DE112013003053T5

DE112013003053T5 - Filterregeneration unter Verwendung von Filtertemperatur-Modulation

Info

Publication number: DE112013003053T5
Application number: DE112013003053.5T
Authority: DE
Inventors: Michael Haas; Ashwin Vyas
Original assignee: Cummins Intellectual Property Inc
Current assignee: Cummins Intellectual Property Inc
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2015-03-19
Also published as: CN104411929B; CN104411929A; WO2013192211A1; US20130333351A1

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform schließt eine Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration eines Partikelfilters (150) eines (internen) Verbrennungsmotorsystems (100) ein Betriebsbedingungen-Modul (250), das zum Überwachen von mindestens einer Bedingung des Motorsystems (330) konfiguriert ist, ein. Die Vorrichtung schließt auch ein Regenerationsmodul (260) ein, das zum Auslösen eines Regenerationsereignisses konfiguriert ist, wenn die mindestens eine Bedingung des Motorsystems einen Schwellenwert erreicht. Ferner schließt die Vorrichtung ein Wärmemanagementmodul (275) ein, das zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in einem Wärmemanagementmodus für eine erste Zeitperiode, während ein Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul ausgelöst wird, konfiguriert ist. Ebenfalls schließt die Vorrichtung ein Hoch-NOx-Modul (280) ein, das zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in einem Hoch-NOx-Modus während einer zweiten Zeitperiode im Anschluss an die erste Zeitperiode, während das Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul ausgelöst wird, konfiguriert ist.

Description

GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Abgasnachbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren, und genauer gesagt das Steuern von Regenerationsereignissen auf einem Diesel-Partikelfilter (DPF) eines Abgasnachbehandlungssystems.
HINTERGRUND
Die Vorschriften zu Emissionen für Verbrennungsmotoren sind über die letzten Jahre hinweg strenger geworden. Umweltbedenken haben die Einführung von strikteren Emissionsanforderungen für Verbrennungsmotoren in großen Teilen der Welt motiviert. Regierungsbehörden, wie die Umweltschutzbehörde (EPA) in den USA, überwachen aufmerksam die Emissionsqualität von Motoren und setzen Normen für zulässige Emissionen, denen alle Motoren entsprechen müssen. Im Allgemeinen variieren Emissionsanforderungen gemäß dem Motortyp.
Emissionstests für Kompressionszündungs(Diesel)-Motoren überwachen typischerweise die Freisetzung von Diesel-Feinstaub bzw. -Partikelsubstanz (PM), Stickoxiden (NO_x) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHC). Katalytische Konverter (z. B. Oxidationskatalysatoren), die in einem Abgasnachbehandlungssystem implementiert werden, sind verwendet worden, um viele der in Abgas vorhandenen Schadstoffe zu eliminieren. Um Diesel-Partikelstoffe zu beseitigen, muss typischerweise jedoch ein Diesel-Partikelfilter (DPF) stromabwärts von einem katalytischen Konverter, oder zusammen mit einem katalytischen Konverter, installiert werden. Darüber hinaus können einige DPFs katalytische Charakteristika aufweisen, um die Oxidation von Stickstoffoxid (NO) zu unterstützen, während andere DPFs keine katalytischen Charakteristika aufweisen.
Ein üblicher DPF umfasst eine poröse Keramikmatrix mit parallelen Durchgangswegen, durch welche Abgas hindurchläuft. Partikelsubstanz sammelt sich anschließend auf der Oberfläche des Filters an, wodurch sich eine Ablagerung bildet, die letztlich entfernt werden muss, um die Blockierung des Abgasstroms zu verhindern. Übliche Formen von Partikelsubstanz sind Asche und Ruß. Asche, typischerweise ein Rückstand von verbranntem Motoröl, ist im Wesentlichen unbrennbar und sammelt sich allmählich innerhalb des Filters an. Ruß, der hauptsächlich aus Kohlenstoff aufgebaut ist, resultiert aus der unvollständigen Verbrennung von Brennstoff und macht im Allgemeinen einen großen Prozentsatz der Ablagerung von Partikelsubstanz aus. Verschiedene Bedingungen, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Motorbetriebsbedingungen, Laufleistung, Fahrstil, Terrain, etc., beeinflußen die Rate, bei der sich Partikelsubstanz innerhalb eines Diesel-Partikelfilters ansammelt.
Die Ansammlung von Partikelsubstanz verursacht typischerweise einen Gegendruck bzw. Rückstau innerhalb des Abgassystems. Übermäßiger Gegendruck auf dem Motor kann die Motorleistung verschlechtern (z. B. Leistung und Effizienz verringern), und kann in manchen Fällen zum Abwürgen des Motors führen. Partikelsubstanz, im allgemeinen, oxidiert in Gegenwart von Stickoxiden (insbesondere NO₂) bei mäßigen Temperaturen, oder in Gegenwart von Sauerstoff bei höheren Temperaturen. Falls sich zu viel Partikelsubstanz angesammelt hat, wenn die Oxidation beginnt, kann die Oxidationsrate hoch genug werden, um eine ungesteuerte Temperaturüberschreitung verursachen. Die resultierende Wärme kann den Filter zerstören und umgebende Strukturen beschädigen. Außerdem kann das Wiederherstellen oder Austauschen des Filters ein kostspieliges Verfahren sein.
Zum Vermeiden potentiell gefährlicher Situationen wird angesammelte Partikelsubstanz üblicherweise in einem gesteuerten Regenerationsprozess oxidiert und entfernt, bevor sich übermäßige Spiegel angesammelt haben. Für die Oxidation der angesammelten partikelförmigen Substanz müssen Abgastemperaturen im Allgemeinen die Temperaturen übersteigen, die typischerweise am Filtereingang erreicht werden. Folglich können zusätzliche Verfahren zum Initiieren der Regeneration eines Diesel-Partikelfilter angewandt werden. In einem Verfahren wird ein Reaktant, wie Dieselbrennstoff, in ein Abgasnachbehandlungssystem eingebracht, um die Oxidation von Partikelablagerungen zu initiieren und die Temperatur des Filters zu erhöhen. Ein Filter-Regenerationsereignis findet statt, wenn erhebliche Mengen von Ruß auf dem Partikelfilter verzehrt bzw. abgetragen werden.
Eine geregelte Regeneration kann durch das Steuersystem des Motors initiiert werden, wenn sich eine vordefinierte Menge von Partikulat auf dem Filter angesammelt hat, wenn eine vordefinierte Zeitdauer des Motorbetriebs verstrichen ist, oder wenn das Fahrzeug eine vordefinierte Zahl an Kilometern gelaufen ist. Oxidation von Sauerstoff (O₂) tritt im Allgemeinen auf dem Filter bei Temperaturen über etwa 500 Grad Celsius (°C) auf, während Oxidation von NO₂, hierin manchmal bezeichnet als Noxidation, im Allgemeinen bei Temperaturen zwischen etwa 300°C und 500°C auftritt. Gesteuerte oder aktive Regeneration besteht typischerweise aus dem Hochregeln der Filtertemperatur auf O₂-Oxidationstemperaturniveaus während einer vordefinierten Zeitperiode, so dass die Oxidation von auf dem Filter angesammelten Ruß stattfindet.
Eine gesteuerte Regeneration kann außer Kontrolle geraten, wenn der Oxidationsprozess die Temperatur des Filters mehr nach oben treibt als es vorausgesehen oder gewünscht wird, manchmal über den Punkt hinaus, bei dem das Filtersubstratmaterial Wärme zu absorbieren vermag, was zum Schmelzen oder zu sonstigem Beschädigen des Filters führt. Eine weniger schädigende unkontrollierte oder spontane Regeneration des Filters kann auch bei Noxidationstemperaturen stattfinden, d. h. wenn die Filtertemperatur zwischen etwa 250 C und 400°C fällt. Eine solche unkontrollierte Regeneration führt im Allgemeinen nicht zu galoppierenden Temperaturen, aber kann zur nur partiellen Regeneration des Rußes auf dem Filter führen. Partielle Regeneration kann auch stattfinden, wenn eine kontrollierte Regeneration wegen eines Absinkens der Temperatur, eines Absinkens der Abgasflussrate, nicht-gleichmäßigen Temperaturen radial und/oder axial entlang des Inneren des DPF, oder dergleichen, nicht fortwähren kann. Partielle Regeneration und andere Faktoren können zur Ungleichmäßigkeit der Rußverteilung über den Filter hinweg führen, was Ungenauigkeiten der Rußlast-Schätzung und andere Probleme zur Folge hat.
Die Temperatur des Partikelfilters ist abhängig von der Temperatur des Abgases, das in den Partikelfilter eintritt. Folglich muss die Temperatur des Abgases sorgfältig geregelt werden, um zu gewährleisten, dass eine gewünschte Partikelfiltereinlass-Abgastemperatur akkurat und effizient erreicht und für eine gewünschte Dauer gehalten wird, damit ein kontrolliertes Regenerationsereignis erzielt wird, das die gewünschten Resultate hervorbringt. Herkömmliche Systeme verwenden diverse Strategien zum Regeln der Partikelfiltereinlass-Abgastemperatur. Zum Beispiel, nutzen manche Systeme eine Kombination von internen und externen Brennstoff-Dosierungsstrategien. Jede Strategie ist ausgelegt, um überschüssiges UHC im Abgasstrom vor dem Eintritt in den Oxidationskatalysator (z. B. Diesel-Oxidationskatalysator (DOC)) zu produzieren. Der Oxidationskatalysator induziert eine exothermische Oxidationsreaktion des UHC, was verursacht, dass die Temperatur des Abgases steigt. Die Menge an dem Abgas zugesetztem UHC wird so gewählt, dass die gewünschte Temperaturerhöhung oder Soll-Temperatur für die kontrollierte Regeneration erzielt wird.
Der Oxidationskatalysator ist auch zum Umwandeln von NO im Abgas in die nützlichere Verbindung NO₂ konfiguriert. Wie oben erörtert, ist NO₂ für die Noxidation des DPF erforderlich. Demgemäß hängt das Vermögen des Oxidationskatalysators zum Umwandeln von NO zu NO₂ direkt mit dem Vermögen des DPF zusammen, durch Noxidation regeneriert zu werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist in Reaktion auf den derzeitigen Stand der Technik entwickelt worden, und insbesondere, als Antwort auf die Probleme und Bedürfnisse im Stand der Technik, die noch nicht vollständig durch derzeit verfügbare Filterregenerations-Steuersysteme gelöst worden sind. Demzufolge wurde der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung entwickelt, um Vorrichtung, Systeme und Verfahren zum selektiven und synergistischen Modulieren zwischen aktiven und passiven Regenerationsprozessen bereitzustellen, welche zumindest manche Nachteile der Regenerations-Steuerungsstrategien des Stands der Technik überwinden.
Zum Beispiel beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform, eine Vorrichtung zur Regelung bzw. Steuerung der Regeneration eines Partikelfilters von einem Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotorsystems ein Betriebsbedingungen-Modul, das zum Überwachen mindestens einer Bedingung des Verbrennungsmotorsystems (z. B. die Zustandsbedingung eines Partikelfilters des Abgasnachbehandlungssystems) konfiguriert ist. Die Vorrichtung beinhaltet auch ein Regenerationsmodul, das zum Auslösen eines Regenerationsereignisses konfiguriert ist, wenn die mindestens eine Bedingung des Motor- oder Abgasnachbehandlungssystems einen Schwellenwert erreicht. Ferner umfasst die Vorrichtung ein Wärmemanagementmodul, das konfiguriert ist zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in einem Wärmemanagementmodus für eine erste Zeitperiode, während ein Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul ausgelöst wird. Der Wärmemanagementmodus kann das Andern des Betriebs des Motors, die interne Nacheinspritz-Dosierung von Brennstoff in die Verbrennungskammern, die externe Dosierung von Brennstoff in das Abgas, Verbrenner, elektrische Heizelemente und/oder andere Techniken einschließen. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung ein Hoch-NO_x-Modul, konfiguriert zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in einem Hoch-NO_x-Modus während einer zweiten Zeitperiode im Anschluss an die erste Zeitperiode, während das Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul ausgelöst wird.
In gewissen Implementierungen der Vorrichtung hat der Betrieb des Motorsystems im Wärmemanagementmodus die Oxidationsregeneration des Partikelfilters zur Folge, und der Betrieb des Motorsystems im Hoch-NO_x-Modus hat die Noxidationsregeneration des Partikelfilters zur Folge. Die Länge der ersten Zeitperiode kann von der Temperatur des Abgases abhängig sein, das aus einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters austritt. In einer Implementierung endet die erste Zeitperiode, wenn die Temperatur des Abgases, das aus einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters austritt, einen Oxidationskatalysatorauslass-Temperaturschwellenwert für eine vordefinierte Zeitspanne überschreitet. Die Oxidationskatalysatorauslass-Temperaturschwelle kann die Differenz zwischen einer Oxidationskatalysatorauslass-Solltemperatur und einer zulässigen Temperaturschwankung sein. In einer Implementierung endet die erste Zeitperiode, wenn die Temperatur des Abgases, das aus dem Partikelfilter austritt, eine Partikelfilter-Auslasstemperatur-Schwelle überschreitet. Die vordefinierte Zeitspanne kann weniger als 50% der Zeitspanne sein, die nötig ist, um den Partikelfilter via Noxidationsregeneration im Wesentlichen vollständig zu regenerieren. Die zweite Zeitperiode kann zwischen ungefähr 90% und 98% länger als die erste Zeitperiode sein. Die vordefinierte Zeitspanne in der ersten Zeitperiode kann nach freiem Ermessen eingestellt werden; allerdings kann die zweite Zeitperiode, ohne Kohlenwasserstoff-Dosierung quer über den DOC, abhängig davon sein, wie schnell die Temperatur unter den Bereich sinkt, in dem Noxidation nicht effektiv ist.
Gemäß manchen Implementierungen der Vorrichtung beinhaltet die mindestens eine Bedingung des Verbrennungsmotorsystem eine auf dem Partikelfilter angesammelte Menge an partikelförmiger Substanz und der Schwellenwert beinhaltet eine auf dem Partikelfilter angesammelte zulässige Maximalmenge an partikelförmiger Substanz.
In bestimmten Implementierungen beginnt die zweite Zeitperiode, nachdem die erste Zeitperiode endet, wenn eine Temperatur des Abgases, das aus einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters austritt, größer ist als eine Minimumtemperatur, assoziiert mit einem NO₂-zu-NO_x-Verhältnis von mindestens einem Schwellenwert-Verhältnis, und wenn die NO_x-Reduktionseffizienz eines selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators größer ist als ein Minimumeffizienz-Schwellenwert. In noch einigen Implementierungen beginnt die zweite Zeitperiode nachdem die erste Zeitperiode endet, wenn ein Schätzwert des NO₂-Flusses, der aus einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters austritt, einen Oxidationskatalysator-Auslass-NO₂-Fluss-Schwellenwert überschreitet, und wenn die NO_x-Reduktionseffizienz eines selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators größer ist als ein Minimumeffizienz-Schwellenwert. Gemäß einer Implementierung endet die zweite Zeitperiode, wenn die Temperatur von einem Bett eines Oxidationskatalysators stromaufwärts des Partikelfilters unter eine Minimum-Oxidationskatalysatorbett-Temperatur fällt. Die Minimum-Oxidationskatalysatorbett-Temperatur kann die Bett-Temperatur sein, bei der eine vordefinierte Minimum-Partikelsubstanz-Verbrennungsrate aus dem Partikelsubstanzfilter erzielbar ist. In Hinsicht auf eine Implementierung endet die zweite Zeitperiode, wenn eine Temperatur des Abgases, das in einen Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters eintritt, innerhalb eines vordefinierten Oxidationskatalysator-Einlass-Abgastemperaturbereichs liegt, eine Flussrate von Abgas durch den Partikelfilter innerhalb eines vordefinierten Abgasflussrate-Bereichs liegt, und die Temperatur von einem Bett des Partikelfilters innerhalb eines vordefinierten Partikelfilterbett-Temperaturbereichs liegt.
