DE112010003863T5

DE112010003863T5 - Vorgehensweisen zur Erhöhung der Regenerationsfähigkeit einer Nachbehandlung

Info

Publication number: DE112010003863T5
Application number: DE112010003863T
Authority: DE
Inventors: Linsong Guo; Robert Kern; Lk Hwang; Neal W. Currier; Ryan Edgecomb; Timothy R. Frazier
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2013-01-03
Also published as: US20110139136A1; US8505281B2; WO2011041576A2; US8752364B2; WO2011041576A3; CN102575550B; CN102575550A; US20110146270A1

Abstract

Es wird ein System zum Verbessern einer Nachbehandlungsregenerationsfähigkeit bereitgestellt. Das System enthält einen Verbrennungsmotor, der einen Abgasstrom erzeugt, und eine Nachbehandlungskomponente, die den Abgasstrom behandelt, wobei die Nachbehandlungskomponente eine gewünschte Abgastemperatur am Einlass hat. Das System enthält eine Abgasdruckeinrichtung, die einen Abgasdruckwert moduliert, und ein Kraftstoffeinspritzungssystem, das einen Nacheinspritzungsvorgang bereitstellt. Das System umfasst ein Steuergerät, welches einen Abgasdruckbefehl und einen Kraftstoffeinspritzbefehl in Reaktion auf ein Ermitteln liefert, dass eine Temperatur des Abgasstroms niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass. Die Abgasdruckeinrichtung reagiert auf den Abgasdruckbefehl und das Kraftstoffeinspritzungssystem reagiert auf den Kraftstoffeinspritzbefehl.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 30. September 2010 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 12/894 638 und der am 30. September 2010 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 12/894 677, die jeweils die Wirkung der am 30. September 2009 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/247 289 und der am 1. Oktober 2009 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung 61/247 773 beanspruchen, auf die alle vollumfänglich Bezug genommen wird.
Hintergrund
Das technische Gebiet betrifft allgemein die NO_x-Steuerung in Verbrennungsmotoren und betrifft insbesondere die NO_x-Steuerung in Hubkolbenmotoren mit einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzung. Moderne Verbrennungsmotoren müssen strenge Abgasvorschriften einhalten, einschließlich einer Maximalmenge an Stickoxiden (NO_x), die ausgestoßen werden dürfen. Viele Motoren verwenden nun Nachbehandlungssysteme, um die Motorrohemissionen vor Abgabe in die Atmosphäre auf das Niveau behördlicher Vorschriften zu bringen. Der Prozess einer Regeneration des Nachbehandlungssystems führt häufig zu einer erhöhten Emissionslast auf das System, insbesondere beim Regenerieren bestimmter Arten von Nachbehandlungskomponenten wie etwa ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder ein NO_x-Adsorber. Jeglichem Emissionsanstieg während eines Regenerationsvorgangs muss bei den Gesamtemissionen des Motors Rechnung getragen werden. Es besteht deshalb ein Bedarf für weitere Verbesserungen auf diesem Technologiegebiet.
Zusammenfassung
Eine Ausführungsform ist eine spezielle Kraftstoffeinspritzungstechnik, die zumindest einen Teil des Verbrennungskraftstoffs zur Einspritzung auf einen späteren Kurbelwinkelgrad verschiebt, um eine NO_x-Erzeugung während eines Nachbehandlungsregenerationsvorgangs zu verringern, und die einen Betrieb von Abgasrückführung und VGT koordiniert, um eine Regeneration einer Nachbehandlungskomponente zu unterstützen. Weitere Ausführungsformen, Ausgestaltungen, Ziele, Merkmale, Vorteile, Aspekte und Wirkungen werden aus der folgenden Beschreibung und den Figuren ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist eine schematische Darstellung einer Anwendung, die einen Motor und ein Nachbehandlungssystem umfasst.
2 ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Verringerung von NO_x-Emissionen.
3 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Steuergerätes zur Verringerung von NO_x-Emissionen.
4 ist eine Darstellung mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge.
5 ist eine Darstellung mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge.
6 ist eine Darstellung mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge.
7 ist eine Darstellung mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge.
8 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Systems zur Verringerung von NO_x-Emissionen.
9 ist eine schematische Darstellung mehrerer Strömungsbereiche.
10 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Vorgehensweise für ein effizientes Wärmemanagement.
11 ist eine Darstellung von NO_x-Umwandlungswirkungsgraden für eine Reihe von SCR-Katalysatoren.
12 ist ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung, die ein Motorsystem-Wärmemanagementmodul aufweist.
13 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Systems zur Verringerung von NO_x-Emissionen.
14 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, welches eine Vorgehensweise zur Verringerung von NO_x-Emissionen illustriert.
15 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, welches eine alternative Vorgehensweise zur Verringerung von NO_x-Emissionen illustriert.
Beschreibung der illustrativen Ausführungsformen
Obwohl die vorliegende Erfindung viele verschiedene Ausgestaltungen annehmen kann, wird nun zum besseren Verständnis der Grundlagen der Erfindung Bezug genommen auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen und es werden zu deren Beschreibung spezielle Begriffe verwendet. Es versteht sich dennoch, dass dadurch keine Beschränkung des Schutzbereichs der Erfindung beabsichtigt ist. Jegliche Änderungen und weitere Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen und jegliche weiteren Anwendungen der vorliegend beschriebenen Grundlagen der Erfindung, die einem Fachmann auf dem die Erfindung betreffenden Gebiet normalerweise einfallen würden, sind denkbar.
1 ist eine schematische Darstellung einer Anwendung 900 mit einem Fahrzeug 902, welches einen Verbrennungsmotor 102 mit einem oder mehreren Hubkolben trägt. Die Anwendung 900 beinhaltet ein Nachbehandlungssystem 904, das periodische Regenerationsvorgänge benötigt. Der Motor 102 enthält Kraftstoffinjektoren und ein Verarbeitungsuntersystem, das die Kraftstoffinjektoren und die Leistungsabgabe des Motors 102 steuert. Die Anwendung 900 dient als eine exemplarische Plattform für die vorliegend beschriebenen Systeme, Verfahren und Vorrichtungen zur Verringerung von NO_x-Emissionen und zum Erzeugen von Temperatur- und weiteren Abgasbedingungen zur Unterstützung beim Regenerieren des Nachbehandlungssystems 904. Die in 1 dargestellten einzelnen Merkmale sind wohlbekannt.
Das Nachbehandlungssystem 904 umfasst eine oder mehrere Nachbehandlungskomponenten, welche eine katalytische Aktivität haben, die von bestimmten Einstellungen der Abgasumgebung profitiert, und/oder die periodische Regenerationsvorgänge benötigen, um Ruß abzubauen oder um die katalytische Aktivität zu erneuern. Exemplarische Nachbehandlungskomponenten umfassen Rußfilter, katalysierte Rußfilter, NO_x-Adsorber, SCR-Katalysatorkomponenten und/oder Oxidationskatalysatoren, Exemplarische, nicht einschränkende Regenerationsvorgänge umfassen ein Oxidieren von Ruß aus einem Rußfilter, ein Desorbieren von NO_x von einem NO_x-Adsorber mittels eines fetten und/oder Hochtemperatur-Abgasbetriebs, ein Abtrennen von auf einem SCR-Katalysator adsorbiertem NH₃ und/oder Entfernen von Schwefel von einem Katalysator durch Temperatur.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems 100 zum Verringern von NO_x-Emissionen. Das System 100 enthält einen Motor 102 mit einem oder mehreren Hubkolben 104. Der Motor 102 enthält einen Kraftstoffinjektor 106, der dazu in der Lage ist, Mehrfachkraftstoffeinspritzvorgänge in eine Brennkammer 110 pro einer oder zwei Umdrehungen einer Kurbelwelle 120 auszuführen. Der Kraftstoffinjektor 106 erhält z. B. in bestimmten Ausführungsformen Kraftstoff aus einer unter Druck gesetzten gemeinsamen Kraftstoffleitung (common rail). Obzwar der in 1 dargestellte Motor 102 ein Hochdruck-Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem aufweist, ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung jegliche Vorrichtung denkbar, die dazu in der Lage ist, Mehrfachkraftstoffeinspritzvorgänge in die Brennkammer 110 eines Motors 102 pro Umdrehung (oder pro zwei Umdrehungen) der Kurbelwelle 120 abzugeben. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das System 100 einen Motorstellungssensor 122, der eine aktuelle Stellung der Kurbelwelle 120 erfasst. In bestimmten weiteren Ausführungsformen verwenden bestimmte hierin beschriebene Vorgehensweisen zum Verringern von NO_x, zum Erhöhen einer Abgastemperatur und/oder zum Verbessern der Regenerationsumgebung für das Nachbehandlungssystem 904 keine Nacheinspritzungsvorgänge, und das Kraftstoffsystem des Motors 102 benötigt keine Fähigkeit zur Mehrfachkraftstoffeinspritzung.
Das System 100 enthält darüber hinaus ein Verarbeitungsuntersystem 112 mit einem Steuergerät 114, das dazu aufgebaut ist, bestimmte Operationen zum Verringern von NO_x während einer Nachbehandlungsregeneration auszuführen. Das Verarbeitungssystem 112 kann mit Steuergeräten, Modulen, Sensoren, Aktoren, Kommunikationsverbindungen und anderen auf dem Gebiet bekannten Geräten zum Ausführen der hierin beschriebenen Operationen aufgebaut sein. Das Steuergerät 114 kann eine einzelne Vorrichtung oder eine verteilte Vorrichtung sein und die Funktionen des Steuergeräts können durch Hardware oder Software ausgeführt werden. Alle Befehle und Informationen können auf alternative Weisen gegeben werden, manche Informationen können in bestimmten Ausführungsformen nicht vorhanden sein, und zusätzliche Informationen können in bestimmten Ausführungsformen vorhanden sein. Informationen können aus Sensoreingängen, aus Datenverbindungskommunikationen, aus Parametern auf einem computerlesbaren Speichermedium stammen oder mittels anderer auf dem Fachgebiet bekannter Informationserfassungsgeräte erhalten werden.
In bestimmten Ausführungsformen enthält das Steuergerät ein oder mehrere Module, die dazu aufgebaut sind, die Operationen des Steuergerätes funktionell auszuführen. In bestimmten Ausführungsformen enthält das Steuergerät ein. Die vorliegende Beschreibung mit Modulen stellt die bauliche Unabhängigkeit der Aspekte des Steuergeräts heraus und illustriert eine Gruppierung von Operationen und Verantwortlichkeiten des Steuergeräts. Andere Gruppierungen, die einen ähnlichen Gesamtbetrieb ausführen, werden als im Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung liegend angesehen. Module können als Hardware und/oder Software auf einem computerlesbaren Medium implementiert sein, und Module können über unterschiedliche Hardware- oder Softwarekomponenten hinweg verteilt sein. Genauere Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen von Steuergerätoperationen sind in dem sich auf 3 beziehenden Abschnitt enthalten.
In bestimmten Ausführungsformen enthält das Steuergerät 114 ein Systembedingungsmodul 1402, welches einen Motorlastwert 1404 auswertet und in Reaktion auf den Motorlastwert 1404 eine erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und eine zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 ermittelt. In bestimmten weiteren Ausführungsformen wertet das Systembedingungsmodul 1402 eine Nachbehandlungsregenerationsbedingung 1418 aus und legt ferner in Reaktion auf die Nachbehandlungsregenerationsbedingung 1418 die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 fest. Beispielhafte Operationen, welche die Nachbehandlungsregenerationsbedingung 1418 verwenden, umfassen ein Feststellen, dass eine Nachbehandlungskomponente eine Regeneration benötigt, nahe am Benötigen einer Regeneration ist, aktuell regeneriert (entweder aktiv aufgrund bewusster Systemoperationen oder passiv aufgrund von in dem Abgassystem vorhandener Bedingungen) und/oder dass eine laufende Regeneration der Nachbehandlungskomponente aufgeschoben oder zum Stillstand gekommen ist. Wo das Systembedingungsmodul 1402 die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 nicht ermittelt, liefert ein Kraftstoffsteuermodul 1412 unmodifizierte Kraftstoffsystembefehle 1414 gemäß normalen Operationen des Systems.
Ein exemplarischer Motorlastwert 1404 enthält eine angeforderte Motordrehmomentabgabe und das Systembedingungsmodul 1402 bestimmt eine erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und eine zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 solchermaßen, dass die angeforderte Motordrehmomentabgabe erreicht wird. Das Systembedingungsmodul 1402 kann ferner einen aktuellen Motordrehzahlwert 1410 ermitteln und darüber hinaus die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 in Reaktion auf den aktuellen Motordrehzahlwert 1410 festlegen. Beispielsweise kann der Motorlastwert 1404 eine angeforderte Motorleistungsabgabe sein und das Systembedingungsmodul 1402 legt eine erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und eine zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 solchermaßen fest, dass die angeforderte Motorleistungsabgabe unter Berücksichtigung der aktuellen Drehzahl 1410 des Motors erreicht wird. In bestimmten Ausführungsformen ist der Motorlastwert 1404 ein Wert, der einen Prozentsatz eines aktuell maximal verfügbaren Drehmomentwertes beschreibt, repräsentiert durch ein aktuell angefordertes Motordrehmoment. Ein maximal verfügbarer Drehmomentwert kann ein maximaler Gesamtdrehmomentwert oder ein maximaler Drehmomentwert beim aktuellen Motordrehzahlwert 1410 sein. Jeglicher auf dem Fachgebiet als ein Motorlastwert verstandener Wert ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung denkbar.
In bestimmten Ausführungsformen enthält das Steuergerät 114 ein Kraftstoffsteuermodul 1412, das Kraftstoffsystembefehle 141 solchermaßen liefert, dass die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 als ein oder mehrere Haupteinspritzungsvorgänge eingespritzt wird und dass die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 als ein oder mehrere Nacheinspritzungsvorgänge eingespritzt wird. In bestimmten Ausführungsformen beginnen der eine oder die mehreren Nacheinspritzungsvorgänge vor 63 Grad nach dem oberen Totpunkt (OT). In bestimmten Ausführungsformen legt das Kraftstoffsteuermodul 1412 ferner die erste Kraftstoffumsetzungsmenge als weniger als 60% einer Verbrennungskraftstoffmenge fest, wobei die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 zusammen eine Gesamtmenge an Kraftstoff umfassen, die zur Verbrennung beiträgt und innerhalb eines einzigen Verbrennungshubs eingespritzt wird. In bestimmten Ausführungsformen enthält die zur Verbrennung beitragende Gesamtkraftstoffmenge die Kraftstoffmengen, die in der Brennkammer 110 verbrennen und zur Drehmomentabgabe des Motors 102 beitragen. In bestimmten Ausführungsformen liefert das Kraftstoffsteuermodul 1412 die Kraftstoffsystembefehle 1414 solchermaßen, dass der Kraftstoffinjektor 106 die erste Kraftstoffumsetzungsmenge vor 10 Grad nach OT des Kolbens 104 zuführt und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge nach 10 Grad nach OT zuführt.
Abhängig von den Eigenschaften des Kraftstoffsystems können die Ausdrücke Kraftstoffzufuhr, Kraftstoffeinspritzung und/oder Ausführen eines Kraftstoffeinspritzvorgangs bei einem vorgegebenen Kurbelwinkelgrad angeben, dass der Kraftstoffzufuhrvorgang oder Einspritzbeginn (start-of-injection = SOI) bei dem vorgegebenen Kurbelwinkelgrad beginnt. Beispielsweise gibt eine Zufuhr vor 10 Grad nach OT allgemein einen Einspritzbeginn vor 10 Grad nach OT an. Jedoch sind Ausführungsformen, bei denen eine Zufuhr vor 10 Grad nach OT eine Beendigung eines Einspritzvorgangs vor 10 Grad nach OT angeben, vorliegend ebenfalls denkbar sofern nicht anders angegeben. Die Unterschiede zwischen den Begriffskonventionen sind für die meisten Kraftstoffsysteme gering.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 in Reaktion auf einen Motorlastwert 1404, der einen Wert kleiner als ein Schwellenlastwert 1416 hat, welcher ein Schwellenwertprozentsatz eines maximalen Motorlastniveaus sein kann, weniger als 25% der Verbrennungskraftstoffmenge. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet der Schwellenlastwert 1416 einen Lastwert zwischen ungefähr 30% und 40% des maximalen Motorlastwertes. In bestimmten weiteren Ausführungsformen umfasst die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 in Reaktion auf den zumindest dem Schwellenlastwert 1416 entsprechenden Motorlastwert weniger als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge. Beispielsweise spritzt der Kraftstoffinjektor 106 in bestimmten Ausführungsformen des Systems 100 in Reaktion auf einen niedrigen Motorlastwert eine geringe Kraftstoffmenge in einer ”Haupt”-Einspritzung ein und spritzt in Reaktion auf einen höheren Motorlastwert in einer ”Haupt”-Einspritzung eine größere Kraftstoffmenge ein, jedoch weniger als 60%.
In bestimmten Ausführungsformen werden ein erster Kraftstoffeinspritzvorgang und ein zweiter Kraftstoffeinspritzvorgang als ungefähr gleiche Kraftstoffmengen eingespritzt. In bestimmten weiteren Ausführungsformen werden der erste Kraftstoffeinspritzvorgang und der zweite Kraftstoffeinspritzvorgang in Reaktion auf den Motorlastwert 1404 mit einem zumindest dem Schwellenlastwert 1416 entsprechenden Wert als ungefähr gleiche Kraftstoffmengen eingespritzt. Ist z. B. die Verbrennungskraftstoffmenge 100 Kraftstoffeinheiten und ist der Motorlastwert größer als der Schwellenlastwert 1416, kann die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 30% der Verbrennungskraftstoffmenge sein und als ein erster Einspritzvorgang mit 30 Kraftstoffeinheiten eingespritzt werden. Die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge kann 70% der Verbrennungskraftstoffmenge betragen und als ein zweiter Einspritzvorgang mit 30 Kraftstoffeinheiten und weiter als einer oder mehrere spätere Einspritzvorgänge mit insgesamt bis zu 40 Kraftstoffeinheiten eingespritzt werden.
In bestimmten weiteren Ausführungsformen können der erste Einspritzvorgang und der zweite Einspritzvorgang ein Verhältnis aufweisen, das in einem Bereich von ungefähr 3:7 bis 7:3 variiert, was Kraftstoffzufuhrmengen für den ersten:zweiten:spätere Einspritzvorgänge zwischen ungefähr 30:70:0 zugehörige Kraftstoffeinheiten bis ungefähr 30:13:57 zugehörige Kraftstoffeinheiten ergibt. Es sei bemerkt, dass bei zutreffenden Ausführungsformen selbst dann, wenn das erste:zweite Verhältnis bis zu 7:3 beträgt, der Gesamtprozentsatz an Kraftstoff im ersten Einspritzvorgang im Vergleich zur Verbrennungskraftstoffmenge beibehalten wird und der restliche Kraftstoff in späteren Einspritzvorgängen zugegeben wird. In bestimmten Ausführungsformen einschließlich jeglicher Motorlastwerte 1404, aber insbesondere bei Motorlastwerten 1404 unterhalb des Schwellenlastwertes 1416 mag kein Verhältnis zwischen den Mengen des ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzvorgangs erzwungen werden.
