DE102005058023A1

DE102005058023A1 - Verfahren und System zum Regenerieren eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE102005058023A1
Application number: DE102005058023A
Authority: DE
Inventors: Oliver A. Brighton Warner
Original assignee: Detroit Diesel Corp
Current assignee: Detroit Diesel Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2006-07-13
Also published as: US7434388B2; US20060130460A1; GB0525845D0; GB2421546A

Abstract

Es werden ein Verfahren, ein System und eine Steuervorrichtung zum Regenerieren eines Partikelfilters in Abhängigkeit von dem zusammen mit Abgasen aus einem Motor zu einem Oxidationskatalysator ausgestoßenen Kraftstoff angegeben. Das Verfahren, das System und die Steuervorrichtung können für Systeme mit einem Motor angewandt werden, der Abgase mit Partikeln ausstößt, die durch das Partikelfilter aufgefangen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern der Regeneration eines Partikelfilters durch die Kraftstoffzufuhr zu einem Oxidationskatalysator.
Ein Partikelfilter ist eine Einrichtung zum Auffangen von Partikeln in Abgasen aus einem Verbrennungsmotor. In einigen Systemen, die ein Partikelfilter verwenden, kann es vorteilhaft sein, die aufgefangenen Partikeln in einem allgemein als Regeneration bezeichneten Prozess zu oxidieren bzw. zu verbrennen. Dies ist wünschenswert, um eine Verengung des Abgasflusses durch das Partikelfilter zu verhindern und dadurch die Motorkraftstoffökonomie zu maximieren. Das Verbrennen der Partikeln hängt von den Temperaturen an dem Partikelfilter ab. Die für die Regeneration des Partikelfilters erforderliche hohe Temperatur wird gewöhnlich erhalten, indem nicht verbrannter Kraftstoff durch eine Dosierungseinrichtung in das Abgas verdampft wird, wobei die resultierende Kraftstoff/Abgas-Mischung dann zu einem Oxidationskatalysator strömt, wo sie verbrannt wird, um das Abgas zu erhitzen. Dieser Prozess wird durch die Kraftstoffmengen in den Abgasen und/oder die Temperaturen der Abgase beeinflusst.
Dementsprechend besteht ein Bedarf dafür, die Dosierungseinrichtung zu beseitigen und die Kraftstoffmengen in den Abgasen und/oder die Temperaturen der Abgase an dem Oxidationskatalysator zu steuern, um eine Verbrennung der durch das Partikelfilter aufgefangenen Partikeln zu unterstützen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Steuern eines Kraftstoffeinspritz-Mechanismus, der Kraftstoff in Koordination mit einem Ventilmechanismus zum Anpassen von Abgasventilbetätigungen einspritzt, um nicht verbrannten Kraftstoff zusammen mit den aus dem Motor ausgestoßenen Abgasen auszustoßen, wodurch die Abgastemperaturen und damit die Regeneration eines Partikelfilters gesteuert werden. Eine Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um die in die Abgase einzuführende Kraftstoffmenge zur Unterstützung der Regeneration des Partikelfilters zu bestimmen und um den Motor entsprechend zu steuern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Ventilmechanismus für wenigstens einen Zylinder konfiguriert sein, um Abgasventilbetätigungen nahe dem Ende des Verdichtungshubs zu ändern, um eine Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs zu verhindern und den unverbrannten Kraftstoff zusammen mit den Abgasen nahe dem Ende des Verdichtungshubs auszustoßen. Die Änderung der Abgasventilbetätigungen wirkt sich auch auf die Abgastemperatur aus, wodurch wiederum die Kondensation des verdampften unverbrannten Kraftstoffs sowie die zum Erhitzen des Abgases durch den Oxidationskatalysator erforderliche Kraftstoffmenge beeinflusst wird. Die Steuervorrichtung kann eine gewünschte Abgastemperatur für die Regeneration bestimmen und den Ventilbetätigungsmechanismus und den Einspritzmechanismus derart steuern, dass Abgase mit der gewünschten Abgastemperatur und mit einer gewünschten Menge an unverbranntem Kraftstoff ausgestoßen werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung muss die Steuervorrichtung die Kraftstoffzufuhr zu den restlichen mit normalen Ventilbetätigungen betriebenen Zylindern um eine entsprechende Menge erhöhen, damit die Motorgeschwindigkeit oder die Ausgabeleistung (Wellenleistung) nicht verändert werden. Auf diese Weise kann der zusammen mit den Abgasen ausgestoßene Kraftstoff gesteuert und mit den Operationen des Partikelfilters korreliert werden, um Kraftstoff zu dem Oxidationskatalysator zuzuführen und die Regeneration desselben zu unterstützen, ohne dass die angeforderte Motorgeschwindigkeit oder Ausgabeleistung variiert.
Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 zeigt ein System gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Das in 1 gezeigte Fahrzeug-Leistungsübertragungssystem 10 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Leistung zum Antrieben eines Kraftfahrzeugs, eines Lastkraftfahrzeugs, einer Baumaschine, eines Schiffes, eines stationären Generators, einer Zugmaschine oder ähnlichem vor.
Das System 10 ist ein Verbrennungsmotorsystem, bei dem ein Kraftstoff wie etwa Benzin oder Diesel in einem Verbrennungsmotor 14 mit einer Funkenzündung oder einer Kompressionszündung verbrannt wird. Der Motor 14 kann ein Dieselmotor sein, der eine Anzahl von Zylindern 18 umfasst, in die Kraftstoff und Luft für die Zündung eingespritzt werden. Der Motor 14 kann ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit einer Kompressionszündung wie etwa ein Dieselmotor mit 4, 6, 8, 12, 16 oder 24 Zylindern sein. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ von Motor oder Kraftstoff beschränkt ist.
Die durch den Motor 14 während der Verbrennung erzeugten Abgase können über ein Abgassystem 20 ausgestoßen werden. Das Abgassystem 20 kann verschiedene Einrichtungen wie einen Abgaskrümmer und Leitungen umfassen, um die Abgase zu einer Partikelfilteranordnung 30 zu führen, die im Fall eines Dieselmotors gewöhnlich als Dieselpartikelfilter bezeichnet wird. Optional kann das System 20 einen Turbolader in der Nähe des Abgaskrümmers umfassen, um die Frischluftzufuhr in den Motor 14 zu verdichten. Der Turbolader kann zum Beispiel eine Turbine 32 und einen Verdichter 34 wie etwa einen Turbolader mit einer variablen Geometrie (VGT) und/oder eine Turbocompound-Leistungsturbine umfassen. Natürlich ist die vorliegende Erfindung aber nicht auf Abgassysteme einschließlich von Turboladern oder ähnliches beschränkt.
Die Partikelfilteranordnung 30 kann konfiguriert sein, um während des Verbrennungsprozesses erzeugte Partikeln aufzufangen. Insbesondere kann die Partikelfilteranordnung 30 einen Oxidationskatalysatorkanister 36 mit einem darin enthaltenen Oxidationskatalysator 38 und einen Partikelfilterkanister 42 mit einem darin enthaltenen Partikelfilter 44 umfassen. Die Kanister 36, 42 können separate Komponenten sein, die durch eine Klemme oder eine andere Einrichtung miteinander verbunden sind, sodass die Kanister 36, 42 für eine Wartung oder andere Arbeiten voneinander getrennt werden können. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beispielhafte Konfiguration der Partikelfilteranordnung 30 beschränkt. Vielmehr sieht die vorliegende Erfindung eine Partikelfilteranordnung vor, die auch mehr oder weniger als diese Komponenten und Einrichtungen umfassen kann. Insbesondere gibt die vorliegende Erfindung eine Partikelfilteranordnung 30 vor, die nur das Partikelfilter 44, aber nicht unbedingt den Oxidationskatalysatorkanister 36 oder das Substrat 38 umfasst, wobei das Partikelfilter 44 auch in anderen Teilen des Abgassystems 20 wie etwa vor der Turbine 32 angeordnet sein kann.
Der Oxidationskatalysator 38, der bei Dieselmotoren allgemein als Dieseloxidationskatalysator bezeichnet wird, kann Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in den Abgasen oxidieren, um die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 zu erhöhen. Das Partikelfilter 44 kann Partikeln in den Abgasen wie etwa Kohlenstoff, Ölpartikeln, Asche und ähnliches auffangen und die aufgefangenen Partikeln verbrennen, wenn die assoziierten Temperaturen ausreichend hoch sind. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht eine Aufgabe der Partikelfilteranordnung 30 darin, schädliche kohlehaltige Partikeln in den Abgasen aufzufangen und diese Substanzen zu speichern, bis die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 eine Oxidation der aufgefangenen Partikeln zu einem Gas unterstützen, das in die Atmosphäre ausgestoßen werden kann.