Gemäß manchen Implementierungen ist das Wärmemanagementmodul konfiguriert zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems im Wärmemanagementmodus während einer dritten Zeitperiode im Anschluss an die zweite Zeitperiode, während das Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul ausgelöst wird. In einer Implementierung wird das ausgelöste Regenerationsereignis abgeschaltet bzw. beendet (”untriggered”), wenn die auf dem Partikelfilter angesammelte Menge von Partikelsubstanz geringer ist als ein Minimum-Partikelsubstanzakkumulations-Schwellenwert. In der gleichen, oder alternativen, Implementierung, wird das ausgelöste Regenerationsereignis abgeschaltet, wenn das Regenerationsereignis länger als eine vordefinierte Zeitschwelle lang ausgelöst gewesen ist.
In einer Implementierung ist das Hoch-NO_x-Modul ferner konfiguriert zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems im Hoch-NO_x-Modus für eine dritte Zeitperiode, getrennt von den ersten und zweiten Zeitperioden, während ein Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul nicht ausgelöst wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Steuerung der Regeneration eines Partikelfilters von einem Verbrennungsmotorsystem das Auslösen einer Regeneration des Partikelfilters und das Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in einem Wärmemanagementmodus, sofern eine Regeneration des Partikelfilters ausgelöst worden ist und während mindestens eine erste Betriebsbedingung nicht mindestens einen ersten Schwellenwert erreicht hat. Das Verfahren umfasst ferner den Umschaltbetrieb des Verbrennungsmotorsystems von dem Wärmemanagementmodus zu einem Hoch-NO_x-Modus, wenn die Regeneration des Partikelfilters ausgelöst bleibt, und wenn die mindestens eine erste Betriebsbedingung die mindestens eine erste Schwelle erreicht. Zusätzlich umfasst das Verfahren das Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in dem Hoch-NO_x-Modus während eine mindestens eine zweite Betriebsbedingung nicht mindestens einen zweiten Schwellenwert erreicht hat. Das Verfahren umfasst auch das Beenden des Betriebs des Verbrennungsmotorsystems im Hoch-NO_x-Modus, wenn die mindestens eine zweite Betriebsbedingung den mindestens einen zweiten Schwellenwert erreicht. In einigen Implementierungen umfasst das Verfahren ferner den Umschaltbetrieb des Verbrennungsmotorsystems vom Hoch-NO_x-Modus zurück zum Wärmemanagement-Modus nach dem Beenden des Betreibens des Verbrennungssystems im Hoch-NO_x-Modus und wenn mindestens eine dritte Betriebsbedingung einen dritten Schwellenwert erreicht hat.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Verbrennungsmotorsystem, das einen Verbrennungsmotor aufweist, einen Oxidationskatalysator in Abgasempfangender Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor und einen Partikelfilter stromabwärts des Oxidationskatalysators, wobei der Partikelfilter in Abgasempfangender Kommunikation mit dem Oxidationskatalysator steht. Das System beinhaltet zudem eine Steuereinheit, welche ein Regenerationsmodul, das zum Initiieren eines Regenerationsereignisses auf einem Partikelfilter konfiguriert ist, ein Wärmemanagementmodul, das zum Steuern des Regenerationsereignisses gemäß einem Wärmemanagementmodus konfiguriert ist, und ein Hoch-NO_x-Modul, das zum Steuern des Regenerationsereignisses gemäß einem Hoch-NO_x-Modus konfiguriert ist, einschließt. Die Steuereinheit umfasst auch ein Umschaltmodul, das konfiguriert ist zum Überwachen von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotorsystems während des Regenerationsereignisses und zum selektiven Umschalten zwischen ersten und zweiten Regenerationszuständen während des Regenerationsereignisses. Der erste Regenerationszustand umfasst das Aktivieren des Wärmemanagementmoduls und das Deaktivieren des Hoch-NO_x-Moduls. Der zweite Regenerationszustand umfasst das Deaktivieren des Wärmemanagementmoduls und das Aktivieren des Hoch-NO_x-Moduls. In gewissen Implementierungen des Systems schaltet das Umschaltmodul vom ersten Regenerationszustand zum zweiten Regenerationszustand um, wenn überschüßiges Oxidationskatalysator-Auslass-NO₂ nicht zu überschüßigem Auslass-NO_x am (Auspuff)-Endrohr führt.
Bezugnahmen auf Eigenschaften, Vorteile oder ähnliche Ausdrücke überall in dieser Patentschrift implizieren nicht, dass sämtliche der Eigenschaften und Vorteile, die mittels des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung erzielt werden können, in irgendeiner einzelnen Ausführungsform vorkommen oder vorkommen sollten. Vielmehr sind auf die Eigenschaften und Vorteile bezugnehmende Ausdrücke so aufzufassen, dass sie bedeuten, dass ein(e) spezifische(r) Eigenschaft, Vorteil oder Merkmal, beschrieben im Zusammenhang mit einer Ausführungsform, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen ist. Daher kann die Erörterung der Eigenschaften und Vorteile und ähnlicher Ausdrücke, überall in dieser Patentschrift, muss aber nicht zwingend, Bezug auf dieselbe Ausführungsform nehmen.
Die beschriebenen Eigenschaften, Strukturen, Vorteile und/oder Merkmale des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung können in beliebiger geeigneter Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen und/oder Implementierungen kombiniert werden. In der nachstehenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details angegeben, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Der Fachmann auf dem relevanten Gebiet wird erkennen, dass der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ohne eine(s) oder mehrere von den spezifischen Eigenschaften, Details, Komponenten, Materialien und/oder Verfahren einer bestimmten Ausführungsform oder Implementierung praktiziert werden kann. In anderen Fällen können zusätzliche Merkmale und Vorteile in gewissen Ausführungsformen und/oder Implementierungen realisiert werden, die nicht in allen Ausführungsformen oder Implementierungen vorhanden sein können. Ferner sind in einigen Fällen allgemein bekannte Strukturem, Materialien oder Vorgänge nicht gezeigt oder im Detail beschrieben, um das Verdecken von Aspekten des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden. Die Eigenschaften und Vorteile des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen vollständiger ersichtlich, oder können aus der Praxis des Erfindungsgegenstands, wie hierin nachstehend dargelegt, erfahren werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit die Vorteile des Erfindungsgegenstands leichter verstanden werden können, wird eine eingehendere Beschreibung des oben kurz beschriebenen Gegenstands durch Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen gegeben, welche in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Im Verständnis, dass diese Zeichnungen lediglich typische Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands zeigen und deshalb nicht als einschränkend für dessen Umfang zu betrachten sind, wird der Gegenstand mit weiterer Spezifität und weitereren Details durch Heranziehung der Zeichnungen beschrieben und erläutert, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines Motorsystems, das einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter aufweist, gemäß einer Ausführungsform ist;
2 ein schematisches Diagramm einer Steuereinheit des Motorsystems gemäß einer Ausführungsform ist;
3 ein schematisches Diagramm einer Steuereinheit des Motorsystems gemäß einer anderen Ausführungsform ist;
4 ein schematisches Diagramm eines Wärmemanagementmoduls der Steuereinheit von 2 ist;
5 ein schematisches Diagramm von einem Hoch-NO_x-Modul der Steuereinheit von 2 ist;
6 ein schematisches Diagramm von einem Umschaltmodul der Steuereinheit von 2 ist; und
7 ein Flussablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Regenerationsereignisses auf einem Partikelfilter eines Verbrennungsmotorsystems gemäß einer Ausführungsform ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Bezugnahme überall in dieser Patentschrift auf ”eine Ausführungsform”, ”Ausführungsform” oder ähnliche Ausdrücke bedeutet, dass ein(e) besondere(s) Eigenschaft, Struktur oder Merkmal, beschrieben im Zusammenhang mit der Ausführungsform, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist. Somit können Vorkommen der Ausdrücke ”in einer Ausführungsform”, ”in der Ausführungsform” und ähnlicher Begriffe überall in dieser Patentschrift sich alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, aber tun dies nicht notwendigerweise.
Wie oben erörtert, betrifft die vorliegende Offenbarung das Steuern eines Regenerationsereignisses auf einem Partikelsubstanzfilter in einem Motorsystem. Ein Filterregenerationsereignis findet statt, wenn die Abgastemperatur ausreichend erhöht wird und Mengen von Ruß auf dem Partikelfilter oxidiert werden. Zwei Typen von Partikelsubstanzoxidation können auftreten. Zum Ersten, kann die Oxidation in Gegenwart von NO₂ bei mäßigen Filtertemperaturen (z. B. zwischen etwa 250°C und etwa 400°C), erzielt durch mäßige Abgastemperaturen, auftreten, wodurch mäßige Mengen an Partikelsubstanz verzehrt bzw. abgetragen werden. Eine Filterregeneration, bei der die Oxidation in Gegenwart von NO₂ stattfindet, wird hierin nachstehend als ”Noxidationsregeneration” bezeichnet. Zum Zweiten kann die Oxidation in Gegenwart von Sauerstoff bei hohen Filtertemperaturen (z. B. größer als etwa 400°C), erzielt durch hohe Abgastemperaturen, auftreten, wodurch große Mengen von Partikelsubstanz verzehrt werden. Eine Filterregeneration, bei der die Oxidation in Gegenwart von Sauerstoff stattfindet, wird hierin nachstehend als ”Oxidationsregeneration” bezeichnet. Im selben Regenerationsereignis der vorliegenden Offenbarung können sowohl Noxidation als auch Oxidationsregeneration stattfinden.
Ungünstigerweise sind die zum Initiieren und Aufrechterhalten der Oxidationsregeneration notwendigen Motorabgas-Temperaturen oft genügend hoch, um Sicherheitsbedenken, verfrühte Komponentenausfälle und abnorm hohen Verschleiß am Motor hervorzurufen. Darüber hinaus vermindert der überschüssige Unverbrannte-Kohlenwasserstoffe(UHC)-Brennstoff, der in das Abgas eingespritzt wird, was zum Erhöhen der Temperatur notwendig ist, die Brennstoffeffizienz des Motorsystems. Folglich ist das Anwenden von Noxidationsregeneration bei niedrigeren Abgastemperaturen zum Verringern der Ansammlung von Partikelsubstanz auf einem Filter erwünscht. Allerdings beseitigt die Noxidationsregeneration die Partikelsubstanz auf dem Filter bei einer geringeren Rate bei den niedrigeren Temperaturen, die typischerweise mit herkömmlicher Noxidationsregeneration assoziiert sind. Zum Beseitigen von Partikelsubstanz unter Verwendung von Noxidationsregeneration bei einer höheren Rate, muss die Temperatur des Abgases und des Filters über die mäßigen Abgastemperaturen erhöht werden, die üblicherweise mit Noxidationsregeneration assoziiert sind. Zum Beispiel werden manche Partikelfilter katalysiert, was einem einzelnen NO₂-Molekül gestatten kann, mehrmals benutzt zu werden, um Partikelsubstanz auf dem Filter zu oxidieren. Demgemäß können gewisse katalysierte Partikelfilter höhere Temperaturen für Noxidationsregeneration bevorzugen, selbst wenn die in den Partikelfilter eintretende Menge an NO₂ bei den höheren Temperaturen verhältnismäßig geringer ist.
Wie oben erörtert, spritzen herkömmliche Systeme, zur Erhöhung der Abgastemperaturen, UHC entweder intern oder extern in das Abgas stromaufwärts des DOC ein. Jedoch ist das Vermögen des DOC zum Umwandeln von NO_x zu NO₂, das erforderlich ist, damit die Noxidationsregeneration auftritt, umgekehrt proportional zur Menge an UHC in dem Abgas. Mit anderen Worten, wenn die Menge an UHC in dem Abgas steigt, sinkt das Vermögen des DOC zum Umwandeln von NO_x zu NO₂, und dementsprechend die Noxidationsregenerations-Effektivität. Daher ist es, unter derzeitigen Praktiken, sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, die Noxidationsregeneration bei hohen Abgastemperaturen durchzuführen, weil steigende Abgastemperaturen UHC benötigen, welches das Vermögen des DOC zur Erzeugung des für eine solche Noxidation erforderlichen NO₂ signifikant beeinträchtigt. Auf eine anderen Weise betrachtet, versagen derzeitige Systeme darin, die Noxidationsregeneration angemessen zu nutzen, weil die NO₂-Konzentration im Abgasfluss begrenzt ist durch die DOC-Konversionseffizienz bei niederigeren Temperaturen aufgrund von UHC-Inhibition, wenn UHC zum Erhöhen der Abgastemperatur eingesetzt wird, und durch das thermodynamische Gleichgewicht bei höheren Temperaturen (z. B. größer als etwa 450°C).
Gemäß einigen Ausführungsformen stellt das Motorsystem der vorliegenden Offenbarung eine Regenerationssteuerungsstrategie bereit, welche die Oxidationsregeneration bei hohen Temperaturen abkürzt, und eine verlängerte Noxidationsregeneration bei höheren Temperaturen vorsieht, was zu verbesserter Brennstoffeffizienz (z. B. verminderte Einspritzungen von überschüssigem UHC), erhöhter Lebensdauer von Systemkomponenten (z. B. wird die Zeit der Aussetzung an hohe Oxidationsregenerations-Temperaturen vermindert) und geringeren Kosten (z. B. werden weniger wertvolle Metalle auf Katalystoren des Systems benötigt) führen kann. Folglich kann die vorliegende Offenbarung so definiert werden, dass sie eine Synergetische-Aktiv-Passiv(SAP) Regenerationsstrategie einführt. Im Wesentlichen erleichtert das Motorsystem einen Anstieg der Temperatur des Partikelfilters während eine vernünftige NO₂-Konversion durch den DOC beibehalten wird. Die 1 zeigt eine exemplarische Ausführungsform eines Verbrennungsmotorsystems, wie etwa eines Dieselmotorsystems 100, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie veranschaulicht, umfasst das Motorsystem 100 einen Verbrennungsmotor 110, eine Steuereinheit 130, Brennstoffeinspritzer 135, ein Abgasnachbehandlungssystem 160, und einen Brennstofftank 180. Der Verbrennungsmotor 110 kann ein Diesel-betriebener Motor sein, und der Brennstofftank 180 kann Dieselbrennstoff speichern und dem Motor zuführen.
