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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Temperatur
einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung für
einen elektronisch gesteuerten Hochleistungs-Kompressionszündungsmotor
mit einem elektronischen Steuermodul während Kaltstartbedingungen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Modifizieren
von Motorbetriebsbedingungen während Kaltstartbedingungen,
um die Nachbehandlungstemperatur mit einer vorbestimmten Rate zu
einer Temperatur zu erhöhen, die ausreicht, um eine kontrollierte
Oxidation der Kohlenwasserstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung
zu ermöglichen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben
eines elektronisch gesteuerten Hochleistungs-Dieselmotors während
Kaltstartbedingungen, um übermäßige Kohlenwasserstoffe
aus einem Dieselpartikelfilter kontrolliert zu verbrennen, um eine
Beschädigung des Nachbehandlungssystems zu vermeiden.
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Das
US-Patent mit der Veröffentlichungsnummer
2007/0056554 (Lie et al.) gibt ein Verfahren zum Reduzieren
von Stickstoffoxiden und Partikeln in Emissionen aus Kompressionszündungsmotoren
an. Das Verfahren umfasst das Überwachen wenigstens eines
Motorsensors, der ein Signal in Reaktion auf wenigstens eine Motorbetriebsbedingung
erzeugt, und das Einstellen wenigstens eines Motorsteuerparameters
in Reaktion auf das Signal, sodass in dem Zylinder die räumliche
Verteilung des Äquivalenzverhältnisses und die
Temperatur im wesentlichen innerhalb eines Betriebsbereichs gehalten
werden. Der Betriebsbereich entspricht einem Satz von Äquivalenzverhältnissen
in Bezug auf Temperaturwerte, die im wesentlichen außerhalb
von Bereichen liegen, die eine NOx- und Partikelbildung unterstützen.
Die Temperaturwerte sind niedriger als 1650 Grad Kelvin, und die Äquivalenzverhältnisse
sind größer als ungefähr 0,5.
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Das
US-Patent mit der Veröffentlichungsnummer
2006/0218897 (Sisken et al.) gibt ein Verfahren, ein System
und eine Steuereinrichtung zum Erhöhen der Abgastemperaturen
mittels eines gesteuerten Betriebs eines Kühlerventilators
an, um die Regeneration der Partikeln eines Partikelfilters zu unterstützen.
Das Verfahren, das System und die Steuereinrichtung können
in Systemen mit einem Motor angewendet werden, der Abgase mit Partikeln
emittiert, die durch ein Partikelfilter aufgefangen werden.
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Das
US-Patent Nr. 6,892,705 (Grau
et al.) gibt ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
an, bei dem der Einspritzdruck verwendet wird, um die Verbrennung
in dem Motor zu steuern und dadurch die Abgasemissionen während
eines Kaltstarts oder während einer Aufwärmehase
zu minimieren.
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Das
US-Patent Nr. 6,523,525 (Hawkins
et al.) gibt ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors
mit einer obligatorischen Motoraufwärmung an. Das Motorsteuersystem
umfasst ein elektronisches Steuermodul mit einer Drehmomentunterdrückungsschaltung
und einer Geschwindigkeitsunterdrückungsschaltung sowie wenigstens
einem Motorfluidtemperatursensor, der elektrisch mit der Drehmomentverbindungsschaltung und
der Geschwindigkeitsverhinderungsschaltung des elektronischen Steuermoduls
verbunden ist. Der Sensor ist wenigstens einem Motorfluid ausgesetzt und
ausgebildet, um ein Unterdrückungssignal zu der Drehmomentunterdrückungsschaltung
und der Geschwindigkeitsunterdrückungsschaltung auszugeben,
das die Temperatur des Fluids im Motor angibt. Die Drehmomentunterdrückungsschaltung
und die Geschwindigkeitsunterdrückungsschaltung können
betrieben werden, um zu veranlassen, dass das elektronische Steuermodul
Anforderungen von einem Bediener verwirft, die eine Erhöhung
des Motordrehmoments oder der Motorgeschwindigkeit anfordern, bis
die Unterdrückungssignale aus den Temperatursensoren einen
vorbestimmten Schwellwert überschreiten.