In bestimmten Ausführungsformen findet jeder Kraftstoffeinspritzvorgang innerhalb der ersten Kraftstoffumsetzungsmenge und der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge nicht früher als drei Kurbelwinkelgrad nach dem vorhergehenden Kraftstoffeinspritzvorgang statt. In bestimmten Ausführungsformen können Einschränkungen eines Kraftstoffzufuhrsystems längere Verzögerungen erfordern, etwa zwischen ungefähr 5 und 10 Kurbelwinkelgrad zwischen Einspritzvorgängen. In bestimmten weiteren Ausführungsformen ist es erwünscht, dass der Verbrennungsvorgang während einer Kraftstoffeinspritzung jeder der Verbrennungskraftstoffmengen 1406, 1408 andauert, weshalb aus einem Andauern des Verbrennungsvorgangs resultierende Einschränkungen keine größere als eine Maximalzeit zwischen Kraftstoffeinspritzvorgängen bedingen.
In vielen Situationen ist es eine einfache Sache, eine erwartete Wärmeabgabe über einer beobachteten Wärmeabgabe in einer Versuchszelle aufzutragen, um festzustellen, wie weit auseinander Einspritzvorgänge stattfinden und den Verbrennungsvorgang noch andauern lassen können. Der zwischen Vorgängen mögliche Zeitversatz hängt von den Kurbelwinkelstellungen der Einspritzvorgänge (z. B. ändert sich die Temperatur in der Brennkammer zeitlich rascher bei Entfernung von OT als in der Nähe von OT), der Motordrehzahl, dem Motorlastwert und anderen auf dem Fachgebiet bekannten Faktoren ab. Allgemein können Einspritzvorgänge später als 63 Grad nach OT, die als sehr späte Nacheinspritzungen bezeichnet werden können, gewisse Drehmomenteffekte zeitigen (d. h. teilweise verbrennen), jedoch nehmen solche Einspritzungen im allgemeinen nicht an dem Verbrennungsvorgang teil und erzeugen deshalb hauptsächlich unverbrannte Kohlenwasserstoffe (UHC) anstatt Drehmoment.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Steuergerät 114 dazu aufgebaut festzustellen, ob eine (nicht gezeigte) Nachbehandlungsregeneration entsprechend der Nachbehandlungsregenerationsbedingung 1418 aktiv ist. Das Kraftstoffsteuermodul 1412 implementiert in Reaktion auf eine nicht aktive Nachbehandlungsregeneration ein Standard-Kraftstoffzufuhrschema. Beispielsweise kann das System 100 einen Partikelfilter enthalten, der periodische Regenerationsvorgänge benötigt. Das Systembedingungsmodul 1402 ermittelt in dem Beispiel, ob ein Regenerationsvorgang des Partikelfilters aktiv ist (in Übereinstimmung mit der Nachbehandlungsregenerationsbedingung 1418), und stellt die erste und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1406, 1408 bereit, wenn der Regenerationsvorgang aktiv ist. Das Kraftstoffsteuermodul 1412 liefert einen Kraftstoffsystembefehl 1414 gemäß einem Standard-Kraftstoffzufuhrschema, wenn der Regenerationsvorgang nicht aktiv ist. In bestimmten Ausführungsformen verwendet das Kraftstoffsteuermodul 1412 die erste und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1406, 1408 zu allen Betriebszeiten des Motors 102. In bestimmten Ausführungsformen verwendet das Kraftstoffsteuermodul 1412 eine größere Menge der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 während eines aktiven Regenerationsvorgangs und verwendet eine größere Menge der ersten Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 in Perioden, in denen ein Regenerationsvorgang nicht aktiv ist.
4 ist eine Darstellung 200 mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge. Die Darstellung 200 zeigt einen ersten Kraftstoffeinspritzvorgang 202 und einen zweiten Kraftstoffeinspritzvorgang 204. Die während des ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs 202 eingespritzte Kraftstoffmenge umfasst eine oder mehr als eine Haupteinspritzung von Verbrennungskraftstoffmengen und die während des zweiten Kraftstoffeinspritzvorgangs 204 eingespritzte Kraftstoffmenge umfasst die eine oder mehr als eine Nacheinspritzung von Verbrennungskraftstoffmengen. In bestimmten Ausführungsformen hat die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 einen Einspritzbeginn 206 vor 10 Grad nach OT und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 hat einen Einspritzbeginn 208 nach 10 Grad nach OT und vor 63 Grad nach OT. Ferner ist die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 größer als die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406.
In bestimmten Ausführungsformen wird eine Verbrennungskraftstoffmenge zwischen dem ersten Kraftstoffeinspritzvorgang und dem zweiten Kraftstoffeinspritzvorgang aufgeteilt. Ein Steuergerät 114 wertet eine Motordrehmomentabgabeanforderung aus und stellt die Verbrennungskraftstoffmenge basierend auf dem zeitlichen Ablauf und den Kraftstoffmengen der Kraftstoffeinspritzvorgänge 202, 204 so ein, dass der Motor 102 die Motordrehmomentabgabeanforderung erfüllt. Die Kraftstoffeinstellvorgänge des Steuergerät 114 können in allen Ausführungsformen verwendet werden, können jedoch besonders nützlich in Ausführungsformen sein, in denen die zweiten Kraftstoffumsetzungsmengen 1408 bei speziellen Operationen des Motors 102 auftreten, wie etwa während eines Nachbehandlungsregenerationsvorgangs.
Beispielsweise kann eine Motordrehmomentabgabeanforderung 339 Nm (250 ft-lbs) betragen und es können während eines Nominalbetriebs des Motors 102 100 Kraftstoffeinheiten an Verbrennungskraftstoffmenge benötigt werden, um die 339 Nm (250 ft-lbs) Drehmoment zu erreichen. In dem Beispiel implementiert das Steuergerät 114 während eines Nachbehandlungsregenerationsvorgangs eine erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und eine zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 und teilt einen Anteil der Verbrennungskraftstoffmenge auf jede der ersten und zweiten Kraftstoffumsetzungsmengen 1406, 1408 auf. Das Steuergerät 114 kann ferner dazu aufgebaut sein, ein effektives Drehmoment in Übereinstimmung mit den Kraftstoffmengen und dem zeitlichen Ablauf der frühen und zweiten Kraftstoffumsetzungsmengen zu berechnen und die Verbrennungskraftstoffmenge einzustellen, um die Motordrehmomentabgabeanforderung zu erreichen. In dem Beispiel kann das Steuergerät 114 feststellen, nachdem das Steuergerät 114 40 Kraftstoffeinheiten in die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und 60 Kraftstoffeinheiten in die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 gegeben hat, dass aufgrund eines Verbrennens eines größeren Anteils der Verbrennungskraftstoffmenge entfernt von OT nur ein Drehmoment von 318,6 Nm (235 ft-lbs) erreicht werden wird. Das Steuergerät 114 kann die Verbrennungskraftstoffmenge einstellen, bis 339 Nm (250 ft-lbs) erreicht werden, beispielsweise durch Erhöhen der ersten Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 auf 42 Kraftstoffeinheiten und der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 auf 64 Kraftstoffeinheiten.
Das Steuergerät 114 kann die Kraftstoffzufuhr durch jegliches Verfahren einstellen, einschließlich und ohne Einschränkung: proportional über Kraftstoffeinspritzvorgänge hinweg, unter Bevorzugung der ersten Kraftstoffumsetzungsmenge oder der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge, durch Erhöhen der ersten Kraftstoffumsetzungsmenge oder der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge, bis ein Schwellenwert erreicht worden ist, und Einfügen verbleibender Erhöhungen in die andere Kraftstoffumsetzungsmenge, oder durch jegliches anderes auf dem Fachgebiet bekanntes Kraftstoffmengenanpassungsverfahren. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Nominalkraftstoffsteuergerät (nicht gezeigt, kann jedoch Teil des Verarbeitungsuntersystems 112 und/oder des Steuergeräts 114 sein) dazu ausgeführt sein, Drehmomenteffekte des zeitlichen Ablaufs der ersten Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 und der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 zu berücksichtigen, so dass spätere Anpassungen durch das Steuergerät 114 unnötig sein können.
5 ist eine Darstellung 300 mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge. Die Darstellung 300 zeigt einen ersten Kraftstoffeinspritzvorgang 1406, einen zweiten Kraftstoffeinspritzvorgang 304 und einen dritten Kraftstoffeinspritzvorgang 306. Die während des ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs 1406 eingespritzte Kraftstoffmenge enthält die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406. Die Summe der in dem zweiten und dritten Einspritzvorgang 304, 306 eingespritzten Kraftstoffmengen bildet die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408.
Die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 hat einen Einspritzbeginn 308 vor 10 Grad nach OT. Jeder der Einspritzvorgänge 304, 306, die die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408 bilden, haben einen Einspritzbeginn 310, 312 nach 10 Grad nach OT und vor 63 Grad nach OT. In bestimmten Ausführungsformen ist ein erster Abstand 314 zwischen dem ersten Einspritzbeginn 308 und dem zweiten Einspritzbeginn 310 größer als 3 Kurbelwinkelgrad. Jeder der Kraftstoffeinspritzvorgänge 302, 304, 306 trägt zur Verbrennung bei und wird innerhalb eines einzigen Verbrennungshubs eingespritzt. In der Darstellung 300 aus 5 enthält die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406 weniger als 25% einer Verbrennungskraftstoffmenge, wobei die Verbrennungskraftstoffmenge die Summe aus der ersten und zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge ist. In bestimmten Ausführungsformen kann ein sehr später Nacheinspritzungsvorgang (nicht gezeigt) enthalten sein, beispielsweise um unverbrannte Kohlenwasserstoffe an ein Nachbehandlungssystem zu liefern. Sehr späte Nacheinspritzungen tragen nicht maßgeblich zur Verbrennung oder Drehmomenterzeugung bei.
6 ist eine Darstellung 400 mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge. In bestimmten Ausführungsformen führt das System 100 die Kraftstoffeinspritzvorgänge der Darstellung 400 in Reaktion auf eine Feststellung aus, dass ein Motorlastwert 1404 weniger als 40% eines maximalen Motorlastwertes beträgt. In der Darstellung 400 enthält ein erster Kraftstoffeinspritzvorgang 402 weniger als 25% einer Verbrennungskraftstoffmenge und hat einen Einspritzbeginn vor 10 Grad nach OT, und der erste Kraftstoffeinspritzvorgang 402 bildet die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406. Ein zweiter Kraftstoffeinspritzvorgang 404 enthält zwischen 15% und 65% der Verbrennungskraftstoffmenge und hat einen Einspritzbeginn nach 10 Grad nach OT. Ein dritter Kraftstoffeinspritzvorgang 406 enthält zwischen 10% und 85% der Verbrennungskraftstoffmenge und findet wenigstens drei Kurbelwinkelgrad nach dem zweiten Kraftstoffeinspritzvorgang 404 und vor 63 Grad nach OT statt. In bestimmten Ausführungsformen nimmt jeder Kraftstoffeinspritzvorgang 402, 404, 406 an der tatsächlichen Verbrennung des Kraftstoffs teil und die Kraftstoffeinspritzvorgänge 404, 406 bilden die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408.
7 ist eine Darstellung 500 mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge. In bestimmten Ausführungsformen führt das System 100 die Kraftstoffeinspritzvorgänge der Darstellung 500 in Reaktion auf eine Feststellung aus, dass ein Motorlastwert 1404 zumindest einem Schwellenwertprozentsatz (z. B. 40%) eines maximalen Motorlastwertes entspricht. In bestimmten Ausführungsformen finden die Kraftstoffeinspritzvorgänge der Darstellung 500 auf demselben System 100 statt wie die Kraftstoffeinspritzvorgänge der Darstellung 400.
Zur Klarheit bei einer Bezeichnung der Kraftstoffeinspritzvorgänge werden die Kraftstoffeinspritzvorgänge der Darstellung 400 als ein erster Kraftstoffeinspritzvorgang 402, ein zweiter Kraftstoffeinspritzvorgang 404 und ein dritter Kraftstoffeinspritzvorgang 406 bezeichnet, wohingegen die Kraftstoffeinspritzvorgänge der Darstellung 500 als ein vierter Kraftstoffeinspritzvorgang 502, ein fünfter Kraftstoffeinspritzvorgang 504 und ein sechster Kraftstoffeinspritzvorgang 506 bezeichnet werden. Jedoch wird in dem Beispiel nur ein Satz der Kraftstoffeinspritzvorgänge, die ersten, zweiten, dritten Kraftstoffeinspritzvorgänge oder die vierten, fünften, sechsten Kraftstoffeinspritzvorgänge, in einem gegebenen Verbrennungszyklus des Motors 102 ausgeführt. Ein gegebenes System 100 kann bei wechselnden Motorbetriebsbedingungen die Kraftstoffeinspritzvorgänge der Darstellung 400, die Kraftstoffeinspritzvorgänge der Darstellung 500 oder beide Sätze an Kraftstoffeinspritzvorgängen umfassen. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen weder die Einspritzvorgänge der Darstellung 400 noch der Darstellung 500 umfassen und/oder können zusätzliche Einspritzvorgänge umfassen, die in den Darstellungen 400, 500 nicht gezeigt sind.
In der Darstellung 500 enthält ein vierter Kraftstoffeinspritzvorgang 502 weniger als 60% einer Verbrennungskraftstoffmenge und hat einen Einspritzbeginn vor 8 Grad nach OT und bildet die erste Kraftstoffumsetzungsmenge 1406. Ein fünfter Kraftstoffeinspritzvorgang 504 enthält zwischen 5% und 45% der Verbrennungskraftstoffmenge und hat einen Einspritzbeginn nach 10 Grad nach OT. Ein sechster Kraftstoffeinspritzvorgang 506 enthält zwischen 5% und 55% der Verbrennungskraftstoffmenge und findet zumindest drei Kurbelwinkelgrad nach dem fünften Kraftstoffeinspritzvorgang 504 und vor 63 Grad nach OT statt. Der fünfte Kraftstoffeinspritzvorgang 504 und der sechste Kraftstoffeinspritzvorgang 506 bilden zusammen die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge 1408. Jeder Kraftstoffeinspritzvorgang 502, 504, 506 nimmt an der Verbrennung des Kraftstoffs und an der Drehmomenterzeugung teil. In bestimmten Ausführungsformen findet der fünfte Kraftstoffeinspritzvorgang 504 nicht später als 2,8 Millisekunden nach dem vierten Kraftstoffeinspritzvorgang statt.
9 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Systems 901 zur Verringerung von NO_x-Emissionen. Das System 901 enthält einen Verbrennungsmotor 102 mit einem Common-Rail-Kraftstoffzufuhrsystem. Wo das System 901 mehrere Kraftstoffeinspritzvorgänge umfasst, kann der Verbrennungsmotor 102 jegliches auf dem Fachgebiet bekannte Kraftstoffsystem haben, das dazu in der Lage ist, Mehrfachkraftstoffeinspritzvorgänge durchzuführen, einschließlich der Fähigkeit, eine oder mehrere Haupteinspritzungen und eine oder mehrere Nacheinspritzungen durchzuführen. In bestimmten Ausführungsformen ist das Kraftstoffsystem dazu fähig, zwei Nacheinspritzungsvorgänge durchzuführen.
Das System 901 enthält ferner einen Turbolader 912 mit variabler Geometrie (VGT). Der VGT 912 kann von einem beliebigen auf dem Fachgebiet bekannten Typ sein, einschließlich zumindest eines Schwenkflügel-VGT (swing vane VGT), eines VGT mit verstellbarer Düse (sliding nozzle VGT) und eines VGT mit internem oder externem Bypass. Der Mechanismus zum Erzeugen der variablen Geometrie des VGT 912 ist nicht wesentlich, jedoch sollte der VGT 912 eine Vorrichtung sein, die den Druck des Abgases 922 modulieren kann.
Alternativ oder zusätzlich kann das System 901 eine Abgasdrossel (nicht gezeigt) zum Modulieren des Drucks des Abgases 922 aufweisen. Die Abgasdrossel spricht auf einen Abgasdrosselbefehl, einen Abgasdruckbefehl und/oder einen Abgasdruckerhöhungsbefehl aus einem Steuergerät 924 an. Die Abgasdrossel kann unabhängig von dem VGT 912 arbeiten oder mit dem VGT 912 zusammenarbeiten. Zum Beispiel kann der VGT 912 Abgasdruck für einen Bereich von Abgasdrücken und/oder Motordrehzahlen liefern und die Abgasdrossel liefert Abgasdrücke bei höheren Abgasdruck- und/oder Motordrehzahlwerten. In einem anderen Beispiel wirken der VGT 912 und die Abgasdrossel zusammen, um den angewiesenen Abgasdruck zu liefern.
Das System 901 umfasst ferner einen Abgasrückführungs(AGR)-Pfad 918 mit einem Abgasrückführungskühler 914 und einem Abgasrückführungsventil 916. Die Reihenfolge des Abgasrückführungsventils 916 und des Abgasrückführungskühlers 914 ist lediglich beispielhaft, und das Abgasrückführungsventil 916 kann ein ”Kaltseiten”-Ventil (wie dargestellt) oder ein ”Heißseiten”-Ventil (nicht dargestellt) sein. Ferner kann der Abgasrückführungspfad 918 einen teilweisen oder vollständigen Bypass (nicht gezeigt) für den Abgasrückführungskühler 914 enthalten.
Das System 901 enthält ferner ein Steuergerät 924, das einen Teil eines Verarbeitungsuntersystems bildet, wobei das Steuergerät 924 Operationen zum Erhöhen einer Temperatur und Verringern einer NO_x-Gaskonzentration des den VGT 912 verlassenden Abgases 922 ausführt. Das Verarbeitungsuntersystem 112 kann mit Steuergeräten, Modulen, Sensoren, Aktoren, Kommunikationsverbindungen und anderen auf dem Fachgebiet bekannten Geräten zum Ausführen der vorliegend beschriebenen Operationen aufgebaut sein, Das Steuergerät 924 kann eine einzelne Vorrichtung oder eine verteilte Vorrichtung sein und die Funktionen des Steuergerätes können durch Hardware oder Software ausgeführt werden. Alle Befehle und Informationen können auf alternative Weisen gegeben werden, manche Informationen können in bestimmten Ausführungsformen nicht vorhanden sein, und zusätzliche Informationen können in bestimmten Ausführungsformen vorhanden sein. Informationen können aus Sensoreingängen, aus Datenverbindungskommunikationen, aus Parametern auf einem computerlesbaren Speichermedium stammen oder mittels anderer auf dem Fachgebiet bekannter Informationserfassungsgeräte erhalten werden.
Die erhöhte Temperatur und verringerte NO_x-Gaskonzentration beziehen sich auf eine Nominaltemperatur und NO_x-Gaskonzentration, die ohne vom Steuergerät 924 durchgeführte Operationen zum Erhöhen der Temperatur und Verringern der NO_x-Gaskonzentration vorliegen würden. In bestimmten Ausführungsformen ist die erhöhte Temperatur eine Temperatur, bei der eine erste Nachbehandlungskomponente 908 dazu fähig ist, eine Regeneration durchzuführen – ist beispielsweise die erste Nachbehandlungskomponente 908 ein Dieselpartikelfilter (DPF), kann die erhöhte Temperatur die Temperatur sein, bei der der aktuelle Regenerationsmechanismus (z. B. eine Oxidation durch Sauerstoff oder durch NO_x) aktiviert wird.