Das Motorsystem 100 kann ferner einen Lufteinlass 112, einen Einlassverteiler 114, einen Abgasverteiler bzw. -krümmer 116, eine Turboladerturbine 118, einen Turboladerkompressor 120 und diverse Sensoren, wie etwa Temperatursensoren 124, Drucksensoren 126 und Angaskennwert-Sensoren 165, beinhalten. In einer Ausführungsform wird der Lufteinlass 112 an die Atmosphäre entlüftet, was ermöglicht, dass Luft in das Motorsystem 100 eintritt. Der Lufteinlass 112 kann an einen Eingang des Einlassverteilers 114 angeschlossen sein. Der Einlassverteiler 114 beinhaltet einen Auslass, der operativ mit den Verbrennungskammern 111 des Motors 110 gekoppelt ist. Innerhalb des Motors 110 wird Druckluft aus der Atmosphäre mit Brennstoff vereinigt, um den Motor 110 anzutreiben, was den Betrieb des Motors 110 umfasst. Der Brennstoff gelangt aus dem Brennstofftank 180 durch ein Brennstoffzuführsystem, einschließlich, in einer Ausführungsform, einer Brennstoffpumpe und gemeinsamen Schiene 131, zu den Brennstoffeinspritzern 135, welche Brennstoff in die Verbrennungskammern 111 des Motors 110 einspritzen. Die Brennstoffeinspritz-Zeitgebung wird von der Steuereinheit 130 geregelt. Die Verbrennung des Brennstoffs erzeugt Abgas, das operativ zum Abgasverteiler 116 entlüftet wird. Aus dem Abgasverteiler 116 kann zumindest ein Teil des Abgases genutzt werden, um eine Turboladerturbine 118 anzutreiben, bevor es in das Abgasnachbehandlungssystem 160 eintritt. Die Turbine 118 kann den Turboladerkompressor 120 antreiben, der Motoreinlassluft verdichtet, bevor sie zum Einlassverteiler 114 gelenkt wird.
Eine gewisse Menge des Abgases kann die Turbine 118 umgehen und zum Motor 110 über eine EGR-Leitung 152 rezirkuliert werden, gemäß eines Anteilsverhältnisses, das durch die Steuereinheit 130 eingestellt wird. In einer Ausführungsform wird ein EGR-Ventil 154 durch die Steuereinheit 130 betätigt, um eine Menge an Abgas, welche dem eingestellten Anteilsverhältnis entspricht, durch die EGR-Leitung 152 umzuleiten.
Der Teil des Abgases, der nicht durch die EGR-Leitung 152 zum Motor 110 rezirkuliert wird, ist für den Ausstoß aus dem System 100 in die Atmosphäre vorbestimmt. Bevor es in die Atmosphäre entlassen wird, wird das durch die Turbine 118 laufende Abgas durch das Abgasnachbehandlungssystem 160 geleitet, um schädliche Emissionen im Abgas zu vermindern. Das in 1 gezeigte Abgasnachbehandlungssystem 160 umfasst einen Oxidationskatalysator 140, einen Partikelfilter 150 und einen Selektive-Katalytische-Reduktion(SCR)-Katalysator 170. Das Abgas läuft zuerst durch den Oxidationskatalysator 140, der spezifische Schadstoffe im Abgas wie oben erörtert verringert, und, wenn die Regeneration des Filters ausgelöst wird, die Temperatur des Abgases auf eine gewünschte Filtereinlass-Abgastemperatur erhöht, bevor es in den Filter 150 eintritt.
Die Regeneration des Filters wird durch Betreiben der Steuereinheit 130 ausgelöst und gesteuert. Dann läuft das Abgas durch den Partikelfilter 150, der Partikelsubstanz aus dem Abgasstrom herausfiltert. Nach Hindurchlaufen durch den Partikelfilter 150 läuft das Abgas durch den SCR-Katalysator 170, der NO_x im Abgas in Gegenwart eines durch einen Reduktionsmittelinjektor 172 in das Abgas eingespritzten Reduktionsmittels, wie etwa Harnstoff, der zu Ammoniak reduziert, zu weniger schädlichen Bestandteilen reduziert.
Die diversen Sensoren, wie Temperatursensoren 124, Drucksensoren 126, Abgaskennwert-Sensoren 165, und dergleichen, können strategisch überall im Motorsystem 100 positioniert sein und können in Kommunikation mit der Steuereinheit 130 stehen, welche die Betriebsbedingungen des Motors, zumindest teilweise beruhend auf dem von den Sensoren empfangenen Signaleingang, ermittelt und überwacht.
In einer Ausführungsform repräsentiert jeder Abgaskennwert-Sensor 165 einen oder mehrere Sensoren, die jeweils konfiguriert sind, um ein bestimmtes Charakteristikum des Abgases zu detektieren. Zum Beispiel kann der Abgaskennwert-Sensor 165 einen NO_x-Sensor, konfiguriert zum Nachweisen der Konzentration von NO_x im Abgasstrom, einschließen. Der Abgaskennwert-Sensor 165 kann auch einen Abgasflussraten-Sensor beinhalten, der zum Nachweisen der Flussrate von Abgas durch das Nachbehandlungssystem 160 konfiguriert ist. Andere Sensoren können verwendet werden, um andere Betriebsbedingungen des Motorsystems 100 direkt über Detektion und Messungen oder indirekt über Berechnungen, die von der Steuereinheit oder von darauf gespeicherten Tabellen ausgeführt werden, zu bestimmen. Mit anderen Worten kann jeder Sensor des Systems 100 eines oder mehrere von einem physikalischen Sensor oder virtuellen Sensor sein, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Zu anderen Betriebsbedingungen, die durch die Sensoren bestimmt werden können, zählen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, der Anteil der Abgasrezirkulation, die Einspritzzeitgebung, die Brennstoffrate, die Motorgeschwindigkeit, die Motorbelastung, die Zeitgebung, bei der die Brennstoffeinspritz-Zeitgebung vorangerückt oder verzögert wird (SOI, oder Start der Injektion), die verstrichene Zeit, der Anteil der Abgasrezirkulation, die Fahrbedingungen, ob und wann Regenerationen stattgefunden haben und die Rate, bei der solche Regenerationen die Partikelsubstanz beseitigt haben, die Abgasflussrate, die Menge an O₂ und NO₂ im Abgas, die Filtertemperatur, der Abgasdruck, die Filter-Partikelbelastungsmenge und -einheitlichkeit, die Emissionen-Reduktionseffizienz der Abgasnachbehandlungskomponenten, etc.
Die 2 zeigt ein Steuersystem 200 gemäß einer representativen Ausführungsform. Das Steuersystem 200 umfasst die Steuereinheit 130, einen oder mehrere Sensoren 290 (z. B. Sensoren 124, 126, 165), ein oder mehrere Motorsystem-Stellglieder 295, und einen oder mehrere Brennstoffeinspritzer (z. B. Injektoren 135, 137). Der Brennstoffeinspritzer 137 ist ein externer Brennstoffinjektor, der zum Einspritzen von Brennstoff (z. B. UHC) direkt in das Abgas konfiguriert ist, bevor das Gas durch den Oxidationskatalysator 140 läuft.
Die Steuereinheit 130 regelt den Betrieb des Motorsystems 100 und assoziierter Subsysteme, wie dem Motor 110 und dem Abgasnachbehandlungssystem 160. Die Steuereinheit 130 ist in den 1 und 2 als eine einzelne physikalische Einheit abgebildet, aber kann in manchen Ausführungsformen nach Bedarf zwei oder mehr physikalisch getrennte Einheiten oder Komponenten einschließen. Im Allgemeinen empfängt die Steuereinheit 130 mehrere Eingaben, verarbeitet die Eingaben, und übermittelt mehrere Ausgaben. Die mehreren Eingaben können erfasste Messungen aus den Sensoren und verschiedene Benutzereingaben einschließen. Die Eingaben werden von der Steuereinheit 130 unter Verwendung verschiedener Algorithmen, gespeicherter Daten und anderer Eingaben verarbeitet, um die gespeicherten Daten aufzufrischen und/oder Ausgabewerte zu generieren. Die generierten Ausgabewerte und/oder -befehle werden zu anderen Komponenten der Steuereinheit und/oder zu einem oder mehreren Elementen des Motorsystems 100 weitergeleitet, um das System so zu steuern, dass gewünschte Ergebnisse erzielt werden und insbesondere gewünschte Abgasemissionen erzielt werden.
Die Steuereinheit 130 umfasst verschiedene Module zum Steuern des Betriebs des Motorssystems 100. Zum Beispiel, in der veranschaulichten Ausführungsform, beinhaltet die Steuereinheit 130 ein Eingangsmodul 240, ein Bedingungen-Modul 250, ein Regenerationsmodul 260, ein Ausgabe- bzw. Ausgangsmodul 270, ein Wärmemanagementmodul 275, ein Hoch-NO_x-Modul 280 und ein Umschaltmodul 285. Wie im Stand der Technik bekannt, können die Steuereinheit 130 und die Komponenten einen Prozessor, einen Speicher und ein Schnittstellenmodul umfassen, die aus Halbleiter-Gattern bzw. -Gates auf einem oder mehreren Halbleitersubstraten gefertigt sein können. Jedes Halbleitersubstrat kann in einer oder mehreren Halbleitervorrichtungen verpackt sein, welche auf Leiterplatten montiert sind. Anschlüsse zwischen den Modulen können durch Halbleitermetallschichten, Substrat-zu-Substrat-Leitungen oder Leiterplattenspuren oder Drähte bzw. Kabel, welche die Halbleitervorrichtungen verbinden, erfolgen.
Wie oben erwähnt, sind die Sensoren 290 des Systems 100 konfiguriert, um direkt oder indirekt eine Vielzahl von Bedingungen innerhalb des Motorsystems 100, einschließlich Temperatur, Druck, NO_x-Konzentration, Abgasflussrate, etc., zu bestimmen. Die Motorsystem-Stellglieder 295 sind beliebige von diversen Komponenten des Systems 100, welche, wenn sie betätigt werden, die Betriebsbedingungen des Systems beeinflussen. Zum Beispiel können die Stellglieder 295 eine(n) Abgasdrossel, Einlassdrossel, Reduktionsmittelinjektor, EGR-Ventile, Brennstoffeinspritzer etc. einschließen. Das Eingangsmodul 240 ist zum Empfangen und Eingeben der von den Sensoren 290 erfassten Bedingungen und zum Vorsehen entsprechender Eingaben an das Regenerationsmodul 260, Hoch-NO_x-Modul 280 und Umschaltmodul 285 konfiguriert. Das Bedingungen-Modul 250 ist konfiguriert zum Sammeln von Information über die aktuellen Bedingungen des Motorsystems 100, basierend auf den von den Sensoren 290 erfassten Bedingungen und/oder anderen Eingaben, einschließlich Befehlen, die durch die Steuereinheit 130 an Systemkomponenten erteilt werden. Das Ausgangsmodul 270 ist konfiguriert zum Steuern der Motorsystem-Stellglieder 295 und/oder Brennstoffeinspritzer 135, 137 (z. B. durch Befehle) gemäß Regenerationsinstruktionen, die vom Regenerationsmodul 260, Wärmemanagementmodul 275, Hoch-NO_x-Module 280 und Umschaltmodul 285 generiert werden.
Die 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine andere Ausführungsform des Steuersystems 200 von 2 veranschaulicht. Die Steuereinheit 130 ist so abgebildet, dass sie ein Prozessormodul 302, ein Speichermodul 304 und ein Interface- bzw. Schnittstellenmodul 306 umfasst. Das Prozessormodul 302, das Speichermodul 304 und das Schnittstellenmodul 306 können aus Halbleiter-Gates auf einem oder mehreren Halbleitersubstraten hergestellt sein. Jedes Halbleitersubstrat kann in einer oder mehreren Halbleitervorrichtungen verpackt sein, welche auf Leiterplatten montiert sind. Anschlüsse zwischen dem Prozessormodul 302, dem Speichermodul 304, und dem Schnittstellenmodul 306 können durch Halbleitermetallschichten, Substrat-zu-Substrat-Leitungen, oder Leiterplattenspuren oder Drähte bzw. Kabel, welche die Halbleitervorrichtungen verbinden, erfolgen.
Das Speichermodul 304 speichert Softwareinstruktionen und Daten, umfassend einen oder mehrere Softwareprozesse. Das Prozessormodul 302 führt die Softwareprozesse aus, wie es dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist. In einer Ausführungsform führt das Prozessormodul 302 einen oder mehrere Softwareprozesse aus, die von dem Bedingungen-Modul 250, Regenerationsmodul 260, Wärmemanagementmodul 275, Hoch-NO_x-Modul 280 und Umschaltmodul 285 von 2 durchgeführt werden.
Das Prozessormodul 302 kann mit externen Vorrichtungen und Sensoren, wie den Sensoren 290, den Stellgliedern 295 und den Brennstoffinjektoren 135, 137 von 2 über das Schnittstellenmodul 306 kommunizieren und sie steuern. Zum Beispiel können die Sensoren 290 einen Drucksensor 126 (siehe z. B. 1) beinhalten, der ein Analogsignal, das einen Druckwert repräsentiert, an das Schnittstellenmodul 306 weitergibt. Das Schnittstellenmodul 306 kann das Analogsignal periodisch in einen Digitalwert umwandeln, und den Digitalwert an das Prozessormodul 302 weitergeben. Das Schnittstellenmodul 306 kann auch ein oder mehrere digitale Signale über eine dafür vorgesehene digitale Schnittstelle, einen seriellen digitalen Datenbus, der eine Vielzahl von Digitalwerten weitergibt, oder dergleichen empfangen. Zum Beispiel können die Sensoren 290 einen Temperatursensor 124 (siehe z. B. 1) einschließen, der einen digitalen Temperaturwert an das Schnittstellenmodul 306 kommuniziert. Das Schnittstellenmodul 306 kann den digitalen Temperaturwert periodisch an das Prozessormodul 302 weitergeben. In einer Ausführungsform, vollführt das Schnittstellenmodul 306 einen oder mehrere Kommunikationsprozesse, die von dem Eingangsmodul 240 und Ausgangsmodul 270 der 2 durchgeführt werden.
Das Prozessormodul 302 kann digitale Werte wie den Druckwert und den Temperaturwert im Speichermodul 304 abspeichern. Darüber hinaus kann das Prozessormodul 302 die digitalen Werte in einer oder mehreren Berechnungen verwenden, einschließlich Berechnungen, die von den Modulen der Steuereinheit 130 ausgeführt werden. Obwohl die obige Beschreibung auf einen Drucksensor und Temperatursensor beschränkt war, kann das Schnittstellenmodul 306 eine Schnittstelle zu beliebigen der verschiedenen Sensoren des Systems 100 vorsehen, um detektierte Werte für beliebige der diversen erfassten Charakteristika des Systems zu empfangen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst Partikelsubstanz, die durch den Motor 110 erzeugt wird, Asche und Ruß. Der Motor 110 wird Ruß und Asche bei einer Rate erzeugen, die je nach Typ des Motors variieren wird, wie zum Beispiel einem 11-Liter- oder 15-Liter-Dieselmotor. Darüber hinaus schwankt die Rate der Partikelerzeugung je nach Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Brennstoffrate, EGR-Fraktion und SOI-Zeitgebung. Andere Faktoren können auch zur Partikelproduktionsrate beisteuern, wobei manche erheblich von der betrachteten Motorplattform abhängen, während andere eher der Plattformunabhängigkeit nahekommen.
