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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf ein Motorsteuerungssystem und insbesondere
auf ein System zum Steuern eines Motorbetriebs basierend auf einer
Rußbeladung gerichtet.
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Hintergrund
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Verbrennungsmotoren,
einschließlich Dieselmotoren, Benzinmotoren, mit einem
gasförmigen Kraftstoff betriebener Motoren und anderer,
in der Technik bekannter Motoren, geben eine komplexe Mischung von
Luftschadstoffen an die Umwelt ab. Diese Luftschadstoffe können
aus gasförmigen Verbindungen wie Stickoxiden und Kohlenmonoxid
und aus Feststoffpartikeln, die auch als Ruß bekannt sind,
zusammengesetzt sein.
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Aufgrund
eines erhöhten Umweltbewusstseins sind Abgasemissionsvorschriften
strenger geworden, und die von einem Motor emittierte Menge an gasförmigen
Verbindungen und Partikeln kann abhängig von dem Motortyp,
der Motorgröße und/oder der Motorklasse geregelt
sein. Ein Verfahren, das von Motorherstellern eingesetzt wird, um
die Abgasregelungen zu erfüllen, besteht darin, die gasförmigen
Verbindungen und die Partikel unter Verwendung einer Abgasbehandlungsvorrichtung
aus dem Abgasstrom eines Motors zu entfernen. Eine Abgasbehandlungsvorrichtung
enthält typischerweise ein zum Einfangen von Partikeln
entworfenes Filtermedium und einen Katalysator, der dazu benutzt
wird, die Stickoxide und/oder das Kohlenmonoxid zu absorbieren oder
in unschädliche Gase umzuwandeln.
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Die
Verwendung der Abgasbehandlungsvorrichtung über längere
Zeiträume kann jedoch verursachen, dass sich in dem Filtermedium
Partikel ansammeln, wodurch die Funktionalität der Abgasbehandlungsvorrichtung
und demzufolge die Motorleistung reduziert wird. Wenn beispielsweise
der Ruß anfängt, Poren oder Geflechtöffnungen
des Filtermediums zu blockieren, können sich die Druckdifferenz
an dem Filtermedium und/oder die Temperatur des durch das Filtermedium
strömenden Abgases erhöhen. Wenn der Abgasdruck
und die Abgastemperatur stromaufwärts des Filtermediums
anwachsen, wird es immer schwieriger, die geeignete Menge an Frischluft
in den Motor zu saugen oder zu pressen. Ferner verringert sich als
ein Resultat der reduzierten Zufuhr von Frischluft das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
in dem Motor, wodurch eine Änderung der Abgasemissionsbestandteile
und eine weitere Erhöhung sowohl der Ansaugals auch der
Abgastemperatur bewirkt werden. Wird dies nicht berücksichtigt,
können der erhöhte Druck und die erhöhten
Temperaturen in einem Versagen von Bauteilen, einem erhöhten
Kraftstoffverbrauch, einem Leistungsverlust und/oder einem Nichterfüllen
von Emissionsregelungen resultieren.
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Um
die mit einer verstopften Partikelfalle verbundenen extremen Symptome
abzumildern, können darin angesammelte Partikel durch einen
als Regeneration bezeichneten Prozess regelmäßig
aus dem Filtermedium entfernt werden. Zum Einleiten der Regeneration
des Filtermediums wird die Temperatur der in dem Medium eingebundenen
Partikel über eine Verbrennungsschwelle angehoben, bei
der die Partikel weggebrannt werden. Ein Beispiel für das
Erhöhen von Abgastemperaturen zum Regenerieren einer Partikelfalle
ist in dem am 27. September 2005 für Gioannini et al. erteilten
US-Patent Nr. 6,948,476 (dem
Patent
'476 ) beschrieben.
Genauer gesagt offenbart das Patent
'476 ein
Verfahren zum Variieren des Betriebs eines Motors (d. h. der Kraftstoffeinspritzungseigenschaften
des Motors) basierend auf einem Regenerationsbedarf einer Partikelfalle.
Das Patent
'476 offenbart
beispielsweise eine Kraftstoffversorgung, die in mehreren, genau
festgelegten Nacheinspritzungsvorgängen Kraftstoff zu einer
Verbrennungskammer fördert, derart, dass die Temperatur
der Partikelfalle ausreichend erhöht wird, um eine Regeneration
durchzuführen oder die gefangenen Partikel wegzubrennen.
Auf diese Weise können ein übermäßiger
Gegendruck und übermäßige Temperaturen,
die aus einem vollständig verstopften Filtermedium resultieren,
abgemildert werden.
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Wenngleich
das Verfahren des Patents
'476 den
Motorbetrieb zum geeigneten Regenerieren eines mit Partikeln gesättigten
Filtermediums regelmäßig ändern kann,
kann es in Bezug auf das Reduzieren der negativen Auswirkungen,
die mit einem teilweise beladenen Medium zwischen Regenerationsereignissen
verbunden sind, wirkungslos sein. Genauer gesagt, selbst wenn das
Partikelfiltermedium lediglich teilweise mit Ruß beladen
und noch nicht für eine Regeneration vorgesehen ist, kann
die Einschränkung durch das Filtermedium noch immer dazu
ausreichen, dass sie sich negativ auf die Motorleistung auswirkt.
In diesen Situationen kann der Motor, selbst wenn er mit der Regenerationsstrategie des
Patents
'476 ausgestattet
ist, immer noch unter einem erhöhten Kraftstoffverbrauch,
gestiegenen Abgasemissionen und einer verringerten Lebensdauer von
Bauteilen leiden, die mit den erhöhten Temperaturen und
Drücken an dem Partikelfilter zusammenhängen.
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Das
Steuerungssystem der vorliegenden Offenbarung löst eines
oder mehrere der vorher dargelegten Probleme.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Steuerungssystem
für einen Verbrennungsmotor mit einem Partikelfilter gerichtet.
Das Steuerungssystem kann einen Sensor enthalten, der dazu ausgebildet
ist, einen Leistungsparameter des Partikelfilters zu detektieren
und ein entsprechendes Signal zu erzeugen. Das Steuerungssystem
kann ferner eine Steuerung enthalten, die mit dem Sensor und dem
Verbrennungsmotor verbunden ist. Das Steuerungssystem kann dazu
ausgebildet sein, das Signal zu empfangen und basierend auf dem
Signal einen Rußbeladungsstatus des Partikelfilters zu
ermitteln. Das Steuerungssystem kann ferner dazu ausgebildet sein,
den Betrieb des Verbrennungsmotors basierend auf dem Rußbeladungsstatus
während des Normalbetriebs des Partikelfilters zu modifizieren.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren
zum Steuern eines Motorbetriebs gerichtet. Das Verfahren kann Ermitteln eines
Rußbeladungsstatus eines Partikelfilters beinhalten. Das
Verfahren kann ferner Modifizieren des Betriebs des Motors basierend
auf dem Rußbeladungsstatus während des Normalbetriebs
des Partikelfilters beinhalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaft offenbarten Leistungseinheit,
und
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2 ist
ein Flussdiagram, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben
der Leistungseinheit von 1 zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt
eine Leistungseinheit 100 mit einem Abgasbehandlungssystem 102 und
einem Steuerungssystem 104. Im Rahmen dieser Offenbarung ist
die Leistungseinheit 100 als ein Viertakt-Dieselmotor gezeigt
und beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Leistungseinheit 100 ein beliebiger
anderer Typ eines Verbrennungsmotors sein kann, beispielsweise ein
Benzinmotor oder ein mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebener
Motor. Ferner kann die Leistungseinheit 100 ein Typ einer Leistung
und Abgas erzeugenden Vorrichtung sein, die kein Motor ist, beispielsweise
ein Ofen. Allgemein kann die Leistungseinheit 100 ein Kraftstoff/Luft-Gemisch
zum Erzeugen von Leistung und Abgas verbrennen und das Abgas zu
dem Abgasbehandlungssystem 102 leiten. Das Abgasbehandlungssystem 102 kann
das Abgas aufnehmen, behandeln und in die Atmosphäre leiten.