In anderen Ausführungsformen ist die erhöhte Temperatur eine Temperatur, bei der eine zweite Nachbehandlungskomponente 906 dazu in der Lage ist, eine Regeneration der ersten Nachbehandlungskomponente 908 zu unterstützen. Ist beispielsweise die zweite Nachbehandlungskomponente 906 ein Oxidationskatalysator, dann kann die erhöhte Temperatur eine Temperatur sein, bei der mittels eines Injektors 910 in das Abgas 922 eingebrachter Kraftstoff dazu fähig ist, auf der zweiten Nachbehandlungskomponente 906 zu oxidieren. In einem anderen Beispiel kann die erhöhte Temperatur, wenn die zweite Nachbehandlungskomponente 906 ein Oxidationskatalysator ist, eine Temperatur sein, bei der NO in dem Abgas 922 dazu fähig ist, sich zumindest teilweise in NO₂ umzuwandeln. In anderen Beispielen ist die erhöhte Temperatur eine Temperatur, auf die die erste Nachbehandlungskomponente 908 von einer Nominalbetriebstemperatur angehoben wird, die jedoch unterhalb der Regenerationstemperatur liegt, beispielsweise eine Temperatur, bei der eine Regeneration der ersten Nachbehandlungskomponente 908 rasch fortgesetzt werden kann, wenn Systembedingungen dies zulassen (z. B. eine Last des Motors 102 anschließend ansteigt).
Die NO_x-Gaskonzentrationsverringerungen werden mittels Nacheinspritzung und dem VGT 912 und/oder mit dem Durchfluss durch die Abgasrückführung 918 erreicht. In einem Beispiel wird ein Teil des Hauptkraftstoffs in einem oder mehreren Nacheinspritzungsvorgängen eingespritzt. Mehr als die Hälfte des Hauptkraftstoffs kann auf die Nacheinspritzung verschoben werden und in bestimmten Ausführungsformen kann kein Hauptkraftstoff mehr vorhanden sein (z. B. kein Hauptkraftstoffzufuhrvorgang, der vor 10 Grad nach OT stattfindet), sondern der gesamte Kraftstoff auf die Nacheinspritzung verschoben sein, wobei möglicherweise ein kleiner Teil des Kraftstoffs als eine Pilotkraftstoffzufuhr eingespritzt wird. Die Nacheinspritzung kann jegliche Einspritzungen umfassen, die zwischen ungefähr 10 Grad nach OT bis ungefähr 63 Grad nach OT stattfinden, und kann als zwei Einspritzvorgänge mit ungefähr derselben Kraftstoffmenge in jedem Einspritzvorgang stattfinden.
In einem Beispiel ist der VGT 912 teilweise geschlossen, was den Gegendruck auf den Motor 102 erhöht und dazu führt, dass eine geringe Abgasmenge nach der Verbrennung im Zylinder verbleibt. In einem anderen Beispiel ist der VGT 912 in eine ”stark geschlossene” Stellung verstellt, in der eine sehr kleine Fläche für einen Durchfluss durch den VGT 912 verbleibt, was einen großen Gegendruck auf den Motor 102 erzeugt. Der erhöhte, auf den Motor 102 wirkende Gegendruck vergrößert die Pumparbeit für den Motor 102, was in höheren Abgastemperaturen resultiert. In bestimmten Ausführungsformen ist die Abgasrückführung 918 während einer ”stark geschlossenen” Situation teilweise geöffnet. Das Öffnen der Abgasrückführung 918 ergibt eine Gegendruckverringerung für den stark geschlossenen VGT 912 und der stark geschlossene VGT 912 erhöht die Zirkulationsrate der Abgasrückführung 918. Der Abgasrückführungspfad 918 kann in einem Abgasrückführungskühler 914 gekühlt werden, was TOT, aber auch NO_x reduziert. Der Abgasrückführungspfad 918 kann den Abgasrückführungskühler 914 ganz oder teilweise umgehen, was TOT steigert, aber eine stärkere NO_x-Bildung zulässt.
Das Ausbalancieren der Nacheinspritzung, des VGT 912 und der Abgasrückführung 918 ist für einen Fachmann auf dem Fachgebiet angesichts der vorliegenden Offenbarung eine Routinesache. In bestimmten Ausführungsformen ist der VGT 912 zusammen mit der Nacheinspritzung bei abgeschalteter Abgasrückführung 918 dazu ausreichend, die erhöhte Temperatur mit deutlicher NO_x-Verringerung in einem Strömungsbereich des Motors 102 bereitzustellen, der bei einer niedrigen Motordrehzahl und einem niedrigen Motorlastzustand auftritt. Unter Bezugnahme auf 9 ist der Strömungsbereich ”A” eine niedrige Motordrehzahl und ein niedriger Motorlastzustand, obwohl die Gestalt und Position des Bereichs ”A” variieren kann. Eine niedrige Motordrehzahl und niedrige Motorlast ist abhängig von dem speziellen System und beinhaltet jeden Bereich, in dem der VGT 912 zusammen mit einer Nacheinspritzung und einer abgeschalteten Abgasrückführung 918 die Temperatur- und NO_x-Verringerungsziele erreichen kann. Nicht einschränkende Beispiele niedriger Motorlasten umfassen Motorlasten zwischen ungefähr 10% und 35% eines Maximaldrehzahlwerts bei einer bestimmten Motordrehzahl. Nicht einschränkende Beispiele niedriger Motordrehzahlen umfassen Motordrehzahlen vom Leerlauf bis zu ungefähr 50% einer maximalen Motordrehzahl.
In bestimmten Ausführungsformen ist der VGT 912 zusammen mit der Nacheinspritzung und einem Durchfluss durch die Abgasrückführung 918 (mit oder ohne einer Abgasrückführungskühlung 914) dazu ausreichend, die erhöhte Temperatur und eine deutliche NO_x-Verringerung in einem Strömungsbereich des Motors 102 zu bieten, der bei einer mittleren bis hohen Motordrehzahl und einer mittleren Last auftritt. Eine beispielhafte Stellung des VGT 912 bei mittlerer bis hoher Motordrehzahl ist eine weit geöffnete Stellung. Die weit geöffnete Stellung des VGT 912 verringert einen Gesamtluftdurchfluss durch das System (durch Liefern von weniger Abgasenergie an den Verdichter des VGT 912) und führt zu einer geringeren Energiehürde beim Bereitstellen einer hohen Temperatur in den Abgasen.
Bezugnehmend auf 9 ist der Strömungsbereich ”B” eine mittlere bis hohe Motordrehzahl und ein mittlerer Motorlastzustand, obwohl die Gestalt und Position dieses Bereichs variieren können. Eine mittlere bis hohe Motordrehzahl und eine mittlere Last hängt vom speziellen System ab und umfasst jeden Bereich, in dem der VGT 912 zusammen mit der Nacheinspritzung und einem Durchfluss durch die Abgasrückführung 918 (mit oder ohne einer Abgasrückführungskühlung 914) die Temperatur- und NO_x-Verringerungsziele erreichen kann. Nicht einschränkende Beispiele mittlerer bis hoher Motordrehzahlen umfassen jede Motordrehzahl oberhalb der niedrigen Motordrehzahl des Bereichs ”A” bis zu einer maximalen Motordrehzahl, obwohl in bestimmten Ausführungsformen der Bereich ”B” mit dem Bereich ”A” hinsichtlich der Motordrehzahl- oder Motorlastwerte überlappen kann. Nicht einschränkende Beispiele einer mittleren Motorlast umfassen jegliche Last oberhalb der geringen Motorlast des Bereichs ”A” bis zu und einschließlich einer Maximalmotorlast. Jedoch wird ein Wärmemanagement des Abgases 922 bei hohen Motorlasten kaum benötigt, so dass ein Bereich ”E” hoher Motorlast und mittlerer oder hoher Motordrehzahl oberhalb des Bereichs ”B” existieren kann und eine Region beinhalten kann, in der ein erhöhter Gegendruck des VGT 912 zusammen mit einer Nacheinspritzung nicht dazu verwendet wird, Temperatur zu erzeugen und NO_x zu verringern.
In bestimmten Ausführungsformen kann eine gewisse Überlappung von Drehzahlen und/oder Lasten zwischen den Bereichen ”A” und ”B” auftreten. Ferner kann eine mittlere Last bei einer Motordrehzahl eine geringe Motorlast oder eine hohe Motorlast bei einer anderen Motordrehzahl sein. Deshalb kann die Oberkante des Bereichs ”A” in bestimmten Ausführungsformen und bei bestimmten Motordrehzahlen oberhalb der Unterkante des Bereichs ”B” liegen und es kann bei bestimmten Motordrehzahlen oder -lasten eine Lücke zwischen den Bereichen ”A” und ”B” entstehen. Zusätzlich kann das System mit einer Hysterese betrieben werden. Beispielsweise kann eine Verzögerung vor den den Bereichen ”A” und/oder ”B” zugeordneten thermischen und NO_x-Mechanismen eingeführt werden, wenn der Motorbetriebspunkt zwischen Bereichen ”A” und ”B” umschaltet. Die Verzögerung kann eine Zeitverzögerung sein (z. B. warte für eine Anzahl Sekunden vor einem Umschalten) und/oder die Verzögerung kann eine Motordrehzahl- und/oder -lastverzögerung sein. Beispielsweise kann das System von ”A” nach ”B” bei 1200 U/min und 339 Nm (250 ft-lbs) wechseln, wenn die Motorbetriebsbedingung aus dem Bereich ”A” nach ”B” geht, und von ”B” nach ”A” bei 1100 U/min und 305 Nm (225 ft-lbs) wechseln, wenn die Motorbetriebsbedingung von ”B” nach ”A” läuft.
In bestimmten Ausführungsformen ist der in eine stark geschlossene Stellung versetzte VGT 912 zusammen mit der Nacheinspritzung und einem Durchfluss durch die Abgasrückführung 918 (mit oder ohne einer Abgasrückführungskühlung 914) dazu ausreichend, die erhöhte Temperatur und beträchtliche NO_x-Verringerung in einem Strömungsbereich des Motors 102 bereitzustellen, der bei einer mittleren Motordrehzahl und einer geringen Motorlast auftritt. Unter Bezugnahme auf 9 ist der Strömungsbereich ”C” ein mittlerer Motordrehzahl- und niedriger Motorlastbereich.
Eine mittlere Motordrehzahl und geringe Motorlast hängt von dem speziellen System ab und umfasst jeglichen Bereich, in dem der VGT 912 in einer stark geschlossenen Stellung zusammen mit der Nacheinspritzung und einem Durchfluss durch die Abgasrückführung 918 (mit oder ohne einer Abgasrückführungskühlung 914) die Temperatur- und NO_x-Verringerungsziele erreichen kann. Die stark geschlossene Stellung des VGT 912 ist der Bereich des VGT 912, in dem ein Schließen des VGT 912 einen beträchtlichen Gegendruck auf den Motor ausübt und beginnt, den Ladedruck der Verdichterseite des VGT 912 zu verringern. Allgemein erhöht ein Verstellen eines VGT 912 in eine geschlossenere Stellung den Ladedruck des VGT 912 durch Verbessern der Energieübertragung des Abgases 922 auf die Schaufeln der Turbine des VGT 912. Schießt sich der VGT 912 jedoch weiter, wirkt die Öffnung in dem VGT 912 schließlich als eine Drossel, was den Wirkungsgrad des VGT 912 rapide verringert und einen hohen Gegendruck auf den Motor ohne eine Zunahme der Energieübertragung auf die Schaufeln der Turbine des VGT 912 bewirkt.
Ein Betrieb innerhalb des Bereichs ”C”, in dem der VGT 912 stark geschlossen ist, ist im Allgemeinen ineffizient. Erhöht sich jedoch die Motordrehzahl von der Motordrehzahl des Bereichs ”A”, lässt der Motor 102 eine größere Gasmenge durch ihn strömen, bis zu einem Punkt, an dem schließlich die Mechanismen des Bereichs ”A” nicht mehr dazu ausreichen, genügend Temperatur im Abgas 922 zu erzeugen. Deshalb werden stark geschlossene Betriebszustände des VGT 912 im Bereich ”C” dazu eingesetzt, genügend Temperatur im Bereich ”C” zu erzeugen. In bestimmten Ausführungsformen ist somit der Bereich ”C” auf der Seite niedriger Drehzahl durch die Ausführbarkeit des Bereichs ”A” begrenzt. Wenn die Motordrehzahl noch höher steigt, in einen Bereich ”F”, werden die Prozesse des Bereichs ”C” unmöglich (aufgrund hoher Drücke am Einlass des VGT 912) oder höchst ineffizient, so dass im Bereich ”F” den VGT 912, eine Nacheinspritzung und eine Abgasrückführung 918 verwendende Wärmemanagementprozesse nicht mehr eingesetzt werden. Somit ist in bestimmten Ausführungsformen der Bereich ”C” auf der Seite hoher Drehzahl durch die Ausführbarkeit und/oder Wirtschaftlichkeit des Bereichs ”C” begrenzt. Bei höheren Lastwerten können die Prozesse des Bereichs ”C” wiederum aufgrund hoher Drücke am Einlass des VGT 912 entweder nicht ausführbar werden oder sie werden unnötig, da die Prozesse des Bereichs ”B” ausreichend werden, die erhöhte Temperatur zu erzeugen. In bestimmten Ausführungsformen ist somit der Bereich ”C” auf der Seite hoher Last durch die Ausführbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Bereiche ”B” und ”C” begrenzt. Das System kann beim Umschalten zwischen jeglichen der Bereiche, einschließlich des Bereichs ”C”, Verzögerungen und/oder Hysterese zeigen. Der Bereich ”D” illustriert einen Bereich hoher Last und niedriger oder mittlerer Drehzahl, in dem Wärmemanagementprozesse im Allgemeinen für die meisten Systeme nicht erforderlich sind.
Die Tabelle 1 beschreibt eine für einen exemplarischen Motor unter Verwendung der vorliegend beschriebenen Merkmale, einschließlich einer Verwendung unterschiedlicher Merkmale bei unterschiedlichen Betriebspunkten, erreichte NO_x-Verringerung. Die Temperaturen wurden erhöht, jedoch wurde die Temperaturerhöhung in diesem Experiment nicht quantifiziert. Die dargestellte NO_x-Messung ist die Änderung der NO_x für das modifizierte Verhaken (”Regen-Modus” NO_x) aus Bereichen ”A”, ”B” und ”C” unter Verwendung von Nacheinspritzung, VGT 912 und/oder der Abgasrückführung 918 bezüglich eines unmodifizierten Verhaltens (”Normalmodus”-Betrieb). Die NO_x-Verringerung ist als prozentuale NO_x-Verringerung = (Normalmodus-NO_x-Regen-Modus-NO_x)/Normalmodus-NO_x dargestellt. Deshalb beträgt, wenn Normalmodus-NO_x 100 Einheiten ist und Regen-Modus-NO_x 65 Einheiten ist, die prozentuale NO_x-Verringerung = (100 – 65)/100 = 35%. Die Daten in Tabelle 1 illustrieren, dass über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen der Wärmeanstieg zum Unterstützen beim Regenerieren einer Nachbehandlungskomponente hinsichtlich einer NO_x-Erzeugung zumindest neutral ist, und dass bei vielen Betriebsbedingungen beträchtliche Verringerungen der NO_x-Erzeugung möglich sind. Tabelle 1. NO_x-Verringerung
Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 sind spezifische mittlere NO_x-Verringerungen von wenigstens 25% bei geringen Motorlasten, z. B. weniger als 50% einer maximalen Motorlast, und bei mittleren Motordrehzahlen erreichbar, z. B. zwischen ungefähr 800 U/min und 1600 U/min. Ferner sind spezifische mittlere NO_x-Verringerungen von zumindest 50% für sehr geringe Motorlasten, unterhalb ungefähr 10% oder ungefähr 6%, und bei niedrigen Motordrehzahlen erreichbar, z. B. unterhalb von ungefähr 800 U/min. Die NO_x-Verringerungen für ein bestimmtes System sind erzielbar durch Planen von Nacheinspritzungsvorgängen in Übereinstimmung mit der hierin gegebenen Beschreibung, zusammen mit einer Abgasdruckmodulation mit einem VGT und/oder einer Abgasdrossel.
Wo für spezielle Betriebspunkte eine größere NO_x-Verringerung benötigt wird, können die folgenden Elemente hinzugefügt werden: Einlassdrosselanpassungen und Umgehen eines Abgasrückführungskühlers in dem Abgasrückführungsstrom. Die Reihenfolge von Elementen zum Verringern von NO_x und Erzeugen einer erhöhten Temperatur kann vorzugsweise sein: Nacheinspritzungsanpassungen, Abgasdruckerhöhung, Einlassdrosselmodulation zum Verringern eines Ansaugluftstroms und dann Abgasrückführungskühlerumgehungsvorgänge. In bestimmten Ausführungsformen können die Elemente zum Verringern von NO_x und Erhöhen der Temperatur jedoch in jeder bevorzugten Reihenfolge ausgeführt werden und bei bestimmten Motorbetriebspunkten kann die bevorzugte Reihenfolge von Elementen geändert sein. Das Kartieren der NO_x-Verringerung und Temperaturerhöhung gegenüber den speziellen Betriebselementen zum Verringern von NO_x und Erzeugen einer erhöhten Temperatur ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet in Kenntnis der vorliegenden Offenbarungen eine Routinesache.
Das System 901 umfasst in bestimmten Ausführungsformen ein Steuergerät 924, das dazu aufgebaut ist, verschiedene Operationen zum Erhöhen der Temperatur eines Abgases 922 und zum Verringern einer NO_x-Menge in dem Abgas 922 durchzuführen. Das Steuergerät steht in Verbindung mit verschiedenen Sensoren, Aktoren und/oder anderen Geräten in dem System 901. Das Steuergerät umfasst ein computerlesbares Speichermedium, einen Prozessor, der Befehle ausführt, und ein auf dem computerlesbaren Speichermedium gespeichertes Computerprogrammerzeugnis. Das Steuergerät kann eine einzelne Rechenvorrichtung oder eine Mehrzahl verteilter, in Verbindung stehender Rechenvorrichtungen sein.
In bestimmten Ausführungsformen wertet das Steuergerät 924 einen Motorlastwert aus und ermittelt eine erste Kraftstoffumsetzungsmenge und eine zweite Kraftstoffumsetzungsmenge in Reaktion auf den Motorlastwert. Die erste Kraftstoffumsetzungsmenge kann zwischen ungefähr 10% bis 60% einer Verbrennungskraftstoffmenge sein und die erste Kraftstoffumsetzungsmenge und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge zusammen sind eine Gesamtkraftstoffmenge, die zur Verbrennung beiträgt und innerhalb eines einzigen Verbrennungshubes eingespritzt wird. Die erste Kraftstoffumsetzungsmenge kann eine Kraftstoffhaupteinspritzung sein und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge kann eine oder mehrere Nacheinspritzungen darstellen. In bestimmten Ausführungsformen kann die erste Kraftstoffumsetzungsmenge weniger als 10% der Verbrennungskraftstoffmenge betragen, einschließlich Null, und der gesamte zur Verbrennung beitragende und innerhalb eines einzigen Verbrennungshubs eingespritzte Kraftstoff kann nacheingespritzter Kraftstoff sein. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Menge an voreingespritztem Kraftstoff vorhanden sein.