Generell muss die Ansammlung von Partikelsubstanz auf dem Partikelfilter (z. B. Filter 150) periodisch beseitigt werden, um sicherzustellen, dass die Menge an auf dem Filter angesammelter Partikelsubstanz nicht gefährliche oder unerwünschte Niveaus erreicht. Die Beseitigung der angesammelten Partikelsubstanz wird während eines Regenerationsereignisses durchgeführt, um den Filter wirksam zu regenerieren. Das Steuersystem der vorliegenden Offenbarung ist konfiguriert, um ein Regenerationsereignis auf einem Partikelsubstanzfilter zu initiieren und zu steuern. Im Allgemeinen kombiniert das von dem Steuersystem geregelte Regenerationsereignis die aktive Regeneration (d. h. Oxidationsregeneration) und die passive Regeneration (d. h. Noxidationsregeneration) durch Modulieren der Bett-Temperaturen des Oxidationskatalysators und Filters zwischen hohen und niedrigen Temperaturniveaus. Des Weiteren beinhaltet, allgemein gesprochen, gemäß einer Ausführungsform, die durch die Steuereinheit 130 ausgeführte Regenerationssteuerungsstrategie das künstliche Hochregeln der Temperatur des Filterbetts auf eine Temperatur, die hoch genug für die Oxidation ist, und das Aufrechterhalten der Temperatur während einer kleinen Zeitspanne (z. B. gerade lang genug, um die Temperatur zu stabilisieren), wobei die Temperatur des Filterbetts danach natürlich absinken gelassen wird, während künstlich überschüßiges NO₂ im Abgas erzeugt wird, um die Noxidationsregeneration des Filters zu erleichtern, während die Temperatur fällt. Sobald die Temperatur unter einen gewissen niedrigen Temperaturschwellenwert fällt, erfolgt dann das Hochregeln der Temperatur zurück auf die Oxidationsregenerations-Temperatur und das Wiederholen des gleichen Musters so lange, wie die Regeneration des Filters notwendig ist.
Die Regeneration des Partikelfilters wird durch das Regenerationsmodul 260 initiiert und zumindest teilweise gesteuert. Grundsätzlich ist das Regenerationsmodul 260 konfiguriert zum Erzeugen eines Regenerationsbefehls (z. B. Regenerationsinstruktionen), repräsentierend eine Anforderung zum Initiieren eines Regenerationsereignis auf dem Partikelfilter 150. Mit anderen Worten löst das Regenerationsmodul 260, basierend auf der Eingabe aus dem Bedingungen-Modul 250, ein Regenerationsereignis aus, wenn die Betriebsbedingungen anzeigen, dass eine Regeneration des Partikelfilters 150 notwendig ist.
In einer Ausführungsform löst das Regenerationsmodul 260 ein Regenerationsereignis ausschließlich oder teilweise beruhend auf einem Schätzwert der Menge der auf dem Partikelfilter 150 angesammelten Partikelsubstanz aus. Der Schätzwert kann auf einem Druckdifferential basieren, das über den Partikelfilter 150 hinweg mithilfe von Drucksensoren 126 erfasst wurde, welche stromaufwärts und stromabwärts des Filters positioniert sind, wie es in der 1 gezeigt ist. In manchen Implementierungen wird ein Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul 260 ausgelöst, wenn eine geschätzte Akkumulation von Partikelsubstanz auf dem Filter eine Oberschwellen-Beladung überschreitet. In einigen Implementierungen kann der Schätzwert der Menge der auf dem Filter angesammelten Partikelsubstanz basierend auf einem anderen Verfahren bestimmt werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
In einer anderen Ausführungsform löst das Regenerationsmodul 260 ein Regenerationsereignis basierend darauf aus, ob eine Betriebsperiode des Motors eine gewisse Zeitschwelle überschritten hat. Wenn der Motor beispielsweise eine vordefinierte Zeitspanne lang gelaufen ist, wird eine Annahme über das Ausmaß der Ansammlung auf dem Partikelfilter getroffen. Diese Annahme kann basierend auf einem Modell getroffen werden, welches das Ausmaß der Ansammlung, die sich wahrscheinlich auf dem Filter angesammelt hat, in Hinblick auf verschiedene Faktoren, wie etwa dem Typ des Motors, dem Typ des Fahrerlebnisses mit einem Fahrzeug, in dem der Motor untergebracht ist, und dergleichen, voraussagt. In einer Implementierung löst das Regenerationsmodul 260 automatisch das Regenerationsereignis aus, sobald eine Betriebszeitschwelle erreicht worden ist, ungeachtet des tatsächlichen Ausmaßes der Ansammlung auf dem Filter. Die Zeitperiode kann ausschließlich durch oder abhängig von einem Echtzeitschätzwert der Ansammlung auf dem Filter, wie oben erörtert, eingestellt oder festgelegt werden.
Zusätzlich oder alternativ wird, in manchen Ausführungsformen, der Regenerationsbefehl durch das Regenerationsmodul 260 erteilt, um ein Regenerationsereignis zu initiieren, basierend auf beliebigen von diversen anderen Parametern, wie zum Beispiel anderen Betriebsbedingungen des Motors als einem Druckdifferential über den Filter, der Verfügbarkeit künftiger Regenerations-Gelegenheiten, den Betriebstrends des Motors, etc.
Nachdem das Regenerationsmodul 260 ein Regenerationsereignis auslöst, ist das Wärmemanagementmodul 275 funktionsfähig, um eine Oxidationsregeneration des Partikelfilters einzuleiten. Das Wärmemanagementmodul 275 beinhaltet ein Temperaturziel-Modul 310, welches eine gewünschte Filtereinlass-Abgastemperatur 360 (d. h. gewünschte Oxidationskatalysator- oder DOC-Auslass-Abgastemperatur) basierend auf den Motorbetriebsbedingungen 330 bestimmt. Im Allgemeinen entspricht die gewünschte Filtereinlass-Abgastemperatur einer gewünschten Temperatur des Filterbetts zum Initiieren der Oxidationsregeneration des Filters. Die gewünschte Filtereinlass-Abgastemperatur 360 wird einem Motorsteuerungen-Modul 315 und einem Brennstoffinjektionsstrategie-Modul 320 mitgeteilt.
Das Motorsteuerungen-Modul 315 ist konfiguriert zum Generieren von Motor- und/oder einem oder mehreren Temperatursteuerungs-Befehlen 345, damit nicht-Brennstoff-bezogene Operationen des Motors so gesteuert werden, dass Betriebsbedingungen erzeugt oder vorgesehen werden, die für das Hervorrufen der gewünschten Filtereinlass-Abgastemperatur 460 förderlich sind. Zum Beispiel kann die Partikelfilterauslass-Abgastemperatur durch eine oder mehrere Lufthandhabungsstrategien manipuliert werden. Die Lufthandhabungsstrategien können das Regeln einer Lufteinlassdrossel zum Regulieren des Luft-zu-Brennstoff-Verhältnisses einschließen. Genauer gesagt, können die Motor-Temperatursteuerungen-Befehle 345 Kommandos einschließen, die an eine Einlassdrossel übermittelt werden, um künstlich die Luft-zu-Brennstoff-Verhältnisse, z. B. reichere Luft/Brennstoff-Gemische, zu senken, damit höhere Motorauslass-Abgastemperaturen, und somit höhere Partikelfiltereinlass-Abgastemperaturen, erzeugt werden. In Ausführungsformen, in denen ein Oxidationskatalysator nicht im Abgasstrom zwischen dem Abgasverteiler 116 und dem Partikelfilter 150 positioniert ist, befiehlt das Motorsteuerungen-Modul 315 dem Motor, eine Motorauslass-Abgastemperatur gleich der gewünschten Filtereinlass-Abgastemperatur zu erzeugen.
Jedoch kann es in gewissen Ausführungsformen unerwünscht oder schwierig sein, Motorauslass-Abgastemperaturen zu erzielen, die gleich der gewünschten Filtereinlass-Abgastemperatur 360 sind. Folglich kann ein Oxidationskatalysator 140 zum Ersetzen oder Ergänzen der künstlichen Erhöhung der Motorauslass-Abgastemperatur benutzt werden, um die gewünschte Filtereinlass-Abgastemperatur 360 zu erzielen.
In manchen Implementierungen wird der Anstieg der gewünschten Filtereinlass-Abgastemperatur 360 nahezu ausschließlich gemäß Brennstoffdosierungsstrategien hervorgerufen, die konfiguriert sind, um die Funktionalität des Oxidationskatalysators 140 zum Erhöhen der Abgastemperatur zu nutzen, wie oben erörtert. Brennstoffdosierungsstrategien schließen interne Brennstoffdosierungsstrategien und externe Brennstoffdosierungsstrategien ein.
Interne Brennstoffdosierungsstrategien umfassen das Einspritzen von zusätzlichem Brennstoff in die Kompressionzylinder. Solche Im-Zylinder-Injektionen bilden ein Mehrfachinjektions-Ereignis, das Vorinjektionen oder Brennstoffinjektionen, die vor einer Haupt-Brennstoffinjektion stattfinden, und Nachinjektionen oder Brennstoffinjektionen, die nach einer Haupt-Brennstoffinjektion stattfinden, einschließt. Im Allgemeinen schließen Nachinjektionen Wärme-Nachinjektionen und Nicht-Wärme-Nachinjektionen ein. Wärme-Nachinjektionen sind Injektionen, welche neben der Haupt-Brennstoffinjektion an dem Verbrennungsereignis innerhalb des Zylinders teilhaben und relativ bald nach der Haupt-Brennstoffinjektion stattfinden. Nicht-Wärme-Nachinjektionen sind Injektionen, die im Vergleich zu den Wärme-Nachinjektionen später im Arbeitshub bzw. Expansions-Takt stattfinden und nicht an dem Verbrennungsereignis innerhalb des Zylinders teilhaben.
In einer Ausführungsform, die mit einer internen Brennstoffdosierungsstrategie assoziiert ist, generiert das Brennstoffinjektionsstrategie-Modul 320, basierend zumindest teilweise auf der gewünschten Filtereinlass-Abgastemperatur 360, die von dem Temperaturziel-Modul 310 empfangen wird, und den Betriebsbedingungen 330 des Motors, einen oder mehrere Brennstoffinjektionsbefehle 350 an die Brennstoffeinspritzer. Die Brennstoffeinspritzer 135 antworten auf den Brennstoffinjektionsbefehl 350 durch Einspritzen von Brennstoff in die Kompressionskammern 111 gemäß dem Brennstoffinjektionsbefehl. Der Brennstoffinjektionsbefehl enthält Instruktionen zum Ausführen eines Mehrfach-Injektions-Ereignisses. Die Instruktionen können die relative Zeitgebung einer Vielzahl von Brennstoffinjektionen und die Quantität oder Dosierung von Brennstoff, der in jeder der Vielzahl von Brennstoffinjektionen eingespritzt wird, einschließen. Der überschüssige Brennstoff, der vermittels des Mehrfach-Injektions-Ereignisses in die Kammern 111 eingespritzt wird, wird in der Form von UHC in das aus dem Motor 110 oder dem Abgasverteiler 116 emittierte Abgas übertragen. Wie oben erörtert, wird das überschüssige UHC durch den Oxidationskatalysator 140 oxidiert, was zu einer Erhöhung der Abgastemperatur führt. In bestimmten Implementierungen entspricht die befohlene Menge an überschüssigem UHC, die dem Abgas mittels der internen Brennstoffdosierstrategie zugesetzt wird, einer Abgastemperatur-Erhöhung (via Oxidation des UHC im Oxidationskatalysator 140), die zum Erzielen der gewünschten Filtereinlass-Abgastemperatur 360 erforderlich ist.
Zusätzlich zu oder getrennt von internen Brennstoffdosierungsstrategien können externe Brennstoffdosierungsstrategien angewendet werden, um dem Abgas überschüssiges UHC zur Erhöhung der Temperatur des Abgases zuzusetzen. Externe Brennstoffdosierungsstrategien beinhalten das Einspritzen von zusätzlichem Brennstoff direkt in den Abgasstrom mittels einem oder mehreren, stromabwärts von dem Motor-Abgasauslass und stromaufwärts von dem Oxidationskatalysators 140 lokalisierten Brennstoffeinspritzern (z. B. Brennstoffinjektor 137). Gemäß einigen Implementierungen ist das Brennstoffinjektionsstrategie-Modul 320 konfiguriert zum Generieren eines Brennstoffinjektionsbefehls 350 an den Brennstoffinjektor 137, um eine gewünschte Menge an Brennstoff in den Abgasstrom einzuspritzen. Wie bei internen Brennstoffdosierungsstrategien kann die befohlene Menge an überschüssigen UHC, die dem Abgas durch die externe Brennstoffdosierungsstrategie zugesetzt wird, einer Abgastemperaturerhöhung entsprechen, die zum Erzielen der gewünschten Filtereinlass-Abgastemperatur 360 nötig ist. Alternativ kann das Brennstoffinjektionsstrategie-Modul 320 zum Nutzen von sowohl internen als auch externen Brennstoffinjektionsstrategien konfiguriert sein, um die gewünschte Filtereinlass-Abgastemperatur 360 durch Generieren von Brennstoffinjektionsbefehlen 450 an die Injektoren 135 und Injektor 137, kollektiv die gewünschte Menge an überschüssigem UHC in das Abgas zuzusetzen, zu erzielen.
In manchen Implementierungen kann eine gewisse Erhöhung der Motorauslass-Abgastemperatur, zusätzlich zu der durch Brennstoffbeschickungsstrategien in Verbindung mit dem Oxidationskatalysator 140 bewirkten Erhöhung, notwendig sein, um die gewünschte Filtereinlass-Abgastemperatur 360 zu erzielen. In solchen Implementierungen kommunizieren das Motorsteuerungen-Modul 315 und das Brennstoffinjektionsstrategie-Modul 320 miteinander, wie in der 4 gezeigt, um Motortemperatur-Ansteuerungen-Befehle 345 und Brennstoffinjektionsbefehle 350 zu erzeugen, welche die Abgastemperatur kooperativ mittels Nicht-Brennstoffdosierungsstrategien bzw. Brennstoffdosierungsstrategien erhöhen. In manchen Ausführungsformen, worin des Motorsystem 100 einen Oxidationskatalysator 140 beinhaltet, kompensiert das Wärmemanagementmodul 275 demgemäß jegliche Temperaturänderungen im Abgas aufgrund des Betriebs der Oxidationskatalysatorkomponente durch derartiges Einstellen der gewünschten Motorauslass-Abgastemperatur, dass das aus dem Oxidationskatalysator austretende Abgas ungefähr gleich der gewünschten Filtereinlass-Abgastemperatur ist. In einer Implementierung verwendet das Wärmemanagementmodul 275 zum Beispiel zuerst Nicht-Brennstoffdosierungsstrategien zum Erhöhen der Temperatur des aus dem Motor austretenden und in den Oxidationskatalysator 140 eintretenden Abgases auf eine Temperatur über einer UHC-Anspringtemperatur bzw. -Zündtemperatur, welche eine vordefinierte Temperatur sein kann, die für das Auftreten von exothermer UHC-Oxidation notwendig ist. Sobald des Abgas die UHC-Anspringtemperatur erreicht, initiiert das Wärmemanagementmodul 275 dann Brennstoffdosierungsstrategien, um die Temperatur des Abgases weiter zu erhöhen, damit die gewünschte oder Soll-Filtereinlass-Abgastemperatur 360 erreicht wird.
Unter Bezugnahme auf die 5 ist das Hoch-NO_x-Modul 280 im Allgemeinen konfiguriert, um künstlich die Menge an NO_x im Abgasstrom zu erhöhen, welcher von dem Motor 110 erzeugt wird. In einer Implementierung erhöht das Hoch-NO_x-Modul 280 künstlich die Menge an NO_x im Abgasstrom in Antizipierung der Noxidationsregeneration des Filters 150. Zum Beispiel während die Regeneration des Filters 150 ausgelöst wird (z. B. liegt die geschätzte Ansammlung von Partikeln auf dem Filter über einem Schwellenwert, oder die Zeitspanne seit Initiation eines Regenerationsereignisses unter einem Schwellenwert), und wenn andere Betriebsbedingungen erfüllt werden, erteilt das Hoch-NO_x-Modul 280 einen oder mehrere Motor-NO_x-Steuerbefehle 405, um den Motor 110 in einem Hoch-NO_x-Modus zu betreiben. Die anderen Betriebsbedingungen sind gewisse Betriebsbedingungen, die den Lauf des Motors im Hoch-NO_x-Modus sicherstellen, was dazu führt, dass mehr Partikelsubstanz-Ansammlung via Noxidationsregeneration beseitigt wird, ohne dass signifikant erhöhte Spiegel von NO_x aus dem System in die Atmosphäre austreten. Demgemäß entspricht, in einigen Implementierungen, das Betreiben des Motors in einem Hoch-NO_x-Modus der Regeneration des Partikelfilters gemäß einem Noxidationsregenerations-Prozess.