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Die
Leistungseinheit 100 kann einen Motorblock 106,
der zumindest teilweise eine Mehrzahl von sowohl mit einer Ansaugsammelleitung 110 als
auch mit einer Abgassammelleitung 112 fluidmäßig
verbundenen Verbrennungskammern 108 definiert, einen (nicht
gezeigten) Zylinderkopf, der zumindest teilweise die Verbrennungskammern 108 definiert, und
eine in dem Motorblock 106 drehbar angeordnete Kurbelwelle 114 enthalten.
Bei der dargestellten Ausführungsform enthält
die Leistungseinheit 100 vier Verbrennungskammern 108.
Die Leistungseinheit 100 kann jedoch auch eine größere
oder kleinere Zahl von Verbrennungskammern 108 enthalten,
und die Verbrennungskammern 108 können in einer
Reihenkonfiguration, einer V-Konfiguration oder irgendeiner anderen
geeigneten Konfiguration angeordnet sein. Jede Verbrennungskammer 108 kann
einen (nicht gezeigten) Kolben aufnehmen, der mit der Kurbelwelle 114 der
Leistungseinheit 100 verbunden ist, derart, dass eine Verschiebung
jedes Kolbens in seiner jeweiligen Verbrennungskammer 108 in
einer Drehung der Kurbelwelle 114 resultiert. Auf ähnliche Weise
kann eine Drehung der Kurbelwelle 114 in einer Verschiebung
der Kolben resultieren.
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Die
Leistungseinheit 100 kann ein Gemisch aus Kraftstoff und
Luft zum Erzeugen einer Ausgangsleistung und von Abgasen verdichten
und verbrennen. Jede Verbrennungskammer 108 kann Kraftstoff
und Luft aufnehmen, die Verbrennung des Kraftstoffs und der Luft
ermöglichen und das aus dem Verbrennungsprozess resultierende
Abgas zu der Abgassammelleitung 112 leiten. Das Abgas kann Kohlenmonoxid,
Stickstoffoxide, Kohlendioxid, Aldehyde, Ruß, Sauerstoff,
Stickstoff, Wasserdampf und/oder Kohlenwasserstoffe wie Wasserstoff
und Methan enthalten. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Leistungseinheit 100 eine
Mehrzahl anderer Bauteile wie einen Kraftstofftank, verschiedene
Steuerventile, eine Vorverbrennungskammer oder andere Komponenten
enthalten kann, die mit dem Prozess der Leistungs- und Abgaserzeugung
einhergehen.
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Die
Ansaugsammelleitung 110 kann eine oder mehrere Einlassöffnungen
haben und Luft oder ein Gemisch aus Luft und anderen Gasen durch
die Einlassöffnungen zu den Verbrennungskammern 108 leiten.
Auf ähnliche Weise kann die Abgassammelleitung 112 eine
oder mehrere Auslassöffnungen haben und über die
Auslassöffnungen Abgas von den Verbrennungskammern 108 aufnehmen.
Die Leistungseinheit 100 kann auch eine Mehrzahl von Ansaug-
und/oder Abgassammelleitungen zum Leiten von Luft und Abgas zu bzw.
aus von den Verbrennungskammern 108 enthalten.
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Ein
Kraftstoffinjektor 116 kann zum Einspritzen einer Menge
an druckbeaufschlagtem Kraftstoff in eine zugehörige Verbrennungskammer 108 bei vorbestimmten
Zeitpunkten, Kraftstoffdrücken und Kraftstoffmengen in
dem Zylinderkopf angeordnet sein. Jeder Kraftstoffinjektor 116 kann
als ein beliebiger Typ einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung
ausgeführt sein, beispielsweise als ein elektronisch betätigter
und elektronisch gesteuerter Injektor, ein mechanisch betätigter
und elektronisch gesteuerter Injektor oder ein digital gesteuertes
Kraftstoffventil, das zu einer Hochdruckverteilerleiste gehört,
oder als ein beliebiger anderer Typ eines in der Technik bekannten
Kraftstoffinjektors. Es ist auch möglich, dass einige oder
alle Betriebsparameter der Kraftstoffinjektoren 116 elektronisch
gesteuert werden. Zum Beispiel können die Zeitpunkte, Drücke,
Mengen und/oder Geschwindigkeiten der Einspritzungen elektronisch
gesteuert werden.
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Die
Zeitpunkte der Kraftstoffeinspritzungen in die Verbrennungskammern 108 können
mit der Bewegung der darin hin und her verschiebbar angeordneten
Kolben synchronisiert sein. Beispielsweise kann Kraftstoff eingespritzt
werden, während sich die Kolben in einem Verdichtungshub
einer Position eines oberen Totpunkts nähern, um eine durch
Verdichtung gezündete Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs
zu ermöglichen. Alternativ kann Kraftstoff eingespritzt
werden, wenn die Kolben den Verdichtungshub beginnen und sich in
Richtung der Position eines oberen Totpunkts bewegen, zur Zündung
durch Verdichtung bei homogener Ladung. Kraftstoff kann auch eingespritzt
werden, während sich die Kolben während eines
Expansionshubs von der Position eines oberen Totpunkts hin zu der
Position eines unteren Totpunkts bewegen, für eine späte
Nacheinspritzung zum Erzeugen einer reduzierenden Atmosphäre
für eine Nachbehandlungsregeneration. In den meisten Fällen
können während jeder 720-Grad-Umdrehung der Kurbelwelle 114 ein
oder mehrere Kraftstoffschüsse eingespritzt werden. Diese
Kombination von Kraftstoffschüssen während eines
einzelnen vollständigen Zyklus bzw. zwei Umdrehungen der
Kurbelwelle 114 kann als ein Einspritzvorgang bezeichnet
werden. Das zu den Kraftstoffinjektoren 116 gesandte elektronische
Befehlssignal, das in einer bestimmten Kombination von Kraftstoffeinspritzungsschüssen
resultiert, kann als eine Stromwellenform betrachtet werden.
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Das
Abgasbehandlungssystem 102 kann eine Luftzuführungsleitungsanordnung 118,
eine Abgasleitungsanordnung 120 und eine Abgasrückführungs-(englisch:
exhaust gas recirculation, EGR)Leitungsanordnung 122 enthalten.