Ein beispielhaftes System 901 enthält das Steuergerät, welches das Common-Rail-Kraftstoffsystem dazu anweist, die erste Kraftstoffumsetzungsmenge vor 10 Grad nach OT zuzuführen und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge nach 10 Grad nach OT und vor 63 Grad nach OT zuzuführen. Ein Zuführen einer Kraftstoffmenge vor einem Zeitsteuerungswert gibt an, dass der Start des Einspritzvorgangs vor diesem Zeitsteuerungswert stattfindet, obwohl der Einspritzvorgang auch nach dem Zeitsteuerungswert noch stattfinden kann. Die erste Kraftstoffumsetzungsmenge kann als zumindest eine Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzt werden und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge kann als zumindest eine Kraftstoffnacheinspritzung eingespritzt werden.
In bestimmten Ausführungsformen beträgt die erste Kraftstoffumsetzungsmenge darüber hinaus weniger als 25% der Verbrennungskraftstoffmenge, wenn der Motorlastwert weniger als 40% eines maximalen Motorlastwertes beträgt. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste Kraftstoffumsetzungsmenge, in Reaktion auf einen Motorlastwert mit einem Wert von zumindest 40% eines maximalen Motorlastwertes, ungefähr gleich der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge. Alternative Ausführungsformen beinhalten, in Reaktion auf einen Motorlastwert mit einem Wert von zumindest 40% eines maximalen Motorlastwertes, dass die erste Kraftstoffumsetzungsmenge und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge ein Verhältnis mit einem Wert zwischen einschließlich 3:7 und 7:3 haben. Die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge kann zumindest 3 Kurbelwinkelgrad nach einem Einspritzen der ersten Kraftstoffumsetzungsmenge eingespritzt werden oder die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge kann während zweier Einspritzvargänge eingespritzt werden, die durch nicht weniger als 3 Kurbelwinkelgrad voneinander getrennt sind. In bestimmten Ausführungsformen sind die Einspritzvorgänge (entweder der Einspritzvorgang der ersten Kraftstoffumsetzungsmenge und der Einspritzvorgang der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge oder zwei separate Einspritzvorgänge innerhalb der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge) durch zumindest 5 Kurbelwinkelgrad oder zumindest 10 Kurbelwinkelgrad voneinander getrennt. In bestimmten Ausführungsformen sind die Einspritzvorgänge (entweder der Einspritzvorgang der ersten Kraftstoffumsetzungsmenge und der Einspritzvorgang der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge oder zwei separate Einspritzvorgänge innerhalb der zweiten Kraftstoffumsetzungsmenge) voneinander durch nicht mehr als 2,8 Millisekunden getrennt.
Eine beispielhafte Prozedur zum Erhöhen einer Turbinenauslasstemperatur (TOT) und zum Verringern von NO_x-Emissionen wird beschrieben. Die Prozedur enthält eine Operation des Beschickens eines Verbrennungsmotors mit einer ersten Kraftstoffmenge und einer zweiten Kraftstoffmenge. Die erste Kraftstoffmenge und die zweite Kraftstoffmenge bilden zusammen eine Kraftstoffgesamtmenge, die während eines Verbrennungsvorgangs in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors verbrannt wird. Die Prozedur beinhaltet die Operation des Beschickens des Verbrennungsmotors mit der ersten Kraftstoffmenge durch Einspritzen von Kraftstoff vor 10 Grad nach OT und des Beschickens des Verbrennungsmotors mit der zweiten Kraftstoffmenge durch Einspritzen von Kraftstoff zwischen 10 Grad nach OT und 63 Grad nach OT. Die Prozedur enthält ferner eine Operation zum Erhöhen eines durch einen Turbolader mit variabler Geometrie während des Beschickens auf den Motor erzeugten Gegendrucks.
Bestimmte Ausführungsformen der Prozedur enthalten die im Folgenden beschriebenen Operationen. Operationen können anders angeordnet, kombiniert, voneinander getrennt, substituiert oder entfernt werden. Eine beispielhafte Prozedur umfasst eine Operation des Aufteilens der zweiten Kraftstoffmenge in zwei Nacheinspritzungsvorgänge, wobei die zwei Nacheinspritzungsvorgänge gleiche Anteile des Kraftstoffs aufweisen können. Die Prozedur enthält eine Aktion zum Betreiben eines Turboladers mit variabler Geometrie (VGT) und des Beschickens des Motors mit der zweiten Kraftstoffmenge solchermaßen, dass eine Turbinenauslasstemperatur (TOT) erhöht wird und eine erzeugte NO_x-Menge verringert wird. Die Prozedur umfasst eine Operation zum Abschalten einer Abgasrückführung in einem Strömungsbereich, der eine niedrige Motordrehzahl und eine geringe Motorlast darstellt, und/oder eine Aktion zum Stellen des VGT in eine stark geschlossene Stellung und zum Durchströmen lassen einer Abgasrückführung in einem Strömungsbereich, der eine mittlere Motordrehzahl und eine geringe Motorlast darstellt.
Ausführungsformen eines Verfahrens zum raschen Einleiten eines Regenerationsvorgangs für einen Dieselpartikelfilter werden beschrieben. Die Operationen sind auf jede in dem Abgasstrom eines Motors angeordnete Nachbehandlungskomponente anwendbar, bei der die Nachbehandlungskomponente eine periodische, temperaturunterstützte Regeneration benötigt. Eine Regeneration von Nachbehandlungskomponenten erfordert typischerweise eine Heizdauer, während der die Komponente auf eine Temperatur angehoben wird, die eine Regeneration unterstützt, und dann eine Haltedauer bei einer erhöhten Temperatur, bei der die Komponente regeneriert wird. Derzeit verfügbare Nachbehandlungsregenerationsabläufe leiden an einer Unfähigkeit zum Regenerieren oder zum effizienten Regenerieren dann, wenn der Motor sich in einer Anwendung mit großer Lastvariabilität, im Stop-and-Go-Betrieb oder in hochinstationären Arbeitszyklen befindet. Deshalb sind in aktuell verfügbaren Nachbehandlungsregenerationsabläufen Verhaltensweisen enthalten, die aus einer Kraftstoffverbrauchssicht ineffizient sind oder die für den Betreiber lästig sind. Ein beispielhaftes Verhalten eines aktuell verfügbaren Nachbehandlungsregenerationsablaufs besteht darin, den Regenerationsvorgang am Stattfinden zu hindern, bis ein den Motor als die Antriebsquelle verwendendes Fahrzeug einen Minimalgeschwindigkeitsschwellenwert erreicht.
Die beschriebenen Operationen des Verfahrens sind beispielhaft und unterschiedliche Operationen können in bestimmten Ausführungsformen anders angeordnet, aufgeteilt, kombiniert, weggelassen oder substituiert werden. Das Verfahren beinhaltet ein Ermitteln, dass ein Motor mit einem anspruchsvollen Arbeitszyklus arbeitet. Der anspruchsvolle Arbeitszyklus beinhaltet jegliche Aspekte des Motorarbeitszyklus, die Standard-Regenerationsoperationen schwierig machen. Beispiele des Ermittelns des anspruchsvollen Arbeitszyklus umfassen ein Ermitteln, dass der Motor für einen Schwellenwertprozentsatz der Betriebszeit mit einer hoch-instationären Last arbeitet, ein Ermitteln, dass der Motor nur selten festgelegte Lastschwellenwerte für festgelegte Zeitdauern überschreitet, ein Ermitteln, dass ein Schwellenwertprozentsatz versuchter Regenerationen nicht zum Abschluss gebracht worden ist, ein Empfangen einer Eingabe (z. B. von einem Betreiber oder einem Hersteller), welche einen Parameter festsetzt, der anzeigt, dass der Motor mit einem anspruchsvollen Arbeitszyklus arbeitet, und/oder jede andere Art von Ermittlung, die einem Fachmann auf dem Gebiet als eine spezielle Ausführungsform nahelegend bekannt ist, die angibt, dass Regenerationsvorgänge der Nachbehandlungskomponente einen beträchtlichen Teil der Zeit unter Umständen nicht erfolgreich sind. In bestimmten Ausführungsformen führt das Verfahren Abschwächungsschritte für einen anspruchsvollen Arbeitszyklus aus ohne zu ermitteln, ob der Arbeitszyklus anspruchsvoll ist.
Das Verfahren umfasst darüber hinaus ein Steuern der Temperatur einer in einem Abgasstrom des Motors angeordneten Nachbehandlungskomponente auf eine festgelegte Temperatur in Reaktion auf einen oder mehrere der folgenden Zustände: ein Regenerationsvorgang für die Nachbehandlungskomponente ist aktuell eingeleitet oder zum Starten vorgesehen, der Motor arbeitet in einem anspruchsvollen Arbeitszyklus, und ein Kostenfaktor zum Erreichen einer Regenerationstemperatur (die eine Temperatur höher als die festgelegte Temperatur ist) für die Nachbehandlungskomponente ist zu groß. Ein Ermitteln, dass der Kostenfaktor zu groß ist, umfasst jede Ermittlung, dass ein Erzielen der Regenerationstemperatur nicht möglich ist, zu teuer ist oder ansonsten derzeit unerwünscht ist.
Der Aufwand des Erreichens der Temperatur kann in Gestalt von Kraftstoffverbrauchskosten oder einen Motorbetrieb beeinflussender Kosten bestimmt werden. Beispielsweise kann ein erster Kraftstoffzufuhrwert zum Erzielen eines von einem Betreiber angeforderten Drehmomentwertes für eine Abgastemperatur bei der festgelegten Temperatur bestimmt werden und ein zweiter Kraftstoffzufuhrwert zum Erreichen des vom Betreiber angeforderten Drehmomentwertes kann für eine Abgastemperatur bei der Regenerationstemperatur ermittelt werden. Ist die Differenz zwischen dem ersten Kraftstoffzufuhrwert und dem zweiten Kraftstoffzufuhrwert größer als ein Schwellenwert, kann festgestellt werden, dass er Kostenfaktor zu groß ist. Die Differenz zwischen dem ersten Kraftstoffzufuhrwert und dem zweiten Kraftstoffzufuhrwert kann aufgrund von Verhaltensweisen auftreten, die eine Ineffizienz im Betrieb zum Erreichen von Temperatur bewirken – einschließlich und ohne Einschränkung eine Beeinflussung der Motorkraftstoffzufuhr, der Zeitsteuerung, der Turbinengeometrie und/oder der Einspritzung von Kraftstoff in das Nachbehandlungssystem. Jeder andere Kostenfaktor – beispielsweise vorhergesagter Verschleiß an Teilen aufgrund eines Turbineneinlassdrucks, geschätzter oder gemessener Zylinderdruck, Turbineneinlasstemperatur oder jeder andere Parameter, der in einen Kostenwert umgewandelt werden kann, kann als Kostenfaktor verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Betreibereinfluss als ein Kostenfaktor verwendet werden. Beispielsweise kann ein erster Betreiberzufriedenheitsparameter für die Abgastemperatur bei der Regenerationstemperatur bestimmt werden und ein zweiter Betreiberzufriedenheitsparameter kann für die Abgastemperatur bei der festgelegten Temperatur ermittelt werden. Ist die Differenz zwischen dem ersten Betreiberzufriedenheitsparameter und dem zweiten Betreiberzufriedenheitsparameter größer als ein Schwellenwert, kann festgestellt werden, dass der Kostenfaktor zu groß ist. Nicht einschränkende Beispiele von Betreiberzufriedenheitsparametern umfassen einen Motoransprechparameter, einen Motormaximaldrehmomentparameter, einen Motorgeräuschparameter und/oder einen unerwünschten Ausstattungsbeeinflussungsparameter (z. B. wenn das Gebläse an- oder abgeschaltet wird, ein Geschwindigkeitsregler ausgeschaltet wird, ein Motorreglertyp geschaltet wird, eine Motorreglertypwahl eingeschränkt wird, ein Zapfwellenbetriebsmodus ausgeschaltet wird oder jedes andere Motormerkmal unerwünscht geändert wird, um ein Erzeugen der Regenerationstemperatur zu unterstützen).
Die Kostenfaktorermittlung stellt in bestimmten Ausführungsformen eine Ermittlung dar, dass der Motor zum Erreichen der Regenerationstemperatur in der Lage ist und/oder dass der Motor unter festgelegten Bedingungen arbeitet. Ist beispielsweise ein Wärmemanagementschema für den Motor verfügbar, um die Regenerationstemperatur zu erreichen, kann die Kostenfaktorermittlung angeben, dass die Nachbehandlungskomponente auf die Regenerationstemperatur zu steuern ist. In einem Beispiel wird der Kostenfaktor auf einen niedrigsten Wert gesetzt, wenn der Motor dazu in der Lage ist, die Regenerationstemperatur zu liefern (z. B. durch Setzen des Kostenfaktors auf Null oder einen anderen Wert, der automatisch die Regenerationstemperatur auswählt), und der Kostenfaktor wird auf einen höchsten Wert gesetzt, wenn der Motor nicht dazu in der Lage ist, die Regenerationstemperatur zu liefern (z. B. durch Setzen des Kostenfaktors auf unendlich, einen höchsten fixierten Punktewert oder einen anderen Wert, der automatisch die Regenerationstemperatur verhindert und/oder die festgelegte Temperatur wählt oder das Wärmemanagement ausschaltet). In einem anderen Beispiel kann die Kostenfaktorermittlung anzeigen, wenn die festgelegte Bedingung ein Motordrehzahl- und/oder Motorlastschwellenwert ist oder ein Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert ist und die Betriebsbedingungen des Motors und/oder Fahrzeugs den Schwellenwert erreichen, dass die Nachbehandlungskomponente auf die Regenerationstemperatur zu steuern ist.
Bestimmte Ausführungsformen des Verfahrens beinhalten ein Anwenden einer Hysterese auf die Kostenfaktorermittlung. Ist beispielsweise eine 15%-ige Kraftstoffzufuhrdifferenz zwischen dem ersten Kraftstoffzufuhrwert und dem zweiten Kraftstoffzufuhrwert als der Schwellenwert festgelegt, an dem Operationen vom Steuern auf die festgelegte Temperatur zum Steuern auf die Regenerationstemperatur umschalten, kann das Verfahren ein Umschalten bei 15% beim Abfall (d. h. Umschalten auf die festgelegte Temperatur) und ein Umschalten bei 17% beim Anstieg (d. h. Zurückschalten auf die festgelegte Temperatur) umfassen. Jegliche im Fachgebiet bekannte Hystereseoperationen sind denkbar, einschließlich zeitbasierter Hysterese, Absolutwert-basierter Hysterese und Relativwert-basierter Hysterese.
Wo die Ermittlung durchgeführt wird, um die Nachbehandlungskomponente auf die festgelegte Temperatur zu steuern, umfasst das Verfahren Operationen zum Steuern der Nachbehandlungskomponente auf die festgelegte Temperatur, bis der Regenerationsvorgang wieder aufgenommen wird (z. B. die Kostenfaktorermittlung angibt, dass eine Steuerung auf die Regenerationstemperatur wieder aufgenommen wird) oder bis der Regenerationsvorgang beendet oder angehalten wird. Das Anhalten des Regenerationsvorgangs kann aus jedem Grund stattfinden, einschließlich zumindest eines Abstellens des Fahrzeugs, des Ablaufs eines Timers und/oder der Änderung von Motor- oder Fahrzeugoperationen auf einen Schwellenwert, an dem selbst der verringerte Kostenfaktor des Beibehaltens der festgelegten Temperatur einen Schwellenwert übersteigt.
In bestimmten Ausführungsformen existiert, wenn ein Regenerationsvorgang für die Nachbehandlungskomponente angezeigt wird, ein oberer Satz an Bedingungen (z. B. Drehzahl, Last und/oder Wärmemanagementfähigkeitsbedingungen), bei denen die Regeneration ausgeführt und die Nachbehandlungskomponente auf die Regenerationstemperatur gesteuert wird, und ein unterer Satz an Bedingungen, bei denen die Regeneration nicht durchgeführt wird (oder durchgeführt wird, jedoch viel langsamer als normal) und die Nachbehandlungskomponente auf die festgelegte Temperatur gesteuert wird. In weiteren Ausführungsformen kann ein zweiter unterer Satz an Bedingungen existieren, bei denen die Nachbehandlungskomponententemperatur nicht gesteuert wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die festgelegte Temperatur unter allen Betriebsbedingungen außerhalb des oberen Satzes an Bedingungen einschließlich einem Motorleerlauf beibehalten werden.
Die festgelegte Temperatur ist eine Temperatur, die gegenüber einem Normalbetrieb erhöht ist, die jedoch niedriger ist als die Regenerationstemperatur. Die Auswahl einer festgelegten Temperatur hängt von den speziellen Steuerung und der für eine bestimmte Ausführungsform verfügbaren Hardware ab und ist auch abhängig von anwendungsspezifischen Bedingungen, die abstrakt nicht bekannt sein können, die jedoch im Allgemeinen dem Konstrukteur, Hersteller und/oder Käufer eines Motors und/oder einer Anwendung bekannt sind. Beispielsweise kann die festgelegte Temperatur eine Temperatur sein, die im Motorleerlauf mit verfügbaren aktivierten Wärmemanagementmerkmalen erzielbar ist. Die festgelegte Temperatur kann eine Temperatur sein, die in einem vom Betreiber festgelegten Betriebszustand unter Aktivierung aller relativ wirksamer Wärmemanagementmerkmale erzielbar ist (z. B. mit einer Turbine variabler Geometrie, die Gegendruck erzeugt, jedoch nicht in einer ”stark geschlossenen” Stellung. Die festgelegte Temperatur kann eine Temperatur sein, die genau unterhalb einer von einem Betreiber basierend auf der Anwendung festgelegten Maximaltemperatur liegt – beispielsweise eine Maximaltemperatur der Nachbehandlungskomponente bei einem stationären Fahrzeug (z. B. um Probleme bei einem stationären Fahrzeug mit einem beheizten, unterhalb des Fahrzeugs freiliegenden Bauteil zu vermeiden). Die festgelegte Temperatur kann eine Temperatur sein, die ein Erreichen der Regenerationstemperatur innerhalb einer festgelegten Zeit ermöglicht, nachdem die Regenerationstemperatur angefordert worden ist, basierend auf den zum Erreichen der Regenerationstemperatur verfügbaren Wärmemanagementmerkmalen.
In bestimmten Ausführungsformen kann die festgelegte Temperatur eine variable Temperatur bei unterschiedlichen Betriebspunkten sein. Beispielsweise kann die festgelegte Temperatur einen ersten Wert der festgelegten Temperatur bei einem sich bewegenden Fahrzeug haben und einen zweiten Wert der festgelegten Temperatur bei einem stationären Fahrzeug. Die gegebenen Beispiele sind nicht einschränkend und illustrieren lediglich einige der Überlegungen, die vorliegend denkbar sind.