Allerdings entspricht, in anderen Implementierungen, das Betreiben des Motors in einem Hoch-NO_x-Modus nicht der beschleunigten Noxidationsregeneration des Motors, sondern kann Betriebsbedingungen entsprechen, welche dazu imstande sind, hohe Spiegel an NO_x im Abgas zu behandeln, ohne darin zu versagen, die Anforderungen an die Abgasemissionen zu erfüllen. Wie hierin erörtert, stellt der Betrieb des Motorsystems im Hoch-NO_x-Modus viele Vorteile (z. B., erhöhte Brennstoff-Wirtschaftlichkeit) zusätzlich zur beschleunigten Noxidationsregeneration bereit. Folglich, wenn die Bedingungen des Motorsystems so sind, dass künstlich höhere Spiegel von NO_x im Abgasstrom durch NO_x-Reduktionstechnologien, die in Abgasnachbehandlungssystemen, wie SCR-Systemen, verwendet werden, ausreichend verringert werden können, initiiert das Hoch-NO_x-Modul 280 den Betrieb im Hoch-NO_x-Modus, um die Vorteile zu erzielen, welche der Betrieb im Hoch-NO_x-Modus bereitstellen kann. Selbst wenn ein Regenerationsereignis nicht ausgelöst wird, kann das Hoch-NO_x-Modul 280 zum Beispiel aktiviert werden, um das Motorsystem im Hoch-NO_x-Modus zu betreiben, wenn eine oder mehrere Betriebsbedingungen vorgeschriebene Schwellenwerte erreichen. In einer Implementierung wird das Hoch-NO_x-Modul 280 aktiviert, um das Motorsystem im Hoch-NO_x-Modus zu betreiben, wenn, neben anderen möglichen Bedingungen, eine geschätzte Menge an im DPF angesammelten Ruß über einem Schwellenwert liegt, wenn die Abgasnachbehandlungssystem-Temperatur über einem Schwellenwert liegt, und/oder wenn die Betriebsbedingungen für eine sehr hohe NO_x-Reduktionseffizienz durch das SCR-System förderlich sind.
In manchen Ausführungsformen erzeugt der Betrieb im Hoch-NO_x-Modus erheblich höhere Mengen an NO_x verglichen mit der Menge an NO_x, die unter den gleichen Betriebsbedingungen während des normalen Motorbetriebs erzeugt wird. In einer besonderen Implementierung ist die Menge an NO_x, die während des Betriebs im Hoch-NO_x-Modus erzeugt wird, mindestens etwa 20% höher als die Menge an NO_x, die während des normalen Motorbetriebs unter gleichen oder ähnlichen Betriebsbedingungen erzeugt wird. In noch weiteren Implementierungen ist die Menge an NO_x, die während des Betriebs im Hoch-NO_x-Modus erzeugt wird, bis zu etwa 50% höher und in einigen Fällen um etwa 100% oder noch höher als die Menge an NO_x, die während des normalen Motorbetriebs unter gleichen oder ähnlichen Betriebsbedingungen erzeugt wird.
In gewissen Implementierungen beinhalten die Motor-NO_x-Steuerbefehl(e) 405 Befehle zum Betätigen diverser Motorstellglieder zum Erhöhen (z. B. Optimieren) der Brennstoff-Wirtschaftlichkeit, zum Erhöhen der Konzentration an NO_x in dem aus dem Motor 110 austretenden Abgas und zum Aufrechthalten, während einer verlängerten Dauer, der Temperatur des aus dem Motor austretenden Abgases bei erhöhten Temperaturen innerhalb des Noxidationsregenerations-Bereichs. In einer bestimmten Implementierung umfassen die Motor-NO_x-Steuerbefehle 405 Befehle zum Senken der Menge an Brennstoff, die in die Verbrennungskammern des Motors eingespritzt wird (z. B. zum Erzeugen von extra-mageren Bedingungen innerhalb der Kammern), zum Erhöhen der Menge an Luft in den Verbrennungskammern (z. B. mittels Betätigen einer Einlassdrossel oder eines EGR-Ventils) und zum Einstellen der Brennstoffinjektions-Zeitgebung.
Aufgrund von stringenten Abgasemissionsvorschriften wird die Brennstoff-Wirtschaftlichkeit häufig behindert. Mit anderen Worten muss, in manchen Systemen, zur Erzielung regulierter Abgasemissionen (z. B. niedriger NO_x-Spiegel), der Motor in einem Modus betrieben werden, der mit einer geringer-als-erwünschten Brennstoff-Wirtschaftlichkeit assoziiert ist. Jedoch kann die Brennstoff-Wirtschaftlichkeit verbessert werden, wenn der Motor im Hoch-NO_x-Modus läuft, weil auferlegte Einschränkungen, aufgrund geringerer Motor-Austritts-NO_x-Sollwert-Grenzen, mit Blick auf den Brennstoffverbrauch beseitigt werden. Grundsätzlich wird der Hoch-NO_x-Modus betrieben, wenn bestimmte, mit der SCR-Katalysatorleistung assoziierte, Betriebsbedingungen erfüllt sind, wie etwa zum Beispiel wenn die Abgastemperatur und Raumgeschwindigkeit im Hochleistungsbereich des SCR-Katalysators liegen. Der auf diese Weise während des Betriebs im Hoch-NO_x-Modus verminderte Brennstoffverbrauch, und die Beseitigung von Ruß ohne den Einsatz von UHC helfen bei der Verbesserung des Brennstoffverbrauchs während Regenerationsereignissen. Dieser Vorteil ist besonders offensichtlich, wenn ein Motor unter moderat bis stark nichtstabilen (z. B. Stop-and-Go und Stadtverkehr) Fahrbedingungen betrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die 6, beinhaltet das Umschaltmodul 285 ein Oxidationskatalysator-Bedingungsmodul 420, ein Partikelfilter-Bedingungsmodul 425, ein SCR-Katalysator-Bedingungsmodul 430, ein Abgas-Bedingungsmodul 432 und ein Logikmodul 435. Im Allgemeinen ist das Umschaltmodul 285 konfiguriert zum Umschalten des Regenerationsmodus zwischen einem Oxidationsregenerations-Modus und einem Noxidationsregenerations-Modus während eines Regenerationsereignisses. Basierend auf Motor-Betriebsbedingungen 440 erzeugt das Umschaltmodul 285 einen Regenerationszustand-Befehl 480, der an das Wärmemanagementmodul 275, das Hoch-NO_x-Modul 280 und das Regenerationsmodul 260 weitergegeben wird. Der Befehl 480 beinhaltet Instruktionen, entweder die Oxidationsregeneration durchzuführen (d. h. das Wärmemanagementmodul 275 zu aktivieren und das Hoch-NO_x-Modul 280 zu deaktivieren), die Noxidationsregeneration durchzuführen (d. h. das Wärmemanagementmodul zu deaktivieren und das Hoch-NO_x-Modul zu aktivieren), oder ein laufendes Regenerationsereignis zu stoppen (d. h. sowohl das Wärmemanagementmodul als auch das Hoch-NO_x-Modul zu deaktivieren). Demgemäß, basierend auf den Motorbetriebsbedingungen 440 während eines ausgelösten Regenerationsereignisses, bestimmt das Umschaltmodul 285, welche von der Oxidations- bzw. Noxidationsregeneration für einen gegebenen Satz von Betriebsbedingungen passend ist, und, nach Bedarf, ein Umschalten von einem Betrieb in einem von den Oxidations- bzw. Noxidationsregenerationsmodi zu dem anderen von den Modi, falls angemessen.
Das Oxidationskatalysatorbedingungs-Modul 420 bestimmt oder ermittelt diverse Betriebsbedingungen, die mit dem Oxidationskatalysator 140 zusammenhängen. Zum Beispiel können, in einer Implementierung, die Motorbetriebsbedingungen 440 eine Eingabe aus einem Oxidationskatalysator-Auslass-Temperatursensor 124 stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 140 und stromaufwärts des Partikelfilters 150 beinhalten. Auf der Basis der Oxidationskatalysator-Auslass-Temperatursensor-Eingabe bestimmt das Oxidationskatalysatorbedingungs-Modul 420 eine Oxidationskatalysator-Auslass-Abgastemperatur. In einer anderen Implementierung können die Motor-Betriebsbedingungen 440 zusätzliche Eingaben umfassen, und das Oxidationskatalysatorbedingungs-Modul 420 kann eine Temperatur des Bettes des Oxidationskatalysators 140 bestimmen. In noch anderen Implementierungen können die Motorbetriebsbedingungen 440 eine Eingabe aus einem Oxidationskatalysator-Einlass-Temperatursensor stromaufwärts des Oxidationskatalysators 140 einschließen. Basierend auf der Oxidationskatalysator-Einlass-Temperatursensor-Eingabe bestimmt das Oxidationskatalysatorbedingungs-Modul 420 eine Oxidationskatalysatoreinlass-Abgastemperatur. In manchen Implementierungen kann die Oxidationskatalysatoreinlass-Abgastemperatur unter Verwendung anderer Techniken gemessen, bestimmt oder geschätzt werden, wie etwa durch die Anwendung von Modellen, virtuellen Sensoren und physikalischen Sensoren in direktem Kontakt mit dem Katalysator. In anderen Implementierungen bestimmt das Oxidationskatalysatorbedingungs-Modul 420 den Fluss von NO₂, der aus dem Oxidationskatalysator 140 austritt.
Das Partikelfilterbedingungs-Modul 425 bestimmt oder schätzt diverse Betriebsbedingungen, die mit dem Partikelfilter 150 assoziiert sind. Zum Beispiel können die Motorbetriebsbedingungen 440 eine Eingabe aus einem Filterauslass-Temperatursensor 124 stromabwärts des Partikelfilters 150 einschließen. Basierend auf der Filterauslass-Temperatursensor-Eingabe bestimmt das Oxidationskatalysatorbedingungs-Modul 425 eine Oxidationskatalysatorauslass-Abgastemperatur. Die Motorbetriebsbedingungen 440 können auch andere Eingaben einschließen, wie eine Eingabe aus dem Oxidationskatalysatorauslass-Temperatursensor 124 (oder Filter-Einlass-Temperatursensor) und/oder andere Eingaben, aus denen das Partikelfilterbedingungs-Modul 425 eine Temperatur des Betts des Partikelfilters 150 ermittelt.
Das SCR-Katalysatorbedingungs-Modul 430 bestimmt oder schätzt diverse Betriebsbedingungen, die mit dem SCR-Katalysator 170 assoziiert sind. Zum Beispiel können, in einer Implementierung, die Motorbetriebsbedingungen 440 eine Eingabe aus virtuellen und/oder physikalischen Sensoren einschließen. Basierend auf den Eingaben bestimmt das SCR-Katalysatorbedingungs-Modul 430 eine NO_x-Reduktionseffizienz des SCR-Katalysators 170.
Das Abgasbedingungs-Modul 432 des Umschaltmoduls 285 bestimmt oder schätzt diverse Betriebsbedingungen, die mit dem Abgas im System 100 assoziiert sind. Zum Beispiel können, in einer Implementierung, die Motorbetriebsbedingungen 440 eine Eingabe aus virtuellen oder physikalischen Sensoren einschließen, welche zum Bestimmen der Menge an NO_x, die im Abgas während des Betriebs im Hoch-NO_x-Modus vorhanden ist, und der Flussrate von Abgas durch das Nachbehandlungssystem 160 verwendet wird.
Das Logikmodul 435 des Umschaltmoduls 285 umfasst eine Logik, konfiguriert zum Erzeugen des Regenerationszustand-Befehls 480 basierend auf einer oder mehreren Ausgaben aus dem Oxidationskatalysatorbedingungs-Modul 420, dem Partikelfilterbedingungs-Modul 425, dem SCR-Katalysatorbedingungs-Modul 430 und dem Abgasbedingungs-Modul 432. Im Allgemeinen speichert oder berechnet das Logikmodul 435 einen oder mehrere Schwellenwerte und erzeugt den Regenerationszustand-Befehl 480 auf der Basis eines Vergleichs zwischen den Ausgaben aus den Modulen 420, 425, 430, 432 und den Schwellenwerten.
Eine von den Motorbetriebsbedingungen 440, die von dem Umschaltmodul 285 empfangen werden, beinhaltet die Auslösung eines Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul 260. Nachdem ein Regenerationsereignis ausgelöst ist, wird das Umschaltmodul 285 aktiviert, um einen Regenerationszustand-Befehl 480, einschließlich Instruktionen zum Aktivieren des Wärmemanagementmoduls 275 und Deaktivieren des Hoch-NO_x-Moduls 280, zu generieren. Sobald dieser Regenerationszustand-Befehl 480 von dem Wärmemanagementmodul 275 empfangen wird, initiiert das Wärmemanagementmodul einen Oxidationsregenerations-Prozess, wie oben erörtert, und das Hoch-NO_x-Modul 280 wird deaktiviert.
Das Logikmodul 435 überwacht Bedingungen des Systems 100 während des Oxidationsregenerationsprozesses, der vom Wärmemanagementmodul 275 gesteuert wird, und initiiert ein Umschalten zu einem Noxidationsregenerationsprozess nach einer ersten Zeitperiode (d. h. die Zeit ab Initiation des Oxidationsregenerationsprozesses bis zu einem Zeitpunkt, wenn die überwachten Bedingungen gewisse Schwellen erreichen). Wenn die Schwellen erreicht sind, und ein Umschalten gewünscht ist, wird ein neuer Regenerationszustand-Befehl 480 von dem Logikmodul 435 erzeugt, und zwar mit Instruktionen zum Deaktivieren des Wärmemanagementmoduls 275 und Aktivieren des Hoch-NO_x-Moduls 285. Sobald der neue Regenerationszustand-Befehl 480 von dem Hoch-NO_x-Modul 285 empfangen wird, initiiert das Hoch-NO_x-Modul einen Noxidationsregenerationsprozess, wie oben erörtert, und das Wärmemanagementmodul 275 wird deaktiviert.
In einer Implementierung, wird der neue Regenerationszustand-Befehl 480, der die Regeneration von Oxidation auf Noxidation umschaltet, erteilt, wenn die Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur, bestimmt durch das Oxidationskatalysatorbedingungs-Modul 420, einen Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur-Schwellenwert während einer kalibrierten oder vordefinierten Zeitspanne überschreitet. Der Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur-Schwellenwert kann gleich der Differenz zwischen einer Soll-Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur und einer zulässigen Temperaturschwankung sein. Allgemein repräsentiert, in manchen Implementierungen, die Soll-Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur die Temperatur, bei der eine Oxidationsregeneration aufzutreten beginnt. Die zulässige Temperaturschwankung kann ein beliebiger von verschiedenen Werten sein, die ausreichend hoch sind, um Inkonsistenzen und Variabilitäten auszugleichen, welche im System vorhanden sein können. In einigen Fällen ist die zulässige Temperaturschwankung nicht größer als etwa 5–10°C. In noch anderen Implementierungen ist die zulässige Temperaturschwankung nicht mehr als etwa 20–30°C oder nicht mehr als etwa 50°C oder darüber. Die vordefinierte Zeitspanne wird so gewählt, dass sie geringer ist als eine Zeitspanne, die nötig ist, um den Filter 150 allein durch Oxidationsregeneration im Wesentlichen vollständig zu regenerieren. Mit anderen Worten, wird die vordefinierte Zeitspanne so gewählt, dass die Oxidationsregeneration, die durch das Wärmemanagementmodul 275 gesteuert wird, den Filter 150 nicht vollständig regeneriert, und dass eine nennenswerte Menge an Partikelsubstanzansammlung auf dem Filter verbleibt, wenn die vordefinierte Zeitspanne erreicht wird.
