlage des Steuerkennfelds 90 ausgeben.
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Das Optimierermodul 84 kann nach optimalen Sätzen von Kandidatensteuerpunkten suchen, indem es nach Kandidatensätzen von Steuerpunkten sucht und jeden Satz von Steuerpunkten auf Grundlage eines Ranking-Wertes für jeden Satz von Kandidatensteuerpunkten bewertet. Das Optimierermodul 84 kann als eine erste Eingabe Steuerpunkte auf Grundlage einer Suche von Steuerkennfeldern 90 empfangen. Diese Steuerpunkte können als ein oder mehrere Sätze empfangen werden. Jeder Satz von Steuerpunkten kann jeweiligen Befehlen für ein oder mehrere steuerbare Merkmale oder Aktuatoren des Motorsystems 12 entsprechen (z. B. steuerbare Aktionen der Einspritzdüsen 16, ITV 18 und des AGR-Ventils 26). Der Optimierer 84 kann ebenso eine oder mehrere Beschränkungen empfangen, die in einem Speicher des ECM 80 gespeichert sind. Die Beschränkungen können harten Einschränkungen entsprechen, die bei laufendem Motor 14 niemals überschritten werden können. Der Optimierer 84 kann eine Mehrzahl von Kandidatensteuerpunkten als einen Satz an das Modellmodul 82 ausgeben. Der Optimierer 84 kann nach der Analyse jedes Satzes durch das Modellmodul 82 und Ranking-Modul 86 einen Ranking-Wert empfangen, der mit jedem dieser Sätze von Kandidatensteuerpunkten assoziiert ist. Schließlich kann der Optimierer 84 einen oder mehrere Sätze von Kandidatensteuerpunkten ausgeben, um die Steuerkennfelder 90 zu aktualisieren.
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Das Modellmodul 82 kann jeden Satz von Kandidatensteuerpunkten empfangen, die von dem Optimierer 84 ausgegeben werden. Das Modellmodul 82 kann ebenso eine oder mehrere der Eingaben 40 empfangen, einschließlich der gewünschten Ausgabe 42 und eines oder mehrerer abgetasteter oder tatsächlicher Werte, die den Eingaben 52-68 entsprechen. Das Modellmodul 82 kann ein empirisches oder physikbasiertes Modell bereitstellen, das dem Motorsystem 12 entspricht. Das Motormodell kann es dem Modellmodul 82 ermöglichen, eine Mehrzahl von Leistungswerten zu berechnen, die jedem Satz von Kandidatensteuerpunkten entsprechen. Jeder Leistungswert kann ein berechneter Wert sein, der einer erwarteten Leistung des Motors, des Einlasssystems oder des Emissionssystems entspricht. Die Mehrzahl der Leistungswerte kann eine Ausgabe des Modellmoduls 82 ausbilden.
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Das Ranking-Modul 86 kann jeweils eine Mehrzahl von Leistungswerten aus dem Modellmodul 82 empfangen. Das Ranking-Modul 86 kann ebenso jeden Satz von Kandidatensteuerpunkten erhalten, die mit der Mehrzahl der Leistungswerte assoziiert sind. Das Ranking-Modul 86 kann z. B. aus einem Speicher des ECM 80 eine Mehrzahl von Leistungsbegrenzungen und Leistungszielen abrufen. Auf Grundlage dieser Eingaben kann das Ranking-Modul 86 einen Ranking-Wert berechnen oder anderweitig bestimmen, der mit jedem Satz von Steuerpunkten assoziiert ist, die an den Optimierer 84 ausgegeben werden können.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die offenbarten Aspekte des Steuersystems 10 können in einer Mehrzahl von Maschinen und/oder Fahrzeugen eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Steuersystem 10 in jeder mobilen Maschine mit einem Verbrennungsmotor, der Ruß produziert, enthalten sein. Zusätzlich kann das Steuersystem 10 in jeder stationären oder großen Maschine eingesetzt werden, die einen Verbrennungsmotor enthält, der Ruß produziert. Das Steuersystem 10 kann konfiguriert sein, um die Feinstaubemissionen jeder geeigneten Maschine oder jedes geeigneten Fahrzeugs zu reduzieren.