Der Oxidationskatalysatorkanister 36 und der Partikelfilterkanister 42 können Einlässe und Auslässe mit definierten Querschnittflächen umfassen, wobei dazwischen Erweiterungsteile vorgesehen sind, um den Oxidationskatalysator 38 und das Partikelfilter 44 aufzunehmen. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch vor, dass die Kanister 36, 42 verschiedene Konfigurationen und Anordnungen zum Oxidieren von Emissionen und zum Auffangen von Partikeln aufweisen können. Die vorliegende Erfindung ist also nicht auf eine bestimmte Konfiguration für die Partikelfilteranordnung 30 beschränkt.
Ein Lufteinlasssystem 52 kann vorgesehen sein, um Frischluft von einem Frischlufteinlass 54 über eine Luftleitung zu einem Einlasskrümmer zuzuführen, von dem aus sie dann in den Motor 14 geführt wird. Außerdem kann das System 52 einen Luftkühler bzw. Ladeluftkühler 56 zum Kühlen der Frischluft nach der Verdichtung durch den Verdichter 34 umfassen. Optional kann ein Drosseleinlassventil 58 vorgesehen sein, um den Fluss der Frischluft zu dem Motor 14 zu steuern. Das Drosselventil 58 kann ein manuell oder elektrisch betätigtes Ventil sein, das etwa auf die Pedalposition eines Drosselventils reagiert, das durch einen Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird. Es sind viele Variationen für ein derartiges Lufteinlasssystem möglich, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Anordnung beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung sieht verschiedene Funktionen und Merkmale zum Zuführen von Frischluft zu den Einlasskrümmern und Zylindern vor, die mehr oder weniger als die zuvor genannten Einrichtungen umfassen können.
Ein Abgasrezirkulationssystem (EGR-System) 64 kann optional vorgesehen sein, um Abgas zu dem Motor 14 zurückzuführen und mit Frischluft zu mischen. Das EGR-System 64 kann wahlweise einen abgemessenen Teil der Abgase in den Motor 14 einführen. Das EGR-System 64 kann zum Beispiel die eingehende Luftladung verdünnen und die Spitzenverbrennungstemperaturen senken, um die während der Verbrennung erzeugte Menge an Stickstoffoxiden zu reduzieren. Die zu rezirkulierende Abgasmenge kann gesteuert werden, indem ein EGR-Ventil 66 und/oder andere Einrichtungen wie etwa ein Turbolader gesteuert werden. Das EGR-Ventil 66 kann ein elektronisch gesteuertes Ventil mit einem variablen Durchfluss sein. Es gibt viele mögliche Konfigurationen für das steuerbare EGR-Ventil 66, wobei die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf einen bestimmten Aufbau des EGR-Ventils 66 beschränkt sind.
Das EGR-System 64 kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine EGR-Kühlungsleitung 70 einschließlich eines Abgaskühlers 72 und eine nicht kühlende EGR-Umgehungsleitung 74 umfassen. Das EGR-Ventil 66 kann an dem Abgaskrümmer vorgesehen sein, um Abgas durch die EGR-Kühlungsleitung 70 und/oder die EGR-Umgehungsleitung 74 zu führen. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung auch vor, dass das EGR-System 64 eine oder mehrere dieser Einrichtungen in verschiedenen Anordnungen entlang des EGR-Flusspfads sowie andere Einrichtungen zum Rezirkulieren von Abgas umfassen kann. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein bestimmtes EGR-System beschränkt und sieht auch die Verwendung von anderen Systemen vor, die eine oder mehrere der oben genannten Einrichtungen umfassen können, wie zum Beispiel ein EGR-System mit nur einer EGR-Kühlungsleitung oder nur einer EGR-Umgehungsleitung.