Unter Bezugnahme auf 10 sind Ausführungsformen einer beispielhaften Vorgehensweise 1300 zum Optimieren einer Motorleistung während Regenerationsvorgängen für einen Dieselpartikelfilter, für einen SCR-Katalysator und/oder für eine andere Nachbehandlungskomponente beschrieben. Die Optimierungen beinhalten Wärmemanagementbetriebsarten eines Motors. SCR-Systeme benötigen festgelegte Temperaturen zum Beibehalten einer maximalen NO_x-Umwandlungswirksamkeit. Unter Bezugnahme auf 11 sind z. B. Temperaturbereiche für eine NO_x-Umwandlungswirksamkeit verschiedener Katalysatoren dargestellt. Die in 11 wiedergegebenen Werte werden allgemein auf dem Fachgebiet verstanden. Die Optimaltemperaturen sind, zumindest unter bestimmten Betriebsbedingungen, gegenüber ansonsten normalen Motorabgastemperaturen erhöht. Partikelfiltersysteme (z. B. ein Dieselpartikelfilter, DPF) benötigen ebenfalls periodisch Temperaturen (häufig im Bereich von 525 bis 650°C), die gegenüber ansonsten normalen Motorabgastemperaturen erhöht sind. Bestimmte Nachbehandlungssysteme beinhalten einen Oxidationskatalysator (DOC), typischerweise stromaufwärts eines DPF und/oder SCR.
Der DOC kann dabei helfen, Wärme zu erzeugen, beispielsweise durch Oxidieren von unverbranntem Kraftstoff, hat jedoch eine Anspringtemperatur von ungefähr 250°C, die zumindest unter bestimmten Betriebsbedingungen gegenüber Normalbetriebstemperaturen erhöht ist.
Die beispielhafte Vorgehensweise 1300 beschreibt Operationen, die anders angeordnet, aufgeteilt, kombiniert, weggelassen und/oder substituiert werden können. Die Vorgehensweise 1300 ist funktionell ähnlich einer Vorgehensweise (nicht gezeigt), die dazu verwendet werden kann, eine gewünschte Abgastemperatur am SCR-Einlass und/oder eine gewünschte Motorauslass-Abgastemperatur für andere Nachbehandlungskomponenten zu erzielen.
Die Vorgehensweise 1300 enthält eine Operation 1305 zum Ermitteln einer gewünschten Filterabgastemperatur und eine Ermittlung 1310, ob die aktuelle Abgastemperatur am Filtereinlass schon die gewünschte Filterabgastemperatur erreicht hat. Wenn die Ermittlung 1310 ”Nein” ist, enthält die Vorgehensweise 1300 eine Operation 1315 zum Ermitteln und Implementieren einer VGT-Strategie und eines VGT-Befehls sowie eine Ermittlung 1320, ob eine weiche Übergangsgrenze der VGT-Vorrichtung eingehalten ist (d. h. ob die VGT-Vorrichtung hinsichtlich der mit einem runden Motorbetrieb konsistenten VGT-Strategiestellung betreibbar ist). Wenn die Ermittlung 1320 ”Ja” ist, umfasst die Vorgehensweise 1300 eine Operation 1325 zum Einstellen der VGT-Vorrichtung. Die Vorgehensweise 1300 enthält eine Ermittlung 1330, ob die aktuelle Abgastemperatur am Filtereinlass die gewünschte Abgastemperatur am Filtereinlass schon erreicht. Wo die Ermittlung 1330 ”Nein” ist, umfasst die Vorgehensweise 1300 eine Operation 1335 zum Ermitteln und Implementieren einer Nacheinspritzungsstrategie und -anweisung sowie eine Ermittlung 1340, ob die aktuelle Abgastemperatur am Filtereinlass schon die gewünschte Abgastemperatur am Filtereinlass erreicht.
Wo die Ermittlung 1340 ”Nein” ist, enthält die Technik 1300 eine Operation 1345 zum Ermitteln und Implementieren einer Einlassdrosselstrategie und -anweisung sowie eine Ermittlung 1350, ob ein Abgasdurchfluss größer oder gleich einem unteren Abgasdurchflussgrenzwert ist. Wo die Ermittlung 1350 ”Nein” ist, enthält die Vorgehensweise eine Ermittlung (nicht gezeigt), ob die tatsächliche Abgastemperatur am Filtereinlass schon die gewünschte Filterabgastemperatur erreicht, und wo die Ermittlung (nicht gezeigt) ”Nein” ist, führt die Vorgehensweise 1300 die Operation 1345 weiter aus, bis die Temperatur erreicht wird oder die Ermittlung 1350 ”Ja” ist. Die Vorgehensweise 1300 enthält ferner eine Ermittlung 1345, ob die tatsächliche Abgastemperatur am Filtereinlass schon die gewünschte Filterabgastemperatur erreicht, und wo die Ermittlung 1345 ”Nein” ist, kehrt die Vorgehensweise 1300 zur Operation 1315 zurück. Die Vorgehensweise 1300 ist exemplarisch und bestimmte verfügbare Ermittlungen wie etwa aber nicht eingeschränkt auf eine Überprüfung auf Kraftstoffverdünnung (aufgrund übermäßigen Kraftstoffs im Motoröl resultierend aus anhaltender, sehr später Nacheinspritzung) und Druckgrenzwerte werden in der exemplarischen Vorgehensweise 1300 nicht verwendet. Ferner werden in der exemplarischen Vorgehensweise 1300 bestimmte Aktuatoren wie etwa das Abgasrückführungsventil, Abgasrückführungsbypassventil und eine Abgasdrossel nicht betrieben, können jedoch auf dieselbe kaskadierende Art der Logik der Vorgehensweise 1300 implementiert werden.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern von Motorabgastemperaturen, Kraftstoffverdünnungswerten und einer Motorleistung während eines SCR-Wärmemanagements und DPF-Regenerationsvorgängen wird beschrieben.
Ein System enthält einen VGT und/oder eine Abgasdrossel und/oder eine Einlassdrossel und/oder einen Abgasrückführungskühler (der einen Bypass oder einen variablen Bypass aufweisen kann) und/oder ein Kraftstoffsystem, welches dazu in der Lage ist, mehrfache Kraftstoffnacheinspritzungen auszuführen. Eine Vorrichtung integriert Operationen der Systemkomponenten, um eine Dieselmotorleistung während eines DPF-Regenerationsbetriebsmodus und/oder während eines SCR-Wärmemanagementbetriebsmodus zu verbessern.
Die Vorrichtung 1200 umfasst ein Motorsystem-Wärmemanagementmodul 1202 mit mehreren Modulen, die dazu aufgebaut sind, die Operationen der Vorrichtung funktionell auszuführen. Die Verwendung von Modulen in der vorliegenden Beschreibung unterstreicht die funktionelle Unabhängigkeit der Operationen der Vorrichtung und stellt eine nicht einschränkende Organisationsstruktur für die Operationen der Vorrichtung dar. Die hierin beschriebenen Module können Elemente eines auf einem computerlesbaren Medium gespeicherten Computerprogrammerzeugnisses sein, das von einem Computer ausgeführt wird. Die Operationen der Module können unterteilt, verteilt und bestimmte Operationen können weggelassen, anders angeordnet, kombiniert und/oder substituiert werden.
Das Motorsystem-Wärmemanagementmodul 1202 ist dazu betriebsfähig, eine gewünschte Abgastemperatur 1204 am SCR-Einlass, eine gewünschte Abgastemperatur 1206 am Filtereinlass und/oder eine gewünschte Abgastemperatur 1208 am Motorauslass auszuwerten. Ein Auswerten eines Parameters umfasst vorliegend ein Empfangen des Parameters als eine Netzwerk- oder Datenverbindungskommunikation, ein Auslesen des Parameters von einem Speicherort auf einem computerlesbaren Medium, ein Empfangen des Parameters als eine elektronische Kommunikation und/oder ein Empfangen verwandter oder Vorläufer-Parameter und ein Berechnen der Parameter daraus. Das Motorsystem-Wärmemanagementmodul 1202 ist ferner dazu aufgebaut, Motorbetriebsbedingungen 1210 wie hierin beschrieben auszuwerten.
Die Motorbetriebsbedingungen 1210 werden aus Parametern ausgewertet, die durch ein Steuergerät wie etwa ein Motorsteuergerät 1216 geliefert werden, aus Kommunikationen erhalten werden, aus elektronischen Signalen empfangen werden und/oder von Sensoren erhalten werden. Das Motorsystem-Wärmemanagementmodul 1202 kann teilweise oder insgesamt in dem Motorsteuergerät 1216 enthalten sein oder das Motorsystem-Wärmemanagementmodul 1202 kann getrennt von dem Motorsteuergerät 1216 sein. Teile des Motorsystem-Wärmemanagementmoduls 1202 können auf mehr als einen Computer verteilt sein und Teile des Motorsystem-Wärmemanagementmoduls können als Software oder Hardware ausgeführt sein.
Bestimmte Ausführungsformen der Vorrichtung 1200 beinhalten ein DPF-Regenerationsmodul 1212, welches die gewünschte Abgastemperatur 1206 am Filtereinlass bereitstellt, und ein SCR-Wärmemanagementmodul 1214, welches die gewünschte Abgastemperatur 1204 am SCR-Einlass bereitstellt. Eine exemplarische Operation des DPF-Regenerationsmoduls 1212 beinhaltet ein Bereitstellen einer gewünschten Abgastemperatur 1206 am Filtereinlass, die dazu ausreicht, den DPF zu regenerieren. Eine exemplarische Operation des SCR-Wärmemanagementmoduls 1214 umfasst ein Bereitstellen einer gewünschten Abgastemperatur 1204 am SCR-Einlass zum Erreichen einer gewünschten SCR-Umwandlungswirksamkeit (siehe z. B. 11).
In Reaktion auf die Operationen des Motorsystem-Wärmemanagementmoduls 1202 und auf die verfügbaren, gewünschten Temperaturen 1204, 1206, 1208 hin stellt ein Turbolader-Wärmemanagementmodul 1218 eine VGT-Strategie und eine VGT-Anweisung 1220 bereit, ein Kraftstoffeinspritzungswärmemanagementmodul 1222 stellt eine Kraftstoffeinspritzungsstrategie und eine Kraftstoffeinspritzungsanweisung 1224 bereit, ein AGR-Wärmemanagementmodul 1226 stellt einen AGR-Durchfluss und eine AGR-Bypassstrategie sowie eine AGR-Durchfluss- und Bypassventilanweisung 1228 bereit, und ein Lufteinlasswärmemanagementmodul 1230 stellt eine Einlassdrosselstrategie und eine Einlassdrosselanweisung 1230 bereit. Die bereitgestellten Anweisungen können teilweise oder vollständig von einem Motorsteuergerät 1216 verwendet werden.
Beispielsweise kann das Motorsteuergerät die Anweisungen annehmen und ein Priorisierungsschema auf die Anweisungen bezüglich anderer Anweisungen anwenden (z. B. um Drehmoment- und/oder Drehzahlanforderungen eines Betreibers zu erfüllen), unter Berücksichtigung der Rolle der Anweisungen beim Betreiben des Motors zur Emissionseinhaltung, Nachbehandlungskomponentenregeneration und/oder Nachbehandlungskomponentenwartung. In bestimmten Ausführungsformen kann das Motorsteuergerät 1216 die Anweisungen unmittelbar dazu verwenden, die Kraftstoffinjektoren (insbesondere im Hinblick auf Nacheinspritzungsvorgänge), den VGT, das Abgasrückführungsventil und/oder das Abgasrückführungsbypassventil und/oder die Einlassdrossel zu betreiben. Die VGT-Vorrichtungsstellungsstrategie, die Nacheinspritzungs-Kraftstoffeinspritzungsstrategie, die Einlassdrosselstellungsstrategie und/oder die Abgasrückführungsventil- und Abgasrückführungskühlerbypassventilstellungsstrategie erreichen zusammen die gewünschte Abgastemperatur am SCR-Einlass zum SCR-Wärmemanagement und erzielen die Abgastemperatur am Partikelfiltereinlass zur DPF-Regeneration.
Das Kraftstoffeinspritzungswärmemanagementmodul 1222 enthält ein Kraftstoffverdünnungsmodul (nicht gezeigt), das einen maximalen Kraftstoffverdünnungswert des Motors ermittelt, und begrenzt die Kraftstoffeinspritzungsanweisung derart, dass ein aktueller Kraftstoffverdünnungswert unterhalb oder gleich dem maximal zulässigen Kraftstoffverdünnungswert gehalten wird. Beispielsweise kann das Kraftstoffeinspritzungswärmemanagementmodul 1222 eine angesammelte Menge an Kraftstoffverdünnung, hervorgerufen durch sehr späte Nacheinspritzungsvorgänge (z. B. basierend auf der Anzahl, Größe und Zeitsteuerung der Vorgänge), seit einem vorhergehenden Motorölwechselvorgang verfolgen und dadurch die Kraftstoffverdünnung des Motoröls begrenzen.
In bestimmten Ausführungsformen steuert die Vorrichtung die Temperatur des einströmenden Abgases eines SCR oder eines DPF zum SCR-Wärmemanagement oder für einen DPF-Regenerationsvorgang. Die VGT-Vorrichtungsstellung kann als ein erster Hebel benutzt werden, um die gewünschte Abgastemperatur am SCR- oder DPF-Einlass zu erzielen. Wo die zulässigen VGT-Stellungen die gewünschte Abgastemperatur am SCR- oder DPF-Einlass nicht erzielen, können ein oder mehrere Nacheinspritzungsvorgänge als ein zweiter Hebel verwendet werden, um die gewünschte Abgastemperatur am SCR- oder DPF-Einlass zu erreichen. Wo die verfügbaren Nacheinspritzungsvorgänge die gewünschte Abgastemperatur am SCR- oder DPF-Einlass nicht erzielen, kann die Einlassdrossel als ein dritter Hebel zum Erzielen der gewünschten Abgastemperatur am SCR- oder DPF-Einlass benutzt werden. Wo die verfügbaren Stellungen der Einlassdrossel die gewünschte Abgastemperatur am SCR- oder DPF-Einlass nicht erzielen, können das Abgasrückführungsventil und das Abgasrückführungskühlerbypassventil als ein vierter Hebel verwendet werden, um die gewünschte Abgastemperatur am SCR- oder DPF-Einlass zu erreichen. Die angegebene Reihenfolge der Temperaturbeeinflussungsmöglichkeiten ist beispielhaft und unterliegt den Einschränkungen und Prioritäten spezieller Ausführungsformen. Die Hebel können wie dargestellt nacheinander oder gleichzeitig benutzt werden und können in einem offenen Regelkreis basierend auf Kalibrierungen aus experimentellen oder empirischen Daten oder nach Art eines geschlossenen Regelkreises basierend auf gemessenen Temperaturen betrieben werden.
Bestimmte Einschränkungen und operative Überlegungen werden im Folgenden beschrieben, jedoch sind die beschriebenen Einschränkungen und operativen Überlegungen exemplarisch, können in bestimmten Ausführungsformen nicht vorhanden sein, und andere Einschränkungen oder operative Überlegungen können in anderen Ausführungsformen vorhanden sein. Die VGT-Stellung, die Abgasdrosselstellung und/oder die Einlassdrosselstellung kann einen Füllungsluftstrom manipulieren und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verringern oder die Pumparbeit bei verschiedenen Betriebsbedingungen erhöhen, um die Abgastemperatur zu steigern. Bei einem Betrieb mit geringer Last/Drehzahl kann ein geschlossener VGT oder eine geschlossene Abgasdrossel dazu verwendet werden, die Pumparbeit zu erhöhen, so dass die Motorabgastemperatur gesteigert werden kann. Ferner kann eine Einlassdrossel dazu verwendet werden, die Abgastemperatur weiter zu erhöhen durch Verringern eines Füllungsluftstroms und Reduzieren des von hindurchfließender Luft erzeugten Geräusches. Bei einem Betrieb mit mittlerer bis hoher Drahzahl/Last hilft ein voll geöffneter VGT dabei, den Füllungsluftstrom und damit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu vermindern, so dass eine Motorabgastemperatur gesteigert werden kann.
Mehrfache Nacheinspritzungen fördern eine Kraftstoffverdampfung und erhöhen eine Motorabgastemperatur. Mehrfache Nacheinspritzungen fördern ferner, dass ein Teil der erzeugten Verbrennungsenergie die Brennkammer als Wärme verlässt anstatt Arbeit an die Kurbelwelle abzugeben, was eine Motorabgastemperatur weiter erhöht. Jedoch bringen, wie zuvor beschrieben, bestimmte sehr späte Einspritzungsvorgänge, und allgemein Nacheinspritzungsvorgänge mit der Zeit, eine gewisse Menge an Kraftstoff in das Motoröl ein und wirken an einer Kraftstoffverdünnung des Motoröls mit. Eine gekühlte Abgasrückführung oder eine heiße Abgasrückführung kann als ein zusätzlicher Hebel verwendet werden, um eine Turbinenauslasstemperatur zu erhöhen, unter Abstrichen der Motor-NO_x-Rohemission/Qualm und Gesamtmotorleistung durch Erlauben der Vorrichtung, den Kraftstoffverbrauch durch einen geringeren Einsatz des VGT/der Abgasdrossel zu verbessern und eine Kraftstoffverdünnung durch einen geringeren Einsatz von Nacheinspritzung zu reduzieren. Bei bestimmten Betriebsbedingungen ist der zum Erzielen der gewünschten Turbinenauslasstemperatur benötigte AGR-Durchsatz nicht verfügbar und es können andere Hebel verwendet werden. Wie beschrieben liefert eine Integration mehrfacher Nacheinspritzungen, von VGT/Abgasdrossel und/oder Einlassdrossel kombiniert mit gekühlter und/oder umgangener Abgasrückführung eine sanfte Übergangsbetriebsstrategie, um die gewünschten Temperaturen über den Motorbetriebsbereich zu erzielen.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Motorsystem-Wärmemanagementmodul 1202 ein vorgegebenes Kennfeld mit empirisch erhaltenen Motorauslassabgastemperaturen, Abgastemperaturen am SCR- und DPF-Einlass und Kraftstoffverdünnungswerten für gegebene VGT-Vorrichtungsstellungen, mehrfache Kraftstoffnacheinspritzungen, Lufteinlassdrosselstellungen, sowie für das Abgasrückführungsventil und das Abgasrückführungskühlerbypassventil. In solchen Implementationen kann die Ermittlung der VGT-Strategie, der mehrfachen Kraftstoffnacheinspritzungsstrategie, der Lufteinlassbetätigungsstrategie, der Abgasrückführungsventil- und Abgasrückführungskühlerbypassventilstrategie durch das Motorsystem-Wärmemanagementmodul 1202 das Abrufen von Daten aus dem vorgegebenen Kennfeld beinhalten. In bestimmten Ausführungsformen ist das SCR-Wärmemanagement aktiv, solange Abgastemperaturen niedriger sind als der gewünschte SCR-Umwandlungswert (ermittelt aus Daten wie den in 11 dargestellten), und das DPF-Wärmemanagement ist während eines DPF-Regenerationsvorgangs aktiv. Das vorgegebene Kennfeld kann separate Kennfelder für das SCR-Wärmemanagement und für das DPF-Wärmemanagement enthalten und kann ferner separate Information in Abhängigkeit eines vorliegenden Kraftstoffverdünnungsmittels enthalten oder wenn der Kraftstoffverdünnungswert gesättigt ist (d. h. wenn keine weitere auf Wärmemanagement basierende Kraftstoffverdünnung mehr zulässig ist).