Die Luftzuführungsleitungsanordnung 118 kann Luft
oder ein Gemisch aus Luft und anderen Gasen für eine Verbrennung
in die Leistungseinheit 100 saugen. Die Abgasleitungsanordnung 120 kann
einen Teil des Abgases aus der Leistungseinheit 100 in
die Atmosphäre leiten, während die EGR-Leitungsanordnung 122 den
verbleibenden Teil des Abgases von der Abgasleitungsanordnung 120 zu
der Luftzuführungsleitungsanordnung 118 zurückführen
kann.
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Die
Luftzuführungsleitungsanordnung 118 kann Komponenten
enthalten, die zum Einbringen von aufgeladener Luft in die Verbrennungskammern 108 zusammenwirken.
Beispielsweise kann die Luftzuführungsleitungsanordnung 118 eine
Lufteinlassöffnung 124, einen Ansaugkanal 126,
ein Drosselventil 156, einen Verdichter 128, eine
Ansaugleitung 130 und einen Luftkühler 132 enthalten.
In der Luftzuführungsleitungsanordnung 118 können
auch zusätzliche und/oder unterschiedliche Komponenten enthalten
sein, beispielsweise ein Ladedruckregelventil zum Beeinflussen des
Luftdrucks in dem Ansaugkanal 126 und/oder der Ansaugleitung 130,
eine Vorbeiführungsleitungsanordnung zum selektiven Vorbeiführen
von Luft von der Ansaugleitung 130 zu der Abgasleitungsanordnung 120 und
andere, in der Technik bekannte Einrichtungen zum Beeinflussen der
Zuführung von aufgeladener Luft in die Verbrennungskammern 108.
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Die
Lufteinlassöffnung 124 kann mit dem Ansaugkanal 126 fluidmäßig
verbunden sein und einem Luftreiniger zugeordnet sein, um die in
die Luftzuführungsleitungsanordnung 118 eintretende
Luft zu reinigen. Das Drosselventil 156 kann in dem Ansaugkanal 126 angeordnet
sein und ein Ventilelement wie beispielsweise ein Schmetterlingsventilelement,
ein Absperrventilelement, ein Kugelventilelement, ein Tellerventilelement
oder ein anderes, in der Technik bekanntes Ventilelement enthalten.
Das Ventilelement des Drosselventils 156 kann zwischen
einer Stromdurchlassposition und einer Strombegrenzungsposition
bewegt werden und elektronisch gesteuert sein. Die Position des
Ventilelements zwischen der Stromdurchlass- und der Strombegrenzungsposition
kann die Menge und den resultierenden Druck der Luft, die in die
Leistungseinheit 100 strömt, zumindest teilweise
beeinflussen. Genauer gesagt kann das Drosselventil 156 den
Luftstrom aus der Atmosphäre in den Ansaugkanal 126 selektiv
zulassen, blockieren oder teilweise blockieren und dadurch die Menge
und den Druck der Luft einstellen, die in die Ansaugsammelleitung 110 gelassen
wird. Der Ansaugkanal 126 kann ferner den Verdichter 128 mit
der Lufteinlassöffnung 124 fluidmäßig
verbinden.
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Der
Verdichter 128 kann zum Verdichten der Luft, die in die
Leistungseinheit 100 strömt, in der Ansaugleitung 130 fluidmäßig
zwischen der Lufteinlassöffnung 124 und der Ansaugsammelleitung 110 verbunden
sein. Der Verdichter 128 kann als ein Verdichter mit variabler
Geometrie ausgeführt sein, der seine effektive Größe ändert,
wenn sich Betriebsbedingungen der Leistungseinheit 100 ändern.
Der Verdichter 128 kann beispielsweise eine Mehrzahl von elektronisch
gesteuerten Leitschaufeln (nicht gezeigt) enthalten, die zum effektiven
Erhöhen oder Verringern der Querschnittsfläche
des Verdichters 128 bewegt werden können. Wenn
die Leistungseinheit 100 arbeitet, können die
Leitschaufeln des Verdichters 128 bewegt werden, um die
Querschnittsfläche von Finnen in dem Verdichter 128 zu
erhöhen oder zu verringern, wodurch mehr oder weniger Luft angesaugt
und verdichtet wird und die Drücke in der Abgassammelleitung 112 beeinflusst
werden. Der Verdichter 128 kann alternativ auch als ein
Verdichter mit fester Geometrie oder ein beliebiger anderer, in der
Technik bekannter Typ eines Verdichters ausgeführt sein.
Es ist auch möglich, dass alternativ mehrere Verdichter 128 in
der Luftzuführungsleitungsanordnung 118 enthalten
und in Reihe oder parallel angeordnet sind. Ferner ist es jedoch
auch möglich, dass der Verdichter 128 fehlt, wenn
ein Saugmotor verwendet werden soll.
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Der
Luftkühler 132 kann den Wärmetransfer auf
die bzw. von der durch den Verdichter 128 verdichteten
Luft ermöglichen, bevor die verdichtete Luft in die Ansaugsammelleitung 110 eintritt.
Der Luftkühler 132 kann beispielsweise als ein
Luft/Luft-Wärmetauscher oder ein Flüssigkeit/Luft-Wärmetauscher ausgeführt
sein. Der Luftkühler 132 kann einen Wärmetauscher
eines Rohrbündeltyps, einen Wärmetauscher eines
Plattentyps oder irgendeinen anderen, in der Technik bekannten Typ
eines Wärmetauschers enthalten. Bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform ist der Luftkühler 132 stromabwärts
des Verdichters 128 und stromaufwärts der Ansaugsammelleitung 110 angeordnet.
Der Luftkühler 132 kann sich jedoch alternativ
stromaufwärts des Verdichters 128 und/oder zwischen
zwei Verdichtern 128 befinden, falls dies erwünscht
ist.
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Die
Abgasleitungsanordnung 120 kann Komponenten enthalten,
die das Abgas aus den Verbrennungskammern 108 behandeln
und fluidmäßig leiten. Die Abgasleitungsanordnung 120 kann
beispielsweise eine Turbine 136, eine Abgasleitung 138,
einen Abgaskanal 140, ein Partikelfilter 142,
eine Katalysatorvorrichtung 144 und eine Abgasöffnung 146 enthalten.
Die Abgasleitungsanordnung 120 kann auch zusätzliche
und/oder unterschiedliche Komponenten als die zuvor aufgeführten
enthalten.
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Die
Turbine 136 kann das aus den Verbrennungskammern 108 austretende
Abgas über die Abgassammelleitung 112 und die
Abgasleitung 138 aufnehmen und durch dasselbe angetrieben
werden, so dass sie sich dreht. Die Turbine 136 kann zum
Antreiben des Verdichters 128 angeschlossen sein, wobei die
Turbine 136 und der Verdichter 128 zusammen einen
Turbolader bilden. Insbesondere kann sich, wenn sich die heißen
Abgase, die aus der Leistungseinheit 100 austreten, gegen
die (nicht gezeigten) Schaufeln der Turbine 136 ausdehnen,
die Turbine 136 drehen und den Verdichter 128 antreiben.
Alternativ können auch mehr als eine Turbine 136 in
der Abgasleitungsanordnung 120 enthalten und parallel oder
in Reihe angeordnet sein, falls dies erwünscht ist. Wenngleich
dies nicht gezeigt ist, können die eine oder mehreren Turbinen 136 ferner
in einer Turboverbundkonfiguration angeordnet sein, wobei zumindest eine
Turbine mit der Leistungseinheit 100 verbunden ist, derart,
dass die durch die Turbine erzeugte Leistung zu der Leistungseinheit 100 zurückgegeben wird.