Ein Kühlsystem 80 kann vorgesehen sein, um die Temperatur des Motors 14 durch das Steuern des Flusses oder der Temperatur eines Kühlmittels zu steuern. Das Kühlmittel kann in einer ausreichenden Menge vorgesehen sein, um die durch den Motor 14 erzeugte Wärme fließend etwa über einen Motorkühler abzuleiten. Der Motorkühler kann eine Anzahl von Rippen umfassen, durch die das Kühlmittel fließt, um durch den Luftfluss gekühlt zu werden, der durch ein Motorgehäuse strömt und/oder durch einen Kühlventilator erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch mehr oder weniger als die oben genannten Einrichtungen in dem Kühlsystem 80 umfassen, wobei die Erfindung nicht auf das oben beschriebene beispielhafte Kühlsystem beschränkt ist.
Das Motorkühlsystem 80 kann in Verbindung mit einem Fahrzeugheizsystem 84 betrieben werden. Das Heizsystem 84 kann einen Heizkegel, ein Heizgebläse und ein Heizventil umfassen. Der Heizkegel kann ein erwärmtes Kühlmittel von dem Motor 14 über das Heizventil empfangen, sodass das Heizgebläse, das elektrisch durch die Insassen in einem Insassenbereich bzw. Insassenraum des Fahrzeugs bedient werden kann, die durch den Heizkonus erwärmte Luft zu den Insassen blasen kann. Zum Beispiel kann das Heizgebläse mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden, um die Menge der an dem Heizkonus entlang geblasenen und dadurch erwärmten Luft zu steuern, wobei die erwärmte Luft dann über ein Lüftungssystem zu den Insassen verteilt wird. Optional können Sensoren und Schalter 86 in dem Insassenbereich enthalten sein, um die Heizanforderungen der Insassen zu steuern. Die Schalter und Sensoren können analoge oder digitale Schalter zum Anfordern eines Heizbetriebs und Sensoren umfassen, die feststellen, ob der angeforderte Heizbetrieb erfüllt wird. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass mehr oder weniger als die oben genannten Einrichtungen in dem Heizsystem enthalten sein können, wobei die Erfindung nicht auf das oben beschriebene beispielhafte Heizsystem beschränkt ist.
Eine Steuereinrichtung 92 wie etwa ein elektronisches Steuermodul oder ein Motorsteuermodul kann in dem System 10 enthalten sein, um verschiedene Operationen des Motors 14 und anderer damit assoziierter Systeme bzw. Subsysteme wie etwa der Sensoren in den Abgas-, EGR-, Einlass-, Kühl-, Schmier- und Klimaanlagensystemen zu steuern. Es können verschiedene Sensoren elektrisch über Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 94 mit der Steuereinrichtung kommunizieren. Die Steuereinrichtung 92 kann eine Mikroprozessoreinheit (MPU) 98 umfassen, die über einen Daten- und Steuerbus 100 mit verschiedenen Computerlesbaren Speichermedien kommuniziert. Die Computer-lesbaren Speichermedien können eine Anzahl von bekannten Einrichtungen umfassen, die als ROM 102, RAM 104 und NVRAM 106 funktionieren. Eine Ein-/Ausgabeeinrichtung 108 für Daten-, Diagnose- und Programmierfunktionen kann wahlweise über einen Stecker mit der Steuereinrichtung verbunden werden, um verschiedene Informationen auszutauschen. Die Einrichtung 108 kann auch verwendet werden, um Werte in den Computer-lesbaren Speichermedien wie etwa Konfigurationseinstellungen, Kalibrierungsvariablen, Befehle für die Steuerung der EGR-, Einlass- und Abgassysteme und anderes zu ändern.
Das System 10 kann eine Einspritzungsmechanismus 114 zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung für die Zylinder 18 umfassen. Der Einspritzmechanismus 114 kann durch die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Steuereinrichtung gesteuert werden und kann eine Anzahl von Einrichtungen wie etwa Einrichtungen zum Pumpen von Kraftstoff in einen gemeinsamen Zylindereinlass umfassen, der in einer Fluidkommunikation mit einer Einheit steht, die Kraftstoff zum gewünschten Zeitpunkt und mit der gewünschten Menge in die einzelnen Zylinder einspritzt. Die vorliegende Erfindung sieht einen Einspritzmechanismus 114 zum separaten und unabhängigen Steuern der in jeden Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge vor, sodass jeder Zylinder separat und unabhängig gesteuert werden kann und verschiedene Kraftstoffmengen oder keinen Kraftstoff empfängt. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung vor, dass der Einspritzmechanismus 114 mehr oder weniger als diese Einrichtungen umfassen kann, wobei die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt ist.