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Das
US-Patent Nr. 6,092,496 (Bhargava
et al.) gibt ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors an,
das das Erfassen des mit dem Motor assoziierten Temperaturpegels
umfasst. Das Verfahren umfasst das Versetzen eines Einlassventils
zu einer geöffneten Position während des Abgashubs
des Motors, wenn die Temperatur unter einem vorbestimmten Schwellwert
ist, sodass die erwärmten Abgase während des Abgashubs
in die Einlassleitung gehen, um die Einlassluft in der Einlassleitung
zu erwärmen, bevor die Einlassluft in die Verbrennungskammer geht.
Das Verfahren umfasst weiterhin einen Schritt zum Versetzen des
Einlassventils zu einer geschlossenen Position während
des Abgashubs, wenn der Temperaturpegel über dem vorbestimmten Schwellwert
ist, sodass die erwärmten Abgase während des Abgashubs
nicht in die Einlassleitung gehen können.
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Es
ist bekannt, dass Kaltstartbedingungen übermäßige
Kohlenwasserstoffemissionen erzeugen, die in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
aufgefangen werden. Sobald sich der Motor aufwärmt, erhöht
sich die Abgastemperatur und es kann eine unkontrollierte Oxidation
in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung auftreten, die
eine Beschädigung der Nachbehandlungsvorrichtung zur Folge
hat. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern
der Oxidationsrate von übermäßigen Kohlenwasserstoffen
in einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung, um eine Beschädigung
der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung zu verhindern.
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Gemäß einem
Aspekt gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern
der Temperatur einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
für einen elektronisch gesteuerten Hochleistungs-Kompressionszündungsmotor
mit einem elektronischen Steuermodul während Kaltstartbedingungen
an. Es ist zu beachten, dass die Kaltstartbedingung erfasst wird,
indem die Motorstartzeit, die Motortemperatur, die Motorgeschwindigkeit,
die Kraftstoffzufuhr, die Ventilzeit und/oder die Kühlerfluidtemperatur
gemessen werden. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: a) Bestimmen
der Temperatur der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
während Kaltstartbedingungen; b) Erfassen von Kohlenstoffemissionen
in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung; und c) Modifizieren
der Motorbetriebsbedingungen, um die Kohlenwasserstoff- Nachbehandlungstemperatur
mit einer vorbestimmten Rate zu einer Temperatur zu erhöhen,
die ausreicht, um eine kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe
in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung zu ermöglichen.
Das elektronische Steuermodul modifiziert den Motorbetrieb, indem
sie die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffeinspritzzeit, den Kraftstoffeinspritzdruck,
die Abgasrückführung, Lufteinlassdrossel, die
Abgasdrossel, den Turboladerbetrieb, die Ventilzeit, den Einlassluftheizer
und/oder die Motorleistung steuert, um die Abgastemperatur zu einer
kontrollierten Rate zu erhöhen, um die Kohlenwasserstoffe
in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung während
Kaltstartbedingungen zu oxidieren. Der Turbolader kann ein Turbolader
mit einer variablen Geometrie (VGT), ein Wastegate-Turbolader, ein
sequentieller Turbolader oder ein gestufter Turbolader sein. Die
Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise ein
Dieselpartikelfilter (DPF). Nachdem der Kohlenwasserstoffpegel in
der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung durch eine kontrollierte
Oxidation auf einen sicheren Pegel reduziert wurde, wird der Motor
zu einem normalen Motorbetrieb zurückgeführt.
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Die
vorstehend beschriebene Erfindung wird durch die folgende Beschreibung
mit Bezug auf die Zeichnungen verdeutlicht.
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1 ist
eine schematische Wiedergabe eines Hochleistungs-Kompressionsverbrennungsmotors
mit einer Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung.
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2 ist
eine schematische Wiedergabe eines Verfahrens zum Betreiben eines
Motors gemäß der Erfindung.
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3 ist
eine schematische Wiedergabe eines anderen Verfahrens zum Betreiben
eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist
ein Fahrzeugantriebssystem 10 gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System 10 kann
Leistung zum Antreiben verschiedener Fahrzeuge wie etwa Lastwagen,
Bauwagen, Schiffen, stationären Generatoren, PKWs, Sattelschleppern,
Booten, Freizeitfahrzeugen, leichten und schweren Arbeitsfahrzeugen
usw. vorsehen.