Beispielsweise kann eine Turbine in Reihe mit der Turbine 136 angeordnet
sein und mechanisch, hydraulisch oder elektrisch mit der Kurbelwelle 114 der
Leistungseinheit 100 verbunden sein. Es ist auch möglich,
dass die Turbine 136 weggelassen ist und der Verdichter 128 durch
die Leistungseinheit 100 mechanisch, hydraulisch, elektrisch
oder auf eine andere, in der Technik bekannte Weise angetrieben wird,
falls dies erwünscht ist.
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Nach
dem Austreten aus der Turbine 136 kann das Abgas durch
den Abgaskanal 140 fluidmäßig zu dem
Partikelfilter 142 geleitet werden. Wenn Abgas aus der
Leistungseinheit 100 durch den Abgaskanal 140 strömt,
kann das Partikelfilter 142 Partikel aus dem Abgasstrom
entfernen. Das Partikelfilter 142 kann unter anderem ein
Filtermedium mit einem Drahtgeflecht oder ein keramisches Wabenfilter eines
Wandstromtyps enthalten. Das Partikelfilter 142 kann auch
elektrisch leitfähige oder nicht leitfähige grobmaschige
Elemente enthalten. Ferner kann das Partikelfilter 142 auch
einen Katalysator zum Reduzieren einer Zündtemperatur der
durch das Partikelfilter 142 eingefangenen Partikel, eine
Einrichtung zum Regenerieren der durch das Partikelfilter 142 eingefangenen
Partikel oder sowohl einen Katalysator als auch eine Einrichtung
zum Regenerieren enthalten. Der Katalysator kann die Reduktion von
HC, CO und/oder Partikeln unterstützen und kann beispielsweise
ein basisches Metalloxid, ein geschmolzenes Salz und/oder ein Edelmetall
enthalten. Die Einrichtung zum Regenerieren kann unter anderem einen
mit Kraftstoff betriebenen Brenner, ein elektrisches Heizelement,
eine Motorsteuerungsstrategie oder eine andere, in der Technik bekannte
Einrichtung für eine Regeneration enthalten. Der Betrieb
des Partikelfilters 142 kann zwischen einem Normalbetrieb
und Regenerationsvorgängen wechseln. D. h., der Betrieb
des Partikelfilters 142 zwischen Regenerationsvorgängen,
wenn das Filtermedium nicht im Wesentlichen mit Ruß gesättigt
ist, kann als der Normalbetrieb des Partikelfilters 142 betrachtet
werden.
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Die
Katalysatorvorrichtung 144 kann ebenfalls stromabwärts
des Partikelfilters 142 in dem Abgaskanal 140 angeordnet
sein. Die Katalysatorvorrichtung 144 kann ein oder mehrere
Substrate enthalten, die mit einem flüssigen oder gasförmigen
Katalysator beschichtet sind oder denselben auf andere Weise enthalten,
beispielsweise eine ein Edelmetall enthaltende Zwischenschicht (englisch:
washcoat). Der Katalysator kann zum Reduzieren der Nebenprodukte
der Verbrennung in dem Abgasstrom durch beispielsweise selektive
katalytische Reduktion oder NOx-Einfang benutzt werden. Bei einem
Beispiel kann ein Reagens wie Harnstoff stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung 144 in
den Abgasstrom eingespritzt werden. Der Harnstoff kann zu Stickstoff
zerfallen, der an dem Katalysator mit dem NOx in dem Abgas reagieren
kann, so dass H2O und N2 gebildet werden.
Bei einem anderen Beispiel kann das NOx in dem Abgas durch eine
NOx-Falle wie eine Bariumsalz-NOx-Falle eingefangen und regelmäßig
an dem Katalysator freigesetzt und reduziert werden, so dass CO2 und N2 gebildet
werden. Die Katalysatorvorrichtung 144 kann ebenfalls Partikel
oxidieren, die nach einem Durchgang durch das Partikelfilter 142 in
dem Abgasstrom zurückbleiben, falls dies erwünscht
ist. Nach dem Durchgang durch die Katalysatorvorrichtung 144 kann
das behandelte Abgas dann durch die Abgasöffnung 146 fluidmäßig
in die Atmosphäre geleitet werden.
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Die
EGR-Leitungsanordnung 122 kann eine Einrichtung zum Zurückleiten
eines Teils des Abgasstroms der Leistungseinheit 100 von
der Abgasleitungsanordnung 120 zu der Luftzuführungsleitungsanordnung 118 enthalten.
Die EGR-Leitungsanordnung 122 kann beispielsweise eine
EGR-Einlassöffnung 148, einen EGR-Kanal 150,
einen Abgaskühler 152 und eine EGR-Auslassöffnung 154 enthalten. Der
Abgasstrom von der EGR-Leitungsanordnung 122 zu der Luftzuführungsleitungsanordnung 118 kann
zumindest teilweise von dem Drosselventil 156 geregelt
werden, wobei das Drosselventil 156 als ein Mischventil
wirkt. Alternativ kann die EGR-Leitungsanordnung 122 ein
separates EGR-Ventil (nicht gezeigt) zum Regeln des Abgasstroms
von der EGR-Leitungsanordnung 122 zu der Luftzuführungsleitungsanordnung 118 enthalten.
Die EGR-Leitungsanordnung 122 kann auch zusätzliche
und/oder unterschiedliche Komponenten wie einen Katalysator, eine
elektrostatische Abscheidungsvorrichtung, ein Schutzgassystem, eine
Partikelfalle und andere, in der Technik bekannte Einrichtungen
zum Zurückleiten von Abgas von der Abgasleitungsanordnung 120 zu
der Luftzuführungsleitungsanordnung 118 enthalten.
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Die
EGR-Einlassöffnung 148 kann mit der Abgasleitungsanordnung 120 verbunden
sein, um zumindest einen Teil des Abgasstroms aus der Leistungseinheit 100 aufzunehmen.
Genauer gesagt kann die EGR-Einlassöffnung 148 stromabwärts
der Turbine 136 angeordnet sein, so dass sie Abgas mit niedrigem
Druck von der Turbine 136 aufnimmt. Bei der Ausführungsform
von 1 kann sich die EGR-Einlassöffnung 148 ferner
stromabwärts des Partikelfilters 142 befinden,
jedoch stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung 144.
Alternativ kann sich die EGR-Einlassöffnung 148 jedoch
auch stromaufwärts des Partikelfilters 142 befinden,
um Abgas mit hohem Druck aufzunehmen, falls dies erwünscht
ist. Bei dieser Konfiguration kann jedoch eine separate Partikelfalle
in dem EGR-Kanal 150 zum Reduzieren der Partikel in dem
zurückgeführten Abgas erforderlich sein. Die EGR-Einlassöffnung 148 kann
sich alternativ auch stromaufwärts der Turbine 136 befinden,
um Abgase mit hohem Druck aufzunehmen, falls dies erwünscht
ist.