Das System 10 kann einen Ventilmechanismus 116 zum Steuern von Ventilbetätigungen der Zylinder 18 umfassen, um etwa den Luftfluss in und den Abgasfluss aus den Zylindern 18 zu steuern. Der Ventilmechanismus 116 kann durch die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Steuereinrichtung gesteuert werden und kann eine beliebige Anzahl von Einrichtungen wie etwa Einrichtungen zum wahlweisen und unabhängigen Öffnen und Schließen von Einlass- und/oder Auslassventilen umfassen. Zum Beispiel kann der Ventilmechanismus 116 einen Verdichtungsbremsmechanismus umfassen, der die Abgasventilzeiten von einem oder mehreren Zylindern derart steuert, dass die Abgasventile während des Verdichtungshubs und während des normalen Abgashubs geöffnet werden können, wodurch die Abgastemperatur gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gesteuert werden kann. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung vor, dass der Ventilmechanismus mehr oder weniger dieser Einrichtungen umfassen kann, wobei die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt ist.
Während des Betriebs empfängt die Steuereinrichtung 92 Signale von verschiedenen Motor-/Fahrzeugsensoren und führt eine in Hardware und/oder Software eingebettete Steuerlogik zur Steuerung des Systems 10 aus. Die Computer-lesbaren Speichermedien können zum Beispiel gespeicherte Befehle umfassen, die durch die Steuereinrichtung 92 ausgeführt werden können, um Verfahren zum Steuern der Einrichtungen und Subsysteme in dem System 10 durchzuführen. Die Programmbefehle können durch die Steuereinrichtung in der MPU 98 ausgeführt werden, um die verschiedenen Systeme und Subsysteme des Motors und/oder des Fahrzeugs über die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 94 zu steuern. Allgemein geben die Strichlinien in 1 die optionale Sensor- und Steuerkommunikation zwischen der Steuereinrichtung und den verschiedenen Komponenten in dem Leistungsübertragungssystem wieder. Weiterhin ist zu beachten, dass eine beliebige Anzahl von Sensoren und Einrichtungen mit jeder Einrichtung in dem System assoziiert sein kann, um deren Betrieb zu überwachen und zu steuern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung 92 eine DDEC-Steuereinrichtung von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan sein. Verschiedene andere Einrichtungen in dieser Steuereinrichtung sind im Detail in einer Anzahl von US-Patenten der Detroit Diesel Corporation beschrieben. Weiterhin kann die Steuereinrichtung eine Anzahl von Programmier- und Verarbeitungstechniken bzw. entsprechende Strategien zum Steuern der Kraftstoffversorgung des Motors und anderer der Einrichtungen in dem System 10 umfassen. Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung vor, dass das System eine oder mehrere Steuereinrichtungen wie etwa separate Steuereinrichtungen zum Steuern von Systemen oder Subsystemen einschließlich einer Systemsteuereinrichtung zum Steuern der Abgastemperaturen, der Massenflussraten oder anderer damit assoziierter Merkmale umfasst. Diese Steuereinrichtungen können wiederum andere Steuereinrichtungen neben der oben beschriebenen DDEC-Steuereinrichtung umfassen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Einrichtung wie etwa eine Regenerationssystem-Steuereinrichtung konfiguriert sein, um die Regeneration des Partikelfilters 44 zu steuern, sodass die durch das Partikelfilter 44 aufgefangenen Partikeln oxidiert oder auf andere Weise verbrannt werden. Eine derartige Entsorgung der Partikeln kann vorteilhaft sein, um eine Verstopfung oder Füllung des Partikelfilters zu verhindern, sodass die Abgase mit einem minimalen Widerstand durch den Partikelfilter hindurchgehen können und weitere Partikeln aufgefangen werden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Regeneration über die zusammen mit den Abgasen ausgestoßene Kraftstoffmenge und/oder die Temperatur der Abgase gesteuert werden. Insbesondere sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung das Steuern des aus dem Motor 14 in die Abgase ausgestoßenen Kraftstoffs vor, um die Regeneration des Partikelfilters 44 zu unterstützen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Steuern der Temperaturen der aus dem Motor ausgestoßenen Abgase vor, um die Verbrennung des Kraftstoffs und damit die Regeneration des Partikelfilters 44 zu steuern.