Ausführungsformen eines Systems und Verfahrens zum Durchführen einer Niedrigtemperaturaufwärmunterstützung für einen SCR-Katalysator werden beschrieben. Eine Technik zur Aufwärmungsunterstützung bei niedriger Temperatur für den SCR-Katalysator beinhaltet ein Bereitstellen von Materialien an einen stromaufwärtigen DOC (oder anderen Oxidationskatalysator), die bei niedrigeren Temperaturen als der Motorkraftstoff oxidieren und/oder ein Bereitstellen von Materialien am SCR, die eine verbesserte Niedrigtemperaturreduktion von NO_x am SCR unterstützen.
Unter Bezugnahme auf 15 enthält ein exemplarisches System 1500 einen Kraftstoffreformer 1502, der dazu angeordnet ist, Kraftstoff aus einer Kraftstoffquelle 1504 (z. B. aus dem Motorkraftstofftank) zu erhalten und CO und H₂ stromaufwärts eines DOC in den Abgasstrom zu liefern. Die Verwendung von CO und H₂ in dem DOC erniedrigt die ”Anspring”-Temperatur des DOC auf 150°C oder weniger, was eine frühe Temperaturerzeugung erlaubt, um die SCR-Temperatur schneller als andernfalls möglich hochzutreiben. Das Vorhandensein von H₂ unterstützt darüber hinaus einen SCR-Katalysator 1508 beim Reduzieren von NO_x bei niedrigen Temperaturen, und das Vorhandensein von H₂ mit CO auf einem platinbasierten SCR-Katalysator verbessert die Niedrigtemperaturleistung des Katalysators. In bestimmten Ausführungsformen wird H₂ einem SCR-Bett während Niedrigtemperaturbedingungen bei einem Magermotor zugegeben. Das System 1500 kann einen oder mehrere Temperatursensoren 1514 enthalten.
In bestimmten Ausführungsformen liefert das Kraftstoffreformersystem in Reaktion darauf, dass das Motorabgas unter einer Schwellenwerttemperatur ist, CO und H₂ in den Abgasstrom. Beispielsweise ermittelt ein Steuergerät 1510, dass das Abgas unterhalb der Schwellenwerttemperatur ist, der Motor 1512 sich in einer Warmlaufphase bei kalter Umgebungstemperatur befindet und/oder der Motor 1512 unter Anlassbedingungen arbeitet. Das Steuergerät 1510 kann den Kraftstoffreformer 1502 deaktivieren, wenn der SCR-Katalysator einen Temperaturschwellenwert erreicht.
In bestimmten Ausführungsformen ist ein Kraftstoffreformer 1502 vorhanden und wird während DPF-Regenerationsvorgängen verwendet. Der Kraftstoffreformer 1502 zum Unterstützen von DPF-Regenerationsvorgängen kann anstelle einer unmittelbaren Kohlenwasserstoffinjektion, einer Kohlenwasserstoffeinspritzung in die Zylinder, verwendet werden oder kann, falls verfügbar, zusammen mit diesen Einspritzsystemen verwendet werden. Die Oxidation von Ruß in einem DPF in Gegenwart von CO und H₂ findet bei einer viel niedrigeren Temperatur statt als für einen sauerstoffbasierten Mechanismus, der Temperaturen oberhalb 250 bis 300°C erfordern kann. Ein Kraftstoffreformer 1502, der Diesel mit einer Standardzusammensetzung verwendet, liefert H₂ und CO gemäß der Formel: C₁H1,86 + 1/2O₂ ⇒ 1,86/2H₂ + CO. Jedoch kann der Kraftstoffreformer 1502 von jeglichem auf dem Fachgebiet bekannten Typ sein, einschließlich wenigstens eines benzinbasierten, propanbasierten, biodieselbasierten, ethanolbasierten, methanolbasierten Reformers und/oder eines Plasmareformers. Der Reformer 1502 kann den Motorkraftstoff 1504 verwenden oder jede andere verfügbare Kraftstoffquelle. In bestimmten Ausführungsformen, etwa bei einer stationären Anwendung, können organische Abfallprodukte und/oder erneuerbare Bioprodukte in einer Fischer-Tropsch-Reaktion in CO und H₂ umgewandelt werden.
In bestimmten Ausführungsformen enthält ein System eine Wärmeunterstützungseinrichtung 1516, die ein Kohlenwasserstoff- (oder ein anderer verfügbarer Kraftstoff) Brenner ist, der Wärme unmittelbar an einen SCR-Einlass und/oder einen DOC-Einlass liefert. Die in 13 dargestellte Wärmeunterstützungseinrichtung 1516 ist unmittelbar stromaufwärts des SCR-Katalysators 1508 vorgesehen. Der Brenner erlaubt eine sofortige Einspritzung des NO_x-Reduktionsmittels zum Umsetzen und/oder ermöglicht eine rasche Aufwärmung des SCR-Katalysators 1508, um die Emissionsauswirkungen auf den Start- und/oder Aufwärmzyklus zu verringern.
14 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das eine Vorgehensweise 700 zum Verringern von NO_x-Emissionen illustriert. Die Vorgehensweise 700 enthält eine Operation 702 zum Ermitteln, ob eine Nachbehandlungsregeneration aktiv ist. In Reaktion auf ein Ermitteln, dass die Nachbehandlungsregeneration nicht aktiv ist, enthält die Vorgehensweise 700 eine Operation 704 zum Implementieren eines Standard-Kraftstoffzufuhrschemas.
In Reaktion auf ein Ermitteln, dass die Nachbehandlungsregeneration aktiv ist, enthält die Vorgehensweise 700 eine Operation 706 zum Ermitteln einer Verbrennungskraftstoffmenge für einen Motor 102 mit zumindest einem Kolben. Die Vorgehensweise 700 umfasst ferner eine Operation 708 zum Ermitteln, ob ein Motorlastwert 40% eines maximalen Motorlastwertes übersteigt. In Reaktion darauf, dass der Motorlastwert zumindest 40% des maximalen Motorlastwertes entspricht, enthält die Vorgehensweise 700 ferner eine Operation 710 zum Prüfen, ob ein erstes Einspritzschema oder ein zweites Einspritzschema verwendet wird.
Wenn das erste Einspritzschema verwendet wird, enthält die Vorgehensweise 700 eine Operation 712 zum Ausführen eines ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs vor 10 Grad nach OT mit weniger als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge, eines zweiten Kraftstoffeinspritzvorgangs nach 10 Grad nach OT mit 5% bis 45% der Verbrennungskraftstoffmenge, und eines dritten Kraftstoffeinspritzvorgangs nach dem zweiten Kraftstoffeinspritzvorgang mit 5% bis 55% der Verbrennungskraftstoffmenge.
Wenn das zweite Kraftstoffeinspritzschema verwendet wird, enthält die Vorgehensweise 700 eine Operation 714 zum Ausführen eines ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs vor 10 Grad nach OT mit weniger als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge und zumindest einer Nacheinspritzung, wobei jede Nacheinspritzung nach 10 Grad nach OT stattfindet und die Summe der Nacheinspritzungsvorgänge eine Kraftstoffmenge größer als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge umfassen.
Das erste und das zweite Einspritzschema stellen Beispiele von Einspritzschemata im Rahmen der vorliegenden Anmeldung zum Verringern von Emissionen dar und repräsentieren allgemein eine Grundstruktur zum Organisieren einer Kraftstoffzufuhrsteuerung. Eine gegebene Ausführungsform kann das erste Einspritzschema, das zweite Einspritzschema und/oder andere Einspritzschemata verwenden, die mit der vorliegenden Offenbarung konsistent sind. Die Auswahl eines Einspritzschemas braucht nicht ausschließlich zu sein, beispielsweise kann eine Ausführungsform das zweite Einspritzschema mit Parametern innerhalb der für das zweite Einspritzschema beschriebenen Bereiche von Nacheinspritzungsvorgängen verwenden, die auch mit Bereichen für Nacheinspritzungsvorgänge überlappen, welche für das erste Einspritzschema beschrieben sind.
In Reaktion darauf, dass der Motorlastwert kleiner als 40% des maximalen Motorlastwertes ist (die Operation 708, welche NO ermittelt), enthält die Vorgehensweise ferner eine Operation 716 zum Ausführen einer ersten Kraftstoffeinspritzung vor 8 Grad nach OT mit weniger als 25% der Verbrennungskraftstoffmenge, eines zweiten Kraftstoffeinspritzvorgangs nach 10 Grad nach OT mit zwischen 15% und 65% der Verbrennungskraftstoffmenge, und eines nach dem zweiten Kraftstoffeinspritzvorgang stattfindenden dritten Kraftstoffeinspritzvorgangs mit zwischen 10% und 85% der Verbrennungskraftstoffmenge. In bestimmten Ausführungsformen enthält die Vorgehensweise 700 ferner eine Operation 718 zum Ermitteln einer Motordrehmomentabgabeanforderung und zum Einstellen der Verbrennungskraftstoffmenge basierend auf der Zeitsteuerung und den Kraftstoffmengen mehrerer Kraftstoffeinspritzungen, so dass der Motor 102 die Motordrehmomentabgabeanforderung erfüllt. Die Operation 718 wird in Übereinstimmung mit dem Kraftstoffeinspritzschema für die Vorgehensweise 700 durchgeführt und findet zwischen dem Ermitteln der Kraftstoffzufuhr und der Zeitsteuerung für jeden Einspritzvorgang und dem Ausführen jedes Kraftstoffeinspritzvorgangs statt.
Bestimmte Operationen aus 14 können ganz oder teilweise weggelassen werden, bestimmte in 14 nicht gezeigte Operationen können hinzugefügt werden und Operationen können in einer anderen Reihenfolge ausgeführt oder auf eine alternative Weise ausgeführt werden.
15 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, welches eine alternative Vorgehensweise 800 zum Verringern von NO_x-Emissionen illustriert. Die Vorgehensweise 800 enthält eine Operation 802 zum Auswerten eines Motorlastwertes für einen Motor 102 mit zumindest einem Kolben. Die Vorgehensweise 800 enthält ferner eine Operation 804 zum Ermitteln, ob der Motorlastwert kleiner als ein Schwellenwertprozentsatz (40% in dem Beispiel der 8) eines maximalen Motorlastwertes ist. In bestimmten Ausführungsformen kann der Schwellenwertprozentsatz zwischen ungefähr 30% bis 40% sein, jedoch können andere Werte verwendet werden, die einen NO_x-Erzeugungsvorteil liefern, aber Störungen und Kraftstoffverbrauchsnachteile minimieren, die zu erwarten sind, wenn Nacheinspritzungsvorgänge für einen großen Teil der Gesamtmenge an Kraftstoffzufuhr während eines Motorbetriebes mit hoher Last benutzt werden. In Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Motorlastwert kleiner als 40% eines maximalen Motorlastwertes ist, enthält die Vorgehensweise 800 eine Operation 806 zum Ausführen eines ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs vor 10 Grad nach OT mit 25% oder weniger einer Verbrennungskraftstoffmenge, eines zweiten Kraftstoffeinspritzvorgangs nach 10 Grad nach OT mit 15% bis 65% der Verbrennungskraftstoffmenge, und eines nach dem zweiten Kraftstoffeinspritzvorgang und vor 63 Grad nach OT stattfindenden dritten Kraftstoffeinspritzvorgangs mit zwischen 10% bis 85% der Verbrennungskraftstoffmenge.
In Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Motorlastwert gleich oder größer als 40% des maximalen Motorlastwertes ist, enthält die Vorgehensweise 800 eine Operation 808 zum Prüfen, ob ein erstes Einspritzschema oder ein zweites Einspritzschema verwendet wird. Wenn das erste Einspritzschema verwendet wird, enthält die Vorgehensweise 800 eine Operation 810 zum Ausführen einer Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung eines vierten, fünften und sechsten Kraftstoffeinspritzvorgangs anstelle des ersten, zweiten und dritten Kraftstoffeinspritzvorgangs, wobei der vierte Kraftstoffeinspritzvorgang vor 8 Grad nach OT nicht mehr als 60% der Verbrennungskraftstoffmenge umfasst, der fünfte Kraftstoffeinspritzvorgang nach 10 Grad nach OT 5% bis 45% der Verbrennungskraftstoffmenge umfasst und der sechste Kraftstoffeinspritzvorgang wenigstens 3 Grad nach dem fünften Kraftstoffeinspritzvorgang und vor 63 Grad nach OT 5% bis 55% der Verbrennungskraftstoffmenge umfasst. Wenn das zweite Einspritzschema verwendet wird, enthält die Vorgehensweise 800 eine Operation 812 zum Ausführen einer Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung eines vierten und fünften Kraftstoffeinspritzvorgangs anstelle des ersten, zweiten und dritten Kraftstoffeinspritzvorgangs, wobei der vierte Kraftstoffeinspritzvorgang vor 10 Grad nach OT weniger als 60% der Verbrennungskraftstoffmenge umfasst und der fünfte Kraftstoffeinspritzvorgang nach 10 Grad nach OT stattfindet.
Bestimmte Operationen aus 15 können ganz oder teilweise weggelassen werden, bestimmte in 15 nicht gezeigte Operationen können hinzugefügt werden und Operationen können in einer anderen Reihenfolge ausgeführt oder auf eine alternative Weise ausgeführt werden.
Wie aus den Figuren und dem obenstehenden Text ersichtlich ist, sind eine Vielzahl von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung denkbar.
Eine beispielhafte Ausführungsform ist ein Verfahren mit Operationen zum Ermitteln, ob eine Nachbehandlungsregeneration aktiv ist, zum Ermitteln einer Verbrennungskraftstoffmenge für einen Verbrennungsmotor mit Hubkolben und zum Einspritzen der Verbrennungskraftstoffmenge innerhalb eines Verbrennungszyklus derart, dass mehr als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge mehr als 10 Grad nach OT der Hubkolben in Reaktion darauf eingespritzt wird, dass die Nachbehandlungsregeneration aktiv ist. Der Verbrennungskraftstoff wird während des Verbrennungszyklus verbrannt. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das Einspritzen der Verbrennungskraftstoffmenge ein Ausführen mehrerer Kraftstoffeinspritzvorgänge in den Verbrennungsmotor, wobei jeder der mehreren Kraftstoffeinspritzvorgänge nicht später als 63 Grad nach OT beginnt.
In bestimmten weiteren Ausführungsformen enthält das Verfahren Operationen zum Ermitteln einer Motordrehmomentabgabeanforderung und zum Einstellen der Verbrennungskraftstoffmenge basierend auf der Zeitsteuerung und Kraftstoffmengen der mehreren Kraftstoffeinspritzvorgänge derart, dass der Verbrennungsmotor die Motordrehmomentabgabeanforderung erreicht.
In bestimmten Ausführungsformen findet der erste Kraftstoffeinspritzvorgang vor 8 Grad nach OT statt und jeder folgende Kraftstoffeinspritzvorgang findet nicht früher als 3 Kurbelwinkelgrad nach jedem vorhergehenden Kraftstoffeinspritzvorgang statt. In bestimmten weiteren Ausführungsformen nimmt jeder der Kraftstoffeinspritzvorgänge an der tatsächlichen Verbrennung des Kraftstoffs teil.
In bestimmten Ausführungsformen enthält das Verfahren Operationen zum Auswerten eines Motorlastwertes. In Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Motorlastwert kleiner als 40% eines maximalen Motorlastwertes ist, enthält das Verfahren ferner Operationen zum Ausführen eines ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs vor 8 Grad nach OT, eines zweiten Kraftstoffeinspritzvorgangs nach 10 Grad nach OT und eines dritten Kraftstoffeinspritzvorgangs nach dem zweiten Kraftstoffeinspritzvorgang. Der erste Kraftstoffeinspritzvorgang umfasst weniger als 25% der Verbrennungskraftstoffmenge, der zweite Kraftstoffeinspritzvorgang umfasst zwischen 15% und 65% der Verbrennungskraftstoffmenge und der dritte Kraftstoffeinspritzvorgang umfasst zwischen 10% und 85% der Verbrennungskraftstoffmenge. In bestimmten weiteren Ausführungsformen enthält der Motorlastwert eine Motordrehmomentabgabeanforderung oder eine Motorleistungsabgabeanforderung.
In bestimmten weiteren Ausführungsformen enthält das Verfahren in Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Motorlastwert zumindest gleich 40% eines maximalen Motorlastwertes ist, Operationen zum Ausführen eines ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs vor 8 Grad nach OT, eines zweiten Kraftstoffeinspritzvorgangs nach 10 Grad nach OT und eines dritten Kraftstoffeinspritzvorgangs nach dem zweiten Kraftstoffeinspritzvorgang. Der erste Kraftstoffeinspritzvorgang umfasst weniger als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge, der zweite Kraftstoffeinspritzvorgang umfasst zwischen 5% und 45% der Verbrennungskraftstoffmenge und der dritte Kraftstoffeinspritzvorgang umfasst zwischen 5% und 55% der Verbrennungskraftstoffmenge.
In bestimmten weiteren Ausführungsformen enthält das Verfahren in Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Motorlastwert zumindest gleich 40% eines maximalen Motorlastwertes ist, Operationen zum Ausführen eines ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs vor 10 Grad nach OT und zumindest eines Nacheinspritzungsvorgangs nach 10 Grad nach OT. Der erste Kraftstoffeinspritzvorgang umfasst weniger als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge und die Summe der Kraftstoffzufuhrmengen der Nacheinspritzungsvorgänge umfasst mehr als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge.
In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst ein Verfahren Operationen zum Auswerten eines Motorlastwertes für einen Hubkolbenverbrennungsmotor und, in Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Motorlastwert weniger als 40% eines maximalen Motorlastwertes beträgt, zum Ausführen eines ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs mit weniger als 25% einer Verbrennungskraftstoffmenge, wobei der erste Kraftstoffeinspritzvorgang vor 8 Grad nach OT stattfindet, zum Ausführen eines zweiten Kraftstoffeinspritzvorgangs mit zwischen 15% und 65% der Verbrennungskraftstoffmenge, wobei der zweite Kraftstoffeinspritzvorgang nach 10 Grad nach OT stattfindet, und zum Ausführen eines dritten Kraftstoffeinspritzvorgangs mit zwischen 10% und 85% der Verbrennungskraftstoffmenge, wobei der dritte Kraftstoffeinspritzvorgang wenigstens 3 Grad nach dem zweiten Einspritzvorgang und vor 63 Grad nach OT stattfindet. In bestimmten Ausführungsformen nimmt der eingespritzte Kraftstoff jedes Kraftstoffeinspritzvorgangs an der tatsächlichen Verbrennung des Kraftstoffs teil. In bestimmten Ausführungsformen folgt der zweite und der dritte Kraftstoffeinspritzvorgang auf den vorhergehenden Kraftstoffeinspritzvorgang nicht eher als 3 Kurbelwinkelgrad und nicht später als 2,8 Millisekunden.