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Der
EGR-Kanal 150 kann die EGR-Einlassöffnung 148 fluidmäßig
mit der EGR-Auslassöffnung 154 verbinden. Der
Abgaskühler 152 kann zum Kühlen des durch
die EGR-Einlassöffnung 148 strömenden
Teils des Abgases in dem EGR-Kanal 150 angeordnet sein.
Der Abgaskühler 152 kann beispielsweise einen
Flüssigkeit/Luft-Wärmetauscher, einen Luft/Luft-Wärmetauscher
oder einen anderen, in der Technik bekannten Typ eines Wärmetauschers
zum Kühlen eines Abgasstroms enthalten. Falls dies erwünscht
ist, kann der Abgaskühler 152 auch weggelassen
werden.
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Die
EGR-Auslassöffnung 154 kann mit dem Drosselventil 156 zum
Leiten des Abgasstroms von dem EGR-Kanal 150 zu dem Ansaugkanal 126 stromaufwärts
des Verdichters 128 fluidmäßig verbunden
sein. Alternativ kann die EGR-Auslassöffnung 154 auch
stromabwärts des Verdichters 128 angeordnet sein,
so dass das Abgas von der EGR-Leitungsanordnung 122 mit
bereits verdichteter Luft gemischt werden kann, bevor der gemischte
Strom durch den Luftkühler 132 geht.
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Das
Steuerungssystem 104 kann Komponenten enthalten, die ansprechend
auf einen Betriebsparameter des Partikelfilters 142 zusammenwirken, um
den Betrieb der Leistungseinheit 100 und/oder des Abgasbehandlungssystem 102 zu
regeln. Das Steuerungssystem 104 kann beispielsweise einen oder
mehrere, dem Partikelfilter 142 zugeordnete Sensoren 158 und
eine mit dem Sensor 158 verbundene Steuerung 160 enthalten.
Der Sensor 158 kann sich in dem Abgaskanal 140 befinden
und als ein Absolutdrucksensor, ein Differenzdrucksensor, ein Temperatursensor
oder ein anderer, in der Technik bekannter Sensor ausgeführt
sein, der dazu in der Lage ist, den Betrieb des Partikelfilters 142 zu überwachen.
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Ein
Absolutdrucksensor kann zum Ermitteln eines Absolutdrucks des Abgases
stromaufwärts des Partikelfilters 142 benutzt
werden. Ein Absolutdrucksensor kann beispielsweise ein Vakuumelement
enthalten und ein Signal erzeugen, das die Größe
eines Abgasdrucks gegenüber einem Bezugsvakuumdruck anzeigt.
Dieses Absolutdrucksignal kann an die Steuerung 160 weitergegeben
werden.
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Ein
Differenzdrucksensor kann dazu benutzt werden, eine Druckdifferenz
zwischen zwei Orten zu ermitteln. Ein Differenzdrucksensor kann
beispielsweise an einem ersten Ort stromaufwärts des Partikelfilters 142 fluidmäßig
mit dem Abgas verbunden sein und an einem zweiten Ort stromabwärts
des Partikelfilters 142 fluidmäßig mit
dem Abgas verbunden sein. Der Differenzdrucksensor kann einen Druck
des Abgases an dem ersten Ort mit einem Druck des Abgases an dem
zweiten Ort vergleichen und ein Signal erzeugen, das die Druckdifferenz
angibt. Dieses Differenzdrucksignal kann dann an die Steuerung 160 weitergegeben
werden.
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Ein
Temperatursensor kann zum Ermitteln einer Temperatur des Abgases
benutzt werden. Der Temperatursensor kann beispielsweise ein Temperatursensor
eines Oberflächentyps sein, der die Temperatur einer Innenoberfläche
des Abgaskanals 140 stromaufwärts des Partikelfilters 142 misst.
Alternativ kann der Temperatursensor ein Sensor eines Lufttemperaturtyps
sein, der die Temperatur des Abgases direkt misst. Der Temperatursensor
kann ein Signal erzeugen, das die Abgastemperatur angibt, und dieses
Temperatursignal an die Steuerung 160 weitergeben.
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Der
Sensor 158 kann alternativ auch als ein virtueller Sensor
ausgeführt sein, der ein Signal basierend auf einer modellgesteuerten
Schätzung erzeugt. Der Sensor 158 kann beispielsweise
als ein Zeitmesser ausgeführt sein, der die seit dem letzten Regenerationsvorgang
verstrichene Zeit misst und als Antwort auf die verstrichene Zeit
ein Signal erzeugt. Der virtuelle Sensor 158 kann ferner
auch in der Steuerung 160 enthalten sein.
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Die
Steuerung 160 kann zum Empfangen eines oder mehrerer durch
den Sensor 158 erzeugten Signale mit demselben verbunden
sein. Wenngleich dies nicht gezeigt ist, kann die Steuerung 160 zusätzlich
mit verschiedenen Komponenten der Leistungseinheit 100,
beispielsweise den Kraftstoffinjektoren 116, dem Drosselventil 156,
dem Verdichter 128, dem Luftkühler 132 und
dem Abgaskühler 152, verbunden sein, zum Aussenden
von Befehlen, die deren Betrieb betreffen. Es ist auch möglich,
dass die Steuerung 160 mit nicht gezeigten Systemen und Komponenten
verbunden ist, beispielsweise dem Ladedruckregelventil, der Vorbeiführungsleitungsanordnung
und den Motorventilen.
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Die
Steuerung 160 kann als ein einziger Mikroprozessor oder
als mehrere Mikroprozessoren ausgeführt sein, die eine
Einrichtung zum Steuern eines oder mehrerer Betriebsparameter der
Leistungseinheit 100 und/oder des Abgasbehandlungssystems 102 ansprechend
auf das (die) durch den Sensor 158 erzeugte(n) Signal(e)
enthalten. Die Steuerung 160 kann beispielsweise einen
Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung und einen
Prozessor wie eine Hauptprozessoreinheit oder eine andere Einrichtung zum
Steuern einer Komponente der Leistungseinheit 100 ansprechend
auf das (die) durch den Sensor 158 erzeugte(n) Signal(e)
enthalten. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren
können dazu ausgebildet sein, die Funktionen der Steuerung 160 zu übernehmen.
Es ist offensichtlich, dass die Steuerung 160 ohne Weiteres
als ein allgemeiner Leistungsquellenmikroprozessor ausgeführt
sein könnte, der in der Lage ist, zahlreiche Leistungsquellenfunktionen
zu steuern. Die Steuerung 160 kann einen Speicher, eine
sekundäre Speichervorrichtung, einen Prozessor und andere
Komponenten zum Laufenlassen einer Anwendung enthalten. Es ist offensichtlich, dass
die Steuerung 160 eines oder mehrere von einer anwendungsspezifischen
integrierten Schaltung (englisch: application-specific intergrated
circuit, ASIC), einer feldprogrammierbaren Gate-Anordnung (englisch:
field programmable gate array, FPGA), einem Computersystem und einer
Logikschaltung enthalten kann, die dazu ausgebildet sind, der Steuerung 160 zu
ermöglichen, gemäß der vorliegenden Offenbarung
zu funktionieren. Somit kann der Speicher der Steuerung 160 beispielsweise
als der Flash-Speicher einer ASIC, Flip-Flops in einer FPGA, der
Direktzugriffsspeicher eines Computersystems oder eine in einer
Logikschaltung enthaltene Speicherschaltung ausgeführt
sein. Verschiedene andere Schaltungen können zu der Steuerung 160 gehören, einschließlich
Leistungsversorgungsschaltkreise, Signalverarbeitungsschaltkreise,
Spulenansteuerungsschaltkreise, Kommunikationsschaltkreise und anderer
geeigneter Schaltkreise. Die Steuerung 160 kann ferner
mit einem externen Computersystem verbunden sein, anstatt ein Computersystem
zu enthalten, oder zusätzlich dazu.