Um die Oxidation des aufgefangenen Partikeln zu unterstützen, sieht die vorliegende Erfindung das Steuern des Systems 10 vor, sodass nicht verbrannter Kraftstoff aus dem Motor 14 ausgestoßen und in die Abgase eingeführt wird, damit der Kraftstoff durch den Katalysator in dem Oxidationskatalysator 38 unterstützt mit Sauerstoff reagiert, um zu verbrennen und dadurch die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 zur Unterstützung der Regeneration zu erhöhen. Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann in Abhängigkeit von den Temperaturen an dem Partikelfilter 44 und von anderen Systemparametern wie etwa dem Luftmassenfluss, den EGR-Temperaturen und ähnlichem gesteuert werden, um die Regeneration zu steuern. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der in den Abgasen enthaltene Kraftstoff zu dem Oxidationskatalysator 38 derart geführt, dass keine komplexe Dosierungseinrichtung erforderlich ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Bestimmen von Parametern oder Bedingungen, die mit einer gewünschten Regeneration assoziiert sind, sowie das Steuern des aus dem Motor ausgestoßenen Kraftstoffs und/oder der Abgastemperaturen in Abhängigkeit von diesen Parametern oder Bedingungen vor. Zum Beispiel kann die Steuervorrichtung 92 oder eine andere Einrichtung in dem System konfiguriert sein, um die zusammen mit den Abgasen geführte Kraftstoffmenge zu bestimmen, um die Abgastemperatur aus dem Oxidationskatalysator 38 zu steuern. Die Kraftstoffmenge und der Zeitablauf der Zuführung zu einem oder mehreren Zylindern mit veränderten Abgasventilbetätigungen können auf beliebige Weise auf der Basis einer Anzahl von Parametern wie zum Beispiel den Betriebs- und Materialeigenschaften des Partikelfilters, den Rußverbrennungsraten während der Regeneration, den Abgastemperaturen und ähnlichem bestimmt werden. Entsprechend können die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Einrichtung weiterhin konfiguriert sein, um gewünschte Abgastemperaturen zur Unterstützung der Regeneration etwa in Abhängigkeit von der Anzahl der Zylinder mit veränderten Abgasventilbetätigungen während des Verdichtungshubs oder von anderen Parametern wie den oben genannten zu bestimmen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Motor 14 gesteuert werden, um nicht verbrannten Kraftstoff zusammen mit den Abgasen zur Unterstützung der Regeneration auszustoßen, sodass keine weiteren Einrichtungen in dem System zum Einführen von Kraftstoff in die Abgase hinter der Motor 14 wie etwa eine Dosierungseinrichtung erforderlich sind. Zum Beispiel sieht die vorliegende Erfindung eine Veränderung der Abgasventilbetätigungen von einem oder mehreren der Zylinder 18 während des Verdichtungshubs vor, um einen Ausstoß aus dem Zylinder einzuleiten, wobei danach die Kraftstoffeinspritzzeit an einem oder mehreren der Zylinder 18 gesteuert wird, um die Emission des nicht verbrannten Kraftstoffes zu steuern. Insbesondere kann der Ventilmechanismus 116 ein oder mehrere Abgasventile nahe dem Ende des Verdichtungshubs öffnen, um das Zylindervolumen zu minimieren, wobei danach der Einspritzmechanismus 114 gesteuert wird, um Kraftstoff einzuspritzen, während die Zylinderbedingungen unter den Selbstzündungsbedingungen sind, sodass der Kraftstoff nicht verbrannt wird und beim Öffnen des Abgasventils und der Bewegung des Kolbens aus dem Zylinder ausgestoßen wird.