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Während des Betriebs des Steuersystems 10 verbrennt der Motor 14 den von den Kraftstoffeinspritzdüsen 16 eingespritzten Kraftstoff. Eine in jeden Zylinder eintretende Luftmenge kann durch das ITV 18 gesteuert werden. Eine Menge der AGR kann durch eine Position des AGR-Ventils 26 gesteuert werden. Das ECM 80 kann den Betriebszustand von Komponenten des Motorsystems 12 über die Eingaben 40 kontinuierlich überwachen. Das ECM 80 kann die Steuerkennfelder 90 während des Betriebs des Motorsystems 12 auf Grundlage der Operationen des Modellmoduls 82, des Optimierers 84 und des Ranking-Moduls 86 aktualisieren und kann eine oder mehrere der Kraftstoffeinspritzdüsen 16, des ITV 18 und des AGR-Ventils 26 auf Grundlage der aktualisierten Steuerkennfelder 90 steuern. In einem Aspekt können die Kraftstoffeinspritzdüsen 16, das ITV 18 und das AGR-Ventil 26 auf Grundlage der aktualisierten Steuerkennfelder 90 gesteuert werden, um eine gewünschte Rußmenge in dem DPF 28 zu erreichen und aufrechtzuerhalten.
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Wie vorstehend erwähnt, können Sätze von Steuerpunkten durch den Optimierer 84 während des Betriebs des Steuersystems 10 identifiziert und für die Aktualisierung eines oder mehrerer Steuerkennfelder 90 verwendet werden. Das Modellmodul 82 kann ein empirisches oder physikbasiertes Modell bereitstellen, das den Betrieb des Motorsystems 12 auf Grundlage bekannter Beziehungen für das System 12 schätzt. Zusätzlich kann das Ranking-Modul 86 einen Ranking-Wert berechnen oder anderweitig bestimmen, der mit jedem Satz von Steuerpunkten assoziiert ist, auf Grundlage von Leistungswerten, die durch das Modellmodul 82 ausgegeben werden.
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Der Optimierer 84 kann Sätze von Kandidatensteuerpunkten durch einen Zufallsauswahlvorgang oder auf Grundlage vorhandener Informationen, die in den Steuerkennfeldern 90 gespeichert sind, identifizieren. Beispielsweise können die Kandidatensteuerpunkte auf Grundlage von Steuerkennfeldern für den Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffeinspritzung, der Kraftstoffmasse, der angeforderten AGR und/oder des angeforderten Einlassluftdrucks ausgewählt werden. Jedes Steuerkennfeld kann eine Hyperfläche definieren, die einer Mehrzahl von potenziellen Steuerpunkten entspricht, die die Eingaben in das Steuerkennfeld erfüllen können (z. B. aktuelle Motordrehzahl und gewünschtes Drehmoment). In einem Aspekt kann jeder Satz der Kandidatensteuerpunkte nach dem Zufallsprinzip aus Steuerpunkten identifiziert werden, die die Motordrehzahl und das angeforderten Drehmoment erfüllen. Es können jedoch nicht-zufällige Identifikationsstrategien, wie eine iterative Suche, eingesetzt werden. Nicht-zufällige Identifikationsstrategien können nach Sätzen von Kandidatensteuerpunkten suchen, die auf zuvor bewerteten Sätzen von Kandidatensteuerpunkten basieren, die als zufriedenstellend bestimmt wurden (z .B. durch die Erfüllung jeder Leistungsbegrenzung). Sobald beispielsweise ein zufriedenstellender Satz von Kandidatensteuerpunkten identifiziert ist, kann eine anschließende Suche mit der Identifizierung benachbarter Steuerpunkte beginnen.