In bestimmten weiteren Ausführungsformen enthält das Verfahren, in Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Motorlastwert zumindest gleich 40% des maximalen Motorlastwertes ist, Operationen zum Ausführen eines vierten Kraftstoffeinspritzvorgangs mit nicht mehr als 50% einer Verbrennungskraftstoffmenge, wobei der vierte Kraftstoffeinspritzvorgang vor 8 Grad nach OT stattfindet, zum Ausführen eines fünften Kraftstoffeinspritzvorgangs mit zwischen 5% und 45% der Verbrennungskraftstoffmenge, wobei der fünfte Kraftstoffeinspritzvorgang nach 10 Grad nach OT stattfindet, und zum Ausführen eines sechsten Kraftstoffeinspritzvorgangs mit zwischen 5% und 55% der Verbrennungskraftstoffmenge, wobei der sechste Kraftstoffeinspritzvorgang zumindest 3 Grad nach dem vierten Kraftstoffeinspritzvorgang und vor 63 Grad nach OT stattfindet.
In bestimmten weiteren Ausführungsformen enthält das Verfahren, in Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Motorlastwert zumindest gleich 40% des maximalen Motorlastwertes ist, Operationen zum Ausführen eines vierten Kraftstoffeinspritzvorgangs und eines fünften Kraftstoffeinspritzvorgangs, wobei der vierte Kraftstoffeinspritzvorgang weniger als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge umfasst und nach 10 Grad nach OT stattfindet, und wobei der fünfte Kraftstoffeinspritzvorgang nach 10 Grad nach OT stattfindet.
In einer beispielhaften Ausführungsform enthält ein System einen Hubkolbenverbrennungsmotor und ein Steuergerät, das dazu aufgebaut ist, einen Motorlastwert auszuwerten und eine erste Kraftstoffumsetzungsmenge und eine zweite Kraftstoffumsetzungsmenge in Reaktion auf den Motorlastwert festzulegen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst die erste Kraftstoffumsetzungsmenge weniger als 50% einer Verbrennungskraftstoffmenge und die erste Kraftstoffumsetzungsmenge und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge umfassen eine Gesamtmenge an Kraftstoff, die zur Verbrennung beiträgt und innerhalb eines einzigen Verbrennungshubes eingespritzt wird. In bestimmten weiteren Ausführungsformen enthält das System eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die die erste Kraftstoffumsetzungsmenge vor 10 Grad nach OT zuführt und die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge nach 10 Grad nach OT einspritzt. In bestimmten weiteren Ausführungsformen enthält die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ein Common-Rail-Kraftstoffsystem, wobei die erste Kraftstoffumsetzungsmenge als wenigstens eine Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzt wird und wobei die zweite Kraftstoffumsetzungsmenge als zumindest eine Kraftstoffnacheinspritzung eingespritzt wird.
In bestimmten weiteren Ausführungsformen umfasst die erste Kraftstoffumsetzungsmenge in Reaktion darauf, dass der Motorlastwert einen Wert von weniger als 40% eines maximalen Motorlastwertes hat, weniger als 25% der Verbrennungskraftstoffmenge. In bestimmten weiteren Ausführungsformen umfasst die erste Kraftstoffumsetzungsmenge in Reaktion auf einen Motorlastwert, der einen Wert von zumindest gleich 40% des maximalen Motorlastwertes hat, weniger als 50% der Verbrennungskraftstoffmenge. In bestimmten weiteren Ausführungsformen beginnt die letzte der zumindest einen Kraftstoffnacheinspritzung vor 63 Grad nach OT. In bestimmten weiteren Ausführungsformen wird jeder Kraftstoffeinspritzvorgang nach einem ersten Kraftstoffeinspritzvorgang nicht früher als 3 Kurbelwinkelgrad nach einem vorhergehenden Kraftstoffeinspritzvorgang ausgeführt. In bestimmten weiteren Ausführungsformen ist das Steuergerät ferner dazu aufgebaut festzustellen, ob eine Nachbehandlungsregeneration aktiv ist, und zum Implementieren eines Standard-Kraftstoffzufuhrschemas in Reaktion darauf, dass die Nachbehandlungsregeneration nicht aktiv ist.
Eine weitere exemplarische Ausführungsform ist ein Verfahren, welches ein Ermitteln einer gewünschten Motorauslassabgastemperatur umfasst und das, in Reaktion auf die gewünschte Motorauslassabgastemperatur, eine Anweisung für einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) und eine Kraftstoffeinspritzanweisung mit zumindest einem Nacheinspritzungsvorgang bestimmt. Das Verfahren enthält ferner ein Betreiben eines Verbrennungsmotors in Reaktion auf die VGT-Anweisung und die Kraftstoffeinspritzungsanweisung. Ein exemplarisches Verfahren umfasst ferner, dass die gewünschte Motorauslassabgastemperatur höher ist als eine durch einen Normalbetrieb des Verbrennungsmotors erreichte Abgastemperatur am Motorauslass.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens beinhalten ein Ermitteln der VGT-Anweisung und der Kraftstoffeinspritzanweisung in weiterer Reaktion auf ein Ermitteln, dass ein Nachbehandlungskomponentenregenerationsvorgang aktiv ist. Eine noch weitere Ausführungsform beinhaltet ein Ermitteln, ob eine sanfte Übergangsgrenze des VGT eingehalten wird. In Reaktion darauf, dass die sanfte Übergangsgrenze des VGT eingehalten wird, umfasst das Verfahren ein Liefern einer Einlassdrosselanweisung, die eine Frischluftstrommenge in den Verbrennungsmotor verringert, und ein Betreiben der Einlassdrossel als Reaktion auf die Einlassdrosselanweisung. Eine weitere Ausführungsform umfasst ein Liefern der Einlassdrosselanweisung, um die Frischluftstrommenge in den Verbrennungsmotor zu verringern, bis ein Abgasdurchfluss eine untere Grenze erreicht. Ein weiteres exemplarisches Verfahren umfasst ein Ermitteln, ob eine sanfte Übergangsgrenze des VGT eingehalten wird, und als Reaktion darauf, dass die sanfte Übergangsgrenze des VGT eingehalten wird, ein Reformieren einer Kraftstoffmenge und ein Liefern der reformierten Kraftstoffprodukte in das Abgas des Verbrennungsmotors.
Eine weitere Ausführungsform umfasst ein Ermitteln, ob die gewünschte Motorauslassabgastemperatur erzielbar ist. Als Reaktion auf ein Feststellen, dass die gewünschte Motorauslassabgastemperatur nicht erzielbar ist, umfasst das Verfahren ein Steuern einer Temperatur der Nachbehandlungskomponente auf eine festgelegte Temperatur. Die festgelegte Temperatur ist eine Temperatur, die niedriger als die gewünschte Motorabgasauslasstemperatur und höher als die Motorauslassabgastemperatur ist, die bei einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors erreicht wird.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Ermitteln der gewünschten Motorauslassabgastemperatur ein Ermitteln einer Temperatur optimaler Wirksamkeit für einen SCR-Katalysator (SCR = selektive katalytische Reduktion). In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren, als Reaktion darauf, dass der Verbrennungsmotor sich in einem Niedriglastzustand befindet, ein Bereitstellen der Kraftstoffeinspritzanweisung als eine erste Kraftstoffeinspritzmenge, die weniger als 25% einer Gesamtkraftstoffzufuhrmenge beträgt und vor 10 Grad nach dem oberen Totpunkt (GNOT) eingespritzt wird, und als eine zweite Kraftstoffeinspritzmenge, die die Differenz des Verbrennungskraftstoffs umfasst und 10 GNOT eingespritzt wird. Ein exemplarisches Verfahren umfasst in Reaktion darauf, dass der Verbrennungsmotor sich nicht in einem Niedriglastzustand befindet, ein Bereitstellen der Kraftstoffeinspritzanweisung als eine erste Kraftstoffeinspritzmenge, die weniger als 60% einer Gesamtmenge einer Kraftstoffzufuhr beträgt, die vor 10 GNOT eingespritzt wird.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform ist ein Verfahren, welches umfasst ein Ermitteln einer gewünschten Motorauslassabgastemperatur, einer Motordrehzahl und einer Motorlast. Das Verfahren umfasst als Reaktion auf die gewünschte Motorauslassabgastemperatur, die Motordrehzahl und die Motorlast ein Bestimmen einer Abgasdruckerhöhungsanweisung und einer Kraftstoffeinspritzanweisung mit zumindest einem Nacheinspritzungsvorgang. Das Verfahren umfasst ferner ein Betreiben eines Verbrennungsmotors als Reaktion auf die Abgasdruckerhöhungsanweisung und die Kraftstoffeinspritzanweisung. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Betreiben eines Turboladers mit variabler Geometrie (VGT) und/oder eines Abgasventils in Reaktion auf die Abgasdruckerhöhungsanweisung. Ein exemplarisches Verfahren umfasst ein Bestimmen einer VGT-Anweisung zum starken Schließen als Reaktion auf die Abgasdruckerhöhungsanweisung, eine geringe Motordrehzahl und eine geringe Motorlast. Ein weiteres exemplarisches Verfahren umfasst ein Bestimmen einer VGT-Anweisung zum starken Öffnen als Reaktion auf die Abgasdruckerhöhungsanweisung und eine Motordrehzahl, die zumindest eine mittlere Motordrehzahl ist.
Das exemplarische Verfahren umfasst ferner ein Bereitstellen einer Einlassdrosselanweisung als Reaktion auf die gewünschte Motorauslassabgastemperatur. Eine weitere Ausführungsform umfasst ein Vorbeiführen zumindest eines Teils eines Abgasrückführungsstroms um einen Abgasrückführungskühler als Reaktion auf die gewünschte Motorauslassabgastemperatur.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Ermitteln, ob ein Anlass für die gewünschte Motorauslassabgastemperatur ein DPF-Regenerationsvorgang oder eine Temperaturanforderung eines SCR-Katalysators ist. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen der Abgasdruckerhöhungsanweisung und einer Kraftstoffeinspritzanweisung ferner als Reaktion auf den Anlass für die gewünschte Motorauslassabgastemperatur. In bestimmten Ausführungsformen ist der Anlass für die gewünschte Motorauslassabgastemperatur die Temperaturanforderung des SCR-Katalysators und das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln der gewünschten Motorauslassabgastemperatur als eine Zieltemperatur für das Abgas. In bestimmten Ausführungsformen ist der Anlass für die gewünschte Motorauslassabgastemperatur der DPF-Regenerationsvorgang und das Verfahren umfasst ein Ermitteln der gewünschten Motorauslassabgastemperatur als eine Minimaltemperatur für das Abgas.
Ein exemplarisches System enthält einen Verbrennungsmotor, der einen Abgasstrom erzeugt, und eine Nachbehandlungskomponente, die den Abgasstrom behandelt, wobei die Nachbehandlungskomponente eine gewünschte Abgastemperatur am Einlass umfasst. Das System umfasst eine Abgasdruckeinrichtung, die einen Abgasdruckwert moduliert, und ein Kraftstoffeinspritzsystem, das wenigstens einen Nacheinspritzungsvorgang bereitstellt. Das System enthält ein Steuergerät, das einen Abgasdruckbefehl und einen Kraftstoffeinspritzbefehl als Reaktion auf ein Ermitteln liefert, dass eine Temperatur des Abgasstroms geringer ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass. Die Abgasdruckeinrichtung reagiert auf den Abgasdruckbefehl und das Kraftstoffeinspritzsystem reagiert auf den Kraftstoffeinspritzbefehl.
Das exemplarische Steuergerät ermittelt ferner eine erhöhte Temperatur für die Nachbehandlungskomponente als Reaktion auf ein Ermitteln, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass derzeit nicht erzielbar ist, und liefert den Abgasdruckbefehl und den Kraftstoffeinspritzbefehl als Reaktion auf die erhöhte Temperatur. Die erhöhte Temperatur ist niedriger als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und höher als eine Normalbetriebstemperatur für die Nachbehandlungskomponente. Das Steuergerät hört ferner auf, den Abgasdruckbefehl und den Kraftstoffeinspritzbefehl zu liefern, wenn die gewünschte Abgastemperatur am Einlass über eine vorbestimmte Zeitdauer nicht erreichbar ist. Das exemplarische Steuergerät erhöht ferner die vorbestimmte Zeitdauer in Reaktion auf ein Ermitteln, dass der Verbrennungsmotor mit einem anspruchsvollen Arbeitszyklus arbeitet.
Das exemplarische System enthält die Abgasdruckeinrichtung, die eine Abgasdrossel und/oder ein Turbolader mit variabler Geometrie sein kann. Das exemplarische Steuergerät liefert ferner einen Einlassdrosselbefehl als Reaktion auf ein Ermitteln, dass die Temperatur des Abgasstroms niedriger als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass ist, und das System enthält ferner eine Einlassdrossel, die auf den Einlassdrosselbefehl reagiert. In einer weiteren Ausführungsform liefert das Steuergerät einen Abgasrückführungskühlerbypassbefehl als Reaktion auf ein Ermitteln, dass die Temperatur des Abgasstroms geringer ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass. Das System umfasst ferner einen Abgasrückführungsstrom mit einem Abgasrückführungskühler und einem Abgasrückführungskühlerbypass, wobei der Abgasrückführungskühlerbypass auf den Abgasrückführungskühlerbypassbefehl reagiert. Ein exemplarisches System enthält die Nachbehandlungskomponente als einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion, einen Partikelfilter und/oder einen katalysierten Partikelfilter.
Ein exemplarisches Steuergerät liefert ferner einen Reformierbefehl als Reaktion auf ein Ermitteln, dass die Temperatur des Abgasstroms niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, Das System enthält einen Kraftstoffreformer, der eine Menge von zumindest teilweise reformiertem Kraftstoff an einer Stelle stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente dem Abgasstrom zugibt, wobei der Kraftstoffreformer auf den Kraftstoffreformierbefehl reagiert. In einer weiteren Ausführungsform führt der Kraftstoffreformer ferner die Menge von zumindest teilweise reformiertem Kraftstoff dem Abgasstrom an einer Stelle stromaufwärts eines Oxidationskatalysators zu, wobei die Nachbehandlungskomponente sich stromabwärts des Oxidationskatalysators befindet.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform ist ein Verfahren, welches ein Ermitteln einer gewünschten Abgastemperatur für eine Nachbehandlungskomponente am Einlass umfasst, und ein Ermitteln, ob eine aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und ob die gewünschte Abgastemperatur am Einlass erzielbar ist. Das Verfahren umfasst ferner als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass erzielbar ist, ein Bestimmen eines Abgasdruckbefehls und eines Kraftstoffeinspritzbefehls. Das Verfahren umfasst ein Betreiben einer Abgasdruckeinrichtung in Reaktion auf den Abgasdruckbefehl und ein Betreiben eines Kraftstoffsystems für einen Verbrennungsmotor in Reaktion auf den Kraftstoffeinspritzbefehl.
Ein exemplarisches Verfahren umfasst ferner in Reaktion darauf, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass nicht erreichbar ist, ein Liefern eines Reformierbefehls, um die gewünschte Abgastemperatur am Einlass abzusenken, und ein Betreiben eines Kraftstoffreformers in Reaktion auf den Reformierbefehl. Ein beispielhafter Betrieb des Kraftstoffreformers umfasst ein Liefern einer Menge von H₂ und CO an einen SCR-Katalysator, einen Oxidationskatalysator und/oder einen katalysierten Partikelfilter.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren als Reaktion darauf, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass nicht erreichbar ist, ein Ermitteln einer erhöhten Temperatur und ein Liefern des Abgasdruckbefehls und des Kraftstoffeinspritzbefehls als Reaktion auf die erhöhte Temperatur. Die erhöhte Temperatur ist erreichbar, niedriger als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und höher als eine Normalbetriebstemperatur für die Nachbehandlungskomponente. Das exemplarische Verfahren umfasst ferner ein Abbrechen des Lieferns des Abgasdruckbefehls und des Kraftstoffeinspritzbefehls als Reaktion darauf, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass über eine vorbestimmte Zeitdauer nicht erreichbar ist.
Ein exemplarisches Verfahren umfasst ein Liefern eines Einlassdrosselbefehls als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass erreichbar ist. Das Verfahren enthält ein Betreiben einer Einlassdrossel als Reaktion auf den Einlassdrosselbefehl. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Liefern eines Abgasrückführungskühlerbypassbefehls als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass erreichbar ist. Das Verfahren umfasst ein Betreiben eines Abgasrückführungskühlerbypassventils in Reaktion auf den Abgasrückführungskühlerbypassbefehl.
Noch eine weitere exemplarische Ausführungsform ist ein Verfahren umfassend ein Ermitteln einer gewünschten Abgastemperatur für eine Nachbehandlungskomponente am Einlass und ein Ermitteln, ob eine aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausführen, in dieser Reihenfolge, einer Nacheinspritzungskraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsmotor als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, und ein Hinzufügen einer Abgasdruckerhöhung zur Nacheinspritzungskraftstoffzufuhr als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger bleibt als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Hinzufügen einer Einlassstromverringerung mittels einer Einlassdrossel zu der Nacheinspritzungskraftstoffzufuhr und der Abgasdruckerhöhung als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger bleibt als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass. In einer noch weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Hinzufügen einer Abgasrückführungskühlerumgehung mittels eines Abgasrückführungskühlerbypassventils zur Nacheinspritzungskraftstoffzufuhr, der Abgasdruckerhöhung und der Einlassstromverringerung als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger bleibt als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass. In einer noch weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Absenken der gewünschten Abgastemperatur am Einlass auf eine erhöhte Temperatur als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger bleibt als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass. Die erhöhte Temperatur ist niedriger als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und höher als eine Normalbetriebstemperatur der Nachbehandlungskomponente.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer Menge reformierten Kraftstoffs stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente in Reaktion auf ein Ermitteln, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass nicht erzielbar ist. Ein exemplarisches Verfahren umfasst ein Hinzufügen einer Abgasdruckerhöhung durch Bewegen einer Turbine mit variabler Geometrie in eine stark geschlossene Stellung.
Eine noch andere exemplarische Ausführungsform ist ein System mit einem Verbrennungsmotor, der ein Common-Rail-Kraftstoffsystem, eine Abgasdruckmodulationseinrichtung für den Verbrennungsmotor und ein Steuergerät aufweist, das dazu aufgebaut ist, bestimmte Operationen zum Erhöhen der Abgastemperatur und Verringern eines NO_x-Ausstoßes des Motors funktionell auszuführen. Das Steuergerät ermittelt eine gewünschte Motorauslassabgastemperatur, eine Motordrehzahl und eine Motorlast. In Reaktion auf die gewünschte Motorauslassabgastemperatur, die Motordrehzahl und die Motorlast bestimmt das Steuergerät einen Abgasdruckerhöhungsbefehl und einen Kraftstoffeinspritzbefehl mit zumindest einem Nacheinspritzungsvorgang. Das Common-Rail-Kraftstoffsystem reagiert auf den Kraftstoffeinspritzbefehl und die Abgasdruckmodulationseinrichtung reagiert auf den Abgasdruckerhöhungsbefehl.