Die vorliegende Erfindung sieht das Steuern der Kraftstoffeinspritzung auf der Basis einer Anzahl von Variablen vor. Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung nicht nur das Steuern des Zeitablaufs der Kraftstoffeinspritzung, sondern auch der Menge, des Drucks und der Frequenz der Einspritzung vor. Die vorliegende Erfindung sieht also das Bestimmen einer Anzahl von mit den Selbstentzündungsbedingungen assoziierten Variablen wie etwa des Zylinderdrucks, der Temperatur, der Abgasventil-Öffnungszeit, der Luft- und Kraftstoff-Massenvolumen und ähnlichem sowie das entsprechende Steuern der Einspritzung vor, sodass nicht verbrannter Kraftstoff zusammen mit den Abgasen aus dem Motor ausgestoßen wird. Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung das Steuern einer Anzahl von Zylindern zum Ausstoßen von Kraftstoff in verschiedenen Mengen (einschließlich von gar keinem Kraftstoff) in Abhängigkeit davon vor, welche Kraftstoffmenge in dem Abgasstrom zu dem Oxidationskatalysator 38 zugeführt werden soll, sowie in Abhängigkeit von anderen die Regeneration betreffenden Parametern.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Steuern der Temperaturen der aus dem Motor 14 ausgestoßenen Abgase in Kombination mit dem zuvor beschriebenen Steuern des aus dem Motor ausgestoßenen nicht verbrannten Kraftstoffs, um die Kraftstoffzufuhr zur Unterstützung der Regeneration des Partikelfilters weiter zu verfeinern. Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung das Steuern des Ventilmechanismus 116 für eine Veränderung der Öffnung des Abgasventils während des Verdichtungshubs an einem oder mehreren nicht mit Kraftstoff versorgten Zylindern vor, um die Abgastemperaturen der ausgestoßenen Abgase zu steuern, wobei etwa der Kraftstoffeinspritz-Mechanismus 114 gesteuert wird, um die Zufuhr von Kraftstoff zu einem oder mehreren Zylindern zu stoppen. Bei einer derartigen Verwendung von einem oder mehreren nicht mit Kraftstoff versorgten Zylindern müssen die mit Kraftstoff versorgten Zylinder den durch die nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder verursachten Leistungsverlust kompensieren, wenn der aktuelle Motorbetrieb aufrechterhalten werden soll, wobei die Last für den Motor und damit die Temperaturen der aus demselben ausgestoßenen Abgase erhöht werden.
Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Steuern des Zeitablaufs, der Frequenz, des Drucks und der Menge der Kraftstoffeinspritzung beschränkt, um die zusammen mit den Abgasen ausgestoßene und zu dem Oxidationskatalysator 38 geführte Kraftstoffmenge zur Unterstützung der Regeneration des Partikelfilters 44 zu steuern. Die vorliegende Erfindung sieht vielmehr eine Integration der Steuerung des Kraftstoffausstoßes mit einer Steuerung des Abgasventils und anderer Betriebsbedingungen wie etwa mit der zuvor beschriebenen Steuerung der Abgastemperaturen sowie zusätzlich die Steuerung von anderen Parametern wie etwa der Motorgeschwindigkeit oder der Leerlaufraten und das Modulieren zwischen einer oder mehrerer dieser Steuerfunktionen vor.
Um den Leistungsverlust an den Zylindern mit einer Abgasventilöffnung nahe dem Ende des Verdichtungshubs bei erfolgender oder nicht erfolgender Kraftstoffversorgung zu kompensieren, müssen die Kraftstoffmenge und/oder der Zeitablauf für die verbleibenden Zylinder mit normalen Ventilbetätigungen entsprechend erhöht werden, damit die angeforderte Motorgeschwindigkeit oder Leistungsausgabe nicht beeinflusst wird.