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Beispielhafte Steuerpunkte für die Einspritzdüsen 16 können den Beginn der Kraftstoffeinspritzung (wie den Zeitpunkt einer Haupteinspritzung, einer Voreinspritzung und/oder einer Nachhaupteinspritzung, einen Schussmodus, bei dem eine Vor- und/oder Nachhaupteinspritzung ausgeführt oder weggelassen wird, oder eine Anzahl deaktivierter Zylinder, in denen die Einspritzdüsen 16 deaktiviert sind) und die Masse des eingespritzten Kraftstoffs (während der Haupteinspritzung, der Voreinspritzung und/oder der Nachhaupteinspritzung) enthalten. Steuerpunkte für das ITV 18 und das AGR-Ventil 26 können die Positionen (z. B. den Öffnungsgrad) dieser Ventile enthalten und die Steuerung der AGR-Menge, des Einlasskrümmerdrucks, der Lufteinlasstemperatur und anderer Leistungswerte bereitstellen. Die Suche nach Sätzen von Kandidatensteuerpunkten durch den Optimierer 84 kann auf Grundlage von Grenzen begrenzt werden, wie eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Einschränkungen, die dauerhaft in einem Speicher des ECM 80 gespeichert werden können. Darüber hinaus kann der Optimierer 84 nach jedem Steuerpunkt auf Grundlage der jeweiligen unteren und oberen Grenzen (z. B. Mindest- und Höchstwerte) suchen, die mit jedem Steuerpunkt assoziiert sind. Diese Grenzen können von einer Motorabstimmung oder einem Kennfeld abgeleitet werden, die/das in dem Speicher des ECM 80 gespeichert ist. Diese Grenzen können beispielsweise auf Grundlage einer oder mehrerer gespeicherter Gleichungen berechnet werden (z. B. kann eine untere Grenze für einen bestimmten Steuerpunkt 20 % eines erwarteten Wertes für den Steuerpunkt entsprechen). Beispielhafte Einschränkungen können minimale und/oder maximale Werte für: Kraftstoffeinspritzmasse, Einspritzzeitpunkt, AGR oder Einlassluftdruck enthalten. Zusätzlich können eine oder mehrere Einschränkungen (z. B. Einschränkungen, die mit dem Schussmodus, der Lufteinlasstemperatur, der Anzahl der deaktivierten Zylinder usw. assoziiert sind) auf Grundlage eines durch den Optimierer ausgeführten Suchtyps gelten.
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Sobald das Modellmodul 82 einen oder mehrere Sätze von Kandidatensteuerpunkten von dem Optimierer 84 erhält, können diese Kandidatensteuerpunkte und eine oder mehrere der Eingaben 40 als Eingaben in dem Motormodell verwendet werden. In einer beispielhaften Konfiguration kann das Motormodell es dem Modellmodul 82 ermöglichen, eine Echtzeit-Leistung des Motorsystems 12 zu berechnen. Dieses Motormodell kann eine Mehrzahl von physikalischen Beziehungen zwischen den Eingaben in das Motormodell (Kandidatensteuerpunkte und wenigstens eine Eingabe 40) und einer Mehrzahl von Leistungswerten beschreiben, die aus dem Motormodell ausgegeben werden. Demnach kann das Modellmodul 82 durch das Eingeben der Mehrzahl von Kandidatensteuerpunkten und einer oder mehreren Eingaben 40 in das Modell eine Mehrzahl von Leistungswerten berechnen, die den Kandidatensteuerpunkten und den tatsächlichen Bedingungen des Motorsystems 12 entsprechen.
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Ein von dem Modellmodul 82 berechneter beispielhafter Motorleistungswert ist eine Rußänderungsrate, die einer Rate entspricht, bei der sich die Rußmenge in dem DPF 28 im Laufe der Zeit voraussichtlich ändert. Diese Rußänderungsrate oder DPF-Füllrate kann eine Rate darstellen, bei der die Rußmenge in dem DPF 28 zunimmt, in dem DPF 28 abnimmt oder ein Hinweis darauf sein, dass die Rußmenge in dem DPF 28 konstant oder im Wesentlichen konstant bleibt. Der Leistungswert der DPF-Füllrate kann auf Grundlage der von dem Motor 14 produzierten Rußmenge (Rußproduktionsrate) für den Satz der Kandidatensteuerpunkte und der von dem DPF-Temperatursensor 28 angezeigten Temperatur des DPF 28 berechnet werden. Die Rußänderungsrate kann auf Grundlage bekannter oder experimentell bestätigter Beziehungen zwischen dem Motor 14 und dem DPF 28 berechnet werden. Im Allgemeinen können eine geringes Niveau an Rußproduktion und eine hohe DPF-Temperatur dazu neigen, den Ruß in dem DPF 28 zu reduzieren, während eine hohe Rußproduktion und eine niedrige DPF-Temperatur dazu neigen können, eine positive Rußansammlung zu bewirken.
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Beispielhafte Motorleistungswerte können ebenso einen oder mehrere Werte für den Kraftstoffverbrauch, das in stationäre Ansprechverhalten, das Ausgabedrehmoment, den mittleren effektiven Bremsdruck oder die Menge des Einlassluftstroms enthalten. Weitere Motorleistungswerte können Massenluftstrom, Auspuffkrümmertemperatur, Spitzenzylinderdruck, NOx-Menge (vor und/oder nach der Nachbehandlung), die Rußproduktionsrate (eine Rate der Rußproduktion des Motors 14 vor und/oder nach der Nachbehandlung), das NOx/Ruß-Verhältnis (vor und/oder nach der Nachbehandlung) oder andere enthalten. Sobald jeder Leistungswert für die Sätze von Kandidatensteuerpunkten berechnet ist, können die Leistungswerte von dem Modellmodul 82 an das Ranking-Modul 86 ausgegeben werden.