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Das
System 10 kann als ein durch einen Verbrennungsmotor angetriebenes
System bezeichnet werden, in dem Kraftstoffe wie etwa Benzin oder
Diesel in einem Verbrennungsprozess verbrannt werden, um Leistung
vorzusehen. Es kann sich zum Beispiel um einen Funken- oder Kompressionszündungsmotor 14 handeln.
Der Motor 14 kann ein Dieselmotor sein, der eine Anzahl
von Zylindern 18 umfasst, in die Kraftstoff und Luft auf
dem Fachmann bekannte Weise für die Zündung eingespritzt
werden. Der Motor 14 kann ein Mehrzylinder-Kompressionszündungs-Verbrennungsmotor
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.
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Die
durch den Motor während der Verbrennung erzeugten Abgase
können durch ein Abgassystem 20 emittiert werden.
Das Abgassystem 20 kann eine beliebige Anzahl von Einrichtungen
wie etwa einen Abgaskrümmer oder Leitungen zum Zuführen der emittierten
Abgase zu einer Partikelfilteranordnung 30 umfassen, die
im Fall von Dieselmotoren gewöhnlich als Dieselpartikelfilter
bezeichnet wird. Optional kann das System 20 einen Turbolader
in Nachbarschaft zu dem Abgaskrümmer umfassen, um die Frischluftzufuhr
zu dem Motor 14 zu komprimieren. Der Turbolader kann zum
Beispiel eine Turbine 32 und einen Kompressor 34 umfassen,
wobei es sich um einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT), einen
sequentiellen Turbolader, einen Wastegate-Turbolader und/oder eine
Turbocompound-Leistungsturbine handeln kann. Natürlich
ist die vorliegende Erfindung nicht auf Abgassysteme mit Tuboladern
oder ähnlichem beschränkt.
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Die
Partikelfilteranordnung 30 kann konfiguriert sein, um mit
dem Verbrennungsprozess assoziierte Partikeln aufzufangen. Insbesondere
kann die Partikelfilteranordnung 30 einen Oxidationskatalysatorbehälter 36,
der einen Oxidationskatalysator 38 enthält, und
einen Partikelfilterbehälter 42, der ein Partikelfilter 44 enthält,
umfassen. Die Behälter 36, 42 können
separate Komponenten sein, die durch eine Klammer oder eine andere
Einrichtung miteinander verbunden sind, sodass die Behälter 36, 42 für eine
Wartung oder eine andere Operation voneinander getrennt werden können.
Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese
beispielhafte Konfiguration für die Partikelfilteranordnung 30 beschränkt.
Die vorliegende Erfindung kann auch eine Partikelfilteranordnung
vorsehen, die mehr oder weniger der genannten Komponenten und Einrichtungen
umfasst. Insbesondere kann in der vorliegenden Erfindung die Partikelfilteranordnung 30 nur
das Partikelfilter 44 und nicht notwendigerweise den Oxidationskatalysatorbehälter 36 oder
das Substrat 38 umfassen, wobei das Partikelfilter 44 auch
an anderen Positionen des Abgassystems 20 wie etwa vor
der Turbine 32 angeordnet sein kann.
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Der
Oxidationskatalysator 38, der für Dieselmotoren
gewöhnlich 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 usw. auffangen und die
aufgefangenen Partikeln regenerieren, wenn die assoziierten Temperaturen
ausreichend hoch sind. Gemäß einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung besteht eine Aufgabe der Partikelfilteranordnung 30 darin,
schädliche Kohlenstoffpartikeln in den Abgasen aufzufangen
und diese Schadstoffe zu speichern, bis die Temperaturen an dem
Partikelfilter 44 eine Oxidation der aufgefangenen Partikeln
zu einem Gas, das zu der Atmosphäre ausgestoßen
werden kann, unterstützen.
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Die
Oxidationskatalysator- und Partikelfilterbehälter 36, 42 können
jeweils Einlässe und Auslässe mit definierten
Querschnittflächen und dazwischen erweiterte Bereiche zum
Speichern des Oxidationskatalysators 38 bzw. des Partikelfilters 44 umfassen.