Es wurden Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben, wobei zu beachten ist, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr ist die Beschreibung beispielhaft und nicht einschränkend, wobei verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters durch das Steuern der Kraftstoffzufuhr zu einem Oxidationskatalysator, wobei der Oxidationskatalysator und das Partikelfilter in einer Gaskommunikation mit einem Verbrennungsmotor einschließlich einer Anzahl von Abgase ausstoßenden Verbrennungszylindern stehen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer in die Abgase einzuführenden Kraftstoffmenge, sodass eine gewünschte Abgastemperatur aus dem Oxidationskatalysator zur Unterstützung der Regeneration erreicht wird, Ausstoßen von Kraftstoff aus dem Motor in Abhängigkeit von der bestimmten Kraftstoffmenge zur Unterstützung der Regeneration des Partikelfilters, ohne dass eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff hinter dem Motor erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff ausgestoßen wird, indem die Menge und der Zeitablauf der Kraftstoffeinspritzung an einem oder mehreren Zylindern gesteuert wird und die Abgasventilbetätigungen der Zylinder geändert werden, um den aus den Zylindern ausgestoßenen Kraftstoff unabhängig von den verbleibenden Zylindern zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch das Steuern des Zeitablaufs der Kraftstoffeinspritzung, sodass der Kraftstoff eingespritzt wird, während die Zylinderbedingungen unter den Selbstzündungsbedingungen sind, sodass der nicht verbrannte Kraftstoff zusammen mit den Abgasen aus dem Motor ausgestoßen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen der Selbstzündungsbedingung in Abhängigkeit von dem Zylinderdruck und/oder der Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch das Öffnen von einem oder mehreren Abgasventilen während des Verdichtungshubs des einen oder der mehreren Zylinder, sodass Kraftstoff unter den Selbstzündungsbedingungen eingespritzt wird und wenigstens ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs ohne Verbrennung aus den Zylindern ausgestoßen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch das Auswählen einer Anzahl von Zylindern, in denen Kraftstoff unter den Selbstzündungsbedingungen eingespritzt wird, in Abhängigkeit von der bestimmten Kraftstoffmenge.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch das Steuern der Menge und/oder des Zeitablaufs der Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von der bestimmten Kraftstoffmenge und der Abgastemperatur aus dem Oxidationskatalysator.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen des vordefinierten Temperaturbereichs in Abhängigkeit von den Rußverbrennungsraten des Partikelfilters.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen einer gewünschten Abgastemperatur für die aus dem Motor ausgestoßenen Gase zur Unterstützung der Regeneration und durch das Ausstoßen von Abgasen aus dem Motor mit der gewünschten Abgastemperatur, indem der Motor mit wenigstens einem nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin gekennzeichnet durch das Bestimmen einer Anzahl von Zylindern mit veränderten Abgasventilbetätigungen in Abhängigkeit von der gewünschten Abgastemperatur.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des Partikelfilters erforderlich ist, wenn der Motor mit Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, wobei das Ausstoßen von Abgasen aus dem Motor mit der gewünschten Abgastemperatur das Betreiben des Motors mit einer erhöhten Leerlaufgeschwindigkeit umfasst, wobei wenigstens ein Zylinder nicht mit Kraftstoff versorgt wird und in einem oder mehreren Zylindern Kraftstoff unter der Temperatur und dem Druck für eine Selbstzündung eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Erhöhen der eingespritzten Kraftstoffmenge und/oder das Ändern des Einspritzzeitablaufs für Zylinder mit unveränderten Abgasventilbetätigungen, um eine angeforderte Motorgeschwindigkeit und/oder Ausgabeleistung aufrechtzuerhalten.
Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters, wobei das Partikelfilter mit einem Verbrennungsmotor kommuniziert, der eine Anzahl von Abgase ausstoßenden Verbrennungszylindern umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Steuern des Motors zum Ausstoßen von Kraftstoff in Abhängigkeit von der gewünschten Kraftstoffmenge zur Unterstützung der Regeneration des Partikelfilters, wobei der Motor gesteuert wird, um den Kraftstoff zur Unterstützung der Regeneration auszugeben, wobei kein Kraftstoff hinter dem Motor eingespritzt wird.
System zum Regenerieren eines Partikelfilters, wobei das System umfasst: einen Motor mit einem Kraftstoff-Einspritzmechanismus, wobei der Kraftstoff-Einspritzmechanismus die Kraftstoffeinspritzung in einen oder mehrere Zylinder des Motors steuert, wobei der Motor in Fluidkommunikation mit dem Partikelfilter steht, sodass der Partikelfilter die zusammen mit den Abgasen ausgestoßenen Partikeln auffängt, und eine Steuereinrichtung, die zum Steuern des Kraftstoffeinspritz-Mechanismus konfiguriert ist, um Kraftstoff während nicht zu einer Verbrennung führenden Bedingungen einzuspritzen, sodass wenigstens ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs zusammen mit den Abgasen zu dem Partikelfilter ausgestoßen wird, wobei die Steuereinrichtung weiterhin zum Steuern des während nicht zu einer Verbrennung führenden Bedingungen eingespritzten Kraftstoffs konfiguriert ist, um den zu dem Partikelfilter zugeführten Kraftstoff und dadurch die Regeneration zu steuern.