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Das Ranking-Modul 86 kann konfiguriert sein, um zwei oder mehr Funktionen auszuführen, um die Leistungswerte für jeden Satz von Kandidatensteuerpunkten zu bewerten. Erstens kann das Ranking-Modul 86 bestimmen, ob die Leistungswerte der Kandidatensteuerpunkte eine oder mehrere Leistungsbegrenzungen erfüllen, wie eine Begrenzung für die Rußansammlung oder eine Begrenzung für die DPF-Füllrate. Als eine zweite Funktion kann das Ranking-Modul 86 einen Ranking-Wert berechnen, der mit jedem Satz von Kandidatensteuerpunkten assoziiert ist, indem ein oder mehrere Leistungswerte mit einem entsprechenden Leistungsziel verglichen werden.
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Die Leistungsbegrenzungen können festgelegt (dauerhaft) oder durch die Ranking-Modul 86 während des Betriebs des Verbrennungsmotorsystems 12 angepasst werden. Beispielsweise kann das Ranking-Modul 86 konfiguriert sein, um eine oder mehrere der Leistungsbegrenzungen auf Grundlage eines abgetasteten oder berechneten Zustands einer oder mehrerer Komponenten des Verbrennungsmotorsystems 12 zu ändern. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Leistungsbegrenzungen in dem Speicher des ECM 80 gespeichert werden. Das Ranking-Modul 86 kann die geeignete Leistungsbegrenzungen auf Grundlage eines gemessenen oder berechneten Zustands des Motors 14 auswählen. Eine beispielhafte einstellbare oder veränderbare Begrenzung ist die Begrenzung für die DPF-Füllrate. Motorleistungsziele können auf Wunsch auf ähnliche Weise geändert werden.
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Die Begrenzung für die DPF-Füllrate kann eingestellt werden, um die zulässigen DPF-Füllraten einzuschränken. Die DPF-Füllrate kann eine Ansammlungs- oder Entfernungsrate von Ruß in dem DPF 28 für eine bestimmte Gruppe von Kandidatensteuerpunkten darstellen. Die DPF-Füllrate kann positiv sein, wenn sich Ruß in dem DPF 28 für eine Reihe von Kandidatensteuerpunkten ansammelt. Umgekehrt kann eine negative DPF-Füllrate ein Hinweis auf die Entfernung von Ruß im Laufe der Zeit sein. Eine DPF-Füllrate von null oder nahezu null kann darauf hinweisen, dass Ruß bei dem DPF 28 im Wesentlichen konstant bleibt.
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Das Ranking-Modul 86 kann den tatsächlichen Rußbeladungszustand des DPF 28 (über den Rußbeladungssensor 66) bestimmen und die Begrenzung für die DPF-Füllrate abhängig von diesem Zustand ändern. In einer beispielhaften Konfiguration kann der Rußbeladungszustand des DPF 28 zwischen drei möglichen Rußbeladungszuständen wechseln: einem niedrigen Rußbeladungszustand, in dem der DPF 28 unterbelastet ist, einem bevorzugten (mäßigen) Rußbeladungszustand, in dem die Filterleistung des DPF 28 optimal ist, und einem hohen Rußbeladungszustand, in dem der DPF 28 überlastet ist und sich zu viel Ruß gesammelt hat und/oder von einer Regeneration profitieren kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Rußmenge von 0,5 g/l (oder weniger) mit dem unterbelasteten oder niedrigen Rußbeladungszustand, eine Rußmenge von 3 g/l mit dem bevorzugten Rußbeladungszustand und eine Rußmenge von 8 g/l (oder mehr) mit dem überlasteten oder hohen Rußbeladungszustand assoziiert sein.