In gewissen Implementierungen ist die vordefinierte Zeitspanne nur lang genug, um zu gewährleisten, dass die künstlich herbeigeführte hohe Temperatur des Filters stabilisiert wird, bevor man die Temperatur sinken lässt. Tatsächlich ist in manchen Implementierungen die vordefinierte Zeitspanne geringer als 50% der Zeitspanne, die nötig wäre, um den Filter 150 allein durch Oxidationsregeneration im Wesentlichen vollständig zu regenerieren. In anderen Implementierungen beträgt die vordefinierte Zeitspanne zwischen etwa 2% und etwa 10% der Zeitspanne, die nötig wäre, um den Filter 150 allein durch Oxidationsregeneration im Wesentlichen vollständig zu regenerieren. Folglich sind, in gewissen Implementierungen, während eines ausgelösten Regenerationsereignisses, nur zwischen etwa 2% und etwa 10% der Beseitigung von Partikelsubstanz aus dem Filter 150 der Oxidationsregeneration zuzuschreiben, wobei etwa 90% bis etwa 98% der Noxidationsregeneration zuzuschreiben sind. Obwohl nicht notwendigerweise eine lineare Beziehung zwischen der Menge an verbranntem Ruß und der zum Verbrennen des Rußes erforderlichen Zeit besteht, können das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung in bestimmten Implementierungen zum Verbrennen des Großteils des Rußes mittels Noxidationsregeneration konfiguriert sein.
In einer anderen Implementierung wird der neue Regenerationszustand-Befehl 480, der die Regeneration von Oxidation auf Noxidation umschaltet, erteilt, wenn die Filterauslasstemperatur, die durch das Partikelfilterbedingungs-Modul 425 bestimmt wird, eine Filterauslasstemperatur-Schwelle überschreitet. Die Filterauslasstemperatur-Schwellenwerte können vordefiniert sein und auf verschiedenen Faktoren basieren, wie der Abgasflussrate (z. B. erlauben höhere Flussraten höhere Filterauslasstemperatur-Schwellenwerte) und dem Rußbelastungs-Schätzwert (z. B. erlauben geringere Rußbelastungs-Schätzwerte höhere Filterauslasstemperatur-Schwellenwerte). Generell sind die Filterauslasstemperatur-Schwellenwerte niedrig genug, um den Filter und andere Komponenten des Systems vor Schäden durch übermäßige Wärme zu bewahren.
Der neue Regenerationszustand-Befehl 480, der die Regeneration von Oxidation auf Noxidation umschaltet, kann erteilt werden, wenn entweder die Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur die Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur-Schwelle während einer kalibrierten oder vordefinierten Zeitspanne überschreitet oder die Filterauslasstemperatur eine Filterauslass-Temperatur-Schwelle überschreitet. Alternativ kann der neue Regenerationszustand-Befehl 480, der die Regeneration von Oxidation auf Noxidation umschaltet, nur erteilt werden, wenn die Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur die Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur-Schwelle während einer kalibrierten oder vordefinierten Zeitspanne überschreitet und die Filterauslass-Temperatur eine Filterauslass-Temperatur-Schwelle überschreitet.
In manchen Implementierungen wird ein neuer Regenerationszustand-Befehl 480, der die Regeneration von Oxidation im Wärmemanagementmodus auf Noxidation im Hoch-NO_x-Modus umschaltet, vom Logikmodul 435 erst erteilt, wenn das Betreiben des Motors im Hoch-NO_x-Modus vorteilhaft sein wird (z. B. zu einer zusätzlichen und/oder wirksameren Noxidationsregeneration von Partikelsubstanz aus dem Filter 150 führt). In einer Implementierung erteilt das Logikmodul 435 den neuen Regenerationszustand-Befehl 480 und leitet ihn an das Hoch-NO_x-Modul 280 weiter, um das Hoch-NO_x-Modul zu aktivieren, wenn erste und zweite Betriebsbedingungen erfüllt sind. Grundsätzlich ist in manchen Ausführungsformen die Steuereinheit 130 konfiguriert zum Steuern des Motorsystems 100, um die Temperatur des Partikelfilterbetts rasch auf eine hohe Temperatur zu steigern, die für Oxidationsregeneration förderlich ist, und die hohe Temperatur des Bettes während einer relativ kurzen Zeitdauer beizubehalten, verglichen mit Oxidationsregenerationssystemen des Stands der Technik. Danach wird die Steuereinheit 130 konfiguriert zum Steuern des Motorsystems 100, um hohe Spiegel an NO_x zu produzieren, während die künstliche Erhöhung der Abgastemperaturen beendet und die Abgastemperaturen unter die Hochtemperatur absinken gelassen werden, welche für die Oxidationsregeneration nötig ist. Weil der Spiegel an NO_x im Abgas künstlicherweise hoch ist, wird mehr NO_x zu NO₂ umgewandelt. Darüber hinaus, weil die Noxidationsregeneration bei höheren Temperaturen effektiver ist, wenn genug NO₂ vorhanden ist, und als Folge des Betreibens im Hoch-NO_x-Modus mehr NO₂ vorhanden ist, ist die Noxidationsregeneration des Filters effektiver als herkömmliche Verfahren.
Die erste Betriebsbedingung beinhaltet entweder eine Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur, die niedriger als eine Minimumtemperatur ist, die assoziiert ist mit einem NO₂-zu-NO_x-Verhältnis von mindestens einem Schwellen-Verhältnis, oder einen Schätzwert des Oxidationskatalysatorauslass-NO₂-Flusses, der größer als ein vordefinierter übernormaler NO₂-Fluss ist. Eine Oxidationskatalysatorauslass-Temperatur, die niedriger als eine mit einer NO₂-zu-NO_x-Verhältnis-Schwelle assoziierte Minimumtemperatur ist, ist verantwortlich für die Reduktion von NO₂-Spiegeln bei höherer Temperatur aufgrund der thermodynamischen Gleichgewichts-Beschränkung des NO₂-zu-NO_x Verhältnisses. Der NO₂-zu-NO_x-Verhältnis-Schwellenwert kann in manchen Implementierungen zwischen etwa 0,1 und etwa 0,3 liegen. In bestimmten Implementierungen beträgt der NO₂-zu-NO_x-Verhältnis-Schwellenwert etwa 0,2. Ein Oxidationskatalysatorauslass-NO₂-Fluss-Schätzwert, der größer ist als ein vordefinierter übernormaler NO₂-Fluss, bedeutet, dass der Betrieb im Hoch-NO_x-Modus wahrscheinlich eine erhöhte Menge an NO_x im Abgas erzeugen wird, um einen übernormalen NO₂-Spiegel zu erreichen oder zu überschreiten, der für eine effiziente Noxidationsregeneration bei erhöhten Temperaturen nötig ist.
Die zweite Betriebsbedingung ist, dass das Produkt von einer geschätzten Menge an NO_x im Hoch-NO_x-Modus und der NO_x-Reduktionseffizienz des SCR-Katalysators geringer ist als die erlaubte Maximum-Menge an während der Regeneration aus dem System austretenden Auspuffendrohr-NO_x. Die zweite Betriebsbedingung berücksichtigt die Möglichkeit, dass die NO_x-Reduktionseffizienz des SCR nicht hoch genug ist, um das im Hoch-NO_x-Modus erzeugte überschüssige NO_x während der Filterregeneration adäquat zu einem Spiegel unterhalb der vorgeschriebenen maximal zulässigen Auspuff-NO_x-Werte zu reduzieren. Um die Einhaltung von Emissionsvorschriften zu gewähren, wird das Logikmodul 285 einen neuen Regenerationszustand-Befehl 480, der die Regeneration von Oxidation zu Noxidation im Hoch-NO_x-Modus umschaltet, erst dann erteilen, wenn diese zweite Betriebsbedingung erfüllt worden ist.
Obwohl oben zwei spezifische Betriebsbedingungen erörtert sind, können in anderen Ausführungsformen weniger oder mehr als die zwei spezifischen Betriebsbedingungen erforderlich sein, oder andere, nicht spezifisch erwähnte, Betriebsbedingungen können erforderlich sein, bevor der Betrieb im Hoch-NO_x-Modus zugelassen wird. In manchen Fällen können die Betriebsbedingungen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Raumgeschwindigkeit-Beschränkungen, O₂-Beschränkungen, Brennstoffgeschwindigkeit- oder Drehmomentgeschwindigkeit-Beschränkungen einschließen, repräsentiert in einer oder mehreren vordefinierten Aufstellungen bzw. Karten, welche die Region oder Regionen vorschreiben, in denen ein Betrieb im Hoch-NO_x-Modus statthaft ist.
Das Logikmodul 435 überwacht Bedingungen des Systems 100 während des Noxidationsregenerationsprozesses, assoziiert mit dem Betreiben des Motors im Hoch-NO_x-Modus, und initiiert ein Zurückschalten zu einem Oxidationsregenerations-Prozess nach einer zweiten Zeitperiode (d. h. die Zeit ab der Initiation des Noxidationsregenerations-Prozesses bis zu einem Zeitpunkt, an dem die überwachten Bedingungen bestimmte Schwellen erreichen). Wenn ein Zurückschalten zur Oxidationsregeneration gewünscht ist, wird ein neuer Regenerationszustand-Befehl 480 erzeugt, und zwar mit Instruktionen zum Aktivieren des Wärmemanagementmoduls 275 und Deaktivieren des Hoch-NO_x-Moduls 285. Sobald der neue Regenerationszustand-Befehl 480 vom Hoch-NO_x-Modul 285 empfangen wird, wird das Hoch-NO_x-Modul deaktiviert und das Wärmemanagementmodul 275 initiiert einen Oxidationsregenerationsprozess, wie oben erörtert. Der neue Oxidationsregenerationsprozess dauert eine dritte Zeitperiode lang an (d. h. die Zeit ab Initiation des zweiten Oxidationsregenerationsprozesses bis zu einem Zeitpunkt, an dem die überwachten Bedingungen gewisse Schwellen erreichen (z. B. dieselben Schwellen, die mit der ersten Zeitperiode assoziiert sind)).
In einer Implementierung wird der neue Regenerationszustand-Befehl 480, der die Regeneration von Noxidation zurück zu Oxidation schaltet, nur erteilt, wenn die Bett-Temperatur des Oxidationskatalysators 140 geringer als ein Minimumschwellenwert wird. Der Oxidationskatalysatorbett-Temperatur-Minimumschwellenwert kann eine vordefinierte Schwelle sein, die mit einer minimalen Verbrennungsrate von Partikelsubstanz aus dem Filter 150 assoziiert ist. Zum Beispiel beträgt, in einer Implementierung, die minimale Verbrennungsrate etwa 0,1 g/min, und der Oxidationskatalysatorbett-Temperatur-Minimumschwellenwert liegt zwischen etwa 300°C und etwa 320°C, je nach der Größe und dem chemischen Aufbau (z. B. katalysiert oder nicht-katalysiert) des Filters.
Zusätzlich oder alternativ zum Erfordernis, dass die Bett-Temperatur des Oxidationskatalysators 140 geringer als ein Minimum-Schwellenwert sein soll, wird in einer Implementierung der neue Regenerationszustand-Befehl 480, der die Regeneration von Noxidation zurück zu Oxidation schaltet, nur dann erteilt und an das Wärmemanagementmodul 275 weitergeleitet, wenn das System 100 innerhalb eines vordefinierten Oxidationskatalysatoreinlass-Abgastemperaturbereichs, Abgasflussratenbereichs und Partikelfilterbett-Temperaturbereichs arbeitet. Diese Betriebsbedingungs-Bereiche werden gewählt und kooperativ vorkalibriert gemäß den optimalen allgemeinen Betriebsumgebungen zum Regenerieren des Filters unter Verwendung von Oxidationsregeneration gegenüber Noxidationsregeneration. Mit anderen Worten ist, wenn die überwachten Betriebsbedingungen innerhalb jedes der drei Bereiche liegen, die allgemeine Betriebsumgebung förderlicher für Oxidationsregeneration als für Noxidationsregeneration, und ein Umschalten zu Oxidationsregeneration sollte ausgeführt werden. Im Gegensatz dazu, wenn mindestens eine von den überwachten Betriebsbedingungen außerhalb der jeweiligen drei Bereiche liegt, ist die allgemeine Betriebsumgebung förderlicher für Noxidationsregeneration als für Oxidationsregeneration, und der Noxidationsregenerationsprozess sollte beibehalten werden. Demgemäß erteilt das Logikmodul 435 einen neuen Regenerationszustand-Befehl 480, um von der Noxidationsregeneration zu Oxidationsregeneration umzuschalten, wenn die allgemeine Betriebsumgebung die Schwellenwertbereiche erreicht, und erteilt keinen neuen Regenerationszustand-Befehl 480, wenn die Schwellenwertbereiche nicht erreicht werden. Obwohl die Betriebsbedingungs-Bereiche mit der Oxidationskatalysatoreinlass-Abgastemperatur, der Abgasflussrate und der Partikelfilter-Bett-Temperatur assoziiert sind, können weniger oder mehr als diese drei Betriebsbedingungsbereiche benutzt werden, um die optimalen Umgebungen für Oxidations- bzw. Noxidationsregeneration zu bestimmen.
In manchen Ausführungsformen wird, selbst wenn die überwachte Verbrennungsrate und/oder allgemeine Betriebsumgebung ein Umschalten von dem Noxidationsregenerationszustand (Hoch-NO_x-Modus) zurück zu einem Oxidationsregenerationszustand nahelegt, das Logikmodul 435 einen neuen Regenerationszustand-Befehl 480 erteilen, der das Regenerationsereignis insgesamt stoppt, wenn: (1) der Partikelsubstanzfilter ausreichend regeneriert ist; oder (2) die Regeneration des Partikelfilters länger als für einen Zeitdauer-Schwellenwert (z. B. etwa 60 Minuten, in einer Implementierung) ausgelöst gewesen ist.
In noch weiteren Ausführungsformen wird, wenn die überwachte Verbrennungsrate unter einem Minimum-Schwellenwert liegt und während einer Schwellenwertzeitdauer fortgesetzt dabei verbleibt, das Logikmodul 435 dann einen neuen Regenerationszustand-Befehl 480 mit Instruktionen zum Beenden des Hoch-NO_x-Modus (z. B. Noxidationsregeneration) und Reinitiieren des Oxidationsmodus erteilen. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, beinhaltet der neue Regenerationszustand-Befehl 480 im Wesentlichen Instruktionen zur Deaktivierung des Hoch-NO_x-Moduls 280 und zur Rückkehr zur Oxidations-basierten Regeneration durch Aktivieren des Wärmemanagementmoduls 275.