Die vorliegende Erfindung sieht jedoch auch vor, dass die Behälter 36, 52 und
die darin enthaltenen Einrichtungen 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.
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Um
die Oxidation der aufgefangenen Partikeln zu unterstützen,
kann eine Dosierungseinrichtung 50 vorgesehen sein, die
Kraftstoff in die Abgase einführt, sodass der Kraftstoff
mit dem Oxidationskatalysator 38 reagiert und verbrennt,
um die Temperaturen in dem Partikelfilter 44 zu erhöhen
und dadurch eine Regeneration zu unterstützen. Zum Beispiel sieht
ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuerung der aus der
Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit
von den Temperaturen an dem Partikelfilter 44 und von anderen
Systemparametern wie etwa dem Luftmassenfluss, den AGR-Temperaturen
usw. vor, um die Regeneration zu steuern. Die vorliegende Erfindung
sieht jedoch auch vor, dass Kraftstoff auf andere Weise in die Abgase
eingeführt werden kann, zum Beispiel indem der Motor 14 gesteuert
wird, um Kraftstoff zusammen mit den Abgasen zu emittieren.
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Ein
Lufteinlasssystem 52 kann vorgesehen sein, um Frischluft
aus einem Frischlufteinlass 54 durch eine Luftleitung zu
einem Einlasskrümmer zu führen, von wo aus sie
in den Motor 14 eingeführt werden kann. Außerdem
kann das System 54 eine Luftkühlung oder eine
Ladeluftkühlung 56 zum Kühlen der Frischluft
nach der Komprimierung durch den Kompressor 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 eine Pedalposition eines durch einen Fahrer des
Fahrzeugs betätigten Drosselpedals reagiert. Es sind viele
Variationen für ein derartiges Lufteinlasssystem möglich,
wobei die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Anordnung
beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann verschiedene
Einrichtungen zum Zuführen von Frischluft zu dem Einlasskrümmer
und den Zylindern einschließlich einer oder mehrerer der
vorstehend genannten Einrichtungen umfassen.
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Ein
Abgasrückführungssystem (AGR-System) 64 kann
optional vorgesehen werden, um Abgas zu dem Motor 14 zurückzuführen
und mit Frischluft zu mischen. Das AGR-System 64 kann wahlweise
einen abgemessenen Teil der Abgase in den Motor 14 einführen.
Das AGR-System 64 kann zum Beispiel die eingehende Kraftstoffladung
verdünnen und die Spitzenverbrennungstemperaturen senken,
um die während der Verbrennung erzeugte Menge von Stickstoffoxiden
zu reduzieren. Die rückzuführende Abgasmenge kann
durch die Steuerung eines AGR-Ventils 66 und/oder in Kombination
mit anderen Einrichtungen wie etwa dem Turbolader gesteuert werden.
Das AGR-Ventil 66 kann ein verstellbares Flussventil sein,
das elektronisch gesteuert wird. Es sind viele verschiedene Konfigurationen
für das steuerbare AGR-Ventil 66 möglich,
wobei die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
nicht auf einen bestimmten Aufbau für das AGR-Ventil 66 beschränkt
sind.
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Das
AGR-System 64 gemäß einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung kann eine AGR-Kühlleitung 70 umfassen,
die eine Luftkühlung 72 und einen AGR-Bypass 74 zur
Umgehung der Kühlung umfasst. Das AGR-Ventil 66 kann
an dem Abgaskrümmer vorgesehen sein, um das Abgas durch
die AGR-Kühlleitung 70 und/oder den AGR-Bypass 74 zu
messen. Natürlich kann in der vorliegenden Erfindung das
AGR-System 64 auch mehr oder weniger Einrichtungen als
die oben genannten Einrichtungen umfassen, um das Abgas zurückzuführen.
Die vorliegende Erfindung ist also nicht auf ein bestimmtes AGR-System
beschränkt, wobei auch andere derartige Systeme mit mehr
oder weniger Einrichtungen als den oben genannten Einrichtungen
verwendet werden können, wie zum Beispiel ein AGR-System
mit nur der AGR-Kühlleitung oder nur dem Bypass.
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Es
kann ein Kühlsystem 80 kann vorgesehen sein, das
ein Kühlmittel durch den Motor 14 führt.