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Das Ranking-Modul 86 kann die Begrenzung für die DPF-Füllrate als Reaktion auf Änderungen des Rußbeladungszustands ändern. Beispielsweise kann die Begrenzung für die DPF-Füllrate einen positiven Wert (Rußansammlung im Laufe der Zeit) für den niedrigen Rußbeladungszustand erfordern und einen negativen Wert (Rußentfernung im Laufe der Zeit) für den hohen Rußbeladungszustand erfordern. Es können mehr als drei Rußbeladungszustände mit einer jeweiligen Mehrzahl von Begrenzungen bereitgestellt werden. Die Begrenzung für die DPF-Füllrate für jeden Rußbeladungszustand kann als ein Einzelwert oder als ein Wertebereich bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der bevorzugte Rußbeladungszustand mit einer Begrenzung für die DPF-Füllrate assoziiert sein, der als ein Bereich bereitgestellt ist, der eine gewisse Rußansammlung oder eine gewisse Rußentfernung zulässt. Die Begrenzung für die DPF-Füllrate für den niedrigen Rußbeladungszustand kann einen einzelnen Wert oder einen Bereich positiver Werte enthalten, der eine minimal erforderliche Rußänderungsrate und eine maximal zulässige Rußänderungsrate (z. B. einen Bereich von Werten, die größer als Null sind) enthalten kann. Die Begrenzung für die DPF-Füllrate für den hohen Rußbeladungszustand kann auf ähnliche Weise bereitgestellt werden wie ein einzelner (negativer) Wert oder ein Bereich von (negativen) Werten.
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In Bezug auf die zweite Funktion des Ranking-Moduls 86 kann dieses Modul einen Ranking-Wert für jeden Satz von Kandidatensteuerpunkten berechnen. Der Ranking-Wert kann berechnet werden, indem jeder Satz von Leistungswerten in Bezug auf die entsprechenden Leistungsziele bewertet wird. Beispielsweise kann das Ranking-Modul 86 einen von dem Modellmodul 82 berechneten Kraftstoffverbrauchsleistungswert mit einem Kraftstoffverbrauchsziel vergleichen. Das Ranking-Modul 86 kann eine Größe der Differenz zwischen dem Leistungswert und dem Ziel bestimmen. Zusätzlich kann ein Gewichtungsfaktor mit jedem Leistungsziel assoziiert werden. Bei einem oder mehreren Gewichtungsfaktoren kann es sich um dauerhafte oder feste Werte handeln, die in dem ECM 80 gespeichert sind, während andere Gewichtungsfaktoren von dem Benutzer editierbar sein können (z. B. innerhalb vordefinierter Grenzen). Gewichtungsfaktoren können einer relativen Bedeutung jedes Leistungsziels entsprechen.
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Das Ranking-Modul 86 kann den Ranking-Wert auf Grundlage des Vergleichs jedes Leistungswerts mit dem entsprechenden Leistungsziel und jedem assoziierten Gewichtungsfaktor berechnen. Der Ranking-Wert kann als ein Einzelwert für einen Satz von Kandidatensteuerpunkten (und die assoziierten Leistungswerte) bereitgestellt werden. In einer beispielhaften Konfiguration kann der Ranking-Wert mit einer Kostenfunktion berechnet werden. Demnach können Kosten für eine Mehrzahl von Leistungswerten auf Grundlage der Abweichung von dem Leistungsziel berechnet werden. Der Ranking-Wert kann eine Summe dieser Kosten darstellen, wobei die relevanten Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Kosten berücksichtigt werden. Wenn der Ranking-Wert auf der Grundlage einer Kostenfunktion bestimmt wird, kann ein bevorzugter (gewünschter) Ranking-Wert einem niedrigeren Ranking-Wert entsprechen. Der Ranking-Wert kann jedoch alternativ ebenso einen Erwünschtheitswert darstellen, wobei ein höherer Wert einen bevorzugten Ranking-Wert darstellen kann. Jeder Satz von Kandidatensteuerpunkten kann mit dem assoziierten Ranking-Wert an den Optimierer 84 bereitgestellt werden, der die jeweiligen Ranking-Werte vergleicht. Die Kennfelder 90 können aktualisiert werden, wenn bestimmt wird, dass ein Satz von Kandidatensteuerpunkten jede Begrenzung erfüllt, und wenn herausgefunden wird, dass er im Vergleich zu einem oder mehreren anderen Sätzen von Kandidatensteuerpunkten einen bevorzugten Ranking-Wert aufweist.