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Wenngleich
dies nicht gezeigt ist, kann die Steuerung 160 mit Eingabe-
und Ausgabekomponenten wie beispielsweise einem Computermonitor, einem
Drucker, einem Alarm, einer Warnleuchte und einem Knopf oder Schalter
für eine direkte Eingabe verbunden sein. Der Computermonitor,
der Drucker, der Alarm und/oder die Warnleuchte können
ansprechend auf Fehlerbedingungen aktiviert werden. Der Knopf oder
Schalter für eine direkte Eingabe kann Aspekte der Funktionen
der Steuerung 160 aktivieren oder deaktivieren und einem
Benutzer ermöglichen, die Steuerung 160 zu bedienen.
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In
dem Speicher der Steuerung 160 können ein oder
mehrere Kennfelder gespeichert sein, die den Absolutdruck, den Differenzdruck,
die Temperatur, die Betriebsparameter der Leistungseinheit 100 und/oder
die Parameter des Abgasbehandlungssystems 102 in Beziehung
setzen. Jedes dieser Kennfelder kann in Form von Tabellen, Graphen
und/oder Gleichungen vorliegen. Die Steuerung 160 kann
das (die) durch den Sensor 158 erzeugte(n) Signal(e) empfangen
und auf die in dem Speicher derselben gespeicherten Kennfelder Bezug
nehmen. Anhand dieser Kennfelder kann die Steuerung 160 einen Rußbeladungsstatus
des Partikelfilters 142 und entsprechende Steuerbefehle
für die Leistungseinheit 100 und/oder das Abgasbehandlungssystem 102 ermitteln,
der die Rußbeladung während des Normalbetriebs
des Partikelfilters 142 berücksichtigt. Es ist auch
möglich, dass die Steuerung 160 während
eines Regenerationsvorgangs ähnliche Befehle ermittelt.
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Alternativ
kann die Steuerung 160 einen Rußbeladungsstatus
des Partikelfilters 142 schätzen und als Antwort
darauf den Betrieb der Leistungseinheit 100 steuern. Beispielsweise
kann die Steuerung 160 die seit dem letzten Regenerationsvorgang
verstrichene Zeit messen und diese berechnete Zeit auf ein Modell
anwenden, das die Rußanhäufung in dem Partikelfilter 142 vorhersagt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 160 Motorbetriebsparameter wie
beispielsweise Kraftstoff/Luft-Verhältnisse und/oder Motordrehzahlen überwachen,
dieselben anwenden, um eine Menge einer Rußerzeugung zu berechnen,
und daraus, in Verbindung mit einem Wirkungsgrad des Partikelfilters 142,
die Rußbeladung ermitteln. Basierend auf Schätzungen
kann die Steuerung 160 einen auf das Modifizieren des Betriebs der
Leistungseinheit 100 gerichteten Befehl ermitteln, um die
Rußschätzungen zu berücksichtigen.
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Rußberücksichtigungsbefehle
von der Steuerung 160 können dazu verwendet werden,
den Betrieb der Leistungseinheit 100 in einem gewünschten Bereich
zu halten und/oder eine maximale Ausgangsleistung der Leistungseinheit 100 zu
begrenzen. Beispielsweise kann die Steuerung 160 Befehle zum Ändern
von Drücken, Temperaturen und/oder Ausgangsleistungen der
Leistungseinheit 100 und/oder des Abgasbehandlungssystems 102 aussendern,
um die Differenz zwischen tatsächlichen Drücken,
Temperaturen und/oder Ausgangsleistungen und einem Bereich von akzeptablen
Drücken, Temperaturen und/oder Ausgangsleistungen zu minimieren
oder eine maximale Ausgangsleistung der Leistungseinheit 100 zu
begrenzen. Durch die Steuerung 160 ausgesandte Befehle
können beispielsweise Kraftstoffzufuhrbefehle, Luftstrombefehle
und Kühlbefehle beinhalten.
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Kraftstoffzufuhrbefehle
können Befehle beinhalten, die Parameter der Kraftstoffinjektoren 116 wie Einspritzzeitpunkte,
Einspritzdrücke und Einspritzmengen, eine Zahl von Einspritzvorgängen
und eine Ratenformung (englisch: rate shaping) beeinflussen. Beispielsweise
kann, wenn die Rußbeladung den Luftstrom durch das Abgasbehandlungssystem 102 derart
reduziert, dass die Leistungseinheit 100 einen unerwünscht
niedrigen Leistungspegel erzeugt, die Steuerung 160 einen
Befehl zum Erhöhen der zu den Verbrennungskammern 108 geförderten
Kraftstoffmenge aussenden und somit die erzeugte Leistung erhöhen.
Bei einem anderen Beispiel kann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
unter ein optimales Verbrennungsverhältnis fällt,
was einen verringerten Wirkungsgrad der Leistungseinheit 100 verursacht,
die Steuerung 160 einen Befehl zum Verringern der zu den
Verbrennungskammern 108 geförderten Kraftstoffmenge
aussenden und somit den Wirkungsgrad der Leistungseinheit 100 erhöhen.
Bei noch einem anderen Beispiel kann, wenn die Temperatur des Partikelfilters 142 über
einem gewünschten Wert liegt, die Steuerung 160 auf ähnliche
Weise einen Befehl zum Verringern der zu den Verbrennungskammern 108 geförderten
Kraftstoffmenge ausgeben. Die Steuerung 160 kann alternativ
eine Verringerung der zu den Verbrennungskammern 108 geförderten Kraftstoffmenge
bewirken, um die maximale Ausgangsleistung der Leistungseinheit 100 zu
begrenzen und somit die Temperatur zu verringern.
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Die
Luftstrombefehle können Befehle beinhalten, die Luftfördereinstellungen
der Luftzuführungsleitungsanordnung 118 beeinflussen, und
Befehle, die das Luft/Abgas-Verhältnis von zu den Verbrennungskammern 108 geförderten
Gasen beeinflussen. Solche Luft/Abgas-Beeinflussungsbefehle können
Einstellungen wie beispielsweise Einstellungen des Verdichters 128,
des Ladedruckregel-, des Vorbeiführungs- und des Drosselventils 156,
des Mischventils, der Motorventile und der Turbine 136 ändern.
Einstellungen für die verschiedenen Ventile können
auf das Erhöhen oder Verringern der Ströme durch
die jeweiligen Komponenten durch beispielsweise Öffnen
oder Schließen der Ventile oder Ändern einer effektiven Öffnung
oder eines Überlapps der Ventile gerichtet sein. Bei einem
Beispiel kann die Steuerung 160, wenn ein niedriges Luft/Kraftstoff-Verhältnis
bewirkt, dass die durch die Leistungseinheit 100 erzeugte
Leistung zu niedrig ist, Befehle zum Erhöhen des Luftstromvolumens
und/oder zum Erhöhen des Drucks der Luft aussenden, um
dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erhöhen
und eine erhöhte Kraftstoffzufuhr zu ermöglichen.