In bestimmten Ausführungsformen ist die Abgasdruckmodulationseinrichtung ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) und/oder eine Abgasdrossel. Ein exemplarisches System umfasst, dass das Steuergerät eine VGT-Anweisung zum starken Schließen als Reaktion auf den Abgasdruckerhöhungsbefehl, eine niedrige Motordrehzahl und eine geringe Motorlast bestimmt. Ein noch weiteres exemplarisches System umfasst, dass das Steuergerät eine VGT-Anweisung zum starken Öffnen in Reaktion auf den Abgasdruckerhöhungsbefehl und eine Motordrehzahl bestimmt, die zumindest eine mittlere Motordrehzahl ist. Eine weitere Ausführungsform des Systems enthält eine Einlassdrossel, wobei das Steuergerät einen Einlassdrosselbefehl in Reaktion auf die gewünschte Motorauslassabgastemperatur liefert. Eine noch weitere Ausführungsform des Systems umfasst einen Abgasrückführungsstrom, der einen Abgaskrümmer des Motors fluidleitend mit einem Einlasskrümmer des Motors verbindet, einen in dem Abgasstrom angeordneten Abgasrückführungskühler und eine Abgasrückführungskühlerumgehung, die einen wählbaren Anteil des Abgasrückführungsstroms um den Abgasrückführungskühler herum führt. Das Steuergerät liefert ferner einen Abgasrückführungsbypassbefehl in Reaktion auf die gewünschte Motorauslassabgastemperatur und die Abgasrückführungskühlerumgehung reagiert auf den Abgasrückführungsbypassbefehl.
In bestimmten Ausführungsformen enthält das System einen Dieselpartikelfilter (DPF), der dazu aufgebaut ist, das Abgas des Motors zu behandeln. Das Steuergerät ermittelt die gewünschte Motorauslassabgastemperatur als eine Minimaltemperatur für das Abgas in Reaktion darauf, dass ein Anlass für die gewünschte Motorauslassabgastemperatur ein DPF-Regenerationsvorgang ist. In bestimmten Ausführungsformen enthält das System einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), der das Abgas des Motors behandelt. Das Steuergerät ermittelt ferner die gewünschte Motorauslassabgastemperatur als eine Zieltemperatur für das Abgas in Reaktion darauf, dass ein Anlass für die gewünschte Motorauslassabgastemperatur eine Temperaturanforderung eines SCR-Katalysators ist.
Eine exemplarische Ausführungsform zum Fördern einer raschen Aktivierung einer Nachbehandlungskomponentenregeneration wird beschrieben. Ein Verfahren beinhaltet ein Ermitteln, dass ein Nachbehandlungsregenerationsvorgang begonnen hat, derzeit benötigt wird oder derzeit wünschenswert ist. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Ermitteln, dass der Nachbehandlungsregenerationsvorgang zum Stillstand gekommen oder unterbrochen worden ist in Ermangelung der Fähigkeit des Systems, die Regenerationstemperatur aufrechtzuerhalten. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausführen von temperaturfördernden Aktivitäten des Systems, um eine Temperatur des Abgases des Motors auf einem erhöhten Niveau zu halten, wobei das erhöhte Niveau höher ist als ein Normalniveau des Motorabgases während eines normalen Motorbetriebs, jedoch niedriger ist als die Regenerationstemperatur. Das Verfahren umfasst ferner ein Abbrechen der temperaturfördernden Aktivitäten nach einer vorbestimmten Zeitdauer, in der die Regenerationstemperatur nicht erreichbar ist. Weitere Ausführungsformen des Verfahrens umfassen ein Ermitteln, dass ein Arbeitszyklus einer den Motor enthaltenden Anwendung ein anspruchsvoller Arbeitszyklus ist, und als Reaktion auf den anspruchsvollen Arbeitszyklus ein Beginnen der temperaturfördernden Aktivitäten bei einer niedrigeren Nachbehandlungsregenerationsbedarfsschwelle, ein Erhöhen der vorbestimmten Zeitdauer oder ein sonstiges Absenken von Schwellenwerten zum Ausführen der temperaturfördernden Aktivitäten und Erhöhen von Schwellenwerten zum Abbrechen der temperaturfördernden Aktivitäten.
Eine exemplarische Ausführungsform zum Fördern einer raschen Aufwärmung von Nachbehandlungskomponenten und/oder zum Begünstigen eines Betriebs von Nachbehandlungskomponenten bei niedriger Temperatur wird beschrieben. Ein exemplarisches System enthält eine Nachbehandlungskomponente, die zum effizienten Funktionieren und/oder zum Erzielen einer Regeneration der Komponente eine festgelegte Temperatur oder einen festgelegten Temperaturbereich benötigt. Ein exemplarisches System enthält ferner einen Oxidationskatalysator und eine Kohlenwasserstoffinjektionsquelle stromaufwärts des Oxidationskatalysators. Bestimmte Systeme können keinen Oxidationskatalysator enthalten. Die Kohlenwasserstoffinjektionsquelle kann ein Kraftstoffinjektor sein und/oder kann in einen Motor eingeführte und zum Oxidationskatalysator ausgestoßene Kohlenwasserstoffe umfassen.
Das System enthält ferner einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT), eine Abgasdrossel und/oder eine Einlassdrossel, die zum Erhöhen der Temperatur des Abgasstroms nutzbar sind. Das exemplarische System enthält ferner ein Kraftstoffsystem am Motor, das dazu in der Lage ist, Nacheinspritzungsvorgänge auszuführen. Das exemplarische System enthält ferner einen zwischen einer Kraftstoffquelle und der bzw. den Nachbehandlungskomponente(n) angeordneten Kraftstoffreformer, wobei der Kraftstoffreformer dazu in der Lage ist, H₂ und/oder CO dem Abgasstrom stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente zuzuführen. Das exemplarische System enthält ferner einen Brenner, einen elektrischen Widerstandsheizer oder eine andere Einrichtung zur unmittelbaren Wärmeaufbringung.
Das System enthält ferner ein Steuergerät, das dazu aufgebaut ist, bestimmte Operationen zum Unterstützen einer raschen Aufwärmung und/oder eines Betriebs der Nachbehandlungskomponente bei niedriger Temperatur auszuführen. Das exemplarische Steuergerät ermittelt, dass ein rasches Aufwärmen und/oder ein Niedrigtemperaturbetrieb der Nachbehandlungskomponente benötigt wird. Das exemplarische Steuergerät wählt aus den verfügbaren Temperaturerzeugungs- und/oder Niedrigtemperaturunterstützungseinrichtungen des Systems aus. Ein exemplarisches Steuergerät koordiniert den VGT, die Abgasdrossel und/oder die Einlassdrossel, um rasch Temperatur für die Nachbehandlungskomponente zu erzeugen. Ein anderes exemplarisches Steuergerät stellt ferner Nacheinspritzungsvorgänge bereit, um die Nachbehandlungskomponente rasch aufzuwärmen.
Ein weiteres exemplarisches Steuergerät stellt reformierte Kraftstoffprodukte stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente bereit, um einen Niedrigtemperaturbetrieb der Nachbehandlungskomponente zu fördern, und/oder liefert reformierte Kraftstoffprodukte an einen Oxidationskatalysator stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente, um eine exotherme Oxidation auf dem Oxidationskatalysator bei niedriger Temperatur zu fördern und die stromabwärtige Nachbehandlungskomponente rasch aufzuwärmen. Beispielhafte Kraftstoffreformer umfassen benzinbasierte, dieselbasierte, biodieselbasierte, ethanolbasierte, methanolbasierte und/oder plasmabasierte Reformer. Der Kraftstoff in dem Reformer kann vom gleichen Typ wie der vom Motor benutzte oder kann jeder andere in der Anwendung ohne weiteres verfügbare sein, beispielsweise aus einem Hilfsgenerator oder einer anderen Einrichtung. Der Reformer kann als ein Teilreformer, ein autothermer Reformer und/oder ein Elektrolyseur arbeiten. Ein weiteres exemplarisches System enthält eine Quelle organischer Abfallprodukte und einen Fischer-Tropsch-Prozess, der reformierte organische Abfallprodukte dem Abgasstrom zuführt. Das exemplarische System kann in einer mobilen oder stationären Anwendung sein.
In bestimmten Ausführungsformen wählt das Steuergerät eine katalytische Komponente und liefert reformierten Kraftstoff an die katalytische Komponente, um die katalytische Aktivität zu fördern. Exemplarische katalytische Komponenten umfassen einen Oxidationskatalysator, einen katalysierten Partikelfilter und/oder einen SCR-Katalysator. Es ist gezeigt worden, dass das Hinzufügen von CO und H₂ zum Abgasstrom bei jeder dieser Vorrichtungen die katalytische Aktivität bei niedrigen Temperaturen verbessert. Das Steuergerät ermittelt, dass eine Niedrigtemperaturbedingung vorliegt und dass katalytische Aktivität gewünscht wird. Das Steuergerät stellt dann den reformierten Kraftstoff an einer Stelle im Abgasstrom bereit, die sich stromaufwärts des zu fördernden Katalysators befindet. Exemplarische Operationen des Steuergeräts beinhalten ein schnelles Aufwärmen nach einem Motorstart oder Start eines kalten Motors, ein Fördern einer Oxidation in dem Oxidationskatalysator zum Unterstützen des Aufwärmens nach einem Motorstart oder zum Erzielen oder Beibehalten einer Regenerationstemperatur in dem Abgasstrom, ein Fördern einer Oxidation in dem Oxidationskatalysator zum Erreichen einer wirksamen NO_x-Reduktionstemperatur in einem stromabwärts gelegenen SCR-Katalysator, ein Fördern einer Oxidation in einem Partikelfilter zum Erzielen oder Aufrechterhalten einer laufenden Regeneration von Ruß in dem Filter und/oder ein Fördern einer Aktivität in einem SCR-Katalysator, um in Gegenwart einer abgesenkten Betriebstemperatur im SCR-Katalysator eine NO_x-Reduktion auf einer akzeptablen Rate zu halten.
Obwohl die Erfindung in den Figuren und der vorstehenden Beschreibung ausführlich dargestellt und beschrieben worden ist, ist dies lediglich als beispielhaft und nicht einschränkend anzusehen, wobei es sich versteht, dass nur einige exemplarische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind und dass alle innerhalb des Umfangs der Erfindungen liegenden Änderungen und Modifikationen geschützt sein sollen. Es sollte klar sein, dass obzwar die Verwendung von Worten wie zu bevorzugen, vorzugsweise, bevorzugt, insbesondere oder noch bevorzugter in der obigen Beschreibung angibt, dass das so beschriebene Merkmal wünschenswerter sein kann, es dennoch nicht notwendig sein muss und Ausführungsformen ohne selbiges als innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegend angesehen werden können, wobei dieser Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche festgelegt ist. Beim Lesen der Ansprüche ist beabsichtigt, dass dann, wenn Worte wie etwa ”ein”, ”eines”, ”zumindest ein” oder ”zumindest ein Teil” benutzt werden, keine Absicht besteht, den Anspruch auf nur einen Gegenstand zu beschränken, falls in dem Anspruch nicht ausdrücklich gegenteilig angegeben. Wenn der Ausdruck ”zumindest ein Teil” und/oder ”ein Teil” benutzt wird, kann der Gegenstand einen Teil und/oder den gesamten Gegenstand umfassen, falls nicht ausdrücklich gegenteilig angegeben.

Claims

System, mit: einem einen Abgasstrom erzeugenden Verbrennungsmotor, einer Nachbehandlungskomponente, die dazu aufgebaut ist, den Abgasstrom zu behandeln, wobei die Nachbehandlungskomponente eine gewünschte Abgastemperatur am Einlass hat, einer Abgasdruckeinrichtung, die dazu aufgebaut ist, einen Abgasdruckwert zu modulieren, und einem Kraftstoffeinspritzungssystem, das dazu aufgebaut ist, wenigstens einen Nacheinspritzungsvorgang bereitzustellen, einem Steuergerät, das dazu aufgebaut ist, einen Abgasdruckbefehl und einen Kraftstoffeinspritzbefehl als Reaktion auf ein Feststellen zu liefern, dass eine Temperatur des Abgasstroms niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, und wobei die Abgasdruckeinrichtung auf den Abgasdruckbefehl reagiert und wobei das Kraftstoffeinspritzungssystem auf den Kraftstoffeinspritzbefehl reagiert.
System nach Anspruch 1, bei dem das Steuergerät ferner dazu aufgebaut ist, eine erhöhte Temperatur für die Nachbehandlungskomponente in Reaktion auf ein Feststellen, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass derzeit nicht erreichbar ist, zu bestimmen und den Abgasdruckbefehl und den Kraftstoffeinspritzbefehl in Reaktion auf die erhöhte Temperatur zu liefern, wobei die erhöhte Temperatur niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und höher ist als eine Normalbetriebstemperatur für die Nachbehandlungskomponente.
System nach Anspruch 2, bei dem das Steuergerät ferner dazu aufgebaut ist, ein Liefern des Abgasdruckbefehls und des Kraftstoffeinspritzbefehls als Reaktion darauf abzubrechen, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht erreichbar ist.
System nach Anspruch 3, bei dem das Steuergerät ferner dazu aufgebaut ist, die vorbestimmte Zeitdauer zu erhöhen in Reaktion auf ein Feststellen, dass der Verbrennungsmotor mit einem anspruchsvollen Arbeitszyklus arbeitet.
System nach Anspruch 1, bei dem die Abgasdruckeinrichtung eine Abgasdrossel oder einen Turbolader mit variabler Geometrie umfasst.
System nach Anspruch 1, bei dem das Steuergerät ferner dazu aufgebaut ist, einen Einlassdrosselbefehl zu liefern in Reaktion auf das Feststellen, dass die Temperatur des Abgasstroms niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, wobei das System ferner eine auf den Einlassdrosselbefehl reagierende Einlassdrossel aufweist.
System nach Anspruch 6, bei dem das Steuergerät ferner dazu aufgebaut ist, einen Abgasrückführungskühlerbypassbefehl zu liefern in Reaktion auf das Feststellen, dass die Temperatur des Abgasstroms niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, wobei das System ferner einen Abgasrückführungsstrom mit einem Abgasrückführungskühler und einer Abgasrückführungskühlerumgehung aufweist, wobei die Abgasrückführungskühlerumgehung auf den Abgasrückführungskühlerbypassbefehl reagiert.
System nach Anspruch 1, bei dem die Nachbehandlungskomponente eine Nachbehandlungskomponente ausgewählt aus den Komponenten bestehend aus einem Oxidationskatalysator, einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion, einem Partikelfilter und einem katalysierten Partikelfilter aufweist.
System nach Anspruch 1, bei dem das Steuergerät ferner einen Reformierbefehl liefert in Reaktion auf das Feststellen, dass die Temperatur des Abgasstroms niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, und wobei das System ferner einen Kraftstoffreformer aufweist, der dazu aufgebaut ist, eine Menge zumindest teilweise reformierten Kraftstoffs dem Abgasstrom an einer Stelle stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente zur Verfügung zu stellen, wobei der Kraftstoffreformer auf den Kraftstoffreformierbefehl reagiert.
System nach Anspruch 9, bei dem der Kraftstoffreformer ferner dazu aufgebaut ist, die Menge zumindest teilweise reformierten Kraftstoffs dem Abgasstrom an einer Stelle stromaufwärts eines Oxidationskatalysators zur Verfügung zu stellen, wobei die Nachbehandlungskomponente sich stromabwärts des Oxidationskatalysators befindet.
Verfahren, umfassend: Ermitteln einer gewünschten Abgastemperatur für einen Einlass einer Nachbehandlungskomponente, Feststellen, ob eine aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, und ob die gewünschte Abgastemperatur am Einlass erzielbar ist, Bestimmen eines Abgasdruckbefehls und eines Kraftstoffeinspritzbefehls in Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass erzielbar ist, Betreiben einer Abgasdruckeinrichtung in Reaktion auf den Abgasdruckbefehl und Betreiben eines Kraftstoffsystems für einen Verbrennungsmotor in Reaktion auf den Kraftstoffeinspritzbefehl.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass nicht erreichbar ist, Liefern eines Reformierbefehls zum Absenken der gewünschten Abgastemperatur am Einlass und Betreiben eines Kraftstoffreformers in Reaktion auf den Reformierbefehl.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Betreiben des Kraftstoffreformers ein Liefern einer Menge an H₂ und CO an einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Betreiben des Kraftstoffreformers ein Liefern einer Menge an H₂ und CO an einen Oxidationskatalysator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Betreiben des Kraftstoffreformers ein Liefern einer Menge an H₂ und CO an einen katalysierten Partikelfilter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass nicht erreichbar ist, ein Bestimmen einer erhöhten Temperatur und Liefern des Abgasdruckbefehls und des Kraftstoffeinspritzbefehls in Reaktion auf die erhöhte Temperatur, wobei die erhöhte Temperatur erreichbar ist, niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und höher ist als eine Normalbetriebstemperatur für die Nachbehandlungskomponente.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend ein Abbrechen des Lieferns des Abgasdruckbefehls und des Kraftstoffeinspritzbefehls als Reaktion darauf, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht erreichbar ist.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend ein Liefern eines Einlassdrosselbefehls als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und die gewünschte Abgastemperatur am Einlass erreichbar ist, und Betreiben einer Einlassdrossel in Reaktion auf den Einlassdrosselbefehl.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend ein Liefern eines Abgasrückführungskühlerbypassbefehls als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und die gewünschte Abgastemperatur am Einlass erreichbar ist, und Betreiben eines Abgasrückführungskühlerbypassventils in Reaktion auf den Abgasrückführungskühlerbypassbefehl.
Verfahren, umfassend: Ermitteln einer gewünschten Abgastemperatur für einen Einlass einer Nachbehandlungskomponente, Feststellen, ob eine aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, Ausführen, in der Reihenfolge: Kraftstoffnacheinspritzen in einen Verbrennungsmotor als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, und Hinzufügen einer Abgasdruckerhöhung zum Kraftstoffnacheinspritzen als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger bleibt als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend ein Hinzufügen einer Füllungsstromverringerung mittels einer Einlassdrossel zum Kraftstoffnacheinspritzen und zur Abgasdruckerhöhung als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger bleibt als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass.
Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend ein Hinzufügen einer Abgasrückführungskühlerumgehung mittels eines Abgasrückführungskühlerbypassventils zum Kraftstoffnacheinspritzen, zur Abgasdruckerhöhung und zur Füllungsstromverringerung als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger bleibt als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass.
Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend ein Absenken der gewünschten Abgastemperatur am Einlass auf eine erhöhte Temperatur als Reaktion darauf, dass die aktuelle Einlasstemperatur der Nachbehandlungskomponente niedriger bleibt als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass, wobei die erhöhte Temperatur niedriger ist als die gewünschte Abgastemperatur am Einlass und höher ist als eine Normalbetriebstemperatur für die Nachbehandlungskomponente.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend ein Zurverfügungstellen einer Menge reformierten Kraftstoffes stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente als Reaktion darauf, dass die gewünschte Abgastemperatur am Einlass nicht erreichbar ist.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem ein Hinzufügen einer Abgasdruckerhöhung ein Verstellen einer Turbine mit variabler Geometrie in eine stark geschlossene Stellung umfasst.