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2 stellt ein Steuerverfahren 200 dar, das mit dem beispielhaften Steuersystem 10 ausgeführt werden kann. In einem Schritt 202 des Verfahrens 200 kann das ECM 80 einen Bedienerbefehl empfangen, wie die gewünschte Ausgabe 42, der mit einer Anforderung einer bestimmten Ausgabe des Verbrennungsmotors 14 assoziiert ist. Eine gewünschte Leistung 42 kann die Form eines angeforderten Drehmoments, das von dem Verbrennungsmotor 14 erzeugt werden soll, einer angeforderten Leistung, die von dem Verbrennungsmotor 14 erzeugt werden soll, usw. annehmen. Beispielsweise kann die gewünschte Ausgabe 42 einem Bedienerbefehl entsprechen, der von einer Eingabevorrichtung ausgegeben wird, wie vorstehend beschrieben. Schritt 202 kann ebenso das Empfangen jedes Eintrags von Informationen von den Sensoren des Motorsystems 12 enthalten, z. B. durch die Eingaben 40, einschließlich eines Signals, das eine Rußmenge in dem Partikelfilter von Sensor 66 anzeigt. Schritt 202 kann während des Verfahrens 200 und während des Betriebs des Motors 14 in regelmäßigen Abständen ausgeführt werden. Beispielsweise kann Schritt 202 in Abständen von etwa 60 Millisekunden (ms), 120 ms oder in jedem anderen geeigneten Abstand ausgeführt werden.
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In Schritt 204 kann der Optimierer 84 (z. B. zufällig oder durch das Durchsuchen von Steuerkennfeldern 90) eine Mehrzahl von Sätzen von Kandidatensteuerpunkten auswählen. In einer Beispielkonfiguration können in Schritt 204 1.000 Sätze von Kandidatensteuerpunkten ausgewählt werden. Die ausgewählten Sätze von Kandidatensteuerpunkten können von dem Optimierer 84 an das Modellmodul 82 ausgegeben werden.
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In Schritt 206 kann das Modellmodul 82 auf Grundlage dieser Sätze von Kandidatensteuerpunkten entsprechende Sätze (z. B. 1.000 Sätze) von Leistungswerten berechnen. Die Leistungswerte können aus einer Ausgabe des Motormodells bestimmt werden, die dem Motorsystem 12 entspricht. Jeder Satz von Leistungswerten kann an das Ranking-Modul 86 ausgegeben werden. Beispielsweise kann eine DPF-Füllrate berechnet werden, indem über das Motormodell die Rußmenge, die voraussichtlich von dem Motor 14 produziert wird, und die Rußmenge (falls vorhanden) bestimmt wird, die aufgrund der Temperatur des DPF 28 und der erwarteten Temperaturänderung des DPF 28 voraussichtlich verbrannt wird.
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Die Schritte 208 bis 212 stellen ein beispielhaftes Verfahren zum Einstellen oder Ändern einer der Leistungsbegrenzungen auf Grundlage eines Zustands des Motorsystems 12 bereit. Ein beispielhafter Zustand kann die Rußmenge in dem DPF 28 sein. Daher kann Schritt 208 das Bestimmen des Rußbeladungszustands des DPF 28 auf Grundlage von Sensorinformationen enthalten, die die in dem DPF 28 vorhandene Rußmenge (z. B. als Ausgabe von dem Sensor 66) anzeigen. Beispielsweise kann Schritt 208 das Bestimmen enthalten, ob sich der DPF 28 in dem niedrigen Rußbeladungszustand befindet, wenn bestimmt wird, dass eine Rußmenge unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
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Wenn sich der DPF 28 nicht in einem niedrigen Rußbeladungszustand befindet, kann Schritt 210 ausgeführt werden. In Schritt 210 kann eine Begrenzung für die DPF-Füllrate auf Grundlage der Rußmenge in dem DPF 28 eingestellt werden. Daher kann Schritt 210 ebenso das Bestimmen, ob sich der DPF 28 in dem bevorzugten Rußbeladungszustand oder in dem hohen Rußbeladungszustand befindet, und das entsprechende Einstellen der Leistungsbegrenzung der DPF-Füllrate enthalten. Schritt 210 kann ausgeführt werden, wenn sich der Rußbeladungszustand des DPF 28 im Laufe der Zeit ändert.
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Wenn sich der DPF 28 in einem niedrigen Rußbeladungszustand befindet, kann Schritt 212 ausgeführt werden. In Schritt 212 wird die DPF-Füllrate eingestellt, um eine Zunahme der Rußbeladung in dem DPF 28 zu erfordern. Die DPF-Füllrate kann als eine einzelne Begrenzung oder ein Einzelwert (d. h., es ist eine Rußbeladungsrate größer als Null erforderlich) eingestellt werden oder als ein Bereich von Werten eingestellt werden, der eine Rußansammlung erfordert, wie vorstehend beschrieben.