Bei einem anderen Beispiel kann die Steuerung 160, wenn
der Wirkungsgrad der Leistungseinheit 100 niedriger als eine
akzeptable Schwelle ist oder wenn die Temperatur des Partikelfilters 142 höher
als eine akzeptable Schwelle ist, Befehle aussenden, um eine Erhöhung der
zu den Verbrennungskammern 108 geförderten Luftmenge
zu bewirken und somit den Wirkungsgrad zu erhöhen und/oder
die Temperatur zu verringern. Bei noch einem anderen Beispiel kann
die Steuerung 160, wenn der Gegendruck des Partikelfilters 142 höher
als eine akzeptable Schwelle ist, Befehle zum Verringern der zu
den Verbrennungskammern 108 geförderten Luftmenge
aussenden und somit dazu beitragen, eine mit hohen Zylinderdrücken
in Zusammenhang stehende Abnutzung der Leistungseinheit 100 zu
verhindern. Auf ähnliche Weise kann die Steuerung 160 eine
Verringerung der zu den Verbrennungskammern 108 geförderten
Luftmenge bewirken, um die maximale Ausgangsleistung der Leistungseinheit 100 zu
begrenzen und somit dazu beizutragen, eine mit hohen Zylinderdrücken
in Verbindung stehende Abnutzung der Leistungseinheit 100 zu
verhindern.
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Die
Kühlbefehle können Befehle beinhalten, die Betriebsparameter
des Luftkühlers 132 und/oder des Abgaskühlers 152 beeinflussen.
Wenn beispielsweise die Temperatur des Partikelfilters 142 über
einer akzeptablen Schwelle liegt, kann die Steuerung 160 Befehle
zum Erhöhen der Kühltemperaturen des Luftkühlers 132 und/oder
des Abgaskühlers 152 aussenden. Bei einem anderen
Beispiel kann die Steuerung 160, wenn der Wirkungsgrad
der Leistungseinheit 100 unter einer akzeptablen Schwelle
liegt, Befehle zu dem Luftkühler 132 und/oder
dem Abgaskühler 152 aussenden, die eine Erhöhung
der verdichteten und in die Verbrennungskammern 108 getriebenen
Luftmenge bewirken. Bei noch einem anderen Beispiel kann die Steuerung 160,
wenn die durch die Leistungseinheit 100 erzeugte Leistungsmenge
niedriger als eine akzeptable Schwelle ist, Befehle zu dem Luftkühler 132 und/oder
dem Abgaskühler 152 senden, um zu ermöglichen,
dass mehr Luft in die Verbrennungskammern 108 eintreten kann,
was wiederum ermöglichen kann, dass mehr Kraftstoff zu
den Verbrennungskammern 108 gefördert werden kann.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das
offenbarte Motorsteuerungssystem kann auf ein Abgasbehandlungssystem
mit einer Partikelfalle angewandt werden, bei dem sich die Beladung
der Partikelfalle negativ auf den Motorbetrieb auswirken kann. Das
offenbarte Motorsteuerungssystem kann den Motorbetrieb durch selektives
Steuern von Betriebsparametern als Antwort auf einen Beladungszustand
der Partikelfalle während des Normalbetriebs der Falle
verbessern. Der Betrieb der Leistungseinheit 100 wird nun
erklärt.
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Atmosphärenluft
kann durch die Lufteinlassöffnung 124 in die Luftzuführungsleitungsanordnung 118 gesaugt
werden, wobei sie weiter durch das Drosselventil 156 und
den Ansaugkanal 126 geht. Die Luft kann an dem Drosselventil 156 mit
zurückgeführtem Abgas gemischt werden und durch
den Verdichter 128 geleitet werden, wo sie druckbeaufschlagt
werden kann, bevor sie in die Ansaugsammelleitung 110 der
Leistungseinheit 100 eintritt. Das Gemisch kann ferner
durch den Luftkühler 132 gehen, bevor es in die
Ansaugleitung 130 eintritt, wobei die Temperatur des Luft/Abgas-Gemischs
erniedrigt wird, bevor es verbrannt wird.
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Das
gekühlte druckbeaufschlagte Luft/Abgas-Gemisch kann dann
durch die Ansaugsammelleitung 110 zu den Verbrennungskammern 108 geleitet
werden. In die Verbrennungskammern 108 kann durch die Kraftstoffinjektoren 116 Kraftstoff
eingespritzt werden und mit der gekühlten druckbeaufschlagten
Luft darin gemischt werden. Das Kraftstoff/Luft/Abgas-Gemisch kann
dann durch die Leistungseinheit 100 verbrannt werden, um
eine mechanische Arbeitsleistung und einen heißen Abgasstrom mit
hohem Druck zu erzeugen, der gasförmige Verbindungen und
Feststoffpartikel enthält. Der partikelhaltige Abgasstrom
kann dann über die Abgasverteilerleitung 112 und
die Abgasleitung 138 zu der Turbine 136 geleitet
werden. Wenn das Abgas in die Turbine 136 eintritt, kann
die Ausdehnung der heißen Abgase bewirken, dass sich die
Turbine 136 dreht, wodurch sich der angeschlossene Verdichter 128 dreht.
Die Drehung der Turbine 136 kann bewirken, dass sich der
Verdichter 128 dreht und das Luft/Abgas-Gemisch in dem
Ansaugkanal 126 verdichtet, wodurch die Bewegung des Gemischs
hin zu der Leistungseinheit 100 für eine anschließende
Verbrennung ermöglicht wird.
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Der
Abgasstrom kann dann längs des Abgaskanals 140 zu
dem Partikelfilter 142 geleitet werden. Das Partikelfilter 142 kann
einen Teil der Feststoffpartikel aus dem Abgasstrom entfernen. Im
Wesentlichen unmittelbar nach dem Austritt aus dem Partikelfilter 142 kann
der Abgasstrom in zwei Ströme geteilt werden, einschließlich
eines ersten, zu der EGR-Leitungsanordnung 122 geleiteten
Stroms und eines zweiten, durch die Katalysatorvorrichtung 144 in
die Atmosphäre geleiteten Stroms, wobei die Katalysatorvorrichtung 144 dazu
dient, die Menge an NOx zu reduzieren und/oder die an die Atmosphäre
abgegebenen Partikel weiter zu reduzieren. Alternativ können
die zwei Abgasströme stromaufwärts des Partikelfilters 142 geteilt
werden, falls dies erwünscht ist.
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Wenn
sich der erste Abgasstrom durch die EGR-Einlassöffnung 148 bewegt,
kann er zu dem Abgaskühler 152 geleitet werden.
Der erste Abgasstrom kann durch den Abgaskühler 152 auf
eine vorbestimmte Temperatur gekühlt werden, was den Druck
des Abgases in dem ersten Abgasstrom weiter reduzieren kann. Der
erste Abgasstrom kann dann durch den Verdichter 128 durch
die EGR-Auslassöffnung 154 und das Drosselventil 156 zurück
in die Luftzuführungsleitungsanordnung 118 gesaugt
werden. Der zurückgeführte Abgasstrom kann dann
für eine anschließende Verbrennung mit der in
die Verbrennungskammern 108 eintretenden Luft gemischt werden.