Das Kühlmittel kann ausreichen, um die durch den Motor 14 erzeugte
Wärme fließend etwa durch einen Kühler abzuführen.
Der Kühler kann eine Anzahl von Rippen umfassen, durch
die das Kühlmittel fließt, um auf für den
Fachmann bekannte Weise durch den Luftfluss durch das Motorgehäuse
und/oder durch den Luftfluss eines Kühlerventilators gekühlt
zu werden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch mehr oder weniger
Einrichtungen in dem Kühlsystem 80 aufweisen,
wobei die vorliegende Erfindung nicht auf das oben beschriebene
beispielhafte Kühlsystem beschränkt ist.
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Das
Kühlsystem 80 der Erfindung kann in Verbindung
mit einem Heizsystem 84 betrieben werden. Das Heizsystem 84 kann
einen Heizkonus, einen Heizventilator und ein Heizventil umfassen.
Der Heizkonus kann das erwärmte Kühlmittelfluid
aus dem Motor 14 durch das Heizventil empfangen, sodass
der Heizventilator, der elektrisch durch Insassen in einem Insassenbereich
bzw. einer Kabine eines Fahrzeugs gesteuert werden kann, die durch
den Heizkern erwärmte Luft zu den Insassen blasen kann.
Zum Beispiel kann der Heizventilator mit verschiedenen Geschwindigkeiten
gesteuert werden, um die Menge der an dem Heizkern vorbei geblasenen
Warmluft zu steuern, wobei die erwärmte Luft dann über
ein Lüftungssystem zu den Insassen verteilt werden kann.
Optional können Sensoren und Schalter 86 in dem
Insassenbereich vorgesehen sein, um die Heizanforderungen der Insassen
zu steuern. Die Schalter und Sensoren können Drehschalter
oder digitale Schalter zum Eingeben von Heizanforderungen und weiterhin
Sensoren umfassen, die bestimmt, ob die Heizanforderungen erfüllt wurden.
In der vorliegenden Erfindung kann das Heizsystem mehr oder weniger
Einrichtungen als die oben genannten Einrichtungen umfassen, wobei
die vorliegende Erfindung nicht auf das oben beschriebene beispielhafte
Heizsystem beschränkt ist.
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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 oder Subsysteme wie etwa der Sensoren
in den Abgas-, AGR- und Einlasssystemen zu steuern. Es können
verschiedene Sensoren über Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 94 elektrisch
mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Die Steuereinrichtung 92 kann
eine Mikroprozessoreinheit 98 umfassen, die über
einen Daten- und Steuerbus 100 mit verschiedenen computerlesbaren
Speichermedien kommuniziert. Die computerlesbaren Speichermedien
können eine Anzahl von bekannten Einrichtungen umfassen,
die als ROM 102, RAM 104 und NVRAM (nicht-flüchtiger
RAM) 106 funktionieren. Eine Daten-, Diagnose- und Programmier-Ein-/Ausgabeeinrichtung 108 kann
wahlweise mit der Steuereinrichtung über einen Stecker
verbunden werden, um verschiedene Informationen auszutauschen. Die
Einrichtung 108 kann verwendet werden, um Werte in den
computerlesbaren Speichermedien wie etwa Konfigurationseinstellungen,
Kalibrierungsvariablen, Befehle für die AGR-, Einlass-
und Abgasystemsteuerungen usw. auszutauschen.
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Das
System 10 kann einen Einspritzmechanismus 114 zum
Steuern der Kraftstoff- und/oder Lufteinspritzung für die
Zylinder 18 umfassen. Der Einspritzmechanismus 114 kann
durch die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Steuereinrichtung gesteuert
werden und kann eine beliebige Anzahl von Einrichtungen einschließlich
von Einrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff und/oder Luft in
einen gemeinsamen Zylindereinlass bzw. Einheiten zum Einspritzen
von Kraftstoff und/oder Luft in jeden einzelnen Zylinder umfassen.