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Schritt 214 kann entweder auf Schritt 210 oder Schritt 212 folgen und kann das Berechnen eines Ranking-Werts enthalten, der mit jedem der Sätze von Kandidatensteuerpunkten assoziiert ist. Schritt 214 kann ausgeführt werden, indem die Leistungswerte für jeden der Sätze von Kandidatensteuerpunkten mit einem oder mehreren jeweiligen Leistungszielen verglichen werden. Demnach kann Schritt 214 eine Mehrzahl von Ranking-Werten berechnen, wobei jeder Ranking-Wert einem in Schritt 204 ausgewählten Satz von Kandidatensteuerpunkten entspricht. Daher können in einer beispielhaften Konfiguration, in der in Schritt 204 1.000 Sätze von Kandidatensteuerpunkten ausgewählt und in Schritt 206 mit dem Motormodell bewertet wurden, 1.000 entsprechende Ranking-Werte berechnet werden.
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In Schritt 216 können die Leistungswerte für jeden Satz von Kandidatensteuerpunkten mit jeder der Leistungsbegrenzungen, einschließlich der in Schritt 210 oder Schritt 212 eingestellten Begrenzung für die DPF-Füllrate, verglichen werden. Beispielsweise kann der Optimierer 84 identifizieren, welche Sätze von Kandidatensteuerpunkten die einzelnen Begrenzungen, einschließlich der Begrenzung für die DPF-Füllrate, erfüllen.
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Wenn in Schritt 218 keiner der Sätze von Kandidatensteuerpunkten diese Begrenzungen erfüllt, kann der Satz von Kandidatensteuerpunkten mit dem am meisten bevorzugten Ranking-Wert in einem Speicher des ECM 80 gespeichert werden. Danach können zusätzliche Sätze von Kandidatensteuerpunkten (z. B. 1.000 neue Sätze von Kandidatensteuerpunkten) von dem Optimierer 84 ausgewählt und an das Modellmodul 82 ausgegeben werden. Schritt 218 kann ebenso das Bewerten jedes zusätzlichen Satzes von Kandidatensteuerpunkten mit dem Motormodell und das Ausgeben der Ergebnisse (Leistungswerte) an das Ranking-Modul 86 enthalten. Schritt 218 kann auf ähnliche Weise wie die Schritte 204 und 206 ausgeführt werden. Nach Schritt 218 kann das Verfahren 200 zu Schritt 216 zurückkehren, um zu bestimmen, ob einer oder mehrere der zusätzlichen Sätze von Kandidatensteuerpunkten jede der Begrenzungen erfüllt. Die Schritte 214 bis 218 können so lange wiederholt werden, bis wenigstens ein Satz von Kandidatensteuerpunkten identifiziert ist, der jede Begrenzung erfüllt. Wenn nach einer vorgegebenen Zeitspanne ein Satz von Kandidatensteuerpunkten, der alle Begrenzungen erfüllt, nicht identifiziert wird, kann das ECM 80 das Motorsystem 12 auf Grundlage eines zuvor identifizierten Satzes von Kandidatensteuerpunkten (z. B. in den Kennfeldern 90 gespeichert) oder auf Grundlage des Satzes von Kandidatensteuerpunkten mit dem bevorzugten Ranking-Wert betreiben. Der Vorgang kann dann zu Schritt 202 zurückkehren und es können aktualisierte Bedienerbefehle und Sensorinformationen empfangen werden.
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In Schritt 220 kann der Optimierer 84 aus den Sätzen von Steuerpunkten, die alle Begrenzungen, einschließlich der Begrenzung für die DPF-Füllrate, erfüllen, den höchstrangigen Satz von Steuerpunkten auswählen. Sobald der bevorzugte Satz von Steuerpunkten ausgewählt ist, können eine oder mehrere Steuerkennfelder 90 auf Grundlage des Satzes von Steuerpunkten mit dem am stärksten bevorzugten Ranking aktualisiert werden.
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In Schritt 222 kann wenigstens eine Komponente des Motorsystems 12 auf Grundlage einer gewünschten Ausgabe 42 und des Steuerkennfeldes/der Steuerkennfelder, das/die in Schritt 220 aktualisiert wurde/wurden, betrieben werden, um beispielsweise die Rußmenge in dem DPF 28 zu erhöhen. Somit kann jede Begrenzung, einschließlich der Begrenzungen für die DPF-Füllrate, während des Betriebs des Motorsystems 14 erfüllt werden.