Im Allgemeinen sind die oben erörterten Schwellen und Schwellenwertbereiche gemäß der gewünschten Leistung und Effizienz des Systems vorkalibriert. Zum Beispiel können die Schwellen und Schwellenwertbereiche vorkalibriert sein, um effektiv eine hohe (z. B. maximale) Rußverbrennungsrate und einen niedrigen (z. B. minimalen) Brennstoffverbrauch während eines Regenerationsereignisses auf einem Partikelfilter zu erzielen.
Eine Ausführungsform eines Verfahrens 500 zum Steuern der Regeneration eines Partikelfilters (z. B. Partikelfilter 150) ist in der 7 gezeigt. In einer Implementierung verwendet das Verfahren 500 die oben beschriebenen Module der Steuereinheit 130, um verschiedene Maßnahmen oder Schritte auszuführen. Jedoch kann, in anderen Implementierungen, das Verfahren 500 andere Module oder Komponenten nutzen, die hierin nicht beschrieben sind, um die verschiedenen Aktionen oder Schritte auszuführen. Zur Bezugnahme darauf, werden einige der Aktionen des Verfahrens 500 nachstehend so beschrieben, wie sie durch die hierin spezifisch aufgeführten Module umgesetzt werden.
Wie in der 7 gezeigt, beginnt das Verfahren 500 durch Bestimmen bzw, Entscheiden an 505 ob ein Regenerations-Auslöser auf AN gestellt ist. In einer Implementierung ist das Regenerationsmodul 260 funktionsfähig, um die Zustandsbedingung des Systems 100 zu überwachen, und den Regenerations-Auslöser auf AN zu stellen, wenn die überwachten Bedingungen nahelegen, dass der Filter eine Regeneration benötigt. Wenn der Filter keine Regeneration benötigt, dann wird der Auslöser auf AUS gestellt bleiben, und das Verfahren 500 endet. Wenn der Regenerations-Auslöser aber auf AN eingestellt wird, wie bei 505 bestimmt, dann schreitet das Verfahren 500 voran, um das Motorsystem 100 in einem Wärmemanagementmodus bei 510 zu betreiben, um zumindest eine partielle Oxidationsregeneration des Filters zu bewirken. Der Betrieb des Motorsystems 100 im Wärmemanagementmodus kann durch das Wärmemanagementmodul 275, wie oben beschrieben, gesteuert werden.
Nach Initiieren des Betriebs des Motorsystems im Wärmemanagementmodus, bestimmt das Verfahren 500 bei 515, ob zumindest eine erste Betriebsbedingung stromabwärts von dem Oxidationskatalysator des Motorsystems einen assoziierten Schwellenwert erreicht hat. Wenn die mindestens eine erste Betriebsbedingung ihren assoziierten Schwellenwert nicht erreicht hat, dann fährt das Verfahren 500 damit fort, das Motorsystem bei 510 im Wärmemanagementmodus zu betreiben. Wenn jedoch die mindestens eine erste Betriebsbedingung ihren assoziierten Schwellenwert erreicht hat, dann schreitet das Verfahren 500 voran, bei 520 den Betrieb des Motorsystems im Wärmemanagementmodus zu beenden. Im Wesentlichen bestimmt, während das Motorsystem bei 510 im Wärmemanagementmodus betrieben wird, das Verfahren 500 kontinuierlich, ob die mindestens eine erste Betriebsbedingung erreicht worden ist. In manchen Implementierungen umfasst die mindestens eine erste Betriebsbedingung zwei erste Betriebsbedingungen und assoziierte Schwellen: (1) die Oxidationskatalysatorauslass-Abgastemperatur überschreitet eine assoziierte Temperaturschwelle während einer vordefinierten Zeitspanne; und (2) eine Filterauslass-Abgastemperatur überschreitet eine assoziierte Temperaturschwelle (z. B. Soll-Temperatur). In einer Implementierung müssen beide ersten Betriebsbedingungen ihre jeweilgen Schwellen erreichen, damit die Bestimmung bei 515 affirmativ beantwortet bzw. entschieden wird. Im Gegensatz dazu muss, in einer anderen Implementierung, nur eine von den ersten Betriebsbedingungen ihre jeweilige Schwelle erreichen, damit die Bestimmung bei 515 affirmativ beantwortet wird.
Nach Einstellen des Betriebs des Motorsystems im Wärmemanagementmodus bei 520 in Hinblick auf eine affirmative Antwort bei 515, bestimmt das Verfahren 500, ob der Betrieb des Motorsystems in einem Hoch-NO_x-Modus bei 530 angemessen, vorteilhaft oder wünschenswert für eine effektive Noxidationsregeneration sein würde. Wenn die Entscheidung bei 530 affirmativ beantwortet wird, dann schreitet das Verfahren 500 voran, bei 535 das Motorsystem im Hoch-NO_x-Modus zu betreiben. Gemäß einer Implementierung wäre der Betrieb im Hoch-NO_x-Modus angemessen, wenn (1) eine Minimumtemperatur, assoziiert mit einem NO₂-zu-NO_x-Verhältnis von mindestens einem Schwellenwert-Verhältnis, oder einem Oxidationskatalysatorauslass-NO₂-Fluss, größer ist als ein vordefinierter übernormaler NO₂-Fluss; und (2) das Produkt von einer geschätzten Menge von NO_x im Hoch-NO_x-Modus und der NO_x-Reduktionseffizienz von dem SCR-Katalysator geringer ist als die während der Regeneration zulässige Maximum-Menge von aus dem System austretenden Auspuff-NO_x, wie oben beschrieben. Wenn jedoch die Entscheidung bei 530 negativ ist (d. h. Betrieb im Hoch-NO_x-Modus nicht angemessen ist), umgeht das Verfahren 500 im Wesentlichen den Betrieb des Motorsystems im Hoch-NO_x-Modus und fährt damit fort, bei 550 zu bestimmen, ob das Regenerationsereignis weitergehen (durch Zurückschalten, falls durch die vierten Betriebsbedingungen erfordert, zu dem Betrieb im Wärmemanagementmodus zum erneuten Erhöhen der Temperatur und Schaffen von Oxidationsregenerations-Bedingungen) oder aufhören sollte.
Es wird angemerkt, dass Noxidationsregeneration noch stattfinden kann, während das Regenerationsereignis ausgelöst ist, selbst obwohl das Motorsystem 100 nicht im Hoch-NO_x-Modus arbeitet (d. h. Betrieb im Hoch-NO_x-Modus ist nicht angemessen). Mit anderen Worten, wird der Betrieb im Hoch-NO_x-Modus nicht erfordert, damit Noxidationsregeneration auftritt. Zum Beispiel, wie oben erörtert, sobald der Betrieb im Wärmemanagementmodus bei 520 beendet wird, wird das NO₂ im Abgas zunehmen (und Noxidationsregeneration wird auftreten), weil es weniger UHC gibt, das durch den DOC hindurchläuft. Darüber hinaus ist, nachdem der Betrieb im Wärmemanagementmodus bei 520 gestoppt wird, die künstlicherweise erhöhte Abgastemperatur hoch genug, dass selbst kleine Mengen an NO₂ im Abgas, wie auch etwas O₂ im Abgas, die Noxidationsregeneration induzieren werden. Folglich, ist der Betrieb im Hoch-NO_x-Modus nicht für das Auftreten von Noxidationsregeneration erforderlich, sondern der Betrieb im Hoch-NO_x-Modus wird angewandt, um die Noxidationsregeneration zu beschleunigen. Deshalb, in manchen Implementierungen, nachdem der Betrieb des Motorsystems im Wärmemanagementmodus aufhört, 520, wie etwa wenn der DOC-Auslasstemperatur-Schwellenwert für eine vordefinierte Zeitspanne erfüllt ist, währt die Regeneration des Partikelfilters fort (d. h. die Regeneration bleibt ausgelöst), ohne das Motorsystem im Hoch-NO_x-Modus zu betreiben. Mit anderen Worten, während ein Regenerationsereignis ausgelöst ist, kann das Motorsystem von einem Wärmemanagementmodus zu einem Nicht-Wärmemanagementmodus umschalten (der in manchen Implementierungen ein Hoch-NO_x-Modus ist, und in anderen Implementierungen ein anderer Modus als ein Hoch-NO_x-Modus ist).
Wenn bei 530 bestimmt wird, dass das Annehmen des Betriebs im Hoch-NO_x-Modus passend ist, schreitet das Verfahren 500 danach voran, das Motorsystem bei 535 im Hoch-NO_x-Modus zu betreiben, um überschüssiges NO_x für die beschleunigte Noxidationsregeneration des Filters zu erzeugen. Nach Initiieren des Betreibens des Motorsystems im Hoch-NO_x-Modus bestimmt das Verfahren 500 bei 540, ob mindestens eine zweite Betriebsbedingung des Motorsystems einen assoziierten Schwellenwert erreicht hat. Wenn die mindestens eine zweite Betriebsbedingung nicht ihren assoziierten Schwellenwert erreicht hat, dann fährt das Verfahren 500 damit fort, bei 535 das Motorsystem im Hoch-NO_x-Modus zu betreiben. Wenn jedoch die mindestens eine zweite Betriebsbedingung ihren assoziierten Schwellenwert erreicht hat, dann schreitet das Verfahren 500 voran, den Betrieb des Motorsystems im Hoch-NO_x-Modus bei 545 zu beenden. Im Wesentlichen, während das Motorsystem bei 535 im Hoch-NO_x-Modus arbeitet, bestimmt das Verfahren 500 kontinuierlich, ob die mindestens eine zweite Betriebsbedingung erreicht worden ist. In manchen Implementierungen umfasst die mindestens eine zweite Betriebsbedingung zwei zweite Betriebsbedingungen und assoziierte Schwellenwerte, wie etwa: (1) die Bett-Temperatur des Oxidationskatalysators 140 ist geringer als ein Minimum-Schwellenwert; und (2) das System arbeitet innerhalb eines vordefinierten Oxidationskatalysatoreinlass-Abgastemperaturbereichs, Abgasflussraten-Bereichs und Partikelfilter-Bett-Temperaturbereichs. In einer Implementierung müssen beide zweiten Betriebsbedingungen ihre jeweiligen Schwellen erreichen, damit die Bestimmung bei 540 affirmativ beantwortet werden kann. Im Gegensatz dazu muss in einer anderen Implementierung, nur eine von den zweiten Betriebsbedingungen ihre jeweilige Schwelle erreichen, damit die Bestimmung bei 540 affirmativ beantwortet werden kann.
Nach Beenden des Betriebs des Motorsystems im Hoch-NO_x-Modus bei 545 in Hinsicht auf eine affirmative Antwort bei 540, bestimmt das Verfahren 500, ob mindestens eine dritte Betriebsbedingung des Motorsystems einen assoziierten Schwellenwert erreicht hat, und zwar bei 550. Wenn die Entscheidung bei 550 affirmativ beantwortet wird, dann stellt das Verfahren 500 bei 555 den Regenerationsereignis-Auslöser auf AUS, um das Regenerationsereignis auf dem Partikelfilter zu stoppen, und das Verfahren endet. In einigen Implementierungen umfasst die mindestens eine dritte Betriebsbedingung drei dritte Betriebsbedingungen und assoziierte Schwellen, wie: (1) das Ausmaß der Ansammlung auf dem Filter fällt unter eine Ansammlungsbelastungs-Untergrenze; (2) die Regeneration des Filter ist für mehr als einen Zeit-Schwellenwert lang ausgelöst gewesen, wie oben erörtert; und (3) die überwachte Verbrennungsrate liegt unter einem Minimum-Schwellenwert. In einer Implementierung müssen alle drei von den dritten Betriebsbedingungen ihre jeweiligen Schwellen erreichen, damit die Bestimmung bei 550 affirmativ beantwortet werden kann. Im Gegensatz dazu müssen in einer anderen Implementierung, nur eine oder zwei von den dritten Betriebsbedingungen ihre jeweilige Schwelle erreichen, damit die Bestimmung bei 550 affirmativ beantwortet werden kann.
Wenn die Entscheidung bei 550 negativ beantwortet wird, dann schreitet das Verfahren 500 voran, bei 560 zu bestimmen, ob mindestens eine vierte Betriebsbedingung einen entsprechenden vierten Schwellenwert erreicht hat. Wenn die Entscheidung bei 560 negativ beantwortet wird, dann kehrt das Verfahren 500 zurück zum Betreiben des Motorsystems im Wärmemanagementmodus, bei 510. Wenn jedoch die Entscheidung bei 560 positiv beantwortet wird, dann kehrt das Verfahren 500 zurück zum Bestimmen, ob der Betrieb im Hoch-NO_x-Modus angemessen ist, und zwar bei 530. Generell, entscheidet die Bestimmung bei 560, ob die Bedingungen des Motorsystems förderlich sind für die Rückkehr zum Betrieb in einem Wärmemanagementmodus zum künstlichen Erhöhen der Abgastemperatur, damit Oxidationsregeneration auftritt, oder ob die Bedingungen nicht für den Betrieb im Wärmemanagementmodus förderlich sind, und vollführt eine Nachprüfung, um festzustellen, ob es passender ist, sollte der Betrieb im NO_x-Modus für Noxidationsregeneration auftreten. In manchen Implementierungen umfasst die mindestens eine vierte Betriebsbedingung mehrere Bedingungen und assoziierte Schwellen, wie etwa: (1) die DOC-Auslass- oder DPF-Einlass-Abgastemperatur ist unter einer Minimumtemperatur-Schwelle, die mit Noxidation assoziiert ist (z. B. zwischen 300°C und 320°C); (2) der Abgasfluss ist über einem Minimumfluss-Schwellenwert; und (3) der Motorbetriebspunkt liegt innerhalb einer kalibrierten zulässigen Region einer Motorgeschwindigkeit-Drehmoment-Auftragung. In einer Implementierung müssen alle drei der vierten Betriebsbedingungen ihre jeweiligen Schwellen erreichen, damit die Bestimmung bei 560 positiv beantwortet werden kann. Im Gegensatz dazu müssen in einer anderen Implementierung, nur eine oder zwei von den vierten Betriebsbedingungen ihre jeweilige Schwelle erreichen, damit die Bestimmung bei 560 positiv beantwortet werden kann.
Die oben beschriebenen schematischen Fluss-Ablaufdiagramme und schematischen Verfahrensdiagramme sind im Allgemeinen als logische Flussdiagramm-Grafiken dargestellt. Als solches sind die angezeigte Reihenfolge und gekennzeichneten Schritte verdeutlichend für representative Ausführungsformen. Andere Schritte und Verfahren können in Betracht gezogen werden, welche äquivalent hinsichtlich Funktion, Logik oder Effekt zu einem oder mehreren Schritten, oder Abschniten davon, der in den schematischen Diagrammen veranschaulichten Verfahren sind. Darüber hinaus werden das verwendete Format und die verwendeten Symbole bereitgestellt, um die logischen Schritte der schematischen Diagramme zu erläutern, und es versteht sich, dass sie den Umfang der durch die Diagramme veranschaulichten Verfahren nicht beschränken. Obwohl verschiedene Pfeiltypen und Linientypen in den schematischen Diagrammen verwendet werden können, versteht es sich, dass sie den Umfang der entsprechenden Verfahren nicht beschränken. Tatsächlich können einige Pfeile oder andere Verbindungslinien verwendet werden, um lediglich den logischen Ablauf eines Verfahrens anzuzeigen. Zum Beispiel kann ein Pfeil eine Warte- oder Überwachungsperiode von unspezifizierter Dauer zwischen aufgeführten Schritten eines dargestellten Verfahrens anzeigen. Darüber hinaus kann die Reihenfolge, in der ein bestimmtes Verfahren stattfindet, strikt der gezeigten Reihenfolge der entsprechenden Schritte folgen, oder nicht.