Zum Beispiel kann der Einspritzmechanismus 114 separat
und unabhängig den Kraftstoff und/oder die Luft steuern,
die in jeden Zylinder eingespritzt werden, sodass jeder Zylinder separat
und unabhängig gesteuert werden kann, um verschiedene Mengen
von Kraftstoff und/oder Luft oder gar keinen Kraftstoff bzw. gar
keine Luft zu empfangen. Natürlich kann der Einspritzmechanismus 114 in
der vorliegenden Erfindung auch mehr oder weniger Einrichtungen
als die oben genannten Einrichtungen umfassen und ist nicht auf
die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt.
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Das
System 10 kann einen Ventilmechanismus 116 zum
Steuern der Ventilzeit 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
Einlassventilen und/oder Abgasventilen der Zylinder umfassen. Zum
Beispiel kann der Ventilmechanismus 116 unabhängig
die Abgasventilzeit jedes Zylinders steuern, sodass die Abgas- und/oder
Einlassventile unabhängig mit steuerbaren Intervallen wie
etwa bei einer Kompressionsbremse geöffnet und geschlossen werden
können. Natürlich kann in der vorliegenden Erfindung
der Ventilmechanismus auch mehr oder weniger Einrichtungen als die
oben genannten Einrichtungen umfassen, wobei der Ventilmechanismus nicht
auf die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt ist.
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Während
des Betriebs empfängt die Steuereinrichtung 92 Signale
von verschiedenen Motor- und Fahrzeugsensoren und führt
eine in Hardware und/oder Software eingebettete Steuerlogik aus,
um das System 10 zu steuern. Die computerlesbaren Speichermedien
können zum Beispiel darin gespeicherte Befehle umfassen,
die durch die Steuereinrichtung 92 ausgeführt
werden könne, um Verfahren zum Steuern aller Einrichtungen
und Subsysteme in dem System 10 auszuführen. Die
Programmbefehle können durch die Steuereinrichtung in der
Mikroprozessoreinheit 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 eine optionale
Erfassungs- und Steuerkommunikation zwischen der Steuereinrichtung
und verschiedenen Komponenten in dem Antriebssystem an. Weiterhin
ist zu beachten, dass eine beliebige Anzahl von Sensoren und Einrichtungen
mit jeder Einrichtung in dem System assoziiert sein kann, um den
Betrieb derselben zu beobachten und zu steuern.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung 92 eine DDEC-Steuereinrichtung
von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan, sein. Verschiedene
andere Merkmale dieser Steuereinrichtung werden im Detail in verschiedenen
US-Patenten der Detroit Diesel Corporation beschrieben. Weiterhin
kann die Steuereinrichtung eine beliebige Anzahl von Programmier- oder
Verarbeitungstechniken bzw. entsprechenden Strategien verwenden,
um die Einrichtungen in dem System 10 zu steuern. Weiterhin
sieht die vorliegende Erfindung vor, dass das System auch mehr als eine
Steuereinrichtung umfassen kann, wobei es sich etwa um separate
Steuereinrichtungen zum Steuern bestimmter Systeme oder Subsysteme
wie etwa eine Steuereinrichtung für das Abgassystem zum
Steuern der Abgastemperaturen, der Massenflussraten oder anderer
damit assoziierten Merkmale handeln kann. Außerdem können
diese Steuereinrichtungen auch andere Steuereinrichtungen als die
oben beschriebene DDEC-Steuereinrichtung umfassen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung 92 oder
eine andere Einrichtung wie etwa eine Regenerationssystem-Steuereinrichtung
konfiguriert sein, um eine gewünschte Abgastemperatur für
die Abgase aus dem Motor zu bestimmen, um die Regeneration des Partikelfilters
zu unterstützen, wodurch die durch den Partikelfilter aufgefangenen
Partikeln oxidiert oder auf andere Weise verbrannt werden. Eine
derartige Entsorgung der Partikeln kann vorteilhaft wein, weil dadurch
eine Verstopfung oder Füllung des Partikelfilters verhindert
werden kann, sodass die Abgase mit einem minimalen Widerstand hindurchgehen
können und weitere Partikeln aufgefangenen werden können.