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Ferner
können, wenn der partikelhaltige Abgasstrom durch das Partikelfilter 142 von
den Verbrennungskammern 108 weggeleitet wird, durch die Filtermedien
des Partikelfilters 142 Partikel aus dem Abgasstrom entfernt
werden. Im Laufe der Zeit können sich die Partikel in den
Filtermedien ansammeln und, wenn dies nicht berücksichtigt
wird, könnte die Ansammlung den Betrieb der Leistungseinheit 100 negativ
beeinflussen. Die Begrenzung des Abgasstroms aus der Leistungseinheit 100 kann
den Gegendruck des Leistungseinheit 100 erhöhen
und die Fähigkeit der Leistungseinheit 100, Frischluft
anzusaugen, reduzieren, was in einer verringerten Leistung der Leistungseinheit 100,
erhöhten Abgastemperaturen und einem hohen Kraftstoffverbrauch
resultiert.
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Zum
Minimieren der Auswirkung, die eine Partikelansammlung auf den Betrieb
der Leistungseinheit 100 hat, kann das Steuerungssystem 104 das Ausmaß der
Ansammlung detektieren oder ermitteln, wie vorher offenbart wurde,
und entsprechend antworten. Genauer gesagt kann die Steuerung 160 die durch
die Sensoren 158 erzeugten Signale empfangen und auf die
in dem Speicher der Steuerung 160 gespeicherten Kennfelder
Bezug nehmen und/oder ein Modell der Rußerzeugung oder
-anhäufung dazu benutzen, einen Rußbeladungsstatus
des Partikelfilters 142 zu schätzen. Die Steuerung 160 kann
dann durch Steuern von Betriebsparametern der Leistungseinheit 100 auf
die vorher offenbarte Weise antworten, um den zunehmenden Druck
und/oder die zunehmende Temperatur des aus den Verbrennungskammern 108 austretenden
Abgases zu berücksichtigen. Für Fachleute ist
offensichtlich, dass die Antwort der Steuerung 160 proportional
zu der Menge an detektierter oder ermittelter Rußansammlung
sein kann, und nicht nur ansprechend darauf, dass eine Rußschwelle überschritten
wird.
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Wie
in 2 dargestellt, kann das durch die Steuerung 160 implementierte
Verfahren Überwachen der Leistung des Partikelfilters 142 beinhalten (Schritt 200).
Die Steuerung 160 kann beispielsweise das (die) durch den
Sensor 158 erzeugte(n) Signal(e) überwachen. Die
Steuerung 160 kann dann auf die in dem Speicher der Steuerung 160 gespeicherten Kennfelder
Bezug nehmen und/oder ein Modell für eine Rußerzeugung
oder -anhäufung dazu benutzen, einen Rußbeladungsstatus
des Partikelfilters 142 zu ermitteln oder zu schätzen
(Schritt 202). Beispielsweise kann ein durch den Sensor 158 erzeugtes Druckdifferenzsignal
der Steuerung 160 anzeigen, dass das Partikelfilter 142 zu
etwa 25% mit Ruß beladen ist. Die Steuerung 160 kann
dann ermitteln, ob der Rußbeladungsstatus eine Abweichung
der Leistung der Leistungseinheit 100 von einem Soll-Betriebsbereich
verursacht (Schritt 204). Die Steuerung 160 kann
beispielsweise detektieren, dass die Leistungseinheit 100 unterhalb
einer akzeptablen Schwelle für den Wirkungsgrad Leistung
erzeugt, und Ermitteln, dass das zu 25% mit Ruß beladene Partikelfilter 142 einen
Gegendruck erzeugt, der die in die Verbrennungskammern 108 eintretende
Luftmenge begrenzt und somit den Wirkungsgrad der Leistungseinheit 100 reduziert.
Die Steuerung 160 kann dann den Betrieb der Leistungseinheit 100 basierend
auf dem ermittelten Rußbeladungsstatus modifizieren (Schritt 206),
durch Ausgeben eines oder mehrerer Befehle zum Bewirken einer Erhöhung
des Wirkungsgrads der Leistungseinheit 100 wie zuvor beschrieben.
Die Größe des Befehls kann durch die Steuerung 160 derart
gewählt werden, dass die Abweichung zwischen dem Wirkungsgrad
der Leistungseinheit 100 und der akzeptablen Schwelle minimiert
oder sogar ganz entfernt wird.
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Das
offenbarte Steuerungssystem und das offenbarte Verfahren können
ein System bereitstellen, das den Motorbetrieb regelmäßig ändert,
um ein mit Partikeln verstopftes Filtermedium auf geeignete Weise
zu regenerieren, während die negativen Auswirkungen, die
mit einem teilweise beladenen Medium zwischen Regenerationsvorgängen
verbunden sind, reduziert werden. Genauer gesagt kann das Steuerungssystem
durch Steuern der Betriebsparameter einer Leistungseinheit zwischen
Regenerationsvorgängen (d. h. während des Normalbetriebs des
Partikelfilters) dazu dienen, die Temperatur des Abgases durch ein
mit Partikeln verstopftes Filtermedium auf einen akzeptablen Bereich
zu reduzieren. Ferner kann das Steuerungssystem dazu dienen, den
Druckabfall, der durch ein mit Partikeln verstopftes Filtermedium
verursacht wird, auf einen akzeptablen Bereich zu reduzieren. Durch
Reduzieren der Abgastemperatur und des zugehörigen Druckabfalls kann
der Kraftstoffverbrauch der Leistungseinheit reduziert werden und
die Komponentenlebensdauer maximiert werden.
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Für
Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und
Variationen an dem Steuerungssystem und dem Verfahren der vorliegenden
Offenbarung vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich
der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen werden
für Fachleute anhand der Beschreibung und durch die Verwendung
des hierin offenbarten Steuerungssystems offensichtlich werden.
Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als exemplarisch
betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich der Offenbarung
durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente
festgelegt ist.
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Zusammenfassung
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RUSSBELADUNGSBASIERTES MOTORSTEUERUNGSSYSTEM
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Es
ist ein Steuerungssystem (104) für einen Verbrennungsmotor
(100) mit einem Partikelfilter (142) offenbart.
Das Steuerungssystem kann einen Sensor (158) aufweisen,
der zum Detektieren eines Leistungsparameters des Partikelfilters
und Erzeugen eines entsprechenden Signals ausgebildet ist. Das Steuerungssystem
kann ferner eine mit dem Sensor und dem Verbrennungsmotor verbundene Steuerung
(160) aufweisen. Das Steuerungssystem kann dazu ausgebildet
sein, das Signal zu empfangen und basierend auf dem Signal einen
Rußbeladungsstatus des Partikelfilters zu ermitteln. Das Steuerungssystem
kann ferner dazu ausgebildet sein, den Betrieb des Verbrennungsmotors
basierend auf dem Rußbeladungsstatus während des
Normalbetriebs des Partikelfilters zu modifizieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6948476 [0005, 0005, 0005, 0005, 0006, 0006]