Viele von den in dieser Patentschrift beschriebenen funktionalen Einheiten sind als Module bezeichnet worden, um insbesondere ihre Implementierungs-Unabhängigkeit zu betonen. Zum Beispiel kann ein Modul als ein Hardware-Schaltkreis, umfassend maßgefertigte VLSI-Schaltungen oder Gate-Arrays, serienmäßige gefertigte Halbleiter, wie etwa Logik-Chips, Transistoren, oder andere diskrete Komponenten, implementiert sein. Ein Modul kann auch in programmierbaren Hardware-Vorrichtungen, wie Feld-programmierbaren Gate-Arrays, programmierbarer Array-Logik, programmierbaren Logik-Vorrichtungen oder dergleichen implementiert sein.
Module können auch in Software zur Ausführung durch verschiedene Typen von Prozessoren implementiert sein. Ein identifiziertes Modul von computerlesbarem Programm-Code kann zum Beispiel einen oder mehrere physikalische oder logische Blöcke von Computerkommandos umfassen, welche zum Beispiel als Objekt, Prozedur, oder Funktion organisiert sein können. Nichtsdestoweniger müssen die ausführbaren Teile eines identifizierten Moduls nicht physikalisch gemeinsam lokalisiert sein, sondern können ungleichartige Instruktionen, gespeichert in verschiedenen Orten, umfassen, welche, wenn sie logisch miteinander verknüpft werden, das Modul ausmachen und den angegeben Zweck für das Modul erzielen.
Tatsächlich kann es sich bei einem Modul von computerlesbarem Programmcode um eine einzelne Instruktion, oder viele Instruktionen, handeln, und es kann sogar über mehrere verschiedene Code-Segmente, zwischen verschiedenen Programmen und über mehrere Speichervorrichtungen verteilt sein. In ähnlicher Weise können Betriebsdaten bzw. operationale Daten hierin innerhalb von Modulen identifiziert und veranschaulicht sein, und können in jedweder geeigneten Form verkörpert und innerhalb jedweden geeigneten Typs von Datenstruktur organisiert sein. Die operationalen Daten können als ein einzelner Datensatz erfasst werden, oder können über unterschiedliche Orte, einschließlich über unterschiedliche Speichervorrichtungen, verteilt sein und können, zumindest teilweise, bloß als elektronische Signale auf einem System oder Netzwerk existieren. Wo ein Modul oder Teile eines Moduls in Software implementiert sind, kann der computerlesbare Programmcode auf bzw. in einem oder mehreren computerlesbarem Medium(Medien) gespeichert und/oder verbreitet werden.
Das computerlesbare Medium kann ein dingliches computerlesbares Speichermedium sein, das den computerlesbaren Programmcode speichert. Das computerlesbare Speichermedium kann zum Beispiel, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein elektronisches, magnetische, optisches, elektromagnetisches, infrarotes, holographisches, mikromechanisches oder Halbleitersystem, -apparat oder -gerät oder jedwede geeignete Kombination des Vorgenannten sein.
Spezifischere Beispiele des computerlesbaren Mediums können, ohne aber darauf beschränkt zu sein, eine portable Computerdiskette, eine Festplatte, einen Random-Access-Memory (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen lösch- bzw. wiederbeschreibbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flash-Speicher), einen portablen Kompaktdisk-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine ”Digital Versatile Disk” (DVD), ein optisches Speichergerät, eine magnetische Speichervorrichtung, ein holographisches Speichermedium, eine mikromechanische Speichervorrichtung, oder jedwede geeignete Kombination aus den Vorgenannten einschließen. Im Kontext dieses Dokuments, kann ein computerlesbares Speichermedium jedes dingliche Medium sein, das computerlesbaren Programmcode zur Verwendung durch und/oder in Verbindung mit einem Befehlsausführungs-System, -Apparat oder -Gerät enthalten und/oder speichern kann.
Das computerlesbare Medium kann auch ein computerlesbares Signalmedium sein. Ein computerlesbares Signalmedium kann ein weitergeleitetes bzw. verbreitetes Datensignal, mit darin verkörpertem computerlesbaren Programmcode, zum Beispiel im Basisband oder als Teil einer Trägerwelle, einschließen. Ein solches weitergeleitetes Signal kann eine beliebige einer Vielzahl von Formen, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, elektrische, elektromagnetische, magnetische, optische oder jedwede geeignete Kombination davon einnehmen. Ein Computer-lesbares Signalmedium kann ein beliebiges Computer-lesbares Medium sein, das nicht ein Computer-lesbares Speichermedium ist und das Computer-lesbaren Programmcode zur Verwendung durch oder in Zusammenhang mit einem Befehlsausführungs-System, -Apparat oder -Gerät kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann. Computer-lesbarer Programmcode, der auf einem Computerlesbaren Signalmedium verkörpert ist, kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Mediums weitergeleitet werden, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Drahtlos, Leitungskabel, optisches Faser-Kabel, Radiofrequenz (RF) oder dergleichen, oder jedweder geeigneten Kombination der vorgenannten.
In einer Ausführungsform kann das Computer-lesbare Medium eine Kombination von einem oder mehreren Computer-lesbaren Speichermedien und einem oder mehreren Computer-lesbaren Signalmedien umfassen. Zum Beispiel kann Computer-lesbarer Programmcode sowohl als ein elektromagnetisches Signal durch ein Faseroptikkabel für die Ausführung durch einen Prozessor weitergeleitet als auch auf einer RAM-Speichereinrichtung für die Ausführung durch den Prozessor gespeichert werden.
Computer-lesbarer Programmcode zum Ausführen von Operationen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jedweder Kombination von einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben sein, einschließlich einer objektorientierten Programmiersprache, wie Java, Smalltalk, C++ oder dergleichen, und herkömmlichen prozeduralen Programmiersprachen, wie der Programmiersprache ”C” oder ähnlichen Programmiersprachen. Der Computer-lesbare Programmcode kann vollständig auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als ein Standalone-Softwarepaket, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem Remote-Computer oder vollständig auf dem Remote-Computer oder Server laufen. Im letztgenannten Szenario kann der Remote-Computer mit dem Computer des Benutzers über jeglichen Netzwerktyp verbunden sein, einschließlich einem ”Local Area Netzwerk” (LAN) oder einem ”Wide Area Netzwerk” (WAN), oder die Verbindung kann zu einem externen Computer hergestellt werden (zum Beispiel über das Internet unter Verwendung eines Internet-Service-Anbieters).
Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein ohne von ihrem Sinngehalt oder ihren grundlegenden Charakteristika abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in allen Aspekten lediglich als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Der Umfang der Erfindung wird daher eher von den beigefügten Ansprüchen als durch die vorangehende Beschreibung angegeben. Alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung der Ansprüche und der Reichweite einer Äquivalenz dazu liegen, sollen innerhalb ihres Umfangs inbegriffen sein.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung der Regeneration eines Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems eines Verbrennungsmotorsystems; die Folgendes umfasst: ein Betriebsbedingungen-Modul, das zum Überwachen von mindestens einer Bedingung des Verbrennungsmotorsystems konfiguriert ist; ein Regenerationsmodul, das zum Auslösen eines Regenerationsereignisses konfiguriert ist, wenn die mindestens eine Bedingung des Verbrennungsmotorsystems einen Schwellenwert erreicht; ein Wärmemanagementmodul, konfiguriert zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in einem Wärmemanagementmodus für eine erste Zeitperiode, während ein Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul ausgelöst wird; und ein Hoch-NO_x-Modul, konfiguriert zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in einem Hoch-NO_x-Modus während einer zweiten Zeitperiode im Anschluss an die erste Zeitperiode, während das Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul ausgelöst wird.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei der Betrieb des Motorsystems im Wärmemanagementmodus die Oxidationsregeneration des Partikelfilters zur Folge hat, und der Betrieb des Motorsystems im Hoch-NO_x-Modus die Noxidationsregeneration des Partikelfilters zur Folge hat.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die Länge der ersten Zeitperiode von der Temperatur des Abgases abhängig ist, das aus einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters austritt.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die erste Zeitperiode endet, wenn die Temperatur des Abgases, das aus einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters austritt, eine Oxidationskatalysator-Auslasstemperatur-Schwelle für eine vordefinierte Zeitspanne überschreitet.
Vorrichtung von Anspruch 4, wobei die Oxidationskatalysator-Auslasstemperatur-Schwelle die Differenz zwischen einer Oxidationskatalysator-Auslass-Solltemperatur und einer zulässigen Temperaturschwankung umfasst.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die erste Zeitperiode endet, wenn die Temperatur des Abgases, das aus dem Partikelfilter austritt, eine Partikelfilter-Auslasstemperatur-Schwelle überschreitet.
Vorrichtung von Anspruch 4, wobei die vordefinierte Zeitspanne weniger als 50% der Zeitspanne ist, die nötig ist, um den Partikelfilter via Noxidationsregeneration im Wesentlichen vollständig zu regenerieren.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die zweite Zeitperiode zwischen ungefähr 90% und 98% länger als die erste Zeitperiode ist.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die mindestens eine Bedingung des Verbrennungsmotorsystems eine auf dem Partikelfilter angesammelte Menge an Partikelsubstanz beinhaltet und der Schwellenwert eine auf dem Partikelfilter angesammelte zulässige Maximalmenge an Partikelsubstanz beinhaltet.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die zweite Zeitperiode beginnt, nachdem die erste Zeitperiode endet, wenn eine Temperatur des Abgases, das aus einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters austritt, größer ist als eine Minimumtemperatur, assoziiert mit einem NO₂-zu-NO_x-Verhältnis von mindestens einem Schwellenwert-Verhältnis, und wenn die NO_x-Reduktionseffizienz eines selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators größer ist als ein Minimumeffizienz-Schwellenwert.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die zweite Zeitperiode beginnt, nachdem die erste Zeitperiode endet, wenn ein Schätzwert des NO₂-Flusses, der aus einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters austritt, einen Oxidationskatalysator-Auslass-NO₂-Fluss-Schwellenwert überschreitet, und wenn die NO_x-Reduktionseffizienz eines selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysators größer ist als ein Minimumeffizienz-Schwellenwert.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die zweite Zeitperiode endet, wenn die Temperatur von einem Bett eines Oxidationskatalysators stromaufwärts des Partikelfilters unter eine Minimum-Oxidationskatalysatorbett-Temperatur fällt.
Vorrichtung von Anspruch 12, wobei die Minimum-Oxidationskatalysatorbett-Temperatur die Bett-Temperatur ist, bei der eine vordefinierte Minimum-Partikelsubstanz-Verbrennungsrate aus dem Partikelsubstanzfilter erzielbar ist.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei die zweite Zeitperiode endet, wenn eine Temperatur des Abgases, das in einen Oxidationskatalysator stromaufwärts des Partikelfilters eintritt, innerhalb eines vordefinierten Oxidationskatalysator-Einlass-Abgastemperaturbereichs liegt, eine Flussrate von Abgas durch den Partikelfilter innerhalb eines vordefinierten Abgas-Flussrate-Bereichs liegt, und die Temperatur von einem Bett des Partikelfilters innerhalb eines vordefinierten Partikelfilterbett-Temperaturbereichs liegt.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei das Wärmemanagementmodul konfiguriert ist zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems im Wärmemanagementmodus während einer dritten Zeitperiode im Anschluss an die zweite Zeitperiode, während das Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul ausgelöst wird, wobei das ausgelöste Regenerationsereignis beendet wird, wenn die auf dem Partikelfilter angesammelte Menge von Partikelsubstanz geringer ist als ein Minimum-Partikelsubstanzakkumulations-Schwellenwert.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei das Wärmemanagementmodul konfiguriert ist zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems im Wärmemanagementmodus während einer dritten Zeitperiode im Anschluss an die zweite Zeitperiode, während das Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul ausgelöst wird, wobei das ausgelöste Regenerationsereignis beendet wird, wenn das Regenerationsereignis länger als eine vordefinierte Zeitschwelle lang ausgelöst gewesen ist.
Vorrichtung von Anspruch 1, wobei das Hoch-NO_x-Modul ferner konfiguriert ist zum Betreiben des Verbrennungsmotorsystems im Hoch-NO_x-Modus für eine dritte Zeitperiode, getrennt von den ersten und zweiten Zeitperioden, während ein Regenerationsereignis durch das Regenerationsmodul nicht ausgelöst wird.
Verfahren zur Steuerung der Regeneration eines Partikelfilters von einem Verbrennungsmotorsystem, das Folgendes umfasst: Auslösen einer Regeneration des Partikelfilters; Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in einem Wärmemanagementmodus, sofern eine Regeneration des Partikelfilters ausgelöst worden ist und während mindestens eine erste Betriebsbedingung nicht mindestens einen ersten Schwellenwert erreicht hat; Umschaltbetrieb des Verbrennungsmotorsystems von dem Wärmemanagementmodus zu einem Hoch-NO_x-Modus, wenn die Regeneration des Partikelfilters ausgelöst bleibt, und wenn die mindestens eine erste Betriebsbedingung die mindestens eine erste Schwelle erreicht; Betreiben des Verbrennungsmotorsystems in dem Hoch-NO_x-Modus während mindestens eine zweite Betriebsbedingung nicht mindestens einen zweiten Schwellenwert erreicht hat; und Beenden des Betreibens des Verbrennungsmotorsystems im Hoch-NO_x-Modus, wenn die mindestens eine zweite Betriebsbedingung den mindestens einen zweiten Schwellenwert erreicht.
Verfahren von Anspruch 18, ferner umfassend den Umschaltbetrieb des Verbrennungsmotorsystems vom Hoch-NO_x-Modus zurück zum Wärmemanagementmodus nach dem Beenden des Betreibens des Verbrennungssystems im Hoch-NO_x-Modus und wenn die mindestens eine dritte Betriebsbedingung einen dritten Schwellenwert erreicht hat.
Verbrennungsmotorsystem, das einen Verbrennungsmotor aufweist, umfassend: einen Oxidationskatalysator in Abgas-empfangender Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor; einen Partikelfilter stromabwärts von dem Oxidationskatalysator, wobei der Partikelfilter in Abgas-empfangender Kommunikation mit dem Oxidationskatalysator steht; und eine Steuereinheit, umfassend: ein Regenerationsmodul, das zum Initiieren eines Regenerationsereignisses auf einem Partikelfilter konfiguriert ist; ein Wärmemanagementmodul, das zum Steuern des Regenerationsereignisses gemäß einem Wärmemanagementmodus konfiguriert ist; ein Hoch-NO_x-Modul, das zum Steuern des Regenerationsereignisses gemäß einem Hoch-NO_x-Modus konfiguriert ist; und ein Umschaltmodul, konfiguriert zum Überwachen von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotorsystems während des Regenerationsereignisses und zum selektiven Umschalten zwischen ersten und zweiten Regenerationszuständen während des Regenerationsereignisses, wobei der erste Regenerationszustand das Aktivieren des Wärmemanagementmoduls und Deaktivieren des Hoch-NO_x-Moduls umfasst, und der zweite Regenerationszustand das Deaktivieren des Wärmemanagementmoduls und Aktivieren des Hoch-NO_x-Moduls umfasst.
Verbrennungsmotorsystem von Anspruch 19, wobei das Umschaltmodul vom ersten Regenerationszustand zum zweiten Regenerationszustand umschaltet, wenn überschüssiges Oxidationskatalysator-Auslass-NO₂ nicht zu überschüssigem Auslass-NO_x am Auspuff-Endrohr führt.