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Die
gewünschte Abgastemperatur kann in Übereinstimmung
mit anderen Faktoren und Einflüssen auf den Regenerationsprozess
berechnet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung
ist unter der Abgastemperatur die Temperatur der aus dem Motor emittierten
Abgase zu verstehen, die alleine oder in Verbindung mit anderen
Steuerfaktoren verwendet werden kann, um die Regeneration zu unterstützen,
etwa in Verbindung mit dem Temperatureinfluss der Dosierungseinrichtung 50,
sofern das System über eine derartige Einrichtung verfügt.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Steuerung des Motors 14,
um Abgase mit einer gewünschten Abgastemperatur zu emittieren
und dadurch die Regeneration zu unterstützen. Die Steuerung
kann in Übereinstimmung mit einer in der Steuereinrichtung 92 enthaltenen
oder in dieselbe eingegebenen Software erfolgen. Entsprechend kann
die Steuerung aber auch durch andere Logiken oder Steuereinrichtungen
wie etwa eine Regenerationssystem-Steuereinrichtung oder ähnlichem
bewerkstelligt werden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung können die gewünschten
Abgastemperaturen derart bestimmt werden, dass sie Abgastemperaturen
entsprechen, die größer als die aktuell durch den
Motor erzeugten Abgastemperaturen sind. Zum Beispiel kann das Fahrzeug
im Leerlauf oder unter relativ niedrigen Motorlastbedingungen betrieben werden,
wobei die Last an dem Fahrzeug 14 nicht ausreicht, um ausreichend
hohe Abgastemperaturen zu erzeugen, um eine Regeneration des Partikelfilters 44 zu
ermöglichen. Die vorliegende Erfindung nimmt auf dieses
Problem Bezug und schlägt eine Erhöhung der Last
an dem Motor 14 vor, um die Abgastemperatur der emittierten
Abgase zu erhöhen. Die erhöhte Last kann in Abhängigkeit
von der gewünschten Abgastemperatur und der aktuellen Abgastemperatur
(die niedriger als die gewünschte Abgastemperatur ist)
bestimmt werden.
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In 2 ist
ein schematisches Flussdiagramm zu einem Verfahren der vorliegenden
Erfindung gezeigt.
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Insbesondere
beginnt das Verfahren 118 in Schritt 120 damit,
die Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung während Kaltstartbedingungen
zu bestimmen. Dies kann unter Verwendung von Sensoren erfolgen,
die an der Nachbehandlungsvorrichtung befestigt sind und elektronisch
mit dem elektronischen Steuermodul verbunden sind, um Temperaturdaten
von der Nachbehandlungsvorrichtung zu dem elektronischen Steuermodul
zu übertragen. In das elektronische Steuermodul sind Tabellen
mit Temperaturbereichen für die Nachbehandlungsvorrichtung
geladen, anhand derer der Motor den besten Betriebsmodus für
jeden in der Nachbehandlungsvorrichtung erfassten Temperaturbereich
bestimmten kann. Sobald das elektronische Steuermodul eine Kaltstart-Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
erfasst hat, werden in Schritt 122 die Kohlenstoffemissionen
in der Nachbehandlungsvorrichtung bestimmt. Dies kann durch Sensoren
in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung bewerkstelligt
werden, die in Kontakt mit einem Abgasstrom sind, um die Menge oder
Konzentration der Kohlenwasserstoffe in dem Abgasstrom während
Kaltstartbedingungen zu messen. Es ist bekannt, dass die Kaltstartbedingungen übermäßige
Kohlenwasserstoffemissionen erzeugen, die in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
aufgefangen werden. Wenn sich der Motor aufwärmt, steigt
die Abgastemperatur und es kann eine unkontrollierte Oxidation der
aufgefangenen Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung auftreten,
die zu einer Beschädigung der Nachbehandlungsvorrichtung
führt. In Schritt 124 wird der Motorbetrieb modifiziert,
um die Temperatur der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
mit einer vorbestimmten Rate zu einer Temperatur zu erhöhen
die ausreicht, um eine kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe
in der Nachbehandlungsvorrichtung zu gestatten. Sobald die Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
eine optimale Betriebstemperatur erreicht hat, wird zu einem normalen
Motorbetrieb zurückgekehrt.
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Der
Motorbetrieb während Kaltstartbedingungen kann modifiziert
werden, indem die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffeinspritzzeit,
der Kraftstoffeinspritzdruck, die Abgasrückführung,
die Lufteinlassdrossel, die Abgasdrossel, der Turboladerbetrieb,
die Ventilzeit, der Einlassluftheizer und/oder die Motorleistung
gesteuert werden, um die Abgastemperatur mit einer gesteuerten Rate
zu erhöhen, um Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
während Kaltstartbedingungen kontrolliert zu oxidieren.