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Da das Verfahren 200 während des gesamten Betriebs des Motorsystems 12 ausgeführt werden kann, können die Schritte 202 bis 222 wiederholt ausgeführt werden. So kann der Rußbeladungszustand des DPF 28 regelmäßig oder kontinuierlich überwacht werden und die Begrenzung der DPF-Füllrate entsprechend geändert werden. Während das Verfahren 200 durch das Bewerten einer Mehrzahl von Kandidatensteuerpunkten über einen vorbestimmten Zeitraum (z. B. 1.000 Steuerpunkte oder mehr in einem Zeitraum von 60 ms) ausgeführt werden kann, kann das Verfahren 200 das Auswählen von Kandidatensteuerpunkten (Schritt 204), das Ausgeben des Ergebnisses des Motormodells an das Ranking-Modul 86 (Schritt 206) und das Berechnen eines Ranking-Werts (Schritt 214) für einzelne Sätze von Kandidatensteuerpunkten enthalten. Die Bewertung einzelner Sätze von Kandidatensteuerpunkten kann so lange fortgesetzt werden, bis eine ähnliche Mehrzahl von Steuerpunkten (z. B. 1.000 Steuerpunkte) über einen vorgegebenen Zeitraum, z. B. 60 ms, 120 ms usw., bewertet werden.
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Das Steuersystem 10 und das Verfahren 200 können eine verbesserte Leistung bei gleichzeitiger Verbesserung der Filtrationseffizienz des Dieselpartikelfilters erreichen. Die Verwendung eines Schwellenwerts für die Regeneration kann nicht hilfreich sein, wenn sich ein DPF in einem unterbelasteten Zustand befindet, in dem die Filterleistung unzureichend sein kann. Im Gegensatz zu einem statisch kalibrierten Motor und Partikelfilter können das vorliegende System 10 und Verfahren 200 ermöglichen, eine angemessene Rußmenge zu bestimmen, die von dem Motor produziert werden sollte. Das Steuersystem 10 und das Verfahren 200 können ermöglichen, dass das ECM 80 eine Rate berechnen kann, mit der sich ein DPF 28 mit Ruß füllen kann, um einen unterbelasteten Zustand zu korrigieren. Unerwarteterweise kann das Vorhandensein einer kleinen Rußmenge in dem Partikelfilter oder eine Unterbeladung die Leistung des Filters verringern. Dieses Problem kann sich verschlimmern, wenn der Motor über einen längeren Zeitraum in einem Hochtemperaturzustand betrieben wird, da hohe Temperaturen die Ansammlung von Ruß in dem Filter verhindern oder den Filter sogar teilweise regenerieren können. So kann die Fähigkeit, auf einen unterbelasteten Filter zu reagieren, unerwünschte Emissionen reduzieren.
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Zusätzlich kann das empirische oder physikalisch basierte Modell, das in dem ECM 80 programmiert ist, es dem ECM 80 ermöglichen, den Verbrennungsmotor 14 dynamisch zu steuern, auf Grundlage der Rußmenge, die notwendig ist, um den DPF 28 in einem optimalen Filterzustand zu halten und dadurch den Betrieb des Motors 14 zu optimieren. Somit können das System 10 und das Verfahren 200 ein genaueres Verfahren zum Steuern einer Rußmenge in dem DPF 28 bereitstellen. Zusätzlich kann das System 10 und das Verfahren durch das Bereitstellen aktualisierbarer Steuerkennfelder neue Sätze von Steuerpunkten identifizieren, die die erforderliche Rußansammlungsrate für den DPF 28 und verschiedene Leistungsanforderungen für den Verbrennungsmotor erfüllen. Optimale Steuerpunkte können identifiziert werden, wenn sich die Leistung des Motors oder die Betriebsumgebung des Motors im Laufe der Zeit ändert, wodurch ein genaueres und reaktionsfähigeres Steuersystem im Vergleich zu Systemen bereitgestellt wird, die sich beispielsweise vollständig auf Steuerkennfelder stützen.
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Für Fachmänner ist es offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Verfahren und dem offenbarten System vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen des Verfahrens und des Systems sind Fachmännern aus der Betrachtung der Patentschrift und der Praxis der hierin offenbarten Systeme ersichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Patentschrift und die Beispiele nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente angegeben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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