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3 zeigt
ein weiteres Verfahren zum Steuern des Motorbetriebs gemäß der
Erfindung. Insbesondere beginnt das Verfahren 126 in Schritt 128 damit,
die Kaltstarttemperatur zu bestimmen. Dies kann bewerkstelligt werden,
indem die Umgebungslufttemperatur, die Kühlerfluidtemperatur,
die Öltemperatur, die Motortemperatur, die Motorstartzeit,
die Motorgeschwindigkeit, die Kraftstoffzufuhr und/oder die Ventilzeit
erfasst werden. Es kann aber auch auf andere Weise bestimmt werden,
ob sich der Motor in einer Kaltstartbedingung befindet. Unter einer
Kaltstartbedingung ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung
zu verstehen, dass der Motor bei einer Umgebungstemperatur von weniger
als ungefähr 20°F (–6,7°C) gestartet
wird. In Schritt 130 wird der Kohlenwasserstoffemissionspegel
in einem Motorabgasstrom während Kaltstartbedingungen bestimmt.
Dies kann durch Sensoren in dem Abgassystem bewerkstelligt werden,
die elektronisch mit dem elektronischen Steuermodul verbunden sind,
um Datensignale zu Kohlenwasserstoffen in dem Abgasstrom vorzusehen.
In das elektronische Steuermodul können Tabellen mit Kohlenwasserstoffpegeln
geladen sein, die dem elektronische Steuermodul dabei helfen, zu
bestimmen, wie auf verschiedene Pegel der erfassten Kohlenwasserstoffe
in dem Abgasstrom reagiert werden soll. In Schritt 132 wird
der Kohlenwasserstoffpegel in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
bestimmt. Dies kann wiederum durch Sensoren bewerkstelligt werden,
die an der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung angebracht sind
und elektronisch mit dem elektronischen Steuermodul verbunden sind,
um Datensignale zu den erfassten Pegeln der Kohlenwasserstoffe in
der Nachbehandlungsvorrichtung zu übertragen. In Schritt 134 werden
die Motorbetriebsbedingungen während des Kaltstarts modifiziert,
um die Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung mit einer vorbestimmten Rate
zu einer Temperatur zu erhöhen, die ausreicht, um eine
kontrollierte Oxidation der Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
zu gestatten. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass das elektronische
Steuermodul die Motoroperationen modifiziert, indem es die Motorgeschwindigkeit,
die Kraftstoffzufuhr, den Kraftstoffeinspritzdruck, die Abgasrückführung,
die Lufteinlassdrossel, die Abgasdrossel, den Turboladerbetrieb
(eines Turboladers mit variabler Geometrie, eines Wastegaste-Turboladers,
eines sequentiellen Turboladers oder eines gestuften Turboladers),
die Ventilzeit, den Einlassluftheizer und/oder die Motorleistung steuert,
um die Abgastemperatur mit einer gesteuerten Rate zu erhöhen,
um die Kohlenwasserstoffe in der Nachbehandlungsvorrichtung während
Kaltstartbedingungen zu oxidieren.
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Nachdem
die Abgastemperatur für die Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
ausreichend erhöht wurde, um die übermäßigen
Kohlenwasserstoffe kontrolliert zu oxidieren, wird der Motorbetrieb
wieder zu einem normalen Motorbetrieb zurückgeführt,
sobald bestimmt wurde, dass die übermäßigen
Kohlenwasserstoffe aus der Kohlenwasserstoff-Nachbehandlungsvorrichtung
oxidiert wurden.
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Dem
Fachmann sollte deutlich sein, dass die vorstehende Beschreibung
der vorliegenden Erfindung beispielhaft und nicht einschränkend
aufzufassen ist. Es können verschiedene Modifikationen
und Variationen durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne dass
deshalb der durch die beigefügten Ansprüche definierte
Erfindungsumfang verlassen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2007/0056554 [0004]
- - US 2006/0218897 [0005]
- - US 6892705 [0006]
- - US 6523525 [0007]
- - US 6092496